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INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO. Laboratorio de Robótica Diseño Electrónico SSL Octavio Ponce Madrigal Jesús G. Rodríguez Ordoñez Profr: Dr. Alfredo Weitzenfeld Ridel. Agenda. Introducción Diseño Electrónico Suministro de energía Módulo Digital Módulo Analógico DSP
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INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO Laboratorio de Robótica Diseño Electrónico SSL Octavio Ponce Madrigal Jesús G. Rodríguez Ordoñez Profr: Dr. Alfredo Weitzenfeld Ridel ITAM
Agenda • Introducción • Diseño Electrónico • Suministro de energía • Módulo Digital • Módulo Analógico • DSP • Software para diseño electrónico ITAM
Arquitectura de un equipo SSL Señal de Video #1 Sistema de Visión Señal de Video #2 Posiciones de los Robots y Pelota Sistema de Inteligencia Artificial Módulo de Comunicación Comandos a los Robots Señales del Árbitro Robot Control del Árbitro Módulo de Comunicación Mecánica Electrónica ITAM
15 cm 18 cm Funcionalidad Básica • Recibir la información enviada por IA, procesarla y ejecutarla. • Desplazarse dentro de la cancha. • “Patear” la pelota para enviar pases y marcar goles. • “Controlar” la pelota, de modo que se puedan desplazar sin perderla. • Bloquear tiros del equipo contrario para evitar pases y goles. ITAM
Componentes de un Robot SSL Módulo de Comunicación Suministro de Energía Sistema de Identificación Sistema de Pateo Procesador Central Sistema de Control de Pelota Sensores Sistema de Monitoreo Sistema de Control Motriz ITAM
Identificador del Robot El DSP obtiene el número identificador del robot. Módulo de Comunicación (Transceiver) El transceiver recibe la información de IA y la entrega al DSP. El DSP procesa la información y ejecuta las instrucciones enviando señales a otros circuitos. Procesador Digital de Señales (DSP) Los circuitos reciben señales lógicas y envían señales eléctricas a los actuadotes. Controladores de Motores Controlador de Carga Controlador de Descarga Controlador de Pelota (Dribbler) Encoders Sensor de Pelota Los actuadotes reciben señales eléctricas que se traducen en alguna acción del robot Motores Capacitores Solenoide Motor Arquitectura de un Robot SSL ITAM
Módulos Electrónica ITAM
SUMINISTRO DE ENERGÍA • Alimentar de voltaje y corriente al robot. • Suministro analógica • Suministro digital • Medidores de baterías ITAM
SUMINISTRO ANALÓGICO • La parte analógica se alimenta con un voltaje de 16 volts provenientes de un arreglo de 6 baterías de 8 volts. ITAM
SUMINISTRO DIGITAL • La parte digital se alimenta con un voltaje de 8 volts provenientes de un arreglo de 3 baterías de 8 volts. ITAM
“1” lógico A SI A < B B Medidor de Baterías Analógico • Tres “leds” indicadores. • Led verde: voltaje > 16 volts • Led amarillo: 14.8 <voltaje<16 • Led rojo: voltaje < 14.8 volts ITAM
R1 Vin Vout R2 Medidor de Baterías Analógico • El comparador funciona con voltajes entre [0,5] volts. Por lo tanto usamos un divisor de voltaje: R1= R2 (5/27)*R1=R2 (25/123)*R1=R2 ITAM
Medidor de Baterías Digital • Led verde: voltaje > 8 volts • Led amarillo: 7.4 <voltaje<8 • Led rojo: voltaje < 7.4 volts R1= R2 (5/11)*R1=R2 (25/49)*R1=R2 ITAM
Módulo Digital • Circuitos lógicos para la identificación, comunicación y sensado del robot. • ID Robot • Transceiver • Sensores de pelota ITAM
IDENTIFICADOR DEL ROBOT • Identificar el robot mediante un Switch ID y un Display de 7 segmentos. • Un Switch que manda una señal lógica de 4 bits al DSP, el cual decodifica para obtener el ID. El DSP manda la misma señala un Driver que controlara cada uno de los segmentos del display. ITAM
TRANSCEIVER • Recibir los comandos de IA Estructura del paquete de información para un robot. ITAM
