PROYECTO Nº IMPLEMENTACIÓN DE MOVIMIENTOS SUAVES EN ROBOTS INDUSTRIALES MEDIANTE SPLINES CÚBICOS. APLICACIÓN A UN LABORATORIO REMOTO DE

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1 PROYECTO Nº IMPLEMENTACIÓN DE MOVIMIENTOS SUAVES EN ROBOTS INDUSTRIALES MEDIANTE SPLINES CÚBICOS. APLICACIÓN A UN LABORATORIO REMOTO DE ROBÓTICA Memora del Proyecto Fn de Carrera De Ingenería en Informàtca Realzado por Marcos Mohedano Gómez y drgdo por Aser Ibeas Hernández Bellaterra, Juno 2010

2 El abajo frmante, Aser Ibeas Hernández Profesor de la Escola Tècnca Superor d'engnyera de la UAB, CERTIFICA: Que el trabajo al que corresponde esta memora ha sdo realzado bajo su dreccón por Marcos Mohedano Gómez Y para que conste frma la presente. Frmado: Aser Ibeas Hernández Bellaterra, Juno 2010

3 RESUMEN Uno de los prncpales obstáculos con los que se pueden encontrar los estudantes unverstaros ( muchos de los cuales compagnan trabajo y estudos ) a la hora de realzar las clases práctcas de las dversas asgnaturas de la carrera, son los horaros de estas. Las aulas destnadas a la realzacón de dchas clases tenen una capacdad lmtada y las horas dsponbles para su utlzacón deben repartrse entre varas asgnaturas de la msma carrera, o ncluso de carreras dstntas. Este problema puede soluconarse gracas a los laboratoros remotos, que ofrecen la posbldad de acceder desde cualquer ordenador con conexón a nternet a los elementos físcos o software nstalados en las aulas destnadas a la realzacón de las clases práctcas, e nteractuar con estos sn necesdad de estar presentes en dcho lugar. De esta manera los alumnos dsponen de una mayor flexbldad de horaros que les facltará compagnar sus estudos con otras actvdades. Un alumno de la carrera Ingenería Técnca en Informátca de Sstemas de la EUIS (Escola Unverstàra d Informàtca de Sabadell) de la UAB, Ramón González, creó como proyecto fnal de carrera en el curso académco 2008/2009 un laboratoro remoto para la realzacón de práctcas de la asgnatura Robótca y Automatzacón Industral, pertenecente a la carrera de Ingenería en Informátca mpartda en la ETSE (Escola Tècnca Superor d Engnyera), UAB. Dcho sstema consstía en una nterfaz web que permtía programar y ejecutar a dstanca operacones PPO (Pck & Place Operatons) sobre un brazo robot stuado en el laboratoro de automátca de la ETSE. Con esto se pretendía no sólo mejorar la flexbldad de horaros en las práctcas de la asgnatura s no tambén dotar a estas de un atractvo mayor para el alumno y acercarlo un poco más a la realdad del mundo de la robótca, ya que hasta entonces las práctcas de la asgnatura se realzaban en Matlab, un entorno de programacón que se utlzaba para verfcar las ecuacones que gobernan a los robots ndustrales. El actual proyecto trata de crear un nuevo laboratoro remoto con mejores prestacones que el anteror, añadendo como mejora prncpal una funconaldad que dote al robot con la capacdad de segur trayectoras con movmentos suaves gracas a unas ecuacones matemátcas denomnadas splnes cúbcos. Además, se añadrán dos cámaras de red de alta resolucón y se

4 mejorará la nterfaz web añadendo la retransmsón en vvo del vídeo captado por las cámaras, para así poder observar con ntdez los movmentos realzados por el robot.

5 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS ESTADO DEL ARTE. ANTECEDENTES ESTUDIO DE VIABILIDAD RECURSOS VIABILIDAD TÉCNICA Robot Lenguajes de programacón Servdor web Cámaras de red Software de captura de vídeo y servdor de streamng COSTES TEMPORALES COSTE ECONÓMICO FUNDAMENTOS TEÓRICOS ROBOTS INDUSTRIALES Defncón y clasfcacón Componentes CONCEPTOS IMPORTANTES EN ROBÓTICA... 15

6 Espaco de trabajo Grados de lbertad Coordenadas en el spaco cartesano/de artculacones Cnemátca del manpulador GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS DE TIPO SPLINE CÚBICO ANÁLISIS DEL SISTEMA MÓDULOS Robot Crcuto de control SSC Servdor web Cámaras de red Software de captura y codfcacón de vídeo Págnas web Interfaz gráfca Códgo de la capa de negoco Bases de datos ARQUITECTURA FÍSICA FLUJO DE TRABAJO... 32

7 5.4. PROGRAMACIÓN POR CAPAS Capa de presentacón Capa de datos Capa de negoco DISEÑO ROBOT Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Tecnologías utlzadas CIRCUITO SERVOCONTROLADOR SSC Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Comandos báscos SERVIDOR WEB Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Tecnologías utlzadas Sstema operatvo Wndows XP Professonal Edton 53

8 PC IIS (Internet Informaton Servces) Implementacón Instalacón de IIS Confguracón del servdor Problemas surgdos y solucones CÁMARAS DE RED Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Implementacón SOFTWARE DE CAPTURA, CODIFICACIÓN Y STREAMING DE VÍDEO Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Tecnologías utlzadas Implementacón BASES DE DATOS Descrpcón del módulo Entradas/Saldas... 76

9 Tecnologías utlzadas Implementacón Problemas surgdos y solucones PÁGINAS WEB Descrpcón del módulo Entradas/Saldas Tecnologías utlzadas Implementacón Implementacón de la nterfaz gráfca Implementacón del códgo de la capa de negoco Problemas surgdos y solucones CONCLUSIONES FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO BIBLIOGRAFÍA 115 ÍNDICE DE ANEXOS ÍNDICE DE FIGURAS.. 120

10 1. INTRODUCCIÓN. MOTIVACIÓN Y OBJETIVOS Con este proyecto se ntenta crear una herramenta útl para la docenca relaconada con las práctcas de la asgnatura Robótca y Automatzacón Industral pertenecente a la carrera de Ingenería en Informátca mpartda en la ETSE, UAB. Hasta ahora, en dcha asgnatura cuyo temaro consta de dos bloques ben dferencados ( Robótca, y Automatzacón Industral ), las práctcas pertenecentes al bloque de Robótca consstían en realzar smulacones con Matlab (ver fgura 1), y tenían un enfoque práctcamente matemátco, bastante teórco. Fgura 1 - Ejemplo de smulacón con Matlab Durante el curso 2008/2009 un alumno de la carrera Ingenería Técnca en Informátca de Sstemas de la Escuela Unverstara de Informátca de Sabadell de la UAB, Ramón González, realzó un proyecto que consstía en montar un brazo robot de bajo coste e mplementar una web desde la cual se pudera acceder al laboratoro de Robótca remotamente para poder realzar operacones PPO (Pck and Place Operatons, es decr, operacones en las que el 1

11 brazo robot coge objetos y los deposta en las coordenadas deseadas) y vsualzar las accones del robot medante una webcam casera. El proyecto actual es una mejora del nombrado en el anteror párrafo, cuyos objetvos prncpales son los sguentes: Crear una nueva nterfaz web que permta acceder remotamente al laboratoro de Robótca y envar programas (realzados en un lenguaje de etquetas) para ser ejecutados por el robot. Tratar de mejorar la vsualzacón remota del robot mplementando streamng de vídeo en vvo en la aplcacón web (en el proyecto anteror se vsualzaba el robot a través de una webcam casera guardando capturas cada certo tempo). Para la captura de vídeo se han comprado dos webcams IP de vdeovglanca de la marca AXIS. Como son cámaras de vdeovglanca, la resolucón de la magen será mucho mayor (1,3 Megapíxeles) que la ofrecda por la webcam casera del proyecto ncal (VGA). Además, el streamng de vídeo en drecto permtrá observar el movmento del robot con total fludez, frente a la vsualzacón a trozos que ofrecían las capturas de mágenes en ntervalos de tempo de la webcam casera. El hecho de tener dos webcams en lugar de una, ofrecerá además una vsón más trdmensonal del robot en movmento, al poder capturar el vídeo desde dstntos ángulos. Implementar algortmos para la generacón de trayectoras suaves medante nterpolacón con funcones splnes cúbcos de manera que los alumnos puedan ndcarle al robot dstntas poscones y que éste sga una trayectora que pase por los puntos ndcados con un movmento de velocdad y aceleracón contínuas. Con todo ésto se pretende acercar la asgnatura Robótca y Automatzacón Industral al alumnado de manera que le resulte más atractva y que las clases práctcas sean lo más parecdo posble a lo que se va a encontrar en casos reales. Tambén servrá para poder flexblzar los horaros de práctcas ya que gracas al acceso vía web al laboratoro, cualquer alumno podrá realzarlas desde cualquer lugar que dsponga de conexón a nternet sn necesdad de estar presente físcamente en dcho laboratoro. Además, otras facultades o 2

