Proyecto Galatea

GALATEA, ROBOT CUADRUPEDO EXPERIMENTAL


El proyecto se inició en el año 2006 y surje con la idea de implementar en un pequeño y ligero robot la forma de locomoción propia de animales cuadrúpedos. Cuenta con cuatro patas de dos grados de libertad cada una. Asimismo, para el diseño del robot se ha buscado minimizar en lo posible el tamaño y peso de éste para conseguir como resultado un robot destacado por sus movimientos rápidos y fluidos así como por el estilizado diseño transparente en metacrilato. Galatea se presentó por primera vez en público en la Campusot 2006 y participó en el concurso de "Prueba Libre" en el que logró el 4º puesto. También en 2006 Galatea participó en el Concurso Nacional de Robótica de Barcelona obteniendo el PRIMER PREMIO en su modalidad. En 2008 una nueva versión muy mejorada se presentó en la prueba libre de Campusbot donde obtuvo el PRIMER PREMIO. 

Imágenes de la primera versión
     


Galatea junto a una de las posteriores versiones fabricadas


En la construcción del chasis el metacrilato resulta idoneo por la rigidez, estética y la facilidad de uso. Se ha utilizado planchas de 3mm de grosor. Todo el conjunto ha sido diseñado, cortado y ensamblado de forma artesanal. Las uniones no articuladas entre las distintas planchas de metacrilato se han realizado o bien, con tornilleria diversa o con pegamento de contacto. En el apartado de la mecánica, para dotar a cada pata de los dos grados de libertad necesarios se utilizan simples bisagras para unir los servos con lo que se consigue minimizar al máximo los componentes necesarios y asimismo concentrar en el mínimo espacio todos los servos.

     

El robot cuenta en total con nueve servos, dos por cada pata y uno para dotar de movimiento horizontal el sonar que lleva incorporado en la cabeza. Una vez activado, el sonar realiza continuos barridos de Izquierda a derecha para detectar los obstáculos que encuentra en su camino proporcinándole datos referentes a la localización y distancia de éstos. Galatea es capaz de percibir el entorno que le rodea y tomar las decisiones oportunas para desplazarse de un lugar a otro sin dificultad.    

Electrónica


- Alimentación: Esta placa toma la tensión de la batería Lipo para regularla a 5v. En esta placa están separadas fisicamente la Alimentación para la electrónica de control y la alimentación para los servos. 

- Control: 
Esta placa incorpora el microcontrolador PIC 16f628A, cerebro de Galatea que controla los servos y la recepción de los datos suministrados por los sensores. Para facilitar la programación la placa lleva incorporado un puerto ISP con los pines necesarios para la programacion del Pic "in situ".

Firmware

La programación de Galatea se ha llevado el 75% del tiempo total empleado en su creación. Se ha empleado el lenguaje Basic utilizando el compilador Picbasic Pro. El programa incorpora una rutina de exploración del entorno en el que Galatea es situado, desplazándose de un lugar a otro evitando los obstáculos que encuentra a su paso. Para hacer caminar a Galatea se estudio con detenimiento la secuencia de movimientos habitual en animales cuadrúpedos para reproducirla con la mayor fidelidad posible.


                                           


Actualmente el diseño de Galatea ha evolucionado mucho hasta convertirse en un producto sofisticado, ideal para aficionados, estudiantes y centros educativos.


