Capıtol 1

Sensoritzacio I

Un sensor es un dispositiu que mesura una magnitud fısica i la converteix a unasenyal que pot ser llegida per un instrument o observador. Els sensors es podenclassificar segons la magnitud fısica que mesuren i tambe per la seva interfıcieamb l’exterior.

Les caracterıstiques mes importants que defineixen un sensor es llisten acontinuacio. Aquestes caracterıstiques son comunes a tots els sensors, siguiquina sigui el tipus de sensor, i s’han de tenir en compte a l’hora d’escollir-neun per a una aplicacio determinada.

• Rang d’entrada: Es el rang maxim de mesura que el sensor pot mesuraramb la precisio desitjada. En general, es poden mesurar magnituds foradel rang d’entrada, pero les caracterıstiques del sensor empitjoren quanl’entrada esta fora de rang.

• Rang de sortida: Es el rang de la magnitud de sortida, generalmentelectrica, tot i que tambe pot ser fısica. El rang de sortida es relaciona ambel rang d’entrada per la funcio de conversio especıfica de cada sensor, quepoden involucrar parametres constants i tambe parametres de calibracio.

• Precisio: Aquest parametre es refereix a la quantitat d’error que potpresentar el sensor. Aquest valor es pot presentar com un valor absolut,o be com un valor relatiu. Normalment l’increment amb la precisio vaacompanyat d’un increment en el cost del sensor.

• Repetibilitat: Aquest parametre mostra amb quina frequencia s’ob-tindra la mateixa resposat del sensor per mateix conjunt de condicionsd’entrada. Aquest parametre es determina a traves de la calibracio delsensor.

• Resolucio: Es la quantitat mes petita que pot mesurar el sensor ambprecisio. La resolucio es pot definir com una unitat de mesura o com unpercentatge.

• Frequencia de mostreig: Es refereix al numero maxim de mostres nos-ves per unitat de temps que es capac de donar el sensor. Aquest parametrenormalment es dona en temps entre mostres o be com una frequencia enHertz.

1

2 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

• Interfıcie: Es el mitja utilitzat per transmetre les mesures del sensor al’exterior. La interfıcie pot ser analogica (tensio, corrent, frequencia, etc.) o be digitals (busos estandard com el I2C, SPI, UART , etc. o bededicades). Aquest parametre es altament variable, i pot ser diferent persensors del mateix tipus.

A la practica no es possible modelar perfectament l’estat del propi robot ide l’entorn, i tampoc es poden predir totes les possibles interferencies d’agentsexterns com poden ser obstacles. Per tant es necessiten mecanismes per tal depoder mesurar tant l’estat intern del robot (sensors interns presentats a la seccio1.1) com de l’entorn (sensors externs presentats a la seccio 1.2).

En el mercat existeixen un gran nombre de sensors que permeten mesurar lamagnitud fısica amb una gran precisio i resolucio, tot i que no es poden utilitzarsobre les plataformes Bioloid Premium degut a les seguents limitacions:

• Tamany: Els robots tenen unes dimensions reduides, menys de 0.5m d’al-tura i al voltant d’1.5Kg de pes, i per tant no es possible afergir sensorsamb un tamany o pes elevats.

• Consum: Normalment, els sensors d’altes prestacions tenen un consumelevat que esgotaria les bateries dels robots en poc temps i per tant limi-taria considerablement l’autonomia del robot.

• Interfıcie de comunicacio: Aquests sensors normalment tambe presentenuna interfıcie de comunicacio complexa que no es compatible amb les in-terfıcies disponibles en el controladors utilitzats.

• Cost computacional: Finalment, els sensors d’altes prestacions ofereixenun volum de dades molt elevat que no es pot processar en temps real deguta la limitada capacitat de calcul dels microcontroladors utilitzats.