TRANSCEIVER T = 5N + 6 [bytes] Donde: T=tamaño de la trama N=número de motores Estructura de la trama del módulo de comunicación. ITAM
TRANSCEIVER • Radiometrix (RPC-914/869-64) • Frecuencias de 914MHz o 869MHz ITAM
TRANSCEIVER ITAM
CONTROL DE MOTORES • Circuito Integrado L6207D X=Cualquier valor, Vcc o GND Voltajes para el funcionamiento de los motores ITAM
CONTROL DE MOTORES ITAM
Acoplamiento • Evitar daños al DSP. • El acoplamiento se hace con un led infrarrojo y un fototransistor. • Cuando el LED emite luz, ilumina el fototransistor y éste conduce. • La corriente de salida es proporcional a la corriente de entrada. • La entrada y la salida están 100% aisladas. ITAM
Optoacoplador ITAM
Señales PWM • Un motor puede controlarse mediante la disminución del voltaje aplicado al rotor. Hay dos problemas con este enfoque. • Para solucionar este problema se utiliza la Modulación por Ancho de Pulso (PWM Pulse Width Modulation). • Es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (generalmente cuadrada). ITAM
Señales PWM Ciclo de trabajo 20% Ciclo de trabajo 50% Ciclo de trabajo 80% ITAM
Señales PWM • En lugar de aplicar al motor un voltaje reducido en 50%, se aplica el voltaje máximo, pero sólo la mitad de las veces. • El efecto total es una serie de aceleraciones y desaceleraciones, que producen un efecto similar a la reducción del voltaje aplicado. ITAM
Señales PWM ITAM
“Pateo” de la pelota Encontrar un dispositivo lo suficientemente pequeño para que quepa en el robot y lo suficientemente poderoso para que la pelota salga impulsada con fuerza. Se ha generalizado el uso de un solenoide ITAM
Solenoide • Cuando la corriente fluye por la bobina, las líneas de fuerza salen por uno de sus extremos y entran por el extremo opuesto. ITAM
Solenoide • esas líneas de fuerza se aprovechan para que un núcleo ferromagnético sea impulsado con fuerza para que el robot pueda lanzar la pelota. ITAM
Componentes del Kicker • Requiere una gran cantidad de voltaje y corriente eléctrica. • Necesita de un circuito permita almacenar carga y permita disponer de ella cuando sea necesario patear la pelota. ITAM
Generador de alto voltaje • DC-DC • Voltaje de entrada de 16V (DC), lo eleva a 110V (DC). • Mientras este encendido sigue convirtiendo (se acaban las baterías) • Se necesita un interruptor: “Relay” • Relay = interruptor electromagnético ITAM
Capacitores • El voltaje generado se almacena en un par de capacitores (2200μF y 200 V) conectados en paralelo. • La carga permanece almacenada para que cuando se requiera, se descarguen y accionen el solenoide. ITAM
Descarga • El voltaje de los capacitores se envía al solenoide. • Es importante que el robot tenga la pelota al momento de la descarga y no se desperdicie energía • Dos etapas: Sensado y activación. ITAM
Descarga • Sensado: Se utilizó un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor. • Activación: La activación del sistema de pateo se realiza por software. ITAM
Control electrónico de intensidad de la corriente de descarga, por medio de un MOSFET ITAM
Tarjeta del Kicker ITAM
Dribbler • Hacer desplazamientos manteniendo la pelota en su poder. • Un motor hace girar un rodillo de algún material que brinde adherencia a la pelota. ITAM
Procesamiento en el Robot • La unidad central de procesamiento del robot es la encargada de recibir el paquete del módulo de comunicación inalámbrica y que, de acuerdo con un programa residente en la memoria del mismo, interpreta los comandos de IA para enviar señales a los circuitos del robot para ejecutar alguna acción. ITAM
DSP • A partir de la generación de robots EK2004 se ha utilizado un Procesador Digital de Señales (DSP). • Procesa señales en tiempo real. • Ideal para aplicaciones que no toleran el retardo. • eZdsp LF2407 Espectrum Digital, Inc. • DSP Texas Instrument TMS320F2812 ITAM