Robot Velocista

Voy a participar con mis alumnos del IES Gaspar Sanz de Meco, en la prueba de velocistas, valedera para la Liga Nacional que se celebrará dentro de la semana de la Robótica de la Universidad Politécnica de Alcalá de Henares (UPAH) Alcabot 2013.

Las normas de la prueba están en este enlace.

El plan es hacer un robot muy simple y ligero que se atenga al reglamento y que tenga una buena aceleración y una buena velocidad punta. Después de ver algunos vídeos, de estudiar la forma de la pista y de haber asistido a la última edición de Cosmobot 2013 creo que un buen punto de partida sería el siguiente:

Estrategia:

No seguir la línea negra, si no el borde de la misma con un sensor CNY70 con salida analógica (0-5V). La ventaja de este sistema es que podemos programar muy rápidamente un controlador PID (o al menos PD, o sólo P en el peor de los casos). Ya he probado esta idea con robots de LEGO Mindstorms en otros centros hace años con un resultado excelente. Además los controladores PID forman parte del programa de la asignatura en 2º de Bachillerato, con lo que los alumnos van cogiendo la idea para el futuro.

El PID regulará la velocidad diferencial de las ruedas, pero la velocidad lineal instantánea será variable, y dependerá del radio de curvatura medido por un segundo CNY70 alineado con el primero y ligeramente adelantado.

Datos estimados del robot:

-Peso máximo: 300gr (podría fácilmente ser de 150gr, pero vamos a marcarnos un objetivo realista)

-Ancho: 19cm

-Largo: 29cm: Cuanto más largo mejor, más tiempo tenemos para frenar si se detecta una curva muy cerrada.

-Ruedas: Solarbotics de 3,2cm de diámetro.

-Micro controlador: Orangutan Baby B-328. Potente y minúsculo microcontrolador con un doble puente en H incluido que puede soportar 1A en régimen continuo y 3A de pico. Ideal para controlar los dos pequeños motores DC que propulsarán al robot y dirigirán su trayectoria sobre una línea negra. Página de recursos del Orangutan B-328.

-Motores: Micromotor 9,5 gr con reductora 10:1 3000 rev/min, 0,3Kgm de par, 6V, 120-1.600mA. En teoría con dos motores así, las ruedas de 3,2cm y un peso de 300gr se puede alcanzar una velocidad punta de 5 m/s y una aceleración de 3,2 m/s2á. Si se consiguiera rebajar el peso a la mitad, la aceleración sería del doble (6,4 m/s2, 0,66g). Son números muy aceptables. El único problema es que el Los puentes en H del Orangután Baby, están un poco más allá de su límite (1A ). Espero que aguanten y no se quemen. Ahora que escribo esto creo que sería buena idea llevar uno de repuesto a la competición.

-Chasis: Lo más simple y ligero posible, en forma de T. Hay que tener en cuenta que en la pista hay un rampa de 10º, para que los bajos no rocen y para que los sensores no se separen del suelo.

-Sensores: 4 sensores CNY70 en la parte frontal en forma de flecha, como se muestra en el diagrama .

Tres de ellos alineados en la parte posterior de la flecha y otro en la punta.

El sensor 3: va siempre por encima de la línea. Su lectura nos da el valor mínimo de reflectividad.

El sensor 2: va siempre fuera de la línea. Su lectura nos da el valor máximo de reflectividad.

El sensor 1: detecta el borde de la línea, el borde es la media instantánea de los valores medidos por los sensores 2 y 3. Con este sistema el sensor 1 queda aislado de las variaciones de luz ambiental, ya que dichas variaciones afectan por igual a los sensores 2 y 3, y al hacer la media desaparecen.

El sensor 4: Va alineado con el 1, sirve para medir el radio de la curva y establecer la velocidad máxima instantánea.

-Alimentación: 4 pilas alcalinas AAA (6V). Es una mala idea, el peso es muy elevado (7,6 gr c/u), pero es barato cómodo y flexible. Aquí hay mucho margen de mejora, he visto baterías Li-Po NineEagles en la tienda Aeromodelo, de las que se usan como repuesto de los "nanocopter", tienen una celda (3,7V y 120mAh) que pesan unos 6 gr y se cargan en media hora. Además no son caras, unos 8-9 Euros c/u.

-Conexionado del CNY70: Hay dos realizar un divisor de tensión con el CNY70, como con cualquier sensor resistivo, en principio cogeremos la de luz aumenta->salida disminuye, que es más fácil de hacer en una placa de tiras.

En este enlace se puede ver un excelente robot del mismo tipo que el nuestro.