Taller de Robtica

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Taller de Robtica

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Proyecto: Programaci n mediante simuladores de una operaci n de tomar y ... 1, Set up: Part2, Set up Options, Training Center Introduction and Missions 1-6 ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Taller de Robtica

1
Taller de Robótica

Dr. Gildardo Sánchez Ante
Departamento de Cs. Computacionales
ITESM-Campus Guadalajara

2
Contenido

SESION I
Introducción.
Enfoques para programación en robótica móvil.
Robótica móvil en la práctica Ejemplos.
Lego Mindstorms Hardware.
Lego Mindstorms Software.
Proyecto 1 Detección y seguimiento de una fuente
luminosa
Proyecto 2 Seguimiento de líneas.
Proyecto 3 Robot Merodeador.

3
Contenido

SESION II
Handy Board Hardware.
Handy Board Software.
Proyecto Clasificando piezas.
Proyecto Recolector de basura.
Robótica de Manipuladores.
Programación de robots manipuladores.
Proyecto Programación mediante simuladores de
una operación de tomar y transferir piezas.
Conclusiones.

4
Instructor

Gildardo Sánchez AnteDoctorado en Cs.
ComputacionalesITESM-Cuernavaca/Stanford Univ.
Área de especialidad
Planeación de movimientos en robótica.
Oficina
DIA-3,
3er Piso, Edificio Administrativo
Tel. (33) 3669-3000 x 3130
gildardo_at_itesm.mx
http//academia.gda.itesm.mx/gsanchez

5
Qué es un robot?

Máquina reprogramable, multifuncional diseñada
para manipular materiales, partes, herramientas o
dispositivos especializados a través de
movimientos programables para el desarrollo de
una variedad de tareas Robotics Industries
Association

6
Robots
Exploración
Investigación
Juguete?
Industrial (Soldadura)
Industrial (Desplazamiento)
7
Contenido

SESION I
Introducción.
Enfoques para programación en robótica móvil.
Robótica móvil en la práctica Ejemplos.
Lego Mindstorms Hardware.
Lego Mindstorms Software.
Proyecto 1 Detección y seguimiento de una fuente
luminosa
Proyecto 2 Seguimiento de líneas.
Proyecto 3 Robot Merodeador.

8
Enfoques para robótica móvil

Enfoque Deliberativo o de Planificación.
Suponiendo que el robot conoce su entorno
perfectamente y que éste cambia solamente por la
acción del mismo robot o que en su defecto el
robot puede predecir esos cambios.
Entonces es posible que el robot genere un plan
de movimientos en un proceso fuera de línea y que
una vez obtenido éste, lo ejecute.

9
Enfoques para robótica móvil

Enfoque Reactivo
Para casos en que el robot no conoce la dinámica
del entorno, es posible inducir en él una serie
de comportamientos simples cuya combinación crea
en un momento determinado la posibilidad de
lidiar con ciertos problemas.
En este caso el robot no planifica de antemano
sus movimientos, los va decidiendo de acuerdo con
la información que los sensores le proporcionan y
las reglas que le han sido programadas.

10
Enfoques para robótica móvil

Ambas propuestas son interesantes y pueden ser
complementarias. Mientras que en el enfoque
deliberativo puro el lazo de control no se
cierra, evitando la posibilidad de manejar
errores, en el caso de la robótica reactiva, es
muy difícil reproducir acciones complejas en el
robot. Casi siempre se limita a imitar en un
cierto grado acciones simples de insectos.

11
Contenido

SESION I
Introducción.
Enfoques para programación en robótica móvil.
Robótica móvil en la práctica Ejemplos.
Lego Mindstorms Hardware.
Lego Mindstorms Software.
Proyecto 1 Detección y seguimiento de una fuente
luminosa
Proyecto 2 Seguimiento de líneas.
Proyecto 3 Robot Merodeador.

12
Algunos ejemplos prácticos

La intención de presentar estos casos es dar
ideas de cómo se han abordado algunos de los
problemas clásicos en planeación de movimientos
de robots móviles.

13
Caso 1

Misión Construir un mapa de un entorno
inicialmente desconocido.
Equipo
Robot Super Scout equipado con un Sick Laser, y
acceso inalámbrico a una computadora.