A tall d’exemple, existeixen sensors laser de distancia (Hokuyo, Leuze, etc.) que proporcionen la distancia als obstacles de l’entorn en tot un pla de formamolt precisa y que s’utilitzen ampliament en robotica mobil, pero que degut alseu tamany, pes, consum i volum de dades que ofereixen, no es poden utilitzarpels robots humanoides del taller.

1.1 Interns: posicio, velocitat, acceleracio...

Els sensors interns permeten mesurar l’estat intern del robot. En aquest casl’estat intern es considera la posicio de cada una de les articulacions (seccio1.1.1) i tambe la velocitat i l’acceleracio del cos al moure’s (seccions 1.1.2 i 1.1.3respectivament).

1.1.1 Posicio

Com s’ha presentat anteriorment, els servos son un tipus especial de motors decontınua que incorporen un llac de control de posicio. Com que el rang de movi-ment d’aquests actuadors esta limitat, normalment s’utilitza un potenciometreper a tancar el llac, i es aquest mateix potenciometre que es fa servir per obtenirla posicio actual del servo.

1.1. INTERNS: POSICIO, VELOCITAT, ACCELERACIO... 3

El robot Bioloid Premium permet la realimentacio de la posicio a travesde la interfıcie digital que s’utilitza per a controlar el servo. A mes a mestambe proporciona un indicador (flag) que permet saber si el moviment s’estaexecutant o ja ha finalitzat. Les caracterıstiques d’aquests sensors es mostren ala Taula 1.1.

Taula 1.1: Caracterıstiques dels sensors de posicio.Parametre ValorV max

out 2.54 VV min

out 0 Vθmax 300o o el valor fixat per l’usuariθmin 0o o el valor fixat per l’usuaricodi 0 - 1024resolucio 0.35◦

Tot i l’elevada resolucio, la percisio i repetibilitat d’aquest tipus de sensorno son molt bones, ja que presenta unes grans derives amb temperatura i unnivell considerable de soroll termic.

1.1.2 Giroscopi

La mesuar de la velocitat, al igual que la de l’acceleracio, poden ajudar a millorarel moviment del robot, fent-lo mes estable. En aquest cas, la mesura de lesvelocitats permet saber si el robot es mou massa rapid en alguna direccio, laqual cosa pot fer que aquest caigui degut a la seva inericia.

• Principi de funcionament: Existeixen diversos principis fısics sobre elsquals es basen els giroscopis. A continuacio es llisten alguns dels mesutilitzats:

– conservacio del moment angular: Aquest tipus de giroscopis sonels primers que van apareixer. Aquests estan formats per una rodagiratoria, l’eix de la qual es pot orientar en qualsevol direccio. Laseva estructura es pot veure a la Fig. 1.1.2. Degut al gran momentangular que te la roda degut a la seva rotacio, la seva orientaciocasi no varia independentment del moviment de la plataforma que lasuporta.

Figura 1.1: Estructura d’un giroscopi mecanic basat en el principi de conservaciodel moment angular.

4 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

– estructures vibrants: Aquest tipus de giroscopis es basen en el fetque un objecte que vibra tendeix a quedar-se vibrant en el mateix pla,pero pateix petits deplacaments laterals deguts a la rotacio del seusuport. Aquests desplacaments es poden mesurar per tal d’obteniruna estimacio de la velocitat angular del sensor. Aquest principis’utilitza per construir giroscopis sobre circuits impresos (MEMS -Micro-Electro-Mechanic Systems).

• Sensors utilitzats: El robot Bioliod Premium incorpora el giroscopiGS − 12 que es pot veure a la Fig. 1.1.2. Aquest sensor permet medirla velocitat del robot en dos eixos perpendiculras entre ells, i paral·lels alterra.

Figura 1.2: Gisocopi GS − 12 de Robotis utilitzat a la plataforma Bioloid.

Les caracterıstiques mes importants d’aquests sensors es mostren a la Tau-la 1.2. Per a una descripcio mes detallada del sensor es pot visitar el seumanual on-line a [1]. El propi fabricant del robot proporciona aquestsensor i tambe els algoritmes de compensacio per a utilitzar-lo.

