2008ITAM1 Laboratorio de Robótica Diseño Electrónico SSL Octavio Ponce Madrigal Jesús G. Rodríguez Ordoñez Profr: Dr. Alfredo Weitzenfeld Ridel INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO

2008ITAM2 Agenda  Introducción  Diseño Electrónico Suministro de energía Módulo Digital Módulo Analógico DSP  Software para diseño electrónico

2008ITAM3 Arquitectura de un equipo SSL Sistema de Inteligencia Artificial Módulo de Comunicación Control del Árbitro Sistema de Visión Señal de Video #1 Señal de Video #2 Posiciones de los Robots y Pelota Señales del Árbitro Comandos a los Robots Robot Módulo de Comunicación Electrónica Mecánica

2008ITAM4 Funcionalidad Básica  Recibir la información enviada por IA, procesarla y ejecutarla.  Desplazarse dentro de la cancha.  “Patear” la pelota para enviar pases y marcar goles.  “Controlar” la pelota, de modo que se puedan desplazar sin perderla.  Bloquear tiros del equipo contrario para evitar pases y goles. 15 cm 18 cm

2008ITAM5 Componentes de un Robot SSL Procesador Central Módulo de Comunicación Sistema de Pateo Sistema de Control de Pelota Sistema de Control Motriz Sistema de IdentificaciónSuministro de Energía SensoresSistema de Monitoreo

2008ITAM6 Arquitectura de un Robot SSL Procesador Digital de Señales (DSP) Controladores de Motores Módulo de Comunicación (Transceiver) Controlador de Pelota (Dribbler) Controlador de Carga Identificador del Robot Sensor de Pelota El transceiver recibe la información de IA y la entrega al DSP. El DSP procesa la información y ejecuta las instrucciones enviando señales a otros circuitos. El DSP obtiene el número identificador del robot. Los circuitos reciben señales lógicas y envían señales eléctricas a los actuadotes. MotoresSolenoideMotor Controlador de Descarga Encoders Capacitores Los actuadotes reciben señales eléctricas que se traducen en alguna acción del robot

2008ITAM7 Módulos Electrónica

2008ITAM8 Tarjetas Electrónicas

2008ITAM9 SUMINISTRO DE ENERGÍA  Alimentar de voltaje y corriente al robot. Suministro analógica Suministro digital Medidores de baterías

2008ITAM10 SUMINISTRO ANALÓGICO  La parte analógica se alimenta con un voltaje de 16 volts provenientes de un arreglo de 6 baterías de 8 volts.

2008ITAM11 SUMINISTRO DIGITAL  La parte digital se alimenta con un voltaje de 8 volts provenientes de un arreglo de 3 baterías de 8 volts.

2008ITAM12 Medidor de Baterías Analógico  Tres “leds” indicadores.  Led verde: voltaje > 16 volts  Led amarillo: 14.8 <voltaje<16  Led rojo: voltaje < 14.8 volts SI A < B A B “1” lógico

2008ITAM13 Medidor de Baterías Analógico  El comparador funciona con voltajes entre [0,5] volts. Por lo tanto usamos un divisor de voltaje: R1= R2 (5/27)*R1=R2 (25/123)*R1=R2 R1 R2 VinVout

2008ITAM14 Medidor de Baterías Analógico

2008ITAM15 Medidor de Baterías Digital  Led verde: voltaje > 8 volts  Led amarillo: 7.4 <voltaje<8  Led rojo: voltaje < 7.4 volts R1= R2 (5/11)*R1=R2 (25/49)*R1=R2

2008ITAM16 Tarjeta Suministro de Energía

2008ITAM17 Módulo Digital  Circuitos lógicos para la identificación, comunicación y sensado del robot. ID Robot Transceiver Sensores de pelota

2008ITAM18 IDENTIFICADOR DEL ROBOT  Identificar el robot mediante un Switch ID y un Display de 7 segmentos.  Un Switch que manda una señal lógica de 4 bits al DSP, el cual decodifica para obtener el ID. El DSP manda la misma señala un Driver que controlara cada uno de los segmentos del display.

2008ITAM19 IDENTIFICADOR DEL ROBOT

2008ITAM20 TRANSCEIVER  Recibir los comandos de IA BloqueDispositivoCantidad de información ControlControl de pelota (Cpel)1 bit Pateo de pelota (Ppel)1 bit Dirección motor1 (DM1)1 bit Dirección motor2 (DM2)1 bit Dirección motorN (DMN)1 bit VelocidadesVelocidad motor18 bits Velocidad motor28 bits Velocidad motorN8 bits Estructura del paquete de información para un robot.