14
El robot
15
El proceso

Hacer un barrido del entorno con el láser.
Generar polilíneas.
Alinear el mapa actual con la versión anterior de
éste.
Marcar free-edges.
Determinar siguiente posición de barrido
(next-best view algorithm).

16
Resultado de un barrido con el Sick Laser
17
(No Transcript)
18
Estrategia de Next-best view
19
Un ejemplo
2
1
6
4
20
Caso 2 Target Tracking

Misión Identificar un objetivo (target) y
mantenerlo siempre dentro del campo de visión del
robot (autonomous observer).
Equipo
Robot SuperScout con dos cámaras de video, frame
grabber y acceso inalámbrico a otra computadora.
Robot Nomad 200 guiado mediante un humano.

21
(No Transcript)
22
Target
Campo visual del observador
Observador
23
Una mejor estrategia
Target
Observador
24
Cuál es la mejor posición?
Target
Observador
25
Menor tiempo de escape
Target
Observador
26
Un ejemplo
27
En un entorno complejo
28
Videos
29
Empleo de Simuladores

Los simuladores son herramientas sumamente
poderosas que aunque no suplen la utilización de
un robot real, sí ayudan a optimizar su uso,
especialmente en las etapas de depuración.

30
Kephera
Mobs
31
Caso Navegación simple

Misión Moverse por ahí tratando de evitar
colisiones.
Equipo Plataforma de Lego con dos sensores de
contacto y uno de luz infrarroja.

32
(No Transcript)
33

Pero mejor....
Pongamos manos a la obra!

34
Contenido

SESION I
Introducción.
Enfoques para programación en robótica móvil.
Robótica móvil en la práctica Ejemplos.
Lego Mindstorms Hardware.
Lego Mindstorms Software.
Proyecto 1 Detección y seguimiento de una fuente
luminosa
Proyecto 2 Seguimiento de líneas.
Proyecto 3 Robot Merodeador.

35
Introducción
El RCX es el cerebro del sistema ROBOTICS
INVENTION, el RCX se programa mediante una PC,
además tiene pre-cargados algunos programas.
36
Introducción
El RCX tiene puertos para tomar lecturas de los
sensores, un procesador para realizar cálculos y
salidas con las cuales controla los motores.
37
Introducción
Para construir un robot se utilizan el RCX y las
piezas LEGO.
38
Introducción
Mediante un lenguaje de programación visual para
PC y el puerto serial, es posible programar y
posteriormente descargar el código que ejecutará
el RCX.
39
Hardware

El RXC
5 programas precargados, que se ejecutan mediante
los botones Prgm y Run. Es posible borrarlos para
introducir programas propios.
Opera con 6 baterías AA ó con eliminador de
baterías
Si el RCX no está ejecutando ningún programa, el
sistema se apagará después de 15 minutos, este
valor se puede modificar utilizando el software
de programación incluido con el sistema

40
Hardware

Características del RXC
3 puertos de entrada
3 puertos de salida
4 botones de control
1 display LCD
1 conector para eliminador de baterías
1 emisor/receptor infrarrojo

41
El cerebro del Lego (RCX)
Imágenes de http//graphics.stanford.edu/kekoa/rc
x/
42
Circuit Board
VISTA POSTERIOR
VISTA FRONTAL
43
Hardware

Puertos entrada salida
Los puertos de entrada son puntos de conexión
para sensores (luz, contacto, temperatura y
rotación)
Los puertos de salida son puntos de conexión para
motores y otro tipo de dispositivos como lámparas

44
Hardware

Botones de control
Rojo (ON-OFF) encendido y apagado del sistema
RCX
Negro (View), permite seleccionar la función que
se desea monitorear para mostrarla en pantalla.
Ejem visualizar la lectura de un sensor en los
puertos de entrada 1,2 o 3 o la velocidad de un
motor en los puertos A, B o C
Gris(Prgm o program) permite seleccionar alguno
de los programas precargados en el PCX
Verde (Run) ejecuta y detiene el programa
seleccionado con el boton Prgm