Taula 1.2: Caracterıstiques dels giroscopis.Parametre ValorV max

out 2.23 VV min

out 0.23 Vωmax +300◦

s

ωmin −300◦s

codi 45 - 455resolucio 1.46◦

s

NOTA IMPORTANT: Els valors de sortida que s’han presentat a lataula 1.2 poden variar de forma considerable de sensor a sensor, per aquestmotiu les aplicacions acostumen a fer un promitjat de diverses mostresa l’inici. Per que aquest promitjat sigui correcte i la compensacio demoviment funcioni de forma adequada, el robot ha d’estar inicialmentquiet.

NOTA IMPORTANT: Aquest sensor esta incorporat al propi robot,pero per defecte no s’utilitza. Per tal de comensar el moviment, s’hand’afegir algunes lınies de codi al programa.

1.1. INTERNS: POSICIO, VELOCITAT, ACCELERACIO... 5

• Conector: Aquest sensors utilitzen dos conectors de 5 pins que es conec-ten a les entrades auxiliras de la conroladora CM510. El pinatge d’aquestsconectors es pot veure a la Fig. 1.3. Aquest conector proporciona l’ali-mentacio necessaria pel sensor (VCC al pin 2 i GND al pin 4) i tambel’entrada analogica per poder realitzar les mesures (pin 3).

Figura 1.3: Pinatge dels conectors auxiliras que hi ha a la controladora CM510.

• Avantatges i inconvenients: Les mesures d’aquest sensor i del sen-sor d’acceleracio que es veura a la seccio 1.1.3 presenten un cert grau deredundancia, ja que es pot obtenir la informacio d’un a partir de l’altre.

1.1.3 Acceleracio

La mesuar de l’acceleracio, al igual que de la velocitat, poden ajudar a millorarel moviment del robot, fent-lo mes estable. En aquest cas l’acceleracio per-met mesurar canvis sobtats en el moviment del robot, com poden ser impactesinesperats amb obstacles o caigudes.

• Principi de funcionament: L’estructura dels sensors d’acceleracio estaformada per una massa situada sobre material piezoelectric. Quan l’ob-jecte al qual esta unit el sensor accelera o desaccelera, l’efecte d’inercia faque la massa deformi el material piezoelectric, la qual cosa fa que apareguiuna carrega que es proporcional a la deformacio (i per tant a l’acceleracio)que es pot mesurar externament.

• Sensors utilitzats: L’accelerometre utilitzat en el taller integra, en unapetita placa de circuit impres, el circuit integrat ADXL322 d’Analog De-vices que es pot veure a la Fig. 1.1.3. Aquest sensor permet mesurarl’acceleracio en dos eixos perpendiculars.

Les caracterıstiques mes importants d’aquests sensors es mostren a la Tau-la 1.3.

• Conector: Aquests sensor disposa de dos conectors de tres pins, un percada eix de mesura. Els dos conectors tenen el mateix pinatge, i es potveure a la Fig. 1.1.3. Aquest conector proporciona l’alimentacio necessariapel sensor (VCC al pin 2 i GND al pin 3) i tambe l’entrada analogica perpoder realitzar les mesures (pin 1).

Aquest pinatge coincideix amb l’utilitzat pels ports analogics de la placad’expansio, i per tant es podeb utilitzar cables estandard de dynamixel de3 pins, ja que les conexions son pin a pin.

6 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

Figura 1.4: Accelerometre basat en el ADXL322 d’Analog Devices.

Taula 1.3: Caracterıstiques dels accelerometres.Parametre ValorV max

out 2.23 VV min

out 0.23 Vωmax +300◦

s

ωmin −300◦s

codi 45 - 455resolucio 1.46◦

s

• Avantatges i inconvenients: Les mesures d’aquest sensor i del sen-sor de velocitat que s’ha vist a la seccio 1.1.2 presenten un cert grau deredundancia, ja que es pot obtenir la informacio d’un a partir de l’altre.

