ROBOT OMNI-RUEDA – FUZZY
Es Un robot que usa omni-ruedas y puede moverse en cualquier dirección, en cualquier ángulo, sin girar de antemano. Si se quiere un robot que pueda girar, usar un robot de omni-rueda. Si se quiere un robot que puede hacer girar mientras avanza en el mismo sentido, entonces este es el tipo de robot.
LAS OMNI-RUEDAS
¿Entonces, cómo trabaja un robot que se puede mover omnidireccionalmente? El truco es que usa ruedas especiales... La omni-rueda no es en realidad una sola rueda, son muchas ruedas en una. Hay una rueda grande principal, y a lo largo de su parte periférica hay muchas ruedas pequeñas adicionales que tienen el eje perpendicular al eje de la rueda principal. La rueda principal puede girar alrededor de su eje como cualquier rueda normal, pero ahora que hay ruedas perpendiculares adicionales a ella, la rueda principal también puede moverse en forma paralela a su propio eje.
Abajo hay algunas imágenes de las omni-ruedas disponibles en el mercado. El tamaño de rueda y el diámetro son dependientes de parámetros como la velocidad del robot, el peso, etc.
Si usted está interesado en los cálculos para saber que diámetro de rueda es el mejor, se recomienda leer el tutorial sobre la Dinámica de los Robots. Solicítelo a esta página.
ROBOTS HOLONOMICOS VS. NO-HOLONOMICOS
Hay sólo dos tipos de robots móviles, los robots Holonomicos y los robots No-Holonomicos. Los robots No-holonomicos son los que no pueden moverse al instante en cualquier dirección, como un coche. Este tipo de robot tiene que realizar un juego de movimientos para cambiar de dirección. Por ejemplo, si usted quiere que su coche se mueva de costado, usted debe realizar un complejo "movimiento de estacionamiento en paralelo". Para que el coche de la vuelta, se debe hacer girar las ruedas y avanzar. Este tipo de robot tendría 1.5 grados de libertad, esto quiere decir que puede moverse en ambas direcciones X y Y, pero requiere movimientos complejos para alcanzar la dirección X.
La mayor parte de robots de omni-rueda consisten en una plataforma triangular y tres ruedas. Pero es posible, y a menudo mejor, usar cuatro ruedas. Hay una buena razón por qué tres ruedas son mejor - tres ruedas y tres motores son más baratos que cuatro de cada uno.
Sin embargo hay un problema inherente con los vehículos de cuatro ruedas, y es el hecho que cuatro puntos no son garantía que estén sobre el mismo plano. Tres puntos si. ¡Si el robot de cuatro ruedas encuentra el terreno desigual, hay una buena posibilidad que una de las ruedas no esté en contacto con la tierra. Pero hay muchas soluciones simples para esto. Uno de ellos es usar resortes de amortiguación. Un diseño de omni-rueda usa una base delgada y flexible de aluminio capaz de doblarse con el terreno, sobre la cual fueron montados los servos. Pero el diseño de cuatro ruedas es preferible.
VENTAJAS DE CUATRO RUEDAS.
En primer lugar, cuatro ruedas son más eficientes. Con un diseño de tres ruedas, es imposible conseguir la eficacia del 100 % de sus ruedas. Esto es porque en diseños de tres ruedas, solo una rueda alguna vez estará alineada con la dirección de movimiento. Pero con cuatro, dos ruedas pueden moverse con la eficacia del 100 %, mientras las otras dos permanecen libres, para mayor velocidad y movimiento eficiente. En todos los otros ángulos también serán más eficientes que con un robot omni-rueda de tres ruedas.
Como se puede apreciar en el diseño de cuatro ruedas, dos ruedas están girando y contribuyendo al 100% del movimiento, mientras que por el otro lado las otras dos no se mueven y actúan como ruedas de cola de castor. Por esta razón un robot, de cuatro omni ruedas es mas rápido usando menos energía.
Otra razón principal del por qué cuatro ruedas son más fáciles es por motivos computacionales. Cuatro ruedas están en 90 grados el uno al otro, mientras tres ruedas están en 120 ángulos de grado. ¿Qué significa esto? los diseños de cuatro rueda, las tienen directamente frente la una de la otra, lo que significa que solamente un par de ruedas necesita un solo cálculo, con una rueda que recibe un número negativo mientras la otra recibe positivo. Los diseños de tres ruedas no tienen ningún par de ruedas, lo que significa que serán necesarios tres cálculos..
CONTROL DE UN ROBOT OMNI RUEDA.
Para que un robot omni-rueda pueda dirigirse en un ángulo determinado, cada rueda debe girar en una velocidad y dirección particular. Ya que el robot se mueve en ángulos, este tendrá que hacer cálculos trigonométricos para determinar estas velocidades de rueda. Sin embargo los Cálculos trigonométricos son no siempre posibles, ya que el control de un robot de omni-rueda depende muchísimo de su capacidad de tratamiento computacional. Si se usa un ordenador personal o palmpilot como controlador de robot, este podría hacer miles de cálculos por segundo.