45
Hardware

Display del RCX
Indicador de batería baja
Indicador de puerto infrarrojo, se enciende
cuando se está programando el dispositivo
Barra Indicadora de descarga de programas, se
enciende cuando se está bajando un programa de
una PC al RCX
Flechas indicadoras para puertos de salida, se
activan para indicar actividad en un puerto de
salida
Flecha indicadora de puerto de entrada, indican
actividad en un puerto de entrada
Icono de persona, cuando está corriendo indica
que el RCX está ejecutando un programa

46
Hardware

Transmisor IR
Establece enlace inalámbrico entre una PC y el
RCX mediante el puerto serial de la computadora
para bajar programas a la unidad RCX
Es necesario tener un campo de visión abierto
para establecer comunicación. Se tienen dos
rangos de comunicación seleccionables corto/largo
mediante un interruptor
Típicamente la distancia para bajar un programa
al RCX varía de 4-6 pulgadas, aunque bajo
condiciones adecuadas puede establecer
comunicación hasta unos 90 pies
El transmisor utiliza una batería de 9 volts

47
Contenido

SESION I
Introducción.
Enfoques para programación en robótica móvil.
Robótica móvil en la práctica Ejemplos.
Lego Mindstorms Hardware.
Lego Mindstorms Software.
Proyecto 1 Detección y seguimiento de una fuente
luminosa
Proyecto 2 Seguimiento de líneas.
Proyecto 3 Robot Merodeador.

48
Software

Menú Principal
Cuando se ejecuta por primera vez, el software se
activa en modo guiado. Este modo consta de las
siguientes etapas Login, Main Menu, Getting
Started, Tour, Set up Part 1, Set up Part2, Set
up Options, Training Center Introduction and
Missions 1-6
El Menú Principal permite accesar a cualquiera de
los siguientes submenús Getting Started, Program
RCX, Help y WWW

49
Software

Getting Started
Contiene los submenus Tour, Set Up Part 1 y Set
Up Part 2
Tour
Introducción al producto MINDSTORMS y sus
conceptos
Set Up Part 1
Instrucciones paso a paso que explican cómo
cambiar baterías, cómo usar los botones, cómo
girar los motores y leer los sensores y cómo
utilizar los programas precargados

50
Software

Set Up Part 2
Instrucciones paso a paso que explican cómo
preparar el transmisor infrarrojo IR para usarlo
y conectarlo a la computadora. Además, tiene
instrucciones para bajar el software al sistema
RCX
Set Up Options
Esta pantalla permite verificar o cambiar los
valores del sistema RCX y del transmisor IR sin
necesidad de pasar por los submenus Set Up Part
1 y Set Up Part 2

51
Software

Program RCX
Incluye los submenús Training Center programming
instructions y RCX Code programming environment

52
Software

TRAINING CENTER
Guía a los siguientes submenús
explicación de RCX Code
creación de programas en RCX Code
cargando un programa al RCX
guardando un programa en el Program Vault y
Otras funciones

53
Software

RCX CODE
Es un ambiente de programación gráfico para
construir programas. Cada bloque en la pantalla
es una instrucción
Permite generar programas que serán descargados
en el RCX con acciones o comportamientos
La programación se realiza en el área de trabajo
del RCX Code. El espacio de trabajo variará
dependiendo del programa

54
Software

PROGRAM VAULT
Permite almancenar los programas generados con el
RCX Code en el disco duro o en unidades de
diskette. Existen opciones como New, Import,
Export o Delete. En el centro existen
contenedores que indican los programas
almacenados y se opera con las flechas arriba y
abajo

55
I/O

Tres salidas A, B y C
Para manejar motores
Tres entradas 1, 2 y 3
Interruptores
Sensor de luz
Contador de revoluciones
Otros (temperatura, etc)

56
Introducción a Not Quite C (NQC)
57
Introducción

NQC quiere decir Not Quite C, que es el nombre de
un lenguaje de programación desarrollado por Dave
Baum y otras personas.
NQC tiene una sintaxis similar a la que posee el
lenguaje C.
Sin embargo, NQC es un lenguaje de propósito
específico para programar varios de los productos
de Lego Mindstorms.
Existen otras alternativas, como es el caso de
legOS y pbFORTH.