Els sensor d’acceleracio tambe es poden utilitzar per tal de mesurar lainclinacio del robot respecte el terra, ja que tambe son capacos de mesurarl’acceleracio constant de la gravetat.

1.2 Externs: Distancia, pressio, ...

Els sensors externs permeten obtenir informacio sobre l’entorn que envolta alrobot. En general aquesta informacio es refereix principalment a la posiciodels obstacles i la distancia d’aquests al robot (seccio 1.2.1), pero tambe incloualtres parametres, com poden ser la seva orientacio respecte una certa referencia(seccio 1.2.2).

1.2.1 Distancia

Al taller s’utilitzen principalment dos tipus de sensors de distancia: sensorsbasats en infrarojos que es veuran a ala seccio 1.2.1 i sensors basats en ultrasonsque es veuran a la seccio 1.2.1.

Infrarojos

En aquesta seccio es descriuen les caracterıstiques mes importants dels sensorsd’infrarojos que s’utilitzen en el taller, aixı com alguns detalls importants iconsells per a la seva utilitzacio.

1.2. EXTERNS: DISTANCIA, PRESSIO, ... 7

Figura 1.5: Pinatge dels conectors de l’accelerometre utilitzat en el taller. Vistafrontal.

• Principi de funcionament: Els sensors d’infrarojos utilitzats en el ta-ller es basen en la tecnica de la triangulacio per determinar la distanciaa un obstacle: un LED emissor envia un pols de llum infraroja que, encas que existeixi un obstacle en el rang de treball, rebota i incideix so-bre un sensor PSD (position sensing device) contigu al LED emissor. Elpunt d’incidencia del feix rebotat sobre el PSD depen de la distancia del’obstacle i per tant mesurant aquest punt d’incidencia s’obte una mesuraacurada de la distancia que es inmune tant a interferencies com al color del’objecte. A la Fig. 1.2.1 es pot veure un esquema d’aquest funcionament.

Figura 1.6: Principi de funcionament dels sensor de distancia infrarojos deSharp. En la figura superior, l’objecte es troba proper al sensor i el ffeix reflexatincideix en la part baixa del sensor PSD, mentre que en la figura inferior el feixincideix en la part superior degut a que l’obstacles es trba mes lluny del sensor.

• Sensors utilitzats: Al taller s’utilitzen diversos sensors de distancia d’in-fraroig basats en aquest principi de Sharp que cobreixen tres rangs dife-rents de mesura: curt abast (de 40mm a 300mm), mitja abast (de 100mma 800 mm) i llarg abast (de 200 mm a 1500 mm). Els sensors de curt imitja abast de Sharp tenen el mateix encapsulat que es pot veure a la Fig.1.7(a), mentre que els de llarg abast tenen un encapsulat diferent que espot veure a la Fig. 1.7(b).

A la taula 1.4 es resumeixen les caracterıstiques mes importants de cada

8 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

(a) Encapsulatdels sensors dedistancia de curti mitja abast deSharp

(b) Encapsulat delssensors de distanciade llarg abast deSharp

Figura 1.7: Encapsulat dels sensors de distancia infrarojos.

sensor, on L representa la distancia a l’objecte i Vout la tensio de sortida.La columna de codi de la taula 1.4 representa la lectura digital mınima imaxima que es pot esperar tenint en compte el circuit de conversio uti-litzat. Cal tenir en compte que aquests valors s’han obtingut amb lescaracterıstiques tıpiques de funcionament dels sensors, pero existeix unavariabilitat considerable entre sensors del mateix tipus, i pertant aquestsvalors poden ser una mica diferents als obtinguts amb el sensor real.