12 centros docentes que no dspongan de los medos técncos y/o económcos para comprar un brazo robot y montarlo en un laboratoro, podrían acceder al nuestro a través de la web. 3

13 2. ESTADO DEL ARTE. ANTECEDENTES Según la enseñanza tradconal, la realzacón de las sesones de práctcas de certas asgnaturas de ngenería mplca habtualmente que el alumno debe asstr a determnados turnos de horaros fjos, en un laboratoro que posee unos equpos físcos lmtados. El conjunto de práctcas propuestas deben tener por objetvo el lustrar los resultados obtendos en las clases teórcas, así como famlarzar al alumno con el manejo de nstrumentos y equpos empleados en stuacones reales. Pero por motvos técncos o económcos, no todos los centros docentes pueden poseer equpos físcos lo sufcentemente smlares a los que se emplearían en stuacones reales, así que hasta la aparcón de los prmeros laboratoros remotos, las práctcas debían basarse en smulacones software. Gracas a los laboratoros remotos, los alumnos de centros que no dspongan de dcho equpamento o que no puedan asstr a las sesones de práctcas en los horaros propuestos, tenen la oportundad de realzar dchas práctcas desde cualquer lugar con conexón a nternet a través de nterfaz web o aplcacones de conexón remota. En el caso concreto de la robótca, actualmente exsten varos laboratoros a los cuales se puede acceder vía nternet y así poder manpular brazos robots, robots móvles etc. remotamente. A contnuacón se muestran algunos ejemplos de laboratoros remotos relaconados con el mundo de la robótca: RobUALab.Ejs, de la Unversdad de Alcante. Accedendo a este laboratoro sus alumnos pueden manpular un brazo robot con 5 grados de lbertad. Se puede acceder al laboratoro en la dreccón: Mentras que un vídeo demostratvo del msmo se encuentra en: 4

14 The Tele-labs Proyect (LR). Sstema para la operacón remota de un brazo robot ndustral real, que puede manpular objetos báscos sobre un tablero. Utlza un software clente propo muy completo y está accesble en: Augmented Realty Interface for Teleoperaton va Internet. Sstema que permte la vsualzacón, con realdad aumentada, y el control de un robot de 4 DGF a través de Internet: Hay varos motvos por los cuales no se ha decddo utlzar para las práctcas de Robótca de la ETSE nnguno de estos laboratoros remotos ya exstentes. Los prncpales són los sguentes: Al depender de un servco externo a la UAB, los horaros y calendaro de práctcas deberían amoldarse a las fechas en que se encuentre operatvo el servco a utlzar. Por ello se ha creído convenente desarrollar un laboratoro remoto propo, con una web creada en un servdor de la ETSE y así no tener los nconvenentes de depender de factores externos. Sendo nosotros los creadores de nuestro propo servco de laboratoro remoto, podremos añadr nuevas funconaldades en el futuro o modfcar las exstentes para enrquecer el nvel de las práctcas y que estas se ajusten a los crteros de docenca de la facultad. 5

15 3. ESTUDIO DE VIABILIDAD En este apartado se estudarán las característcas técncas, tempo necesaro para realzar el proyecto y coste económco para llegar a una conclusón sobre la vabldad del proyecto RECURSOS Los recursos necesaros para la realzacón del proyecto son los sguentes: Tempo del alumno. Tempo del drector de proyecto. Robot Lynx 6 con servocontrolador ssc-32 montado en plataforma de madera. PC servdor con sstema operatvo Wndows XP Professonal e IIS (Internet Informaton Servces) nstalado. Lcenca Mcrosoft Wndows XP Professonal Edton. 2 cámaras de red AXIS 207. Conexón Internet ADSL. Software Entorno de programacón Mcrosoft Vsual Web Developer Express Edton. Software para la captura y streamng de vdeo Mcrosoft Wndows Meda Encoder. Drvers de las cámaras de red. 6

16 3.2. VIABILIDAD TÉCNICA Segudamente estudaremos la compatbldad entre los elementos físcos y software que componen el sstema, así como su dsponbldad, para determnar s el proyecto es vable técncamente Robot El robot ya se montó y se fabrcó su entorno de trabajo en el proyecto antecesor al actual, realzado por el alumno de Ingenería en Informátca de Sstemas Ramón González. Por lo tanto ya se comprobó en su momento la vabldad técnca del montaje de este y de la compatbldad de sus componentes y crcuto de control con el puerto sere del PC Lenguajes de programacón Se ha escogdo realzar el dseño web y la programacón de las funconaldades que permten la nteraccón entre el usuaro, la nterfaz web, el servdor y el robot como un únco conjunto, gracas a la tecnología ASP.NET bajo el lenguaje de programacón orentada a objetos C#. Hay múltples razones por las cuales se ha elegdo utlzar dcha tecnología, entre las cuales destacan, [1] : La tecnología ASP.NET es totalmente compatble con el servdor escogdo ( IIS de Mcrosoft ) para la realzacón del proyecto. ASP.NET aplcada en un servdor IIS sobre un sstema operatvo wndows ofrece mayor velocdad de respuesta en el servdor que cualquer otra tecnología como pudera ser PHP. ASP.NET ntroduce el concepto de códgo oculto (code-behnd), que separa cláramente la parte de la programacón (capa de negoco) del dseño de la nterfaz web (capa de presentacón) en dos fcheros dstntos permtendo de esta manera la programacón por capas, lo que maxmza la facldad de mantenmento de la web. Se ha escogdo el lenguaje C# porque ya se estaba famlarzado con él, y porque al ser orentado a objetos faclta la modulardad y el encapsulamento. Además posee un 7

17 elevado número de clases y métodos que smplfcan mucho la programacón frente a otros lenguajes. ASP.NET proporcona una gran cantdad de clases, métodos y controles web que permten al programador realzar con muy poco códgo tareas que en otros lenguajes/tecnologías como PHP ocuparían muchas más líneas de códgo y complcarían la programacón de la web. Nota: En el Capítulo 6 se explcará con mayor detalle en qué conssten ASP.NET y C# Servdor web Como servdor se ha utlzado un PC con sstema operatvo Wndows XP Professonal Edton, en el cual se ha nstalado el componente IIS (Internet Informaton Servces). Es dcho componente de Wndows XP el que dota al PC de las característcas de servdor web. Es un componente de Mcrosoft, por lo que es totalmente compatble con la tecnología ASP.NET, del msmo fabrcante Cámaras de red Se han adqurdo dos cámaras IP AXIS 207, que conectadas a la red local donde se ubca el servdor web permten su vsualzacón accedendo a la dreccón IP de cada cámara. Codfcan vídeo en formatos Moton JPEG y MPEG-4 smultánamente, lo cual proporcona la mejor caldad de magen y gestón de ancho de banda de su clase. Tanto los controladores de las cámaras como los códecs necesaros para la vsualzacón del vídeo codfcado por estas son totalmente compatbles con el sstema operatvo utlzado en el proyecto Software de captura de vídeo y servdor de streamng Se ha utlzado la aplcacón Wndows Meda Encoder, de Mcrosoft. Los motvos han sdo los sguentes: 8

18 Dcho software realza a la vez las funcones de servdor de streamng de vídeo y de software codfcador de vdeo. Wndows Meda Encoder codfca el vídeo provnente de la fuente elegda (en este caso las webcams AXIS) en formato WMA (Wndows Meda Archve), el formato de vídeo de Mcrosoft Wndows. Por lo tanto no exstrán problemas de ncompatbldad con el sstema operatvo del servdor. Además es un formato de vídeo compatble con la mayoría de navegadores web más utlzados (Internet Explorer, Frefox, Opera,.). Además, Wndows Meda Encoder es el únco servdor de vdeo streamng compatble con los drvers de captura de vídeo de las cámaras AXIS. Tras analzar las tecnologías de los recursos utlzados, la total compatbldad entre estas, comprobar que el robot utlzado está preparado para segur trayectoras de tpo splne cúbco y que estas son factbles para la programacón del robot, se ha llegado a la conclusón de que el proyecto es técncamente vable COSTES TEMPORALES Las labores a realzar que componen el proyecto son las sguentes: 1. Buscar nformacón sobre vdeo streamng en vvo, y descargar el software necesaro para su mplementacón (20 h). 2. Elegr lenguaje de programacón para la creacón de la web del laboratoro y de los algortmos relaconados con el movmento del robot (10 h). 3. Creacón de la nterfaz web con streamng de vídeo en drecto provnente de dos webcams IP Axs 207 en la cual se puedan crear/modfcar usuaros, y preparar la web para que el servdor pueda envar datos al robot a través del puerto sere (50 h). 4. Desarrollo de los algortmos necesaros para el movmento del robot sguendo trayectoras suaves medante splnes cúbcos (80 h). 9

