INTRODUCCIÓ A LA ROBÒTICA AMB EL LEGO MINDSTORM

Eloy Muñoz Martínez

emunoz34@xtec.cat

CONTINGUT

1.- Què és un robot?2.- Construïm un robot base3.- Tipus de sensors i actuadors

3.1.- El motor3.2.- El sensor de llum3.3.- El sensor de color3.4.- El sensor d’ultrasons3.5.- El sensor de contacte

4.- Programant amb l’NXTACTIVITATS

5.- Els nostres reptes.

Què és un robot?

El robot és una màquina capaç de fer feines costoses i repetitives que ens facilita el nostre treball a la vida quotidiana. Per comunicar-se amb el món necessita els sensors que són sistemes electrònics capaços de transformar variacions físiques en informació elèctrica que és interpretada pel cervell del robot (NTX). Els tipus de sensors són: de llum, de color, de contacte, de velocitat, de distància (ultrasons), brúixola (orientació), acceleració, etc.

Sensor de Llum: detectaria la intensitat de llum. El robot podria conèixer si és de dia o de nit i actuar segons això.

Sensor de color: és capaç de distingir un color. Amb aquest sensor el nostre robot podria seguir una línia negra o de qualsevol altre color.

Sensor d’ultrasons: detecta objectes mitjançant ultrasons que reboten amb els objectes que li queden al davant. Aquest sensor ens podria servir per conèixer la distància a una paret o a un altre objecte i evitar la col·lisió.

Sensor de contacte: al ser pressionat el robot detectaria l’objecte. A partir d’aquí es pot para el motor del robot i podríem dir-li que anés cap enrere.

Construïm el robot base

Necessitem construir un robot base al qual li connectarem els diferents sensors.

Aquesta base és fonamental per continuar aprenent com funcionen els robots.

Hem de seguir les passes que a continuació s’expliquen.

Tipus de sensors i actuadors

1- Totxo de Lego (cervell del robot)2- Sensor de contacte3- Sensor de so

4- Sensor de Llum5- Sensor d’ultrasons6- Motor

MOTOR

ACTIVITAT 1 – Avançar i retrocedir.

ACTIVITAT 2 – Gir de 90º.

ACTIVITAT 3 – Dibuixa un quadrat.

Els motors són els encarregats de proporcionar mobilitat al robot. MINDSTORMS els anomena Servo Motors i n’hi ha tres. Dos d’ells s’utilitzen per moure el robot i van als ports de sortida B i C. Tenen com a característica que al programar-los l’eix del motor s’autosincronitza de forma que s’aconsegueix que el robot es desplaci en línia recta. En canvi, el tercer motor, l’utilitzarem per a fer altres funcions i sempre el connectarem al port A.

Els motors inclouen un sensor de rotació integrat. Això permet controlar els moviments del nostre robot amb precisió. El sensor mesura les rotacions del motor en graus o rotacions completes, és a dir, una rotació és igual a 360 graus. Per tant, si establim que un motor giri 180 graus, el seu eix de sortida només farà mitja rotació. A més, també permet establir diferents velocitats als motors, però aquesta tasca l’haurem de programar.

SENSOR DE LLUM

Muntem el sensor de llum al nostre robot base.

ACTIVITAT 4 – Detectem una línia obscura.

ACTIVITAT 5 – Seguir una línia obscura.

Aquest sensor és molt semblant al sensor de color i, com a aquest, proporciona el sentit de la visió, el connectarem al port 3. La única diferencia amb el de color és que aquest sols detecta la intensitat de la llum, és a dir, distingeix entre la claror i la foscor.

SENSOR DE COLOR

Aquest sensor, juntament amb el d’ultrasons, és el que proporciona el sentit de la vista i sempre anirà connectat al port 3.

Funcions- Distingeix 6 colors diferents.- Permet llegir la intensitat de la llum en una habitació i mesurar la intensitat dels colors de diferents superfícies.- Pot ser utilitzat com a emissor de llum de colors.