Taula 1.4: Caracterıstiques dels sensors d’infrarojos utilitzats.Model V max

out V minout Lmax Lmin codi

2D120X 2.65 V 0.4 V 40mm 300mm 82 - 5432Y0A21 o GP2D12 2.3 V 0.4 V 100mm 800mm 82 - 471

2Y0A02 2.45 V 0.4 V 200mm 1500mm 82 - 502

• Resposta del sensor: El comportament d’aquest sensor es no lineal i espot veure a la Fig. 1.8 pel cas d’un sensor de mitja abast (GP2D12). Enla zona de funcionament desitjada (regio verda sota la corva a la Fig. 1.8)del sensor la tensio analogica de sortida es baixa per a distacies grans, iva augmentant de forma exponencial segons disminueix la distancia.

Existeix pero un punt a partir de qual el valor de sortida torna a disminuirtot i que la distancia tambe disminueixi (al voltant dels 100mm pel sensorde mitja abast que es mostra en vermell a la Fig. 1.2.1). Aquesta zona defuncionament no es desitjada, ja que el valor de sortida es correspon ambuna distancia mes gran de la que realment existeix, i pot fer que el robotxoqui contra els obstacles.

• Conector: Tots els sensors d’infrarojos de Sharp utilitzen el mateix conec-tor de 3 pins: un per la massa (pin 2), l’altre per l’alimentacio, normalmentde 5V (pin 1) i el tercer pel senyal analogic de sortida (pin 3). El conectorutilitzat es el 22− 05− 7035 de Molex que es pot veure a la Fig. 1.9.

NOTA IMPORTANT: Cal tenir en compte que l’ordenacio de pinsd’aquest conector no coincideix amb l’ordenacio del conector de la placad’espansio i per tant cal utilitzar un cable creuat per tal de poder utilitzarcorrectament aquets sensor. Aquest cables estan senyalitzats amb l’eti-

1.2. EXTERNS: DISTANCIA, PRESSIO, ... 9

Figura 1.8: Resposta del sensor d’infrarojos de mitja abast GP2D12. Equivalenta la del sensor de mitja abst 2Y0A21.

queta IR. La Fig. 1.10 mostra el diagrama de conexions entre els sensorsd’infraroig i la placa d’expansio.

• Avantages i inconvenients: L’avantatge mes important d’aquest tipusde sensors es que permeten detectar obstacles (o forats) relativament petitsgracies a la seva gran directivitat, i tambe que presenten una immunitatconsiderable a interferencies com s’ha comentat anteriorment. De totesmaneres, el seu rang de mesura es relativament petit comparat amb elssensors d’ultrasons que es veuran a la seccio 1.2.1, en aquest cas entre100mm i 1500mm.

Ultrasons

En aquesta seccio es descriuen les caracterıstiques mes importants dels sensorsd’ultrasons que s’utilitzen en el taller, aixı com alguns detalls importants i con-sells per a la seva utilitzacio.

• Principi de funcionament: Els sensors d’ultrasons utilitzen un principifısic diferent al dels sensors d’infraroig descrits a la seccio 1.2.1 per talde mesurar la distancia: en aquest cas es genera una ona acustica d’altafrequencia (40 kHz) i es mesura el temps que triga el senyal en retornar,el qual, a partir de la velocitat de propagacio de l’ona, permet estimar

10 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

Figura 1.9: Conector utilitzat per als sensors d’infraroig de Sharp amb la nu-meracio dels pins.

Figura 1.10: Cable utilitzat per conectar els sensors d’infraroig a la placa d’ex-pansio del Bioloid. La vista dels connectors, tant de la placa com del sensor esfrontal.

la distancia a l’obstacle. Aquest principi de funcionament es mostra enl’esquema de la Fig. 1.11.

Figura 1.11: Principi de funcionament dels sensor de distancia ultrasonics.

• Sensors utilitzats: Al taller s’utilitza un unic sensors de distancia basaten ultrasons, el LV-MaxSonar-EZ que es mostra a la Fig. 1.12. Aquest sen-sor ofereix diversos metodes per proporcionar la informacio de distancia:

– senyal PWM on l’amplada del pols es proporcional a la distancia quemesura el sensor.