19 5. Elaboracón de la memora del proyecto (80 h). Tempo total: 240 h. Los cuatro prmeros puntos menconados se pueden consderar como módulos ndependentes entre sí, entre los cuales no exstrá un ntercambo de nformacón. Al fnal todos los módulos se ntegrarán en un todo, pero no es necesaro conocer la mplementacón de uno para poder desarrollar otro. Por lo tanto no mporta el orden temporal en el cual se realcen las 4 labores prncpales en las que se ha dvddo el proyecto. La memora se elaborará una vez termnados los puntos anterores. Se dedcarán una meda de 20 horas semanales de trabajo. Por lo tanto, la planfcacón temporal del trabajo quedará de la sguente manera: Nota: A pesar de que las cuatro prmeras labores no dependen unas de otras y por lo tanto no mporta el orden en que se realcen, se ejecutarán en el orden cronológco que se ha ndcado en el dagrama de Gantt. En el eje vertcal del dagrama de Gantt se encuentran las labores menconadas al nco del apartado 3.3 numeradas del 1 al 5. 10

20 El plazo de entrega de la memora del proyecto es entre el 17 y el 22 de Juno del Por lo tanto, según la planfcacón realzada confrmamos la total vabldad temporal del proyecto COSTE ECONÓMICO Analcemos el coste económco de cada recurso: Tempo del alumno. Ya que el proyecto forma parte de los crédtos oblgatoros a realzar por el alumno, esto no supone nngún coste económco para el departamento. Tempo del drector de proyecto. El sueldo a cobrar por parte del drector del proyecto por el tempo dedcado ya se encuentra ncludo en su salaro como profesor de la UAB. Por lo tanto tampoco mplca un gasto que descontar del presupuesto asgnado. Robot Lynx 6 con servocontrolador ssc-32 montado en plataforma de madera. Este elemento pertenece al proyecto desarrollado por otro alumno en el curso 2008/2009. Por consguente, el coste económco de este recurso es nulo. PC servdor con sstema operatvo Wndows XP Professonal e IIS (Internet Informaton Servces) nstalado. Este recurso supone un gasto de 0, pues ya se dsponía de dcho PC y su correspondente lcenca de Wndows XP Professonal Edton. 2 cámaras de red AXIS 207. El coste total de las dos cámaras (IVA ncluído) es de 512,60. Conexón Internet ADSL. 11

21 La ETSE dspone de conexón a Internet, por lo tanto no hay que añadr un coste extra. Software Todo el software utlzado para la realzacón del proyecto (software de desarrollo web, drvers de las cámaras, captura y codfcacón de vídeo) es de lcenca gratuïta. El presupuesto anual asgnado al departamento de Telecomuncacón e Ingenería de Sstemas para el Laboratoro de Automátca es de aproxmadamente Tenendo en cuenta que el únco gasto que se efectuará es el de la compra de las dos cámaras de red (512,60 ), se puede afrmar que el proyecto es económcamente vable. 12

22 4. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En este capítulo se explcarán una sere de fundamentos teórcos sobre los robots ndustrales y las ecuacones para la generacón de movmentos suaves (splnes cúbcos), necesaros para una mejor comprensón del funconamento de este proyecto ROBOTS INDUSTRIALES Se explcarán conceptos báscos sobre robots ndustrales, elementos que los componen y teoría sobre robótca Defncón y clasfcacón El estándar ISO (ISO 8373:1994, Robots ndustrales manpuladores Vocabularo) defne un robot ndustral como un manpulador programable en tres o más ejes multpropósto, controlado automátcamente y reprogramable, [2]. Según el modo en que son controlados, los robots ndustrales se clasfcan en, [3]: Manpuladores: poseen un sencllo sstema de control que permte gobernar el movmento de sus elementos. De repetcón o aprendzaje: se lmtan a repetr una secuenca de movmentos prevamente ejecutada por un operador humano, hacendo uso de un controlador manual o un dspostvo auxlar. Con control por computador: están controlados por un computador (normalmente un mcroordenador) medante un lenguaje específco compuesto por un repertoro de nstruccones que permten la programacón de los movmentos del robot. El robot utlzado en el proyecto se corresponde con esta clasfcacón. Intelgentes: smlares a los anterores pero capaces de nteracconar con el entorno medante sensores y de tomar decsones en tempo real. 13

23 Componentes Los prncpales elementos que componen un robot ndustral son (ver fgura 2): Manpulador: Formado por una secuencuenca de cuerpos rígdos (enlaces) que se conectan entre ellos medante artculacones, formando una cadena cnemátca. En uno de los extremos de dcha cadena se encuentra el efector fnal, que en nuestro caso será una pnza para coger objetos. El movmento del manpulador se efectúa gracas a una sere de motores que pueden ser de tpo hdráulco, pneumátco o eléctrco. Nuestro manpulador contene motores eléctrcos denomnados servomotores, colocados en sus artculacones. Un servomotor (o servo) es un motor de corrente contnua que tene la capacdad de ser controlado en poscón. Es capaz de ubcarse en cualquer poscón dentro de un rango de operacón (generalmente permte rotacones de valor máxmo 180º) y mantenerse estable en dcha poscón, [6]. Controlador: Controla los movmentos del manpulador envando señales a los servomotores que se encuentran en sus artculacones y guardando sus poscones. Para ello recbe y envía señales a los dspostvos de entrada/salda. Dspostvos de entrada/salda: Envían nformacón al controlador para que este la procese y envíe al manpulador las señales necesaras para su funconamento. Tambén recben datos del controlador con nformacón sobre el estado del manpulador. En nuestro caso el únco dspostvo de entrada/salda que utlzaremos será una computadora adconal (el servdor web). 14

24 Fgura 2 - Componentes de un robot ndustral 4.2. CONCEPTOS IMPORTANTES EN ROBÓTICA Para comprender el funconamento de nuestro sstema, es necesaro tener claros los sguentes conceptos báscos sobre robótca: Espaco de trabajo El espaco de trabajo destro es el conjunto de puntos del espaco en los que puede stuarse el efector fnal del manpulador con todas las orentacones [4]. El espaco de trabajo alcanzable es el conjunto de puntos del espaco en los que puede stuarse el efector fnal del manpulador en por lo menos una orentacón. A partr de ahora, cuando se hable del espaco de trabajo, nos estaremos refrendo al espaco de trabajo alcanzable Grados de lbertad Se defnen como cada una de las coordenadas ndependentes necesaras para descrbr el estado mecánco de un sstema. Normalmente, cada par enlace-artculacón posee un solo grado de lbertad (rotaconal en el caso de que un enlace gre alrededor de un eje fjo al enlace anteror, o translaconal cuando se deslce sobre él en línea recta), pero no necesaramente. 15

25 Coordenadas en el spaco cartesano/de artculacones El espaco cartesano está defndo por uno, dos o tres ejes perpendculares entre sí. A estos ejes se les conoce como sstema de referenca. En el caso del manpulador empleado en este proyecto nos referremos sempre a un espaco de tres ejes (x, y, z) ya que tene la capacdad de moverse en tres dmensones. Las coordenadas cartesanas defnrán la poscón del efector fnal del manpulador en dcho espaco, tenendo como orígen del sstema de referenca la base del robot. El espaco de artculacones se defne por los ángulos que forman los enlaces en las artculacones con sus enlaces contguos. Por lo tanto, las coordenadas en el espaco de artculacones de un manpulador serán una sere de varables (tantas como artculacones) que expresan dchos ángulos Cnemátca del manpulador La cnemátca de un manpulador defne las propedades geométrcas y temporales del movmento de este. Dsntnguremos dos stuacones: Cnemátca drecta: consste en determnar la poscón y orentacón en coordenadas cartesanas del efector fnal del manpulador, dados los valores de las varables de artculacón (ángulos). Cnemátca nversa: es justo lo contraro. A partr de las coordenadas cartesanas del efector fnal, se calculan los ángulos de las artculacones. Esto es lo más usado, y absolutamente necesaro, dado que las tareas a realzar o trayectoras a recorrer por un manpulador se dan cas sempre en coordenadas cartesanas referdas a algún sstema fjo GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS DE TIPO SPLINE CÚBICO Una trayectora es una sucesón de puntos en el espaco con restrccones temporales. Por lo tanto, cuando se desea que el efector fnal de un manpulador sga una trayectora determnada, lo que se está pretendendo es fjarle una trayectora completa en el espaco. Eso se puede hacer descrbendo la curva que se quere que sga por medo de herramentas de 16

