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    Lego NXT Lego NXT Presentation Transcript

    • LEGO MINDSTORMS Trabajo realizado para la asignatura de Diseño de Microrrobots Móviles de la Universidad de Alcalá por: Estela Díaz López Ignacio Esperabe de Arteaga del Alamo Rubén Fernández Carnicero David Gualda Gómez Julián Manzano D’Onofrio José Antonio Martín Esteban Javier Mateos Andaluz Luis de Santiago Rodrigo Noviembre 2006 ¿QUÉ ES LEGO MINDSTORMS? Plataforma completa de desarrollo de robots móviles. Basada en la unión de bloques interconectables Los sensores y actuadores se conectan mediante simple presión. Dos modelos 1
    • ¿Por qué usar LEGO Mindstorms? Fácil de montar y desmontar Muy extendido por todo el mundo Posibilidad de múltiples ampliaciones Múltiples lenguajes de programación Muy indicado para entornos educativos Desventajas LEGO Mindstorms Estructura débil Difícil adaptar a diseños específicos Colocación de las pilas 2
    • Descripción hardware Los brick controladores de Lego Mindstorms DESCRIPCIÓN HARDWARE DE LOS BRICK CONTROLADORES RCX NTX 3
    • RCX MICROPROCESADOR HITACHI H8/392 16 MHZ 5V ROM 16 KB RAM 512 B RAM 32 KB 2 TEMPORIZADORES DE 8 BITS 1 TEMPORIZADOR DE 16 BITS 1 CONVERSOR A/D DE 8 BITS 1 ALTAVOZ 3 PUERTOS DE ENTRADA 3 PUERTOS DE SALIDA 4 BOTONES DE CONTROL 1 PANTALLA LCD COMUNIACION VIA INFRARROJOS ALIMENTACION CON 6 PILAS AA/LR6 5 PROGRAMAS IMPLEMENTADOS Y CARGADOS Puertos de entrada Sensores pasivos 4
    • Puertos de entrada Sensores Activos S cerrado 3ms alimenta al sensor S abierto 0.1ms lee el sensor Puertos de salida Solo 2 hilos direccion asociada Modulacion PWM Cada 8ms 8 posibles anchos 8 potenicas distintas 5
    • Comunicación por Infrarrojos Distancia máxima de separación 30m en condiciones optimas. Lo normal entre 10 y 15m. NXT MICROPROCESADOR ARM-7 DE 32 BITS (AT91SAM7S256 de Atmel ) 48 MHz FLASH 512 KB RAM 64 KB MICROCONTROLADOR AVR 8 PINES (ATmega48 de Atmel) GESTION I/O 8 MHz FLASH 4KB RAM 512 B 3 PUERTOS DE SALIDA 4 PUERTOS DE ENTRADA 1 PUERTO USB (12 MBIT/S) 4 BOTONES DE CONTROL 1 PANTALLA LCD 1 ALTAVOZ COMUNICACIÓN VIA BLUETOOTH ALIMENTACION CON 6 PILAS AA O CON BATERIA DE LITIO 6
    • INTERFAZ DE LOS PUERTOS CONECTOR SIMILAR AL TELEFONICO. TIENE 6 HILOS PERO LA PESTAÑA A LA DERECHA ESQUEMATICO DE UN PUERTO DE SALIDA ESQUEMATICO DE UN PUERTO DE ENTRADA 7
    • Pantalla LCD UltraChip 1601 17 mS 1000 x 64 píxel Blancos y negros 26 x 40,6 mm Diferencias hardware 8
    • Los Sensores de Lego Sensor de Contacto electrical flow force voltage m easurement Permite detectar los obstaculos encontrados en el camino del robot. 9
    • Sensor de Luz Mide el nivel de luz como un número entre 0% (oscuridad total) y 100% (muy brillante). Toma muestras cada 2,9 msg, transmitiendo una señal cada 100 μsg. Sensor de Rotación Mide la rotación de un eje. El sensor de rotación entrega una conjunto de pulsos o ciclos de voltaje. Permite conocer distancias recorridas, dirección del robot, o un angulo en un determinado instante. 10
    • Sensor de Temperatura Este sensor posee un termistor, que le permite medir temperaturas entre -20 y 50 grados centigrados. Termistor (Resistor térmico) En este caso el valor de la señal transmitida dependera de la temperatura medida. Sensor de ultrasonidos Utiliza el principio del eco, para detectar los objetos que se encuentran a su alrededor. Es capaz de ver hasta una distancia de 2,55m, con una precision de +/- 3cms. 11
    • Sensor de sonidos Permite al robot captar sonidos. De esta manera puede responder a ordenes desde el exterior que previamente han sido programadas. Tambien puede distinguir otro patrones de sonido, incluso tonos musicales. Los Motores de Lego Motor Technic 71427 Motor NXT 12