– port serie on s’envia en format ASCII el valor actual de la distanciaen polsades.

1.2. EXTERNS: DISTANCIA, PRESSIO, ... 11

– senyal analogic l’amplitud de la qual es proporcional a la distanciaque mesura el sensor.

Figura 1.12: Sensor de distancia ultrasonic LV-MaxSonar-EZ.

A la taula 1.5 es resumeixen les caracterıstiques mes importants de cadasensor, on L representa la distancia a l’objecte i Vout la tensio de sortida.La columna de codi de la taula 1.5 representa la lectura digital mınima imaxima que es pot esperar tenint en compte el circuit de conversio uti-litzat. Cal tenir en compte que aquests valors s’han obtingut amb lescaracterıstiques tıpiques de funcionament dels sensors, pero existeix unavariabilitat considerable entre sensors del mateix tipus, i pertant aquestsvalors poden ser una mica diferents als obtinguts amb el sensor real.

Taula 1.5: Caracterıstiques dels sensors d’ultrasons utilitzats.Parametre Valor

V maxout 2.54 VV min

out 0 VLmax 6450mmLmin 0mmcodi 0 - 520

Resolucio 2.54 cm

• Resposta del sensor: La sortida d’aquest sensor es lineal i directamentproporcional a la distancia com es pot veure a la Fig. 1.13.

NOTA IMPORTANT: Tot i que el rang teoric de funcionament d’a-quest sensor arriba fins als 6 m, a la grafica de la Fig. 1.13 es pot veureque la tensio de sortida comenca a saturar per a distancies al voltant dels2 m. Aixo es degut a la poca directivitat del sensor com es veura mesendavant.

• Conector: Els sensors d’ultrasons utilitzen un conector similar al de laFig. 1.9, pero de 6 pins. Tot i aixı, nomes 3 dels pins s’utilitzen: pin 1per la massa, pin 2 per l’alimentacio i el pin 5 per la senyal analogica desortida. La resta de pins no estan conectats. El diagrama de conexio delcable utilitzat per conectar els sensors d’ultrasons a la placa d’espansiodel Bioloid es pot veure a la Fig. 1.14.

• Avantatges i inconvenients: Tot i tenir un rang teoric de mesura con-siderablement superior als sensors d’infraroig utilitzats, degut a la seva

12 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

Figura 1.13: Tensio de sortida en V en funcio de la distancia en cm del sensord’ultrasons utilitzat en el taller.

poca directivitat, el rang efectiu es redueix considerablement degut a pro-poagacions multi camı no desitjades i que falsegen les mesures. Aixo faque no es puguin utilitzar per detectar obstacles (o forats) petits.

1.2.2 Brujula

La majoria de sensors vistos en aquest capıtol, donen informacio relativa alrobot, distancia del robots als obstacles i velocitat angular respecte el sistemade referencia del robot. Pero per tal de dur a terme algunes tasques basiquescom poden ser caminar en lınia recta, es necessita informacio absoluta del ro-bot respecte el mon. Una brujula ofereix aquest tipus d’informacio, donant laorientacio del robot respecte el camp magnetic de la terra.

• Principi de funcionament: Normalment les brujules electroniques esbasen en dos principis diferents: l’efecte Hall i la propietat de la magne-toresistencia d’alguns materials.

– L’efecte Hall es basa en la generacio d’una diferencia de voltatge (vol-tatge de hall) en un conductor electric quan per aquest hi circula uncorrent electric i tambe hi incideix un camp magnetic perpendicularal corrent, com es pot veure a la Fig. 1.15.

– La propietat de la magnetoresistencia es la disminucio de la resistenciade certs materials quan s’aplica un camp magnetic extern. La vari-

1.2. EXTERNS: DISTANCIA, PRESSIO, ... 13

Figura 1.14: Cable utilitzat per conectar els sensors d’ultrasons a la placa d’ex-pansio del Bioloid. La vista dels connectors, tant de la placa com del sensor esfrontal.