26 geometría dferencal [22]. Como esto consttuye una tarea ardua, en lugar de descrbr toda la trayectora se suele relajar esa condcón oblgando a que se pase sólo por certos puntos del espaco (ver fgura 3). Fgura 3 Sucesón de poscones del espaco en determnados nstantes de tempo En la fgura 3 observamos una sere de puntos representados por rombos de color azul, cada uno de los cuales ndca la poscón deseada (eje vertcal de la gráfca) en un nstante de tempo concreto (eje horzontal). Ahora el problema resde en cómo saber qué poscones ntermedas entre los puntos ndcados debe recorrer el manpulador para completar la trayectora. En esto consste la nterpolacón. Una funcón de nterpolacón q(t) evaluada en un nstante de tempo t, devuelve el valor de la poscón pertenecente a dcho nstante de tempo. Uno de los métodos de nterpolacón más sencllos es la nterpolacón lneal a través de polnomos de grado uno (ecuacones de rectas). Por ejemplo, s se tene un punto ncal representado por una poscón en un nstante de tempo (q,t ), y un punto fnal (q f,t f ), la ecuacón de nterpolacón lneal será la sguente: q(t)=a * t+b 17

27 Como ya conocemos el punto ncal y el fnal: q(t )=q ; q(t f )=q f Con estos datos podemos realzar un sstema de ecuacones para averguar las ncógntas a y b, y entonces sólo quedará evaluar q(t) en el nstante de tempo t para saber la poscón correspondente. El gráfco correspondente a los puntos de la fgura 3 undos medante nterpolacón lneal sería el sguente: Fgura 4- Interpolacón lneal Pero como podemos observar, la trayectora que pasa por los puntos dados es abrupta (no es dervable, lo que mplca que la velocdad tenga dscontnudades), y esto se traducría en un movmento del robot con cambos bruscos de velocdad. S queremos que la trayectora sea suave (contínua y dferencable de manera que la prmera y segunda dervada, es decr, velocdad y aceleracón, sean contínuas), la opcón más usada son las funcones splnes cúbcas (ver fgura 5), debdo a que proporconan un excelente ajuste a los puntos tabulados y su cálculo no es excesvamente complejo.. Estos polnomos de grado 3 tenen la sguente forma: 18

28 S 2 ( t ) = a + a ( t t ) + a ( t t ) + a ( t t ) donde a 0, a 1, a 2, a 3 son los coefcentes del splne que nterpola entre los puntos (y,t ) y (y +1,t +1), obtendos a partr del sstema de ecuacones generado por el conjunto de funcones splne (poscón en grados) y sus dervadas (velocdad) pertenecentes a todos los tramos entre los puntos a unr. Fgura 5 Interpolacón con splnes cúbcos Los polnomos S -1 y S nterpolan el msmo valor en el punto t, es decr, se cumple: ( t ) = y S ( t ) S = 1 1 n 1 Por lo que se garantza que S es contnuo en todo el ntervalo. Además, se supone que S' (velocdad) y S'' (acceleracón) son contnuas, condcón que se emplea en la deduccón de una expresón para la funcón del splne cúbco. Aplcando las condcones de contnudad del splne S y de las dervadas prmera S' y segunda S'', es posble encontrar la expresón analítca del splne, que será la sguente: 19

29 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) t t h z h y t t h z h y t t h z t t h z t S = (1) donde h = t +1 t y z son ncógntas. Para determnar sus valores, se aplcan las condcones de contnudad que deben cumplr estas funcones y el resultado es el sguente: ( ) ( ) ( ) = y y h y y h z h z h h z h (2) Aplcando esta ecuacón a =1,2 n-1 se genera un sstema de n-1 equacones lneales con n+1 ncógntas z 0, z 1,., z n. A los coefcentes z 0 y z n se les suele dar el valor 0, y el sstema de ecuacones expresado en forma matrcal es el sguente: = n n n n n n n n n v v v v v z z z z z u h h u h h u h h u h h u Donde: ( ) ( ) = = + = = u v h b b v y y h b u h h h u t t h Resolvendo dcho sstema de ecuacones se obtendrán los valores de z 1,,z n-1. El algortmo escrto en pseudocódgo para resolver el sstema es el sguente: nput n,(t),(y) 20

30 for =0,1,.,n-1 do h := t +1 -t b := 6(y +1 -y )/h end u 1 := 2(h 0 + h 1 ) v 1 := b 1 - b 0 for =2,3,.,n-1 do u := 2(h + h +1 ) (h -1 2 / u -1 ) v := b - b -1 - h -1 (v -1 /u -1 ) end z n :=0 z 0 :=0 for =n-1,,1 do z := (v - h z +1 )/u end output (z) Dcho algortmo recbe como entradas un vector con el conjunto de poscones de los nodos y otro con los tempos pertenecentes a cada poscón. En nuestro sstema dchas poscones representarán los grados (coordenadas en el espaco artcular) de una artculacón del robot en los tempos pertenecentes al vector de tempos. Como salda devuelve un vector con los valores de los coefcentes z. Con los valores de z 0,z 1,...z n ya resueltos, podremos evaluar el splne S en un nstante de tempo t (tempos ntermedos entre los dos nodos a unr) de forma efcente empleando la sguente funcón, para así obtener la poscón correspondente de la artculacón del robot en ese nstante: S ( t ) y + ( t t )[ C + ( t t )[ B + ( t t ) A ]] = (3) Donde: A B C = = = 1 6h z 2 h 6 ( z z ) z h z h ( y y )

31 Mentras más tempos ntermedos utlzemos para evaluar en la ecuacón de splne cúbco (ecuacón 3), más suave será la trayectora entre los nodos. Es decr, la funcón que descrbe dcha trayectora tendrá más aspecto de contnudad en la velocdad y aceleracón. La ecuacón de splne cúbco S nterpola entre los nodos (y,t ) y (y +1,t +1). Por lo tanto s queremos generar una trayectora que pase por todos los nodos, tenemos que aplcar la ecuacón 3 a todos los tempos ntermedos que exstan entre el tempo del prmer nodo y el tempo del últmo nodo de esta. Todo este procedmento srve, en lo que a nuestro sstema se refere, para nterpolar el valor en grados de una de las artculacones del robot en un nstante de tempo determnado. Como en realdad lo que nos nteresa es generar una trayectora para el efector fnal del manpulador (coordenadas en el espaco cartesano), y el robot tene 6 artculacones, tendremos que obtener para cada poscón cartesana del efector fnal, el equvalente en grados de cada artculacón que compone el manpulador, y repetr todo el proceso anteror para cada artculacón del robot. El hecho de obtener el valor de los ángulos de las artculacones (espaco artcular) a partr de una poscón en el plano cartesano es, como ya se ha defndo en el apartado 4.2.4, calcular la cnemátca nversa del manpulador. La nterpolacón medante splnes cúbcos permtrá, en lo que a este proyecto nos atañe, que el robot sga una trayectora que pase por los puntos que el usuaro le ndque, en los tempos deseados, sn cambos bruscos de velocdad durante el recorrdo. 22