2008ITAM21 TRANSCEIVER T = 5N + 6 [bytes] Donde: T=tamaño de la trama N=número de motores ControlRobot1Robot2Robot3Robot4Robot5 1 byteP bytes Estructura de la trama del módulo de comunicación.

2008ITAM22 TRANSCEIVER  Radiometrix (RPC-914/869-64)  Frecuencias de 914MHz o 869MHz

2008ITAM23 TRANSCEIVER

2008ITAM24 CONTROL DE MOTORES  Circuito Integrado L6207D EntradasFunción EN = VccDIR1=Vcc, DIR2=GND Adelante DIR1=GND, DIR2=Vcc Atrás EN = GNDDIR1=X, DIR2=X Detenido X=Cualquier valor, Vcc o GND Voltajes para el funcionamiento de los motores

2008ITAM25 CONTROL DE MOTORES

2008ITAM26 Acoplamiento  Evitar daños al DSP.  El acoplamiento se hace con un led infrarrojo y un fototransistor.  Cuando el LED emite luz, ilumina el fototransistor y éste conduce.  La corriente de salida es proporcional a la corriente de entrada.  La entrada y la salida están 100% aisladas.

2008ITAM27 Optoacoplador

2008ITAM28 Señales PWM  Un motor puede controlarse mediante la disminución del voltaje aplicado al rotor. Hay dos problemas con este enfoque.  Para solucionar este problema se utiliza la Modulación por Ancho de Pulso (PWM Pulse Width Modulation).  Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (generalmente cuadrada).

2008ITAM29 Señales PWM Ciclo de trabajo 20% Ciclo de trabajo 50% Ciclo de trabajo 80%

2008ITAM30 Señales PWM  En lugar de aplicar al motor un voltaje reducido en 50%, se aplica el voltaje máximo, pero sólo la mitad de las veces.  El efecto total es una serie de aceleraciones y desaceleraciones, que producen un efecto similar a la reducción del voltaje aplicado.

2008ITAM31 Señales PWM

2008ITAM32 Diagrama Lógico Tarjeta Digital-Analógica

2008ITAM33 PCB Tarjeta Digital-Analógica

2008ITAM34 “Pateo” de la pelota Encontrar un dispositivo lo suficientemente pequeño para que quepa en el robot y lo suficientemente poderoso para que la pelota salga impulsada con fuerza. Se ha generalizado el uso de un solenoide

2008ITAM35 Solenoide  Cuando la corriente fluye por la bobina, las líneas de fuerza salen por uno de sus extremos y entran por el extremo opuesto.

2008ITAM36 Solenoide  esas líneas de fuerza se aprovechan para que un núcleo ferromagnético sea impulsado con fuerza para que el robot pueda lanzar la pelota.

2008ITAM37 Componentes del Kicker  Requiere una gran cantidad de voltaje y corriente eléctrica.  Necesita de un circuito permita almacenar carga y permita disponer de ella cuando sea necesario patear la pelota.

2008ITAM38 Componentes del Kicker

2008ITAM39 Generador de alto voltaje  DC-DC  Voltaje de entrada de 16V (DC), lo eleva a 110V (DC).  Mientras este encendido sigue convirtiendo (se acaban las baterías)  Se necesita un interruptor: “Relay”  Relay = interruptor electromagnético

2008ITAM40 Capacitores  El voltaje generado se almacena en un par de capacitores (2200μF y 200 V) conectados en paralelo.  La carga permanece almacenada para que cuando se requiera, se descarguen y accionen el solenoide.

2008ITAM41 Descarga  El voltaje de los capacitores se envía al solenoide.  Es importante que el robot tenga la pelota al momento de la descarga y no se desperdicie energía  Dos etapas: Sensado y activación.

2008ITAM42 Descarga  Sensado: Se utilizó un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor.  Activación: La activación del sistema de pateo se realiza por software.

2008ITAM43  Control electrónico de intensidad de la corriente de descarga, por medio de un MOSFET

2008ITAM44 Tarjeta del Kicker

2008ITAM45 Dribbler  Hacer desplazamientos manteniendo la pelota en su poder.  Un motor hace girar un rodillo de algún material que brinde adherencia a la pelota.

2008ITAM46 Procesamiento en el Robot  La unidad central de procesamiento del robot es la encargada de recibir el paquete del módulo de comunicación inalámbrica y que, de acuerdo con un programa residente en la memoria del mismo, interpreta los comandos de IA para enviar señales a los circuitos del robot para ejecutar alguna acción.

2008ITAM47 DSP  A partir de la generación de robots EK2004 se ha utilizado un Procesador Digital de Señales (DSP).  Procesa señales en tiempo real.  Ideal para aplicaciones que no toleran el retardo.  eZdsp LF2407 Espectrum Digital, Inc.  DSP Texas Instrument TMS320F2812