Pfonseca robotica virtual (1)
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Este documento describe cómo usar software de robótica virtual como Lego Digital Designer y Virtual Robotics Toolkit para diseñar y programar robots virtuales sin necesidad de un kit físico. Explica cómo usar estas herramientas para crear un robot seguidor de líneas virtual y programar su comportamiento usando teclas del teclado. Proporciona imágenes guía del proceso de diseño, programación y simulación del robot virtual.
Pfonseca robotica virtual (1)
- 1. ROBOTICA VIRTUAL Pedro Fonseca Solano pedro.fonseca.solano@una.ac.cr Subdirector Escuela de Informática Universidad Nacional Costa Rica Palabras clave Robótica Virtual, EV3, L LEGO MINDSTORM, Programación Resumen Se trata de un tutorial para trabajar robótica de manera virtual, no se necesita un kit físico, gracias a que existe software como Lego Digital Designer que es gratuito y los usuarios pueden crear cualquier robot basado en componentes Lego el software Virtual Robotics Toolkit, a un precio relativamente accesible. En los últimos 10 años como parte del trabajo del autor quien ha trabajado con robots usando diferentes tecnologías hoy se expone la tecnología LEGO MINDSTORM y la posibilidad de hacer robótica virtual. Obviamente los entornos virtuales no son del agrado de todos, por múltiples razones importantes pero no serán discutidas en este momento, lo que sí se rescatará es la importancia de estos “mundos” para el aprendizaje, ya que permiten a un costo accesible acceder al diseño y programación de un robot desde nuestras casas. El robot que se diseñará, será un seguidor de líneas que cuando encuentra un obstáculo, lo quita de su camino. Como se muestra en la Figura 1. Figura 1. Robot seguidor de líneas Se va a utilizar para modelar un robot, el software Lego Digital Designer (LDD), el cual puede descargarse de manera gratuita en la dirección http://ldd.lego.com/es-ar/download/, para sistema operativo Windows o Mac. Se trata de un entorno que nos permite utilizar las partes de lego de los kits EV3 y NXT con sus respectivos sets de expansión, así como productos, de acuerdo como se muestra en la siguiente figura 2.
- 2. Figura 2. Entorno de diseño LDD En este caso utilizaremos el Kit 45544 Mindstorm EV3, que presenta todas las piezas que están físicamente en el set, mediante la selección del icono que se muestra en la figura 3. El cual presenta solo las piezas de este Kit. Figura 3. Filter Bricks By Boxes. Iconos para menus de las diferentes piezas Figura 4. Opciones para búsqueda de piezas
- 3. Figura 5. Entorno de diseño LDD. Aquí se muestra la opción de partes electrónicas abierta, donde se da acceso al brick EV3, sensores de tacto, ultrasonido, giroscopio, sensor de color y los 2 tipos de motores grande y mediano, así como los cables para conectarlos. El ladrillo tiene puertos para motores y sensores, igual que él original de EV3 y bueno en este modelo utilizaremos 2 motores grandes para desplazamiento hacia adelante y uno mediano, para que cuando el sensor de ultrasonido detecte un obstáculo a 5 centímetros de distancia lo quite, con un leve golpe y el seguidor de línea con el sensor de color. Figura 6. Construcción parcial del modelo. El robot se va construyendo como en la vida real, cada pieza se debe seleccionar y colocar en el respectivo lugar, de hecho esta es una excelente forma para enseñar a los alumnos a construir el robot paso a paso, yo particularmente es de uso cotidiano mientras se desarrollan los talleres del autor.
- 4. Figura 7. Construcción final del modelo Una vez terminado el diseño lo debes guardar (queda con formato LXF) y luego lo exportas a formato .LDR para que pueda ser importado por el Virtual Robotics Toolkit. Figura 8. Exportación de modelo de .LXF a .LDR Figura 9, Ejemplo Robot físico y Mundo Virtual de Virtual Brick Es importante mencionar que el robot debe ser construido como en la realidad, se debe conectar los motores y los sensores a los puertos que corresponden, porque cuando se vaya a programarse debe tener en cuenta que se desea mover, por ejemplo el motar A, debe de estar debidamente configurado en el mundo virtual, ya el software que se utiliza para programar el nativo de EV3 cuando se ejecuta el programa, únicamente se selecciona el mundo virtual en vez del modelo físico.