ACTIVITAT 8 – Detectar una línea de color.

SENSOR D’ULTRASONS

Aquest és l’altre sensor que proporciona el sentit de la vista. Permet que el robot pugui detectar objectes propers. Esquivar obstacles. Mesurar distància i detectar moviment.

Limitacions- No detecta objectes fets de tela.- Problemes per detectar objectes corbats (pilota).- Problemes amb la detecció d’objectes massa petits o prims.- És sensible a les interferències provocades per un altre sensor d’ultrasons.

Mesura de la distànciaUtilitza centímetres o polzades. Pot mesurar distàncies des de 0 fins a 255 centímetres amb una precisió de +/- 3cm.

Muntem el sensor de distància.

ACTIVITAT 7 – Detectar una distància.

SENSOR DE CONTACTE

ACTIVITAT 6 – Xoquem amb un objecte.

Aquest sensor aporta el sentit del tacte. Detecta quan es pressiona i quan es deixa anar la peça taronja.

Muntem el sensor de contacteal nostre robot base.

Programant amb el NTX - 1

L’NTX és el software de Lego. És un sistema de programació per blocs funcionals. Cadascun dels blocs representa un element com un motor o un sensor. També té blocs que són variables, bifucacions veritat o fals, bucles, etc.

Per començar li donem un nom al nostre primer programa.

Definim les característiques del motor i si tenim connectat el totxo amb l’usb podem provar el nostre primer programa clicant el play.

AVANÇAR

Motor

Recordem que els motors han d’estar connectats al port B i C.

Programant amb el NTX - 2

La forma més fàcil d’aprendre i fer-se amb l’entorn del Lego és fer alguna pràctica més amb els motors. Avançar i fer retrocedir el motor és bàsic.

Per començar li donem un nom al nostre primer programa.

Definim les característiques del motor i cliquem el play per provar el programa.

RETROCEDEIX

Motor

Recordem que els motors han d’estar connectats al port B i C.

Programant amb el NTX - 3

ACTIVITAT 1 – Avançar i retrocedir.

Fes avançar i retrocedir al teu robot. Fes el programa amb el software de Lego.

ACTIVITAT 2 – Gir de 90º.

Combinant els motors heu d’aconseguir fer que el vostre robot giri 90º cap a un costat. Fes el programa amb el software de Lego.

Retalla el programa i desa’l en pdf. per mostrar-lo al professor.

ACTIVITAT 3 – Dibuixa un quadrat.

Fes que el teu robot faci un quadrat. Fes el programa amb el software de Lego.

ACTIVITAT 4 – Detectem una línia obscura.

Ens construïm una línia obscura amb cinta aïllant i fem que el nostre robot avanci fins trobar-la, s’aturi mig segon i retrocedeixi 2 segons. Fes el programa amb el software de Lego. Muntem el sensor de llum.

ABANS DE COMENÇAR CAL EXPLICAR AMB MÉS DETALL ELS BLOCS DE PROGRAMACIÓ

Programant amb el NTX - 4

Retalla el programa i desa’l en pdf. per mostrar-lo al professor.

ACTIVITAT 5 – Seguir una línia obscura.

Ens construïm una línia obscura amb cinta aïllant i fem que el nostre robot la segueixi. Fes el programa amb el software de Lego. Muntem el sensor de llum.

Pistes

Com que només disposem d’un sensor hem d’avançar fent girs cap endavant a un costat i l’altre.Farem servir un bucle indefinit, una bifurcació amb el sensor de llum, els blocs dels motors.Recordeu que no podem accionar un mateix motor amb ordres diferents.

ACTIVITAT 6 – Xoquem amb un objecte.

Es tracta d’utilitzar per primera vegada el sensor de contacte. Cal dissenyar un programa que al xocar amb un objecte pari els motors, retrocedeixi, giri cap a un dels costats i continuï recte. Fes el programa amb el software de Lego. Muntem el sensor de contacte.