Sin embargo la mayor parte de microcontroladores no pueden hacer esto. Un microcontrolador (como un PIC O AVR), no hacen esto. Pueden hacer aproximadamente tres cálculos por segundo. Pero lamentablemente el robot también tiene que leer de los sensores, servos, interpretar datos, y muchas otras cosas. Una solución a esto, seria usar lo que llaman una TABLA TRIGONOMÉTRICA DE CONSULTA. Básicamente se hacen los cálculos a mano y se guardan en la memoria, y en el programa se refiere a esta como una lista. Esta no deberá tener una precisión del 100 %, o ser un código elegante, pero si deberá ser mucho más rápido - y estar equilibrado en velocidad y precisión. Una precisión dentro de 10 grados trabajara bastante bien.
Como control de posición, esto es imposible con un robot omni-rueda. Los omni-rueda trabajan sobre la base del desliz de sus ruedas, utilizan cosas como codificadores para posición. Se hace que el robot detecte su entorno para rastrear su movimiento con precisión, el IMU'S, giroscopios, el rastreo visual, etc. trabajarán bien. La optimización del control del actuador es un poco complicada. Hay varias cosas que se tienen que considerar:
-Control de Angulo. Para que un robot omni-rueda se dirija en una cierta dirección, cada motor tiene que ir en una cierta velocidad en relación a los demás. La velocidad no importa, solamente la relación entre motores.
-Velocidad del Motor. Más rápido gira el motor, mas rápido avanza el robot.
-Control Rotacional. Para que un robot omni-rueda pueda girar en una velocidad en particular, se debe subir o bajar igualmente la velocidad de cada motor.
-Velocidad Máxima de Motor. Los motores sólo pueden ir rápido. Cuando se hacen proporciones y adiciones de control rotacional, debe asegurarse que no se esta ordenando que un motor vaya más rápido de lo que el pueda.
Angulo Global. Se puede o no querer controlar el ángulo del robot con respecto a su entorno.
¿Cómo se hace esto? Bueno solo hacer estos cálculos en el siguiente orden:
1) Calcular la relación del motor para calcular el ángulo de movimiento.
2) Calcular la velocidad rotacional constante. Solo sumar o restar alguna constante a la velocidad de movimiento del motor para girar en sentido CW o en sentido CCW.
3) Comprobar y corregir para asegurarse que no se exceda la velocidad máxima del motor. Supongamos que la velocidad máxima es 100, pero sus cálculos de cuatro ruedas piden velocidades de motor en 50,-50,-110, y 110. Bien la proporción es 50/-50/-110/110. Deberá ser X/-X/-100/100, con un valor de X desconocido, basado en una velocidad máxima de 100. Usando algebra, la ecuación entonces es:
50/110 = X/100
X = 45.45 =~46
La velocidad del motor será 46/-46/-100/100.
Nuevamente, este cálculo es más difícil para un robot omni-rueda de tres ruedas, pero el cálculo puede ser hecho de la misma manera. También se puede hacer más lento el robot cambiando en el software la velocidad máxima.
Desventajas del Omni ruedas.
Lamentablemente hay varias desventajas en la omni-tracción. Las Omni-ruedas tienen pobre eficiencia ya que no todas las ruedas giran en la dirección del movimiento del robot. También hay altas pérdidas por la fricción. El control de posición no trabajará debido a los resbalones. Y hay pérdida computacional por el cálculo de ángulos con trigonometría.
Procedimiento de Construcción de un robot Omni-Ruedas.
Si le gustaría tener su propio robot omni-rueda de cuatro ruedas, las imágenes debajo le muestran como construir uno. En primer lugar, esta es la forma como conectar la omni-rueda a los servos. Taladrar agujeros en la rueda, y conectar el eje del servo con tornillos:
Características Adicionales en Fuzzy.
La Fuzzy Lógic, o Lógica Difusa, es una buena alternativa para iniciarse con la IA en un robot. Básicamente mientras más sensores tenga el robot, este deberá tomar decisiones "más inteligentes" Prácticamente se le da un juego de "emociones":
Cansado: baja velocidad
aburrido: al azar activar otras emociones
temor: evite cosas que se mueven.
Claustrofobia: mantenerse en areas iluminadas, abiertas.
Hambre: alerta de batería baja, ser más eficiente.
Curiosidad: explore más.
Frustración: intente algo nuevo para alcanzar el objetivo
Sensores Usados.
Tres telémetros exploradores IR SHARP trazaran un mapa de todo delante de ellos. El Trazar un mapa 2D es hecho en 180 grados, detectando objetos a una distancia de hasta 20ft, y con una velocidad de actualización de 3Hz. Esto hizo tomar decisiones inteligentes y satisfactorias para la navegación. Aquí se puede identificar todos los objetos, y el tamaño de los objetos delante de ellos para determinar si hay bastante espacio entre los objetos para pasar o si deberá dar la vuelta.
Tres sónares, que serán usados principalmente como sensores de colisión. Si esta es la primera vez que usa el sónar, entonces este es un buen experimento educativo. Dos sónares de ángulo amplio son más que suficientes.
Usar dos pares de detectores IR si se desea modificar el robot como seguidor de línea.
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