58
Reglas léxicas de NQC

Comentarios
/ Esto es un comentario/
// Esto también lo es
Constantes Numéricas
X 10

59
Estructura de un programa en NQC

Un programa en NQC se compone por bloques de
código y variables globales.
Existen tres tipos diferentes de bloques de
código
Tareas (tasks),
Funciones en línea (inline) y
Subrutinas (subroutine).

60
Tasks

El RCX soporta implícitamente el multi-tasking
(cuando se comparte un procesador en múltiples
procesos).
Los tasks se definen mediante
task nombre()
// codigo de la tarea
Un programa debe tener siempre al menos un task,
llamado main. El número máximo de tasks depende
del hardware en que se correrá. Para el caso del
RCX se trata de 10.

61
Tasks

Los tasks pueden activarse o detenerse mediante
las sentencias start y stop.
Start task_name
Stop task_name

62
Funciones

A veces es conveniente agrupar conjuntos de
sentencias en una función, la cual puede ser
llamada después cuando sea necesario.
Las funciones en NQC se definen
void name(argument_list)
// body of the function

63
Funciones

void proviene de C. En el caso de las funciones
de NQC, no es posible regresar valores, de ahí
que se les defina con void.
La lista de argumentos puede ser vacía o puede
contener variables, separadas por comas e
indicando su tipo. NQC soporta cuatro tipos para
los argumentos.

64
Argumentos para las funciones
65
Paso de parámetros por valor

void foo(int x)
x 2
task main()
int y 1 // y is now equal to 1
foo(y) // y is still equal to 1!

66
Paso de parámetros const int

void foo(const int x)
PlaySound(x) // ok
x 1 // error - cannot modify argument
task main()
foo(2) // ok
foo(45) // ok - expression is still constant
foo(x) // error - x is not a constant
Esto es particularmente útil ya que hay algunas
funciones del RCX que solamente aceptan
argumentos constantes.

67
Paso de parámetros por referencia

void foo(int x)
x 2
task main()
int y 1 // y is equal to 1
foo(y) // y is now equal to 2
foo(2) // error - only variables allowed
En este caso es posible que la función modifique
los valores de los argumentos que se le pasan

68
Funciones

Las funciones en NQC siempre son expandidas como
inline.
Esto significa que cada llamada a la función
resulta en una copia del código de la función que
se incluye en el programa. Si no se les usa de
manera cuidadosa, pueden producir códigos de
tamaño excesivo.

69
Subrutinas

A diferencia de las funciones, las subrutinas
permiten que una sola copia del mismo código sea
compartida por diferentes usuarios.
Esto las hace ser más eficientes en cuanto al uso
de espacio, sin embargo, por limitaciones en el
RCX, existen algunas restricciones en su uso
No pueden usar argumentos.
Una subrutina no puede llamar a otra.
El número máximo de ellas está limitado a 8 en el
caso del RCX.
Estas restricciones las hacen menos deseables que
las funciones.

70
Subrutinas

La sintaxis para una subrutina es la siguiente
sub name()
// body of subroutine

71
Variables

Todas las variables en NQC son del mismo tipo
(enteros con signo de 16 bits).
Se les declara empleando
int x // declare x
int y,z // declare y and z
int a1,b // declare a and b, initialize a
to 1

72
Variables

Globales
Se les declara fuera del alcance de cualquiera de
las funciones.
Locales
Se les declara dentro de las tareas, funciones o
subrutinas.

73
Ejemplos de variables

int x // x is global
task main()
int y // y is local to task main
x y // ok
// begin compound statement
int z // local z declared
y z // ok
y z // error - z no longer in scope
task foo()
x 1 // ok
y 2 // error - y is not global

74
Estructuras de Control

Como cualquier lenguaje estructurado, NQC posee
las siguientes estructuras de control
Secuencia
Tomas de decisión
Repetición

75
Secuencia

x 1
y 2
Simplemente, una sentencia se ejecuta después de
la otra.
Se pueden agrupar mediante llaves.