ACTIVITAT 7 – Detectar una distància.

Programant amb el NTX - 5

Es tracta d’utilitzar per primera vegada el sensor de distància o ultrasons. Cal dissenyar un programa que pari el nostre robot bans de xocar amb una paret. Després podem fer-lo girar i que continuï recte indefinidament. Fes el programa amb el software de Lego. Muntem el sensor de distància.

ACTIVITAT 8 – Detectar una línea de color.

Es tracta de fer el mateix exercici que hem fet amb el sensor de llum. Fes el programa amb el software de Lego. Per muntar el sensor de color cal substituir-lo en el muntatge del sensor de llum.

Els nostres REPTES

ROBOT ENCERCLAT

El robot ha quedat tancat dintre duna figura irregular. Es tractar d’aconseguir que aquest robot no se'n surti del tancat.

ROBOT SEGUIDOR

Cal que el nostre robot segueixi la línia negra el més ràpid possible. Cada grup ha de fer-se el seu circuit i canviar-se el circuit amb el grup del costat.

ROBOT SEGUIDOR - OBSTACLE

Cal que el nostre robot segueixi la línia negra el més ràpid possible. Algú ha deixat un obstacle al mig. El nostre robot ha d’evitar-lo i tornar a trobar la línia negra.

Motor seccionat

Muntatge de la base - 1

Muntatge de la base - 2

Muntatge de la base - 3

Muntatge de la base - 4

Muntatge de la base - 5

Muntatge de la base - 6

Muntatge de la base - 7

Muntatge de la base - 8

Muntatge de la base - 9

Muntatge de la base - 10

Muntatge de la base - 11

Muntatge de la base - 12

Muntatge de la base - 13

Muntatge de la base - 14

Muntatge de la base - 15

Muntatge de la base - 16

SOLUCIÓ ACTIVITAT 1

Fes avançar i retrocedir al teu robot. Fes el programa amb el software de Lego.

SOLUCIÓ ACTIVITAT 2

Combinant els motors heu d’aconseguir fer que el vostre robot giri 90º cap a un costat. Fes el programa amb el software de Lego.

SOLUCIÓ ACTIVITAT 3

Fes que el teu robot faci un quadrat. Fes el programa amb el software de Lego.

SOLUCIÓ ACTIVITAT 4

Ens construïm una línia obscura amb cinta aïllant i fem que el nostre robot avanci fins trobar-la, s’aturi mig segon i retrocedeixi 2 segons. Fes el programa amb el software de Lego.

Definim la bifurcació; sensor de llum, comparació de llum, port 3 de connexió.

Definim el motor; si no detecta línia negra, el motor es mou indefinidament cap endavant.

Definim el motor; ; si detecta línia negra, el motor es mou dos segons cap endarrere.

Esperem; si detecta línia negra, esperem mig segon

SOLUCIÓ ACTIVITAT 5

Al moure només un motor li estem dient que giri.

Comprovem si és blanc, i li fem girar cap a un sentit. Si és negre cap a l’altre.

Ens construïm una línia obscura amb cinta aïllant i fem que el nostre robot la segueixi.

SOLUCIÓ ACTIVITAT 6

Cal dissenyar un programa que al xocar amb un objecte pari els motors, retrocedeixi, giri un angle cap a un dels costats i continuï recte.

SOLUCIÓ ACTIVITAT 7

Es tracta d’utilitzar per primera vegada el sensor de distància o ultrasons. Cal dissenyar un programa que pari el nostre robot bans de xocar amb una paret. Després podem fer-lo girar i que continuï recte indefinidament.

Muntatge del sensor de llum - 1

Muntatge del sensor de llum - 2

Muntatge del sensor de contacte - 1

Muntatge del sensor de contacte - 2

Muntatge del sensor de contacte - 2

Muntatge del sensor de contacte - 3

Muntatge del sensor de distància- 1

Muntatge del sensor de distància- 2

Muntatge del sensor de distància- 3