    • Motor Technic 71427 Aparece en 1997 con el kit RCX. Supone la mejor opción. Motor muy ligero, tan solo 42 g. No presenta reducción interna. Se calienta bastante (disipa 3w), si frenamos el eje, con un consumo de 0,36 A. Motor NXT Aparece en 2005 con el kit NXT. Incluye un encoder para controlarlo. Motor bastante voluminoso, 80 g. Viene reducido internamente debido a su gran fuerza. Hay que prestar atención, pues si se frena, se quemaría, debido a un consumo de hasta 2 A. 13
    • Caracteristicas Rendimiento Velocidad Corriente Potencia de rotación 12 V η% 71247 375 rpm 0.12 A 1.5 W 61 % NXT 177 rpm 0.58 A 6.96 W 44.5 % Faulhaber 8000 rpm 0.57 A 4.05 W 82% 012 SR LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN PARA LEGO RCX CODE ROBOLAB NQC LEGOS BRICOS INTERACTIVE C LEJOS LABVIEW OTROS (Basados en el control Spirit.ocx VisualBasic, VisualJava…) 14
    • RCX Code Características generales: Entorno de programación gráfico suministrado por Lego. Solo para Windows. No es código libre. Uso doméstico. No hay variables. Usa el firmware de LEGO. Tiene muchas limitaciones (aplicaciones básicas). ROBOLAB Características principales: Ideal para iniciarse en el “mundo” de lego No requiere conocimientos de programación Es un lenguaje fácil e intuitivo Permite el desarrollo de aplicaciones multitarea Se basa en diagramas de flujo Se estructura en diversos modos de programación 15
    • ROBOLAB Modos de programación: Modo pilot Modo inventor Modo investigator ROBOLAB Modo pilot: Se estructura en cuatro niveles de menor a mayor dificultad para familiarizarse con los símbolos Su característica principal es el uso de plantillas ya diseñadas Bajo grado de libertad de programación 16
    • ROBOLAB Modo pilot: ROBOLAB Modo inventor: Se estructura en cuatro niveles de menor a mayor dificultad. No se basa en plantillas ya diseñadas Permite el desarrollo de aplicaciones complejas Posee funciones para generar sentencias, repeticiones, multitarea, sonidos, etc. 17
    • ROBOLAB Modo inventor: ROBOLAB Modo investigator: Convierte al núcleo en una herramienta de adquisición de datos Destinado a usuarios más avanzados Permite elaborar un informe a partir de un procesamiento de datos No nos es de gran utilidad para el desarrollo de aplicaciones autónomas 18
    • NQC Características principales: Requiere la plataforma RCX Command Center para poder programar en este lenguaje Lenguaje basado en C Gran capacidad para el desarrollo de aplicaciones complejas Múltiples funciones para el manejo de los sensores y motores así como el altavoz y la pantalla LCD Permite desarrollar hasta diez tareas diferentes Tiene la capacidad de soportar aplicaciones con múltiples subrutinas y funciones. NQC El entorno RCX COMMAND CENTER: 19
    • LegOs Características generales: Sistema operativo libre. Carga dinámica de programas y módulos. Posibilidad de realizar programas multitarea. Gestión de memoria dinámica. El acceso a los 32K de memoria RAM. Existencia de drivers para todos los subsistemas del ladrillo. Permite el uso completo del lenguajes de programación elegidos. Herramientas relacionadas con LegOs: LegoSim. EmuLegOs. WebLegOs. BrickOS Características Es un sistema operativo libre Permite carga dinámica de programas Permite gestión de memoria dinámica Provee controladores para todos los subsistemas Permite la gestión de tareas con prioridad Provee el uso de semáforos POSIX Los programas pueden estar escritos en C o C++ 20
    • Interactive C Características Compilador multitarea Basado en el lenguaje C Permite compilar y evaluar expresiones de modo interactivo LeJoS Características generales Sistema operativo basado en TinyVM. Con este API se pueden desarrollar programas para el RCX bajo Java. Código libre. Incluye threads, arrays multidimensionales, recursividad, operaciones en coma flotante, funciones trigonométricas, etc. 21