32 5. ANÁLISIS DEL SISTEMA En este capítulo se descrben paso a paso la arqutectura y funconamento del sstema a realzar, sn entrar en detalles sobre su mplementacón. Se explcará qué elementos forman parte del conjunto total del sstema y cómo nteractúan entre ellos. En cuanto a la parte software, se dstngurán las dstntas capas de programacón (capa de presentacón, capa de negoco y capa de datos), todo ello sn hacer referenca a códgo MÓDULOS A contnuacón se hará una breve descrpcón de las característcas prncpales de cada módulo del sstema y su funconamento, sn concretar sobre su mplementacón o tecnologías utlzadas Robot Se trata de un brazo robot con 6 grados de lbertad, dotado de una pnza en su extremo fnal que le permte realzar operacones PPO (Pck and Place Operatons), es decr, coger objetos con la pnza y moverlos a otras coordenadas de su espaco de trabajo. Está montado sobre una plataforma de madera donde se hayan nscrtas una sere de semcrcunferencas y rados que representan coordenadas en el plano horzontal. Los usuaros del laboratoro remoto de robótca podrán envar, a través de la nterface web, las poscones (nodos) por las que se desee que el robot efectúe una trayectora suave. Estas poscones son ndcadas por el rado, semcrcunferenca y plano dbujados en la tabla de madera, y por una sere de coordenadas de altura predefndas (ver fgura 6). 23

33 Fgura 6- robot Crcuto de control SSC-32 Se haya acoplado a la base del brazo robot. Es un controlador de la empresa Lynxmoton que permte controlar hasta un máxmo de 32 servos. Srve para envar a los servomotores de las artculacones las señales necesaras para ponerlo en movmento. Recbe nstruccones a través del puerto sere de un PC ( en este caso, del PC que hace de servdor web del sstema) que ndcan a qué poscón ha de moverse cada servo y en cuanto tempo realzar dcha operacón. Fgura 7 Servocontrolador SSC-32 24

34 Servdor web Se trata de un PC en el cual se haya nstalada una aplcacón que le permte alojar págnas web. En su dsco duro se hayan tanto las págnas que componen la nterface gráfca del laboratoro remoto, como los programas necesaros para el funconamento del sstema global, nteraccón del usuaro con el robot, bases de datos asocadas a la web, y software necesaro para la codfcacón y transmsón en vvo del vídeo recogdo por las dos cámaras de red Cámaras de red Se dspone de dos cámaras IP de vdeovglanca de la marca AXIS, modelo 207. Una cámara IP (tambén conocda como cámara de red o netcam) es toda aquella que sea capaz de codfcar y envar vídeo drectamente a la red (ntranet o Internet) sn necesdad de un PC n aparatos de codfcacón de vídeo externos. Cada webcam dspone de su propa dreccón IP, y se puede acceder a la vsón en drecto del vídeo capturado accedendo a dcha IP. En nuestro caso, las dos cámaras rán conectadas a la ntranet de la UAB, y enfocarán desde dstntos ángulos al robot para que los usuaros de la web del laboratoro remoto puedan vsualzar en sus navegadores cómo el robot ejecuta las trayectoras que estos le han ndcado Software de captura y codfcacón de vídeo Como ya se ha comentado en el punto anteror, las cámaras de red codfcan por sí msmas el vídeo capturado y lo emten drectamente a la red en un formato determnado. Tenendo en cuenta esto, en prncpo no debería exstr la necesdad de tener en el servdor un software que capture el vídeo transmtdo por las cámaras y lo codfque. Pero certas lmtacones de las cámaras utlzadas (no permten la vsualzacón smultánea por más de 10 usuaros medante el método de acceso drecto a su IP) han oblgado a la mplementacón de otro sstema de vsualzacón, ya que en las práctcas de la asgnatura en la que se aplcará nuestro proyecto, estarán matrculados más de 20 alumnos, lo cual mplca que es más que probable que más de 10 alumnos queran acceder a la vez al laboratoro remoto con lo cual muchos de ellos no tendrían acceso al vídeo. 25

35 Dcho sstema consste en lo sguente (ver fgura 8): En el PC servdor se ha nstalado un software que accede a la IP de las netcams y captura el vídeo emtdo por estas, codfcándolo en un nuevo formato y asgnándolo a un puerto del servdor. Entonces, los usuaros que deseen vsualzar el vídeo emtdo por las cámaras, accederán a la IP del servdor y al puerto asgnado, ahora sn restrccones de cantdad de usuaros. Fgura 8 Esquema de codfcacón de vídeo provnente de las netcams Págnas web Este módulo lo componen un conjunto de págnas web que permten al usuaro nteracconar con el robot de manera remota. Concrétamente se han creado dos págnas. Una 26

36 para el regstro y/o autentfcacón de usuaros, y otra para envar órdenes al robot y su vsualzacón en drecto una vez ya regstrados y logueados. Cabe dstngur dos submódulos dentro de este msmo: 1- Interfaz gráfca. 2- Códgo para el funconamento del robot y la nteraccón con el usuaro. La tecnología utlzada para la creacón de las dos págnas web permte separar perfectamente el códgo html que conforma la nterfaz gráfca, del códgo ( escrto en lenguaje C#) de la parte funconal (movmentos del robot, gestón de usuaros, etc.). Pero en este capítulo no se entrará en detalles sobre esta tecnología n se comentará el códgo que mplementa las págnas. Esto se hará en el capítulo Interfaz gráfca Es lo que se muestra por pantalla al usuaro que se conecta al laboratoro remoto de Robótca. Se ha ntentado mplementar de manera que la nteraccón del usuaro con el sstema sea lo más ntutva y agradable a la vsta posble, de manera que no se neceste un complejo manual para hacer entender al alumno cómo funcona. A contnuacón se presentan dos lustracones ue muestran el aspecto vsual de dcha nterfaz (ver fguras 9A y 9B): 27

37 Fgura 9A Interfaz web de regstro/logn 28

38 Fgura 9B Interfaz web del usuaro logueado En las fguras 9A y 9B se han numerado los dferentes elementos gráfcos que componen las págnas que forman parte de la nterfaz. A contnuacón se explca la funcón de cada elemento: Págna de regstro/logn (fgura 9A): 1. Inco de sesón: Podemos observar dos cuadros de texto. Srven para que el usuaro que ya se encuentre regstrado escrba su nombre de usuaro y contraseña. Bajo los cuadros de texto se encuentra el botón de nco de sesón. 2. Regstro: Hay una sere de cuadros de texto y un botón de confrmacón para crear una nueva cuenta de usuaro. 29

39 Págna de usuaro logueado (fgura 9B): 1. Vsta netcams: Estas dos ventanas muestran en drecto las mágenes de vídeo capturadas por las dos cámaras de red. Así el usuaro logueado puede observar cómo el robot realza las trayectoras que se le ordenan. 2. Subr archvo: Pulsando el botón Examnar se abre el navegador para la búsqueda del archvo de texto que el usuaro puede envar con los nodos de la trayectora que desea que el robot ejecute. Cuando pulse el botón Subr archvo se envará dcho archvo al servdor y el programa ndcado por el usuaro pasará a la cola de espera para ser ejecutado por el robot. 3. Introducr nodos on lne : En lugar de envar un archvo de texto donde se ndquen los nodos de la trayectora, el usuaro logueado puede añadr uno a uno dchos nodos a través de las ses lstas desplegables que permten ndcar la crcunferenca, rado, plano, altura, zona y poscón de la pnza que representan a cada uno de estos, e ndcando en un cuadro de texto el tempo en que desea que se llegue a cada nodo desde el nodo anteror. El botón Nuevo nodo srve para envar el nodo ntroducdo por los desplegables a la lsta de nodos que conformarán la trayectora. El botón Borrar nodos permte borrar dcha lsta, y el botón Envar envía la lsta a la cola de espera para ser ejecutada por el robot. 4. Lsta de nodos: Cada fla de esta lsta representa un nodo de la trayectora ntroducda por el usuaro logueado. 5. Cola de usuaros: Es la cola donde se almacenan los nombres de los usuaros cuyas trayectoras se encuentran a la espera de ser ejecutadas por el robot Códgode la capa de negoco. Este submódulo será descrto con mayor detalle en el capítulo 6. Por ahora sólo es necesaro saber que forma parte de la capa de negoco en la programacón por capas del 30

40 sstema y que es la parte del proyecto más mportante y más costosa en cuanto a tempo de desarrollo, ya que es aquí donde resden todas las funcones y procedmentos que recogen la nformacón ntroducda por los usuaros en la nterfaz gráfca, obtenen o guardan datos en las bases de datos pertenecentes a la capa de datos y procesan toda esta nformacón para que el robot ejecute los programas ntroducdos por cada usuaro Bases de datos Nuestro sstema dspone de dos bases de datos, que almacenan la sguente nformacón: Una de ellas almacena los datos relaconados con las cuentas de usuaro (contraseñas, nombre de usuaro). Ya vene ntegrada en el entorno de programacón utlzado para crear la web del laboratoro remoto. La segunda base de datos, creada por el autor del proyecto, contene tres tablas con dstntos tpos de nformacón: Nombres de los usuaros cuya trayectora se encuentra a la espera de ser ejecutada por el robot. Nodos de las trayectoras de todos los usuaros. Tabla de equvalencas para transformar las coordenadas (crcunferenca, rado, plano, ) de los nodos ntroducdos por los usuaros, en nstruccones escrtas en el lenguaje aceptado por el crcuto controlador del robot ARQUITECTURA FÍSICA Los componentes físcos que forman parte de nuestro sstema se relaconan entre ellos de la sguente manera (ver fgura 10): 31