Imágenes de la actual versión
  

Golfus Hispánicus

Robot Golfus Hispanicus, equipo Eurogolfus. Cuarto puesto Eurobot 2006  

                                       


Golfus Hispanicus es esencialmente un sistema móvil de localización, selección, recolección y distribución de objetos, basado en un sistema de visión artificial. En este caso ha sido programado y preparado mecánicamente para la participación en el campeonato de robótica Eurobot 2006. Golfus Hispanicus esta constituido por tres partes: Mecánica, electrónica y programación, dedicándose, principalmente, cada uno de los componentes del equipo a una de las secciones. El proyecto inicial contemplaba solo las necesidades requeridas para desarrollar la actividad del concurso, pero poco a poco se le fueron añadiendo nuevos componentes y nuevos retos a fin de utilizar este proyecto no solo para la participación en dicho concurso, si no también ponernos a nosotros mismos nuevas metas, obligándonos a  nuevas investigaciones y rediseños de la idea inicial. Así por ejemplo: se separó físicamente la electrónica de sensores y potencia del hardware controlador, lo cual permite la conexión del hardware a elementos de gran consumo y potencia sin afectarlo. También se decidió el implementar una segunda cámara, lo cual obligó a un rediseño del sistema mecánico.


              


El material utilizado en la construcción del chasis es el metacrilato. Se eligió desde un principio este material por varios motivos como son la rigidez, transparencia y la facilidad de trabajo. En la construcción del chasis se ha utilizado planchas de 3 y 2mm de grosor según la resistencia requerida en cada parte del chasis. Todo el conjunto ha sido diseñado, cortado y ensamblado de forma artesanal usando, entre otras, herramientas de corte tipo “Dremel”. Las uniones entre las distintas planchas de metacrilato se han realizado con escuadras metálicas o pegamento de contacto, según necesidad del diseño. En el apartado de la mecánica se ha utilizado también el mismo material excepto en los tubos de PVC para el bombo contenedor y canalización de la pelota.


         


La estructura esta formada por cuatro pisos sujetados con tornillos separadores, los cuales dan consistencia al conjunto a la vez que facilitan su separación, al ser este un proyecto de investigación sujeto a continuas modificaciones y ajustes. En el primer piso se encuentra el mecanismo de tracción, las baterías y las canalizaciones de entrada y salida de bolas, en el segundo piso esta situado el bombo contenedor con el motor de giro y el sistema de compuertas, en el tercer piso esta el motor succionador y la electrónica de control de motores y sensores, acabando la torre con la ITX, verdadero cerebro de Golfus Hispanicus. El sistema motriz consta de dos motores con reductora alimentados con 10V, que dan en vacío una velocidad de 175rpm y un par de 7.5kg. Estos motores   mueven un sistema de orugas. En un principio barajamos la posibilidad de poner ruedas lo suficientemente anchas como para evitar que se introdujeran en los propios agujeros de la pista pero finalmente nos decidimos por las orugas. 


              

El sistema del bombo contenedor, es bastante complejo pues puede realizar  todas las tareas de recoger pelotas por aspiración, almacenar hasta 8 pelotas, clasificadas según color y depositar a voluntad la pelota necesaria en el agujero. El bombo lleva incorporado entre otros dispositivos los siguientes: Un aspirador portátil de coche, reformado, alimentado a 12V y con un consumo de 2A. Una compuerta giratoria, gobernadas mediante servo, que se puede adoptar tres posiciones, apertura succión, apertura deposición y cierre. Un motor, con una reductora de fabricación propia, para el giro del bombo y un sistema de encoders para conocer la posición exacta de los tubos del mismo. Resaltar que en gran parte de la construcción del robot se han utilizado materiales reciclados de muy diversas procedencias.


                                                      


Para la electrónica, debido al carácter experimental del proyecto, nos decidimos por un sistema modular, separando físicamente cada una de las partes que componen las diferentes etapas de la electrónica. Todas la placas van montadas sobre una placa matriz, que hace las veces de bus, interconectando unas con otras, Alimentación, Control, Potencia y Sensores.