- 5. Conversión de l modelo construido con Lego Digital Designer, al mundo virtual Existen varios mundos virtuales, para efectos de esta demostración se utilizará el Virtual Robotics Toolkit que no son gratuitos, tienen un costo de $50 cada uno. Para hacer esto, se cuenta con la herramienta LDView, 4.1 Copyright Travis Cobbs & Peter Bartfai y un equipo de colaboradores, que es software gratuito y nos permite hacer la conversión del archivo LXF, de LDD a formato LDR. El formato de archivo LDraw y el programa original fueron escritos por James Jessiman. Él también modeló muchas de las partes originales en la biblioteca de partes que es central a los programas y está bajo mantenimiento continuo y extensión por la comunidad LDraw. En 1997, Jessiman murió. Desde entonces, una variedad de programas han sido escritos lo que usa la biblioteca de partes de LDraw, y el formato de archivo. El producto final será el robot que se muestra en la figura Figura 10.Vistas del modelo en maya Una vez instalado el software se ingresa, y se crea proyecto nuevo tipo CLEANUP CHALLENGE, nosotros los bautizamos como UNA-RobotVirtual. Figura 11. Entornodel Virtual Robotics Toolkit Una vez creado el proyecto lo que se debe eliminar el robot predeterminado. Se selecciona con un clic y se va a edición donde selecciona DELETE. Luego se va a la opción importar robot y se busca en los archivos el modelo construido en LDD
- 6. Figura 12.Importación del archivo .LDR Una vez importado el proyecto, se debe dar nombre a los diferentes componentes en los se ha dividido el modelo. Hay un componente mayor (Main) que está compuesto por el ladrillo y debe de recordar que se debe ligar las partes que deben estar unidas, porque en caso contrario “se caen” por ejemplo una parte que no se ligó chasis, el mundo virtual literalmente cae al piso. Posteriormente se deben conectar los motores y los sensores con los respectivos puertos
- 7. Figura 13. Selección de componentes. Observe que en color verde se destacan las partes que componen el chasis y asi será para cada una de las partes en se dividió el modelo como se muestra en la figura 14. Figura 14. Selección componentes no asociados.
- 8. Se debe ir nombrando cada componente, con el fin de ubicarlos para la asignación de puertos y agrupando o juntando (merge) las partes que debe estar unidas. Después de la agrupación solo quedaran los nombre de los componente principales, los demás fueron asociados o unidos a otros componentes, como se muestra en la figura Figura 15. Figura 16. Figura 17. Como se muestra en las anteriores figuras, es un proceso el ir seleccionando la piezas que van asociadas al chasis del robot u otros componentes. Esto además de claridad a la hora de asignar los componentes a los puertos para motores y los puertos para los sensores, permite una mejor estructura del trabajo. En la figura 18, se muestra ya la asignación de los 3 motores a su respectivo puerto, en este caso se utilizan los motores A, B y C, y los sensores de color y ultrasonido en los puertos 2 y 4. Figura 18. Asignación de puertos
- 9. Ahora se mostrará cómo se programará con las teclas WZASD, los eventos relacionados con el movimiento del Robot. Tecla Cada vez que se preisione la letra? W Cada vez que se presione la tecla W, el robot avanzará hacia adelante, enciendiento los motores By C durante 10 milisengundos. Z Cada vez que se presione la tecla Z, el robot retrocederá , enciendiento los motores B y C durante 10 milisengundos. A Al presionar la tecla de la letra A, hará que el motor derecho se detenga y el motor izquierdo se active, para hacer un giro hacia la derecha D Al presionar la tecla de la letra D, hará que el motor izquierdo se detenga y el motor derecho se active, para hacer un giro hacia la izquierda S Al presionar la tecla de la letra S ,hará que el motor A, se mueva hacia adelante y hacia atrás Como se muestra en la siguiente figura, se presenta la asignación de teclas en el entorno Virtual Robotics Tool Kit. Figura 19. Asignación de eventos a teclas.
- 10. Una vez programadas las teclas, se le da PLAY al proyecto y se inicia la navegación de nuestro robot en el entorno o “mundo virtual”. En este caso la torre la derriba y robot y la idea es que saque del entorno las piezas que componen la torre. Figura 21. Mundo Virtual de VRT. Figura 22. Vista desde arriba del robot y su entorno del VRT.