41 Fgura 10 Arqutectura del sstema El robot se comunca a través de su crcuto de control, con el servdor web, desde el cual se le envarán las órdenes necesaras para su movmento. El servdor, que aloja la web del laboratoro remoto, está conectado a la ntranet de la UAB, donde tambén se hayan conectadas las dos webcams de red, a las dreccones IP de las cuales el servdor accederá para obtener las mágenes de vídeo regstradas por estas. La ntranet recbe y envía datos a Internet. De esta manera los usuaros podrán acceder a la red de la UAB desde sus casas para nteracconar con la web del laboratoro remoto y envar programas que serán ejecutados por el servdor para realzar en el robot trayectoras suaves FLUJO DE TRABAJO Como podemos ver en el esquema de la fgura 11, el funconamento del sstema fluye de la sguente manera: 32

42 Fgura 11 Dagrama de flujo de trabajo 33

43 El usuaro ntroduce en el navegador la dreccón web del laboratoro para acceder a la págna de logn (1). (2) S ya tene cuenta de usuaro, ntroduce el nombre de usuaro y la clave (3). S no, crea una nueva cuenta con un nombre de usuaro y contraseña (4). A contnuacón accede a la págna prncpal del laboratoro (5). Una vez acceddo al laboratoro, debe ntroducr las poscones por las que desea que pase el actuador fnal del manpulador sguendo una trayectora suave. Esto se puede hacer de dos maneras: a) Envando al servdor un fchero de texto que contene los nodos de la trayectora especfcados en un lenguaje de etquetas (6). b) Introducendo las poscones selecconándolas de una sere de lstas que aparecen en la nterfaz web (7). En el caso de haber escogdo el método consstente en subr un archvo (paso 6), se comprueba s la sntaxs de este es correcta (8). S no lo es, deberá reescrbr el fchero (9) y volver a repetr el proceso (paso 6 o 7). Una vez ntroducdos los nodos de la trayectora, el usuaro se añade a una cola de espera (10) en la cual se encuentran los programas con las trayectoras ntroducdas por cada usuaro a la espera de ser ejecutadas por el manpulador. El usuaro se mantene en espera (12) hasta que se encuentre el prmero en la cola (11). Cuando así ocurra, el robot jecutará los movmentos necesaros para realzar la trayectora correspondente a los nodos ntroducdos por el usuaro (13). Una vez ejecutada, se elmna de la cola el nombre del usuaro y el robot vuelve a su estado de reposo, para segudamente ejecutar la trayectora del sguente usuaro de la cola ( s exste). El usuaro elmnado puede volver a ncar el proceso a partr del paso 5 s así lo desea. Nota: El Anexo 9 contene un vídeo de ejemplo del funconamento del sstema. 34

44 5.4. PROGRAMACIÓN POR CAPAS La separacón de la programacón del sstema en capas consste en dstngur cláramente la parte relaconada con la nterfaz gráfca (capa de presentacón), los datos (capa de datos) y las parte de la programacón que procesa los datos ngresados en la capa de presentacón (capa de negoco). Esta manera de programar ofrece múltples ventajas, entre las cuales se encuentran las sguentes: Se asegura un trabajo de forma ordenada y separada. Cada capa está dvdda según su funconaldad. Cuando se quere modfcar el sstema basta con cambar un objeto o conjunto de objetos de una capa. Esto se llama modulardad. En ocasones, además de las tres prncpales, pueden dstngurse más capas lógcas, pero en nuestro caso dvdremos el desarrollo en las tres nombradas. Añadr tambén, que las capas que componen nuestra solucón se encuentran dstrbudas en un solo ordenador, por lo tanto dremos que hemos utlzado una arqutectura de tres capas y un nvel. En los sguentes subapartados se especfca qué módulos forman parte de cada una de las capas lógcas que componen nuestra solucón Capa de presentacón Es lo que ve el usuaro. Tambén llamada capa de usuaro, la capa de presentacón contene los objetos encargados de comuncar al usuaro con el sstema medante el ntercambo de nformacón, capturando y desplegando los datos necesaros para realzar alguna tarea. Esta capa se comunca úncamente con la capa de negoco. Tambén es conocda como nterfaz gráfca y debe tener la característca de ser "amgable" (entendble y fácl de usar) para el usuaro. En esta capa los datos se procesan de manera superfcal por ejemplo, para determnar la valdez de su formato o para darles algún orden específco. 35

45 El módulo que corresponde a esta capa en nuestro sstema sería la nterfaz web del laboratoro remoto. Lo componen las clases y funcones que pertenezcan a los objetos vsbles en la nterfaz gráfca y el códgo html que la mplementa Capa de datos Aquí es donde resden los datos y es la encargada de acceder a los msmos. Está formada por uno o más gestores de bases de datos que realzan todo el almacenamento de datos, recben solctudes de almacenamento o recuperacón de nformacón desde la capa de negoco. Esta capa envía la nformacón drectamente a la capa de negoco para que sea procesada e ngresada en objetos según se neceste, esta accón se denomna encapsulamento. En nuestro proyecto, pertenece a esta capa el módulo formado por las dos bases de datos descrtas en el apartado Capa de negoco En esta capa se defnen las reglas que se deben cumplr para una correcta ejecucón del programa. Se comunca con las capas de presentacón y datos. Recbe lo datos ngresados por los usuaros en la capa de presentacón, los procesa, s es necesaro obtene datos de la capa de datos o los ngresa en esta, y devuelve resultados a la capa de presentacón. Tambén forman parte de la capa de negoco todas las aplcacones software necesaras para el funconamento del sstema a desarrollar. Forman parte de la capa de negoco en nuestro sstema, los sguentes elementos: Funcones y procedmentos que procesan los datos ntroducdos por los usuaros en la nterfaz web del laboratoro remoto para envar por orden al robot las nstruccones necesaras para la ejecucón de las trayectoras y para mostrar los resultados por pantalla en la nterfaz gráfca. Software de captura y codfcacón del vídeo emtdo por las cámaras de red. Drvers de las cámaras de red. 36

46 En resumen, llegamos a la conclusón de que la programacón por capas permte separar claramente los dstntos elementos del sstema según su funconaldad para así ofrecer una mayor modulardad y facltar las tareas de modfcacón de códgo ya sea para corregr errores, añadr o qutar funconaldades al sstema. Como podremos ver en el capítulo 6, el entorno de programacón utlzado en este proyecto faclta enormemente la separacón del códgo en las tres capas descrtas. 37

47 6. DISEÑO En este capítulo se entrará en detalle sobre cada módulo del sstema explcando las tecnologías específcas utlzadas, así como la descrpcón de las entradas y saldas de cada una de las funcones, procedmentos y clases prncpales que forman parte de la mplementacón de la capa de negoco ROBOT En el capítulo 5 se ha descrto superfcalmente en qué consste este módulo. A contnuacón se hará una descrpcón más precsa ndcando detalles sobre su confguracón físca, funconamento (entradas y saldas) y las tecnologías específcas que podemos aprecar en el robot Descrpcón del módulo Se trata del robot Lynx 6, de la empresa Lynxmoton. Es un robot de confguracón antropomórfca (estructura smlar a la de un brazo humano) de 6 grados de lbertad, que permte realzar operacones PPO. Para realzar los movmentos, posee una sere de servomotores stuados en la base, en cada artculacón y en la pnza (grpper) de su extremo fnal. A contnuacón se muestra una magen donde se pueden observar claramente los grados de lbertad del robot, sstemas de referenca de sus artculacones y el sentdo del movmento de cada una de ellas (ver fgura 12). 38