76
Tomas de decisión

if (condition) consequence
if (condition) consequence else alternative
if (x1) y 2
if (x1) y 3 else y 4
if (x1) y 1 z 2

77
Tomas de decisión

Ejemplo
switch(x)
case 1
// do something when X is 1
break
case 2
case 3
// do something else when x is 2 or 3
break
default
// do this when x is not 1, 2, or 3
break

switch (expression) body
case constant_expression
default

78
Expresiones
79
Condiciones
80
Ciclos

while (condition) body
while(x lt 10)
x x1
y y2

81
Ciclos

do body while (condition)
for(stmt1 condition stmt2) body
repeat (expression) body

82
until()

Esta es nuestra primera construcción de control.
Hasta ahora nuestros códigos habían sido lineales
o secuenciales.
Algunas sentencias de NQC permiten controlar el
flujo del programa.
Observe while().

83
While

Sintaxis
while( condicion )
cuerpo
La condición es una expresión que evalúa a falso
o verdadero
Pueden ser también condiciones simples, tales
como true, false
Algunas más complejas empleando sensores un poco
más adelante

84
Until

El opuesto del while
El ciclo se ejecuta hasta que la condición sea
verdadera.
Mientras sea falsa
Es común usarla sin un cuerpo
until(false)
Y su uso completo es
until( condicion )
sentencias

85
Programando para el robot

Hemos hablado ya de algunos de los elementos
fundamentales del lenguaje.
Ahora veamos cómo emplearlos en problemas con el
robot.

86
Ejemplo
task main() OnFwd(OUT_A) OnFwd(OUT_C)
Wait(400) OnRev(OUT_AOUT_C) Wait(400)
Off(OUT_AOUT_C)
87
Task y main
task main() OnFwd(OUT_A) OnFwd(OUT_C)
Wait(400) OnRev(OUT_AOUT_C) Wait(400)
Off(OUT_AOUT_C)

Por ahora, solamente lo usaremos, más adelante
explicaremos con más detalle.
main indica dónde es que inicia el programa
Las llaves delimitan bloques, en este caso al
programa mismo.

88
Wait
task main() OnFwd(OUT_A) OnFwd(OUT_C)
Wait(400) OnRev(OUT_AOUT_C) Wait(400)
Off(OUT_AOUT_C)

Detiene la ejecución del programa durante un
cierto tiempo.
El tiempo está dado como centésimas de segundo.
Ejemplo cuatro segundos.

89
Reverse y Off
task main() OnFwd(OUT_A) OnFwd(OUT_C)
Wait(400) OnRev(OUT_AOUT_C) Wait(400)
Off(OUT_AOUT_C)

Similar a Fwd()
Note que se controlan dos salidas.

90
Sensores

Se usan los nombre SENSOR_1, SENSOR_2, y SENSOR_3
para identificar los puertos de sensores del RCX.
Un sensor tiene dos componentes su tipo y modo.
El tipo determina cómo se lee el sensor, y el
modo determina cómo se interpreta el valor. Estos
se fijan empleando
SetSensorType(sensor, tipo) y SetSensorMode(sensor
, modo).
SetSensorType(SENSOR_1,SENSOR_TYPE_LIGHT)
SetSensorMode(SENSOR_1, SENSOR_MODE_PERCENT)
Por conveniencia también puede usarse
SetSensor(sensor, configuracion)
SetSensor(SENSOR_1, SENSOR_LIGHT)
SetSensor(SENSOR_2, SENSOR_TOUCH)

91
Sensores

92
Sensores
93
Sensores
94
Salidas

Los nombres OUT_A, OUT_B, y OUT_C se emplean para
identificar las salidas del RCX. Todos los
comandos para controlar salidas pueden trabajar
con varias salidas a la vez. Pro ejemplo "OUT_A
OUT_B".
Cada salida tiene tres atributos distintos modo,
dirección, y nivel de potencia. El modo se
especifica de acuerdo con

95
Salidas
La dirección se fija mediante SetDirection(salidas
, direccion). La dirección puede
ser La potencia va de 0 (menor) a 7
(mayor). Se fijan mediante SetPower(salidas,
potencia).
96
Salidas

97
Salidas