Figura 1.15: Diagrama del funcionament d’un sensor d’efecte Hall.

acio de la resistencia d’aquests materials es relativament petita, del’orde del 5% en general. Aquests elements s’utilitzen en un pont deWheatsone per tal de maximitzar aquest efecte i poder-lo mesurarcorrectament.

Qualsevol d’aquests dos principis s’utilitza per mesurar les componentsdel camp magnetic en dos eixos perpendiculars (o en alguns casos 3) comes mostra a la Fig. 1.16, podent obtenir aixı la direccio del camp magneticde la terra, i tambe, la desviacio del robot respecte aquest (θ).

• Sensors utilitzats: La brujula utilitzada en el taller es la HMC6352de Honeywell, la qual esta completament encapsulada i ofereix unicamentuna interfıcie digital I2C per tal de poder-la configurar i obtenir els valorsde l’orientacio.

La brujula dona l’orientacio respecte el camp magnetic de la terra ambuna resolucio de 0, 1, amb valors entre 0 i 3599, creixen en el sentit de lesagulles del rellotge. Un problema que presenta es la discontinuitat que hiha quan es completa un gir i es comenca el seguent com es pot veure a laFig. 1.17.

NOTA IMPORTANT: Cal tenir en compte aquesta discontinuitat al’hora de desenvolupar els algoritmes de control pel robot, ja que si no esfa, el comportament del robot pot ser erratic en alguns casos.

14 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

Figura 1.16: Mesura de les components del camp magnetic de la terra (B) sobredos exos perpendiculars (Bx, By) per obtenir l’orientacio del sensor (i del robot)respecte el camp magnetic de la terra.

Figura 1.17: Mesures obtingudes de la brujula HMC6352 al efectuar dos girscomplets, on es pot observar la discontinuitat en la seva resposta.

Les lectures d’aquest tipus de sensors son molt sensible a camps magneticslocals (els quals poden tenir una magnitut gran respecte el camp magneticde la terra) que poden introduir error en les mesures del camp magnetic dela terra. Es per aquest motiu que normalment proporcionen mecanismesde calibracio per tal de poder compensar els seus efectes. En el cas delrobot humaniode, la brujula es troba propera a 18 motors eletrics quegeneren un camp magnetic que afecta de forma negativa a les mesures delsensor.

NOTA IMPORTANT: El sensor ja s’ha pre-calibrat per compensar elseu efecte sobre la brujula, pero nomes en la posicio inicial. Per tantsempre que es vulgui llegir el valor de la brujula el robot ha d’estar enaquesta posicio. Quan el robot es mou, el camp magnetic generat pelsservos fluctua continuament, i no es possible compensar-los.

• Conector: Les brujules utilitzen un conector similar al de la Fig. 1.9,pero de 4 pins: el pin 1 per la massa, el pin 2 per l’alimentacio, el pin

1.3. EINA DE DESENVOLUPAMENT 15

3 pel senyal de dades del bus I2C i el pib 4 pel senyal de rellotge. Eldiagrama de conexio del cable utilitzat per conectar les brujules a la placad’espansio del Bioloid es pot veure a la Fig. 1.18.

Figura 1.18: Cable utilitzat per conectar les brujules a la placa d’expansio delBioloid. La vista dels connectors, tant de la placa com del sensor es frontal.

En aquest cas es pot utilitzar un cable estandard de dynamixel de 4 pins,ja que les conexions son pin a pin.

• Avantatges i inconvenients: Aquest sensor permet saber la orientacioabsoluta del robot respecte el camp magnetic de la terra, i es pot utilitzarper compensar desviacions no desitjades en el moviment del robot. Detotes maneres, la gran susceptibilitat a camps magnetics externs fa que laseva integracio i us no siguin trivials.