48 Fgura 12 Robot Lynx 6 y sstemas de referenca Los servomotores recben mpulsos eléctrcos desde un crcuto de control (el crcuto SSC-32), que será descrto en el apartado 6.2. De esta manera, el robot puede efectuar movmentos para alcanzar con el efector fnal (pnza) las coordenadas ndcadas, coger objetos y colocarlos en la poscón que se desee dentro del espaco de trabajo del manpulador. El brazo robot se halla montado sobre una plataforma en la cual se han dbujado una sere de semcrcunferencas y rados que defnen parte de su espaco de trabajo (ver fgura 13). El espaco de trabajo total del manpulador vene dado por la unón de una sere de alturas predefndas (ver fgura 14), las semcrcunferencas y rados dbujados en la tabla y los puntos ntermedos entre estos puntos característcos. 39

49 Fgura 13 Coordenadas en el tablero 40

50 Fgura 14 Alturas predefndas En las lustracones de las fguras 13 y 14, se ha dvddo el espaco de trabajo del manpulador en dos zonas, una de color voleta y la otra de color verde. La Zona 1 ( color voleta) corresponde a las semcrcunferencas C1, C2, C3, rados RA, RB, RC, RD, RE, RF, RG, RH, RI y las alturas P1L y P1H. En esta zona el robot adquere la confguracón que se muestra a contnuacón (ver fgura 15). Dcha confguracón le permte coger objetos que se encuentren muy cercanos a la base del manpulador. Fgura 15 Confguracón en Zona 1 41

51 A la Zona 2 (color verde) corresponden las semcrcunferencas C3, C4, C5, C6, todos los rados exstentes (RA, RB, RC,, RQ) y todas las alturas. Pero no todas las alturas son accesbles desde cualquer semcrcunferenca. La dstrbucón es la sguente: P1L y P1H: C3, C4, C5 y C6. P2L y P2H: C3, C4, C5 y C6. P3L y P3H: C3, C4 y C5. P4L y P4H: C3 y C4. P5L y P5H: C3. En esta zona el robot adquere una confguracón dferente a la mostrada para la Zona 1 (ver fgura 16). Fgura 16 Confguracón en Zona Entradas/Saldas Entradas: Pulsos eléctrcos emtdos por el servocontrolador SSC-32 que se encuentra acoplado al manpulador. Saldas: Movmentos realzados por el robot. 42

52 Tecnologías utlzadas Los componentes que forman el robot son báscamente: Pezas de plástco que conforman los enlaces, engranajes y la base del manpulador. Tornllos de metal para fjar algunas de las pezas. Servomotores que permten el movmento del robot. Los elementos más mportantes a comentar son los servomotores. El robot Lynx 6 contene en sus artculacones, pnza y base una sere de servomotores dgtales de la marca HITEC. Los servos HITEC se caracterzan por su caldad técnca y sus excelentes característcas mecáncas y electróncas hacen que sean los más utlzados en el montaje de robots. Constan de los sguentes elementos: Motor de corrente contnua (DC): Permte la movldad al servo cuando se le aplca un potencal eléctrco. Todos los servos HITEC gran en el sentdo de las agujas del reloj. Engranajes reductores: Reducen la velocdad del motor para acrecentar la capacdad de torque (o par motor). Sensor de desplazamento: Generalmente un potencómetro colocado en el eje de salda del servo que srve para conocer la poscón angular del motor. Crcuto de control: Placa electrónca que mplementa una estratega de control de la poscón por realmentacón. 43

53 Dsponen de tres cables (ver fgura 17): dos cables de almentacón (postvo y negatvo/masa) que sumnstran un voltaje 4.8-6V y un cable de control que ndca la poscón deseada al crcuto de control medante señales PWM (Pulse Wdth Modulaton). Fhgura 17 cableado servo Htec Las señales PWM utlzadas para controlar los servos están formadas por pulsos postvos cuya duracón es proporconal a la poscón deseada del servo y que se repten cada 20ms (50Hz). Nuestro robot dspone de los sguentes modelos de servomotores: Servomotor HITEC HS-475HB Es un servo de dmensones estándar en el que destacan su sstema de transmsón de karbonte de gran resstenca y un crcuto de control de gran capacdad que ofrece una mayor potenca y una mejor resolucón de centrado que transfere toda la potenca al eje de salda con precsón y suavdad. El manpulador empleado dspone de 5 servomotores de este modelo: uno en la base, 2 en la prmera artculacón (contando desde la base), otro en la segunda y el últmo en la tercera artculacón (muñeca). 44

54 Estas son sus característcas técncas (ver fguras 18A y 18B): Sstema de Control: Control por Anchura de Pulso. 1,5ms al centro. Tensón de funconamento: 4,8V a 6V. Velocdad a 6V: 0,18seg /60º sn carga. Fuerza a 6V: 5,5kg cm. Corrente en reposo: 7,7mA. Corrente en funconamento: 180mA sn carga. Corrente Máxma: 1100mA. Zona Neutra: 5µseg. Rango Trabajo: 1100 a 1900µseg. Dmensones: 38,8x19,8x36mm. Peso: 40g. Rodamento Prncpal: Metálco. Engranajes: Karbonte. Longtud del cable: 300mm. 45

55 Fgura 18A Servo HITEC 475HB Fgura 18B Meddas servo HITEC 475HB Servomotor HITEC HS-85BB Este modelo (ver fgura 19A) cuenta con un motor de alta potenca para mayor velocdad y par motor. Se encuentra dsponble en dos versones, fabrcado en resna y en metal. Es un motor dóneo s se desean obtener altas prestacones y movmentos precsos. La robustez del eje y de los rodamentos de bolas junto con su precsón de movmentos son las razones por las cuales este motor se encuentra en la artculacón de la muñeca que otorga un movmento de gro sobre el eje Z 5 (ver fgura 12, apartado 6.1.1). Sus característcas técncas son las sguentes: Sstema de Control: Control por Anchura de Pulso. 1,5ms al centro. Tensón de funconamento: 4,8V a 6V. Velocdad a 6V: 0,14seg /60º sn carga. Fuerza a 6V: 3,5kg cm. Corrente en reposo: 8mA. 46

56 Corrente en funconamento: 280mA sn carga. Zona Neutra: 8µseg. Rango Trabajo: 1500 a 1900µseg. Dmensones: 29x13x30mm (ver fgura 19B). Peso: 19,2g. Longtud del cable: 160mm. Fgura 19A - Servomotor HITEC HS-85BB Fgura 19B Meddas servomotor HITEC HS-85BB Servomotor HITEC HS-81 El HS-81 (ver fgura 20A) es uno de los servos más populares de HITEC. Exsten dos versones (resna y metal), y ofrece un buen equlbro entre velocdad y par motor. Se trata de un modelo dseñado para ser económco a la par que fable. Este servomotor se encuentra stuado en la pnza (grpper) del robot. 47

57 Característcas técncas (ver fgura 20B): Sstema de Control: Control por Anchura de Pulso. 1,5ms al centro. Tensón de funconamento: 4,8V a 6V. Velocdad a 6V: 0,09seg /60º sn carga. Fuerza a 6V: 2,6kg cm. Corrente en reposo: 9,1mA. Corrente en funconamento: 280mA sn carga. Zona Neutra: 8µseg. Rango Trabajo: 1500 a 1900µseg. Dmensones: 29,8x12x29,6mm. Peso: 16,6g. Longtud del cable: 160mm. Fgura 20A Servomotor HITEC HS-81 Fgura 20B Meddas servomotor HITEC HS-81 48

58 6.2. CIRCUITO SERVOCONTROLADOR SSC-32 En este módulo se hará una descrpcón detallada de qué es y para que srve el crcuto SSC-32 acoplado al brazo robot, especfcando las tecnologías que lo mplementan. Tambén se comentarán las entradas y saldas del módulo y se especfcarán los comandos báscos necesaros para su funconamento Descrpcón del módulo Un SSC (Seral Servo Controller, Controlador Sere de Servos) es un dspostvo utlzado para controlar servos desde un PC a través del puerto sere. Los SSC aceptan comandos con un determnado formato desde el puerto sere del PC y los transforman en pulsos PWM que son envados a los servos que se desea controlar. El SSC-32 (Fgura 21) es un controlador de la empresa Lynxmoton que permte controlar hasta un máxmo de 32 servos. Dspone de un conjunto de funconaldades entre las que destacan el control de servos por tempo/velocdad/poscón, movmento síncrono de varos servos, consulta de poscón de los servos y utlzacón de los pnes de control de los servos como saldas dgtales TTL. Además, dspone de 4 entradas (A, B, C y D) que pueden ser leídas de manera dgtal (bts) o de manera analógca (voltajes). Fgura 21 Servocontrolador SSC-32 49