       


Alimentación: 
Esta placa toma la tensión de una de las baterías de 12V 2.3Ah. y la transforma mediante estabilizadores 780X en las tensiones necesarias para alimentar los diferentes circuitos y componentes. De esta placa salen tres tipos de alimentación. Alimentación para la electrónica digital, alimentación para los motores de bajo consumo (servos y bombo) y alimentación para los motores de potencia (tracción y succión).
Control: En esta placa va montado un microcontrolador el PIC 16f876, encargado de controlar los motores, de la recepción y transmisión de los datos suministrados por los sensores y de las subrutinas de succión y deposición de bolas, ordenadas desde la ITX. Además lleva incorporadas dos entradas y una salida para comunicación con el resto del sistema de control, mediante opto acopladores (los cuales no están en esta placa). Como se explico anteriormente, este fue uno de los retos que nos planteamos al realizar este proyecto: Separar físicamente la parte de potencia de la de toma de decisiones, pero conectados para la transmisión de datos. Esto ha supuesto el desarrollo de un protocolo de comunicaciones específico para el proyecto. Se ha intentado sacar el máximo provecho del microcontrolador, así por ejemplo, si bien no se usan todas, esta preparado para controlar cuatro servomotores, tres motores DC en un sentido de giro, dos motores de tracción de doble sentido de giro. Además en la parte correspondiente a sensores controla seis bumpers, tres sensores IR de reflexión, tres sensores de corte de luz y dos sensores de distancia GP2DXX. Esto, además de los tres pins de comunicación.
Potencia: Esta etapa esta dividida en dos partes, una placa soporta las conexiones para los servomotores y motores de bajo consumo, mientras que la segunda placa lleva el motor de succión mediante un TIP110 y los dos motores de tracción controlados a través del integrado L298N.
Sensores: Debido al gran numero de sensores, este apartado esta repartido en tres placas. Una de ellas soporta los seis sensores de contacto o bumpers, la segunda lleva las conexiones para soportar otros seis sensores, tres de los cuales van conectados directamente a ella, los sensores IR de reflexión CNY70 y de los otros tres, los de corte de luz, solo recibe la señal desde una tercera placa, en la que esta montados los circuitos necesarios para ese sistema de sensores, además esta tercera placa lleva implementada la entrada de datos y la alimentación de los GP2D. Además, en las dos placas primeras, todos los sensores pueden intercambiar su posición, facilitando así las modificaciones. 

                                                               

El sistema de visión artificial es propio, basado en una placa de PC tipo MiniITX con dos cámaras estándar USB, el programa de gestión donde se ha cargado previamente la estrategia a usar decide el siguiente paso a seguir (buscar bola blanca, negra, agujeros, etc...) por lo que captura una imagen de la cámara frontal y la escanea en busca del objeto deseado, caso de localizarlo va indicando al sistema motriz la dirección a la vez que va graduando la velocidad en función de los nuevos escaneos de imagen, caso de no localizar dicho objeto entramos en una rutina automática de giros y pequeños desplazamientos hasta localizar el objeto deseado. El escaneo de imágenes se hace por barrido integral de las mismas buscando el color del objeto deseado, para ello también se han habilitado en el programa una configuración de “tolerancias” dado que el color de los objetos varia de tonalidad en función de las condiciones lumínicas, estos parámetros de tolerancia de color conviene que sean calibrados antes de cada partida, ajustándose así al momento específico de cada competición. El hecho de que las paredes de la pista de competición sean blancas, añade una dificultad adicional a la búsqueda de bolas del mismo color por lo que también hemos implementado un filtrado en función de la forma y las medidas relativas de la silueta encontrada. Hasta aquí hemos hablado de la cámara frontal, la cámara trasera es fija y apunta directamente hacia abajo en la parte trasera del robot justo a la salida del canal destinado a depositar las bolas en los agujeros, el cometido de esta cámara no es mas que suplir una zona no cubierta con la cámara principal y que nos permitirá una mayor exactitud a la hora de situar el robot.