    • LabVIEW ¿Qué es LabVIEW? lenguaje de programación gráfico diseño de sistemas de adquisición de datos, instrumentación y control Diseño de interfaces de usuario mediante una consola interactiva basada en software Fácil integración con hardware, específicamente con tarjetas de medición, adquisición y procesamiento de datos LabVIEW Aplicaciones Sistemas de medición Monitoreo de procesos Aplicaciones de control Procesos de control industrial Procesamiento digital de señales Robótica 22
    • LabVIEW Características Mas potencia que el Robolab Ampliación de características mediante los toolkit Posibilidad de tiempo real mediante toolkit Soporte de tarjetas de adquisición de datos Control remoto Programa de pago Precio alto versión básica 1249.00 € Versión profesional 4249.00 € toolkit de LEGO 18 € LabVIEW 23
    • LENGUAJES BASADOS EN EL CONTROL SPIRIT.OCX Lenguajes de programación que admite: Visual Basic Visual java Visual c LENGUAJES BASADOS EN EL CONTROL SPIRIT.OCX Características principales de estos lenguajes: Programación orientada a objetos Requiere gran conocimiento del lenguaje Ofrece múltiples posibilidades Desarrollo de aplicaciones complejas 24
    • VISUAL BASIC Características principales: Lenguaje orientado a objetos sencillo Fácil programación y sintaxis simple Ofrece muchas posibilidades Lego Mindstorms en la educación Especialmente pensado para su uso en la escuela Facilidad de montaje Facilidad de programación …pero exportable a tareas más complejas aunque con limitaciones Mala relación resistencia-peso Precio etc Un caso práctico: grupo Complubot http://complubot.educa.madrid.org/ 25
    • Método de trabajo Comprometer al alumno con un problema implementable tecnológicamente mediante un robot → que se lo tome como algo personal Asegurarse que se ha entendido el problema Hacer grupos compatibles Chicos, chicas… ¿Grupos multidisciplinares? Buscar la cooperación. Algo más que un aprendizaje informal. Guiarlos, pero que descubras ellos sólo el camino bueno Hay múltiples soluciones correctas …y algunas no → No crear falsas expectativas PRUEBA Y ERROR Cuando les salga, hacer patente el conocimiento empleado Objetivos buscados Fomentar: Imaginación Habilidades como: El diseño, construcción o programación Resolución de problemas aparentemente sencillos Tenacidad: El mismo es su mejor maestro Buscar la cooperación entre niños. Fomenta: Capacidades de trabajo en equipo El liderazgo La toma de decisiones La ciencia también puede ser entretenida 26
    • Competiciones de Lego El diseño, la construcción y la programación de los robots son una actividad perfecta para la competición ¿Se comportará el robot como esto debería? ¿Cómo puede esto funcionar más con exactitud, rápidamente, y más sofisticadamente? A los niños les gusta éste tipo de desafíos y sobretodo si les lleva a competir contra otros. First Lego League (FLL) Dirigida a estudiantes entre 9 y 14 años. Anual y con temáticas diversas. Ej: En el 2006, el tema era la nanotecnología Fases de la competición: Construcción de robot durante 8 semanas, verificar que se ajusta a la normativa, defensa ante un jurado etc Competición local, en donde se podrán clasificar para las regionales, estatales y a la final mundial. El año pasado, de los 80.000 estudiantes que se presentaron de todo el mundo organizados en 7000 equipos llegaron a la final 82 equipos, que se celebró en Atlanta. Éste año se va a celebrar una prueba clasificatoria en Barcelona. 27
    • Robocampeones (desde el 2003) Organizado por la Universidad Rey Juan Carlos Dirigida a colegios e institutos para fomentar entre los alumnos de secundaria el interés por las carreras técnicas como las ingenierías (Informática, Telecomunicación, Industriales, etc.) Estas carreras normalmente se perciben como algo difícil y aburrido. Ultima competición: Prueba “El transportista” Prueba de Fútbol 2+2 Ejemplos Mecánico: Grúa http://www.telepresence.strath.ac.uk/jen/lego/demag_crane.htm De Programación: Cubo de Rubik http://jpbrown.i8.com/cubesolver.html 28