UNIVERSIDAD SALAMANCA HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)1 µrobot Diego A. Vicente,E. Espino, R....
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)
1
UNIVERSIDAD SALAMANCAµrobot Diego
A. Vicente,E. Espino, R. Aguilar, B. Curto, V. MorenoDpto. Informática y Automática
Universidad de Salamanca
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)2
Indice
• Descripción del robot
• Sensores
• Actuadores
• Procesamiento
• Conclusiones
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)3
Descripción de Diego
• Robot rastreador• Capaz de seguir una línea negra sobre fondo
blanco
• Capaz de ir por la bifurcación correcta
• Limitaciones de tamaño 20x30 cm
• Velocidad entre 40 – 50 cm/s
• Sencillo y de bajo coste
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)4
Descripción de Diego
• Sensores y actuadores• Sensores que detectan la línea negra
• Actuadores para mover el robot
• Ciclo clásico
Sensores Procesador Actuadores
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)5
Sensores
• Hardware• 8 sensores de infrarrojos (CNY-70)
• Disposición en “V” invertida
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)6
Sensores
• Software• Lectura a través de un puerto del procesador
• Entrada leída por sondeo
• Tratamiento de la entrada• Independencia del ancho de la pista
• Detección de bifurcaciones
• Admisión de tolerancias
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)7
Sensores
• Tratamiento de la entrada• Búsqueda de la “dirección”
de la marca
• Detección de huecos
(marcas de bifurcaciones)
8 7 6 5 4 3 2 1
8 7 6 5 4 3 2 1
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)8
Sensores
• Funciones implementadas• bitDerecho
– Devuelve un número entre el 0 y el 8 que indica el primer bit puesto a 1 por la parte derecha
• bitIzquierdo– Devuelve un número entre el 0 y el 8 que indica el primer bit
puesto a 1 por la parte izquierda
• hayHueco– Devuelve 0 (falso) o 1 si hay huecos
• ladoMarca– Devuelve 1 si la marca es por la derecha o 2 si es por la izquierda– Comparamos por qué lado ha crecido más la lectura respecto a la
lectura anterior a la marca
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)9
Actuadores
• Hardware• 2 Motores procedentes de modelismo• Reductora incorporada• Circuitería de control PWM integrada
• Necesidad de “trucarlos”• Ruedas de 14 cm acopladas a los motores
0V
5V
5 ms 10 ms0 ms
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)10
Actuadores
• Características técnicas• 45º en 0,12 s
• Alimentación entre 4,5V y 6V
• Montaje opuesto
• Separación entre ruedas de 10 cm• Giro diferencial de radio mínimo de unos 5 cm
• Velocidad lineal máxima de unos 45 cm/s
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)11
Actuadores
• Software• Control PWM de unos 4,5 ms
• 8 niveles de velocidad adelante y 8 atrás
• Escritura del valor del ciclo PWM en un puerto de 8 bits
85 92 101
velocidad
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)12
Procesamiento
• Hardware– Micro 16F876A de Microchip
– Instrucciones RISC
– 4 MHz (1MIPS)
– 8k Memoria
– 3 Puertos E/S multipropósito
– Control PWM
– Conversores A/D
– Temporizadores,...
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)13
Procesamiento• Programación
• Utilización del compilador C2C++• Ventajas de C vs Ensamblador
– No es un sistema crítico que requiera código óptimizado
– Permite pensar en “alto nivel”
– Manejo de estructuras de datos y de código complejas
• Programación con tarjeta SMT2 • Puerto serie del PC
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)14
Procesamiento
• Software• Modelo básico (entrada-proceso-salida)• Problemas a resolver
• Detectar marcas de bifurcación y tomar bifurcaciones correctamente
– Máquina de estados
• Robot sobre la línea de la forma más eficiente posible
– Lógica borrosa• 2 Tablas precalculadas
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)15
Máquina de estados
• Detectar marcas de bifurcación y tomar bifurcaciones correctamente.• Definición de un AFD. (Estados, eventos, acciones)
• Tres estados de funcionamiento– 0: Control normal (seguimiento de línea)– 1: Detección de marca de bifurcación– 2: Control lateral según la marca leída
• Eventos– A: Hueco detectado– A’: Hueco durante un tiempo determinado– B: Línea detectada (sin huecos)– C: Temporizador (se ha alcanzado un tiempo determinado)
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)16
Máquina de estados
• Acciones• En 0: Control normal. Bit derecho + Bit Izquierdo.
• En 1: Control lateral. Opuesto al lado de la marca. 2* bitNoMarca
• En 2: Control lateral: Del lado de la marca. 2* bitLadoMarca.
Estado 0
Estado 1
Estado 2
Estado 00 1
2
Inicio
A
A’
A
B
B
No C
C
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)17
Sistema de Control Borroso
Desemborronamiento
Base de reglas
Motor deInferencia
Emborronamiento
Entrada 1Entrada 2...Entrada p
Salida 1Salida 2...Salid a q
Dirección (Posición Línea) PotenciaMotorIzquierdo
PotenciaMotorDerecho
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)18
Variables de entrada•Situación de la línea negra respecto al frente del robot
Funciones de pertenencia (Variable lingüística “DIRECCIÓN”
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)19
Variables de Salida• R = Potencia a aplicar al motor derecho
• L = Potencia a aplicar al motor izquierdo
Funciones de pertenencia Var. lingüística Potencia Motor Derecho
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)20
Reglas Borrosas
•Ejemplo: GIRO DIFERENCIAL
•IF entorno es “difícil” AND dirección es “negativa”(línea-izq) THEN
potencia del motor derecho es negativo alto (nh)
AND potencia del motor izquierdo es positivo alto (ph)
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)21
Control Borroso
Tablas Potencia Controlador Borroso
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)22
Conclusiones
• Aplicación práctica de lógica borrosa
• Implementación sobre un procesador de bajas prestaciones y bajo coste
• Robustez de funcionamiento
• Campeón del concurso ALCABOT-2002
• Subcampeón del concurso ROBOLID-2003 (Fase clasificatoria de Castilla-León)
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HISPABOT'03 (Alcalá de Henares)
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UNIVERSIDAD SALAMANCA
µrobot Diego