INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO AUTÓNOMO DE MÉXICO Laboratorio de Robótica Diseño Electrónico SSL Octavio Ponce Madrigal Jesús G. Rodríguez Ordoñez Profr: Dr. Alfredo Weitzenfeld Ridel ITAM

2. Agenda • Introducción • Diseño Electrónico • Suministro de energía • Módulo Digital • Módulo Analógico • DSP • Software para diseño electrónico ITAM

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. Módulos Electrónica ITAM

8. Tarjetas Electrónicas ITAM

9. SUMINISTRO DE ENERGÍA • Alimentar de voltaje y corriente al robot. • Suministro analógica • Suministro digital • Medidores de baterías ITAM

10. SUMINISTRO ANALÓGICO • La parte analógica se alimenta con un voltaje de 16 volts provenientes de un arreglo de 6 baterías de 8 volts. ITAM

11. SUMINISTRO DIGITAL • La parte digital se alimenta con un voltaje de 8 volts provenientes de un arreglo de 3 baterías de 8 volts. ITAM

12. “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

13. 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

14. Medidor de Baterías Analógico ITAM

15. 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

16. Tarjeta Suministro de Energía ITAM

17. Módulo Digital • Circuitos lógicos para la identificación, comunicación y sensado del robot. • ID Robot • Transceiver • Sensores de pelota ITAM

18. 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

19. IDENTIFICADOR DEL ROBOT ITAM

20. TRANSCEIVER • Recibir los comandos de IA Estructura del paquete de información para un robot. ITAM

21. TRANSCEIVER T = 5N + 6 [bytes] Donde: T=tamaño de la trama N=número de motores Estructura de la trama del módulo de comunicación. ITAM

22. TRANSCEIVER • Radiometrix (RPC-914/869-64) • Frecuencias de 914MHz o 869MHz ITAM

23. TRANSCEIVER ITAM

24. CONTROL DE MOTORES • Circuito Integrado L6207D X=Cualquier valor, Vcc o GND Voltajes para el funcionamiento de los motores ITAM

25. CONTROL DE MOTORES ITAM

26. 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

27. Optoacoplador ITAM

28. 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

29. Señales PWM Ciclo de trabajo 20% Ciclo de trabajo 50% Ciclo de trabajo 80% ITAM

30. 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

31. Señales PWM ITAM

32. Diagrama Lógico TarjetaDigital-Analógica ITAM

33. PCB Tarjeta Digital-Analógica ITAM

34. “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

35. 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

36. 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

37. 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

38. Componentes del Kicker ITAM

39. 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

40. 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

41. 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

42. 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

43. Control electrónico de intensidad de la corriente de descarga, por medio de un MOSFET ITAM

44. Tarjeta del Kicker ITAM

45. 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

46. 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

47. 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