El bus de comunicacions I2C tambe presenta avantatges i inconvenients.Per una banda, permet una comunicacio bidireccional amb el sensor quepermet, a part d’obtenir-ne dades, configurar-ne alguns dels parametresde funcionament. Tot i aixı, implica l’us d’un bus de comunicacions digitalque no esta present en qualsevol sistema host (per exemple els ordinadorsde sobre taula no disposen de cap bus I2C, i necessiten un adaptador perpoder utuilitzar la brujula).

1.3 Eina de desenvolupament

Com molt possiblement s’ha observat fer que el robot camini en linea rectao saber en quina posicio es troba basant-se en sensors propioceptius es adir sensors que tenen mesures de l’estat intern del robot sense tenir encompte informacio de l’entorn es molt complicat. Per aixo s’introdueixenels sensors exteroceptius que aportaran informacio de l’entorn.

Per tal de poder accedir a la informacio aportada pels sensors es disposade conversors AD situats en la placa d’expancio. Els registres als qualss’ha d’accedir per llegir la informacio de cada sensor es troben detallatsen la taula 1.6.

Si es fa us del programari RoboPlus per a programar el robot, la formad’accedir a la lectura d’un sensor es la que es mostra en la figura 1.19 sentel valor remarcat en vermell la referencia del registre al qual es vol accedir.

En aquesta practica a mes de disposar dels sensors que es connecten a laplaca d’expancio, tambe es disposa d’un gisorcopi situat en el pit del robot,

16 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

No registre Accio Funcio0x00 R ADC00x01 R ADC10x02 R ADC20x03 R ADC30x04 R ADC40x05 R ADC50x06 R ADC60x07 R ADC70x08 R ADC0 averaged0x09 R ADC1 averaged0x0A R ADC2 averaged0x0B R ADC3 averaged0x0C R ADC4 averaged0x0D R ADC5 averaged0x0E R ADC6 averaged0x0F R ADC7 averaged0x10 R compass raw0x11 R compass averaged0x20 W send a byte through the serial port (FTDI)0x21 R receive a byte through the serial port (FTDI)

Taula 1.6: Taula de registres de la placa d’expancio

Figura 1.19: Acces a la lectura del sensor connectat al port analogic-digital 0

que per construccio es conecta directament a dos ports analogic-digitalsde la controladora CM-510. Tal i com s’explica en la seccio del girosco-pi, les lectures d’aquest poden ser utilitzades per millorar l’estabilitat delrobot. Per fer-ho s’utilitza el callback de la controladora per comprovarde forma perodica l’estat d’inclinacio del robot. El distribuidor del robotproporciona un algoritme que realitza la tasca de comprovacio de la incli-nacio i que corregeix les desviacions del robot donant mes estabilitat a laplataforma. L’algoritme es mostra en la figura 1.20 i es pot descarregardel link www.wikiri.upc.edu/

En el cas en que es finalitzi la practica i es disporsi de mes temps es disposad’accelerometres 1.1.3 amb els que es pot saber si el robot esta dret o be acaigut a terra. Amb aquesta informacio i els moviments de que es disposa,s’ha de realitzar un algoritme que aconsegueixi recorrer el quadrat de lapractica i que a mes aixequi el robot del terra si es necessari.

1.3. EINA DE DESENVOLUPAMENT 17

Figura 1.20: Algoritme de correccio d’inclinacio basat en la lectura del giroscopi

18 CAPITOL 1. SENSORITZACIO I

Bibliografia

[1] Robotis On-line Manual Pages, http://support.robotis.com/en/

[2] Robotis CM510 manual page, http://support.robotis.com/en/product/auxdevice/controller/cm510_manual.htm

[3] Robotis USB2Dynamixel manual page, http://support.robotis.com/en/product/auxdevice/interface/usb2dxl_manual.htm

[4] Atmel ATMEGA128 web page, http://www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=2018

[5] Especificacio del bus I2C, http://www.i2c-bus.org/

[6] Especificacio del bus SPI, http://en.wikipedia.org/wiki/Serial_Peripheral_Interface_Bus

[7] Pagina web del fabricant de l’adaptador serie-USB, http://www.ftdichip.com/

19