Minerva 2

   

Se trata de una revisión del diseño de Minerva1, microbot ganador de la competición Xtreme-Robotrackers en la Campusbot de 2006. Se ha sustituido completamente el chasis del robot por otro mas ligero, ademas de las ruedas, baterías y algún componente electrónico. Todas las modificaciones fueron orientadas a optimizar el peso del robot. En esta prueba hay que competir con otro microbot siguiendo una línea negra sobre fondo blanco que  traza  todo tipo de curvas, cruces, bifurcaciones y ángulos rectos. El microbot se compone de dos partes, el cuerpo del robot principal donde se alojan baterías y la placa de potencia a la que sigue una prolongación móvil que incorpora la placa con todos los sensores y el microcontrolador pic16f84A. Esta prolongación se mueve gracias a un servo que se integra en el conjunto del sistema de tracción.

   

Aqui vemos a Minerva2 lateralmente y se distinge perfectamente el chasis de metacrilato que he moldeado con calor hasta conseguir la forma deseada

Minerva 1

MINERVA 1, PRIMER PREMIO EXTREME-ROBOTRAKERS

    
El microbot Minerva1 es bastante complejo en cuanto a estructura y programación. Es creado gracias al trabajo conjunto del equipo Malagueño formado por los estudiantes universitarios Antonio Villena, Ivan Rubí y yo. Ganador del primer premio en Campusbot 2005, es un microbot diseñado para la prueba Extreme Robotrakers. En esta prueba hay que competir con otro microbot siguiendo una línea negra sobre fondo blanco que traza todo tipo de curvas, cruces, bifurcaciones y ángulos rectos. El microbot se compone de dos partes, el cuerpo del robot principal donde se alojan baterías y placa de potencia seguido de una prolongación móvil que incorpora todos los sensores y el microcontrolador pic16f84A. Esta prolongación se mueve gracias a un servo que integra el conjunto del sistema de tracción del robot. El equipo presentó a competición 3 microbots que con un fantástico "triplete" se llevaron para Málaga 1º, 2º y 3º premio.

     

En primer lugar con la vista superior podemos ver el perímetro del microbot. Se aprecia como la parte delantera es básicamente la propia placa de los sensores CNY70 que comunica con la parte trasera mediante una cinta plana de cables. Por la transparencia de la tapa de plástico es visible el circuito de potencia alojado en el interior junto al paquete negro de baterías de Ni-Mh.
A continuación Minerva1 en las primeras fases de construcción en la que se distingue perfectamente el sistema de rueda motriz, la tracción por polea y el servo que hace girar al conjunto. El chasis está construido con metacrilato, básicamente por la resistencia y facilidad de trabajo.

     

Yecks 2

 

MICROROBOT YECKS2

                        

Si algo llama la atención es sin suda el chasis de este microbot, se trata de un "taper" habitual en nuestras cocinas. Yecks 2 resultó ganador de UMABOT 2004, competición que organiza la universidad de Málaga. Esta diseñado y programado para realizar tareas de exploración evitando obstáculos gracias a sus sensores de intensidad luminosa, infrarrojos e interruptores de contacto o "bumpers". Está basado en el microcontrolador PIC16f84A. La disposición mecánica es la habitual por tracción diferencial con servos trucados para que giren 360º. La electrónica consta de dos placas, la principal con el microcontrolador, salidas a sensores, puerto para programación, etc y la segunda es una etapa de potencia con el driver l293b que se encarga de mover los servos para la tracción. Toda la electrónica está alimentada por un paquete de baterias de Ni-Ca recicladas de cajas de luces de emergencias averiadas. Yecks 2 participó en la competición de Laberinto en Hispabot 2004, Madrid.
 En las imágenes podemos apreciar el perímetro del microbot con los dos bumpers. Por la transparencia del plástico es claramente visible el circuito de potencia alojado en el interior. Este circuito está fabricado en base a una placa de prototipos en la que se aprecian claramente las pistas estañadas. 

                         

En estas imágenes se pueden apreciar todos los componentes alojados en el interior, circuito principal controlador y etapa de potencia, cableado y baterías. Las ruedas de tracción las conseguí desguazando un juguete del todo a 100.

 

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