59 Entradas/Saldas Entradas: Comandos provnentes del puerto sere de un PC. En este proyecto, del PC servdor web del sstema. Saldas: Pulsos PWM destnados a uno o varos servos del manpulador Comandos báscos El crcuto controlador de servos SSC-32 posee una gran varedad de tpos de comando, entre los cuales destacan: Movmento de servos Salda drecta Salda de bytes Consulta de estado de movmento Consulta de ancho de pulso Lectura de saldas dgtales Lectura de entradas analógcas Todos los comandos SSC-32 deben termnar en un carácter de retorno de carro (ASCII 13). Se pueden ejecutar varos comandos del msmo tpo de forma smultánea en un Grupo de comandos. Todos los comandos ncludos en un grupo de comandos se ejecutarán después de recbr el retorno de carro. Los comandos de tpos dferentes no pueden combnarse dentro del msmo grupo de comandos. Además, los argumentos numércos para todos los comandos SSC-32 deben ser cadenas ASCII de los números decmales, por ejemplo, "1234". Algunos comandos admten números negatvos. El formato de ASCII no es sensble al uso de mayúsculas/mnúsculas. Se gnorarán los espacos, tabuladores y saltos de líneas. 50

60 En lo que a este proyecto nos atañe, sólo se necesta conocer el formato de los comandos de movmento de servos. Dcho formato es el sguente: # <ch> P <pw> S <spd>... # <ch> P <pw> S <spd> T <tme> <cr> Donde: <ch> Número de canal en formato decmal, <pw> Ancho de pulso en mcrosegundos, <spd> Velocdad de movmento en us por segundos para cada canal (opconal). <tme> Tempo en ms para el movmento completo, que afecta a todos a los canales, máx (opconal). <cr> Carácter de retorno de carro, ASCII 13 (necesaro para ncar la accón). <esc> Cancela la accón actual, ASCII 27. A contnuacón se muestra un ejemplo de comando de movmento de servos aplcado al robot de este proyecto: #0P2485#1P1580#2P1850#3P680#5P1415 Este comando haría que el crcuto SSC-32 envíe los pulsos PWM necesaros para que el servo 0 se stue en la poscón angular 2485,el servo 1 en la poscón 1580, el 3 en la poscón 680 y el 5 en la poscón Los servos del robot utlzado en nuestro sstema se han conectado al crcuto SSC-32 de la sguente manera: Servo #0: Base del manpulador. 51

61 Servo #1: 1ª artulacón (contando desde la base). Servo #2: 2ª artculacón. Servo #3: 3ª artculacón. Servo #4: Pnza del extremo fnal del manpulador. Servo #5: Artculacón de la muñeca del robot SERVIDOR WEB En este apartado se hará prmeramente una descrpcón del módulo. Posterormente se descrbrán las entradas y saldas del módulo, se especfcarán las tecnologías utlzadas y la mplementacón (nstalacón en el PC del software necesaro para que funcone como un servdor web, confguracón del servdor, etc). Fnalmente, se hará una valoracón sobre los problemas surgdos durante la mplementacón de dcho módulo y cómo se han soluconado Descrpcón del módulo Se trata de un PC con sstema operatvo Wndows XP Professonal Edton, al cual se le ha nstalado un componente de Wndows llamado IIS (Internet Informaton Servces). Este componente proporcona al PC donde se halla este nstalado, la capacdad para alojar y servr págnas web que podrán ser vstas por los usuaros de Internet o de la red donde se encuentre conectado dcho ordenador. Es decr, el componente IIS converte un PC con sstema operatvo Wndows XP en un servdor web. El robot se halla conectado al puerto sere del PC servdor, y este le envará al robot los comandos de movmento correspondentes a los programas que los usuaros del laboratoro remoto hayan envado al servdor a través de la nterfaz gráfca de las págnas web alojadas en el servdor. 52

62 Entradas/Saldas Entradas: Vídeo procedente de las netcams conectadas a la red de la UAB. Códgo html y C# que mplementan la nterfaz gráfca de las págnas web y el resto de funcones del sstema. Saldas: Págnas web accesbles desde la red de la UAB. Comandos para el movmento de los servos del robot, a través del puerto sere Tecnologías utlzadas Las tecnologías que forman parte de este módulo son báscamente las tres sguentes: Sstema operatvo Wndows XP Professonal Edton PC IIS (Internet Informaton Servces) A contnuacón se mostrarán las característcas prncpales de cada uno de estos tres elementos y el porqué se han elegdo estos, centrándonos en el más mportante, el IIS Sstema operatvo Wndows XP Professonal Edton Wndows XP es el sstema operatvo más usado en todo el mundo, pertenecente a la empresa Mcrosoft. Las edcones más conocdas són la Home, orentada a usuaros de PC s doméstcos y la Professonal, drgda al uso en empresas. 53

63 Wndows XP Professonal Edton se dferenca de la versón Home, entre otras cosas, en que posee componentes que le permten funconar como servdor web. Esta es la razón prncpal por la que se ha utlzado dcha versón del conocdo sstema operatvo en el PC de nuestro sstema. Podría haberse utlzado cualquer otro sstema operatvo no pertenecente a Mcrosoft ya que Wndows no es el únco que posee funcones de servdor. Otra opcón podría haber sdo nstalar en una máquna con sstema operatvo Wndows XP Home Edton un servdor http como por ejemplo Apache. Pero hay un motvo por el cual se ha escogdo esta vía: Se ha optado por realzar la programacón de las webs del sstema con la tecnología ASP.NET, y esta es sólo compatble con el componente ISS, dsponble en Wndows XP Professonal. En realdad podrían haberse nstalado otros sstemas operatvos de Mcrosoft que tambén dsponen del IIS (Wndows NT, Wndows 2000 y Wndows Server 2003) pero se ha creído convenente usar la edcón profesonal por ser la más recente y así evtar posbles ncompatbldades con las versones del software de desarrollo web que se pretendía nstalar y utlzar en el msmo PC que hace de servdor. Las razones por las que se ha escogdo la tecnología ASP.NET para el desarrollo web del sstema serán explcadas en el apartado corespondente al módulo Págnas web del capítulo actual PC Se trata de un computador en el cual se hayan nstalados el servdor web, el software de desarrollo web para la creacón de las págnas web del laboratoro remoto y las aplcacones de captura y codfcacón del vídeo provnente de las cámaras de red. Las característcas del PC utlzado son las sguentes: CPU: Pentum Duo 3 GHz. RAM: 2 GHz. Sstma Operatvo: Wndows XP Professonal Edton SP3. 54

64 IIS (Internet Informaton Servces) Internet Informaton Servces es un paquete de servcos para los ordenadores que funconan con Wndows. Orgnalmente era parte del Opton Pack para Wndows NT. Luego fue ntegrado en otros sstemas operatvos de Mcrosoft destnados a ofrecer servcos, como Wndows 2000 o Wndows Server Wndows XP Profesonal ncluye una versón lmtada de IIS. Los servcos que ofrece son: FTP, SMTP, NNTP y HTTP/HTTPS, [12]. Este servco converte a un ordenador en un servdor de Internet o Intranet, es decr, que en las computadoras que tenen este servco nstalado se pueden publcar págnas web tanto local como remotamente (servdor web). Los Servcos de IIS proporconan las herramentas y funcones necesaras para admnstrar de forma senclla un servdor Web seguro. El servdor web se basa en varos módulos que le dan capacdad para procesar dstntos tpos de págnas, como por ejemplo las ASP, ASP.NET o PHP. Exsten varas versones de IIS. La versón para Wndows XP Profesonal y por lo tanto la utlzada en nuestro sstema, es la Implementacón Este apartado tratará úncamente sobre la nstalacón y confguracón del IIS en el PC del sstema para su correcto funconamento como servdor web Instalacón de IIS Los pasos a segur para la nstalacón de IIS en una máquna con sstema operatvo Wndows XP Professonal son los sguentes, [13]: 1) Se ntroduce el CD de nstalacón del sstema operatvo, se prepara el PC para que nce desde el CD, y se procede al renco de la máquna. 55

65 2) Aparece un menú (ver fgura 22). Selecconamos la opcón Instalar componentes adconales de Wndows. Fgura 22 Menú de nstalacón de Wndows XP Professonal Edton 3) En el menú Inco de Wndows, selecconamos Panel de control. A contnuacón Agregar o qutar Programas y fnalmente selecconamos la pestaña Agregar o qutar componentes de Wndows (ver fgura 23). Fgura 23 Menú Agregar o qutar programas 56

66 4) Aparecerá la ventana del asstente para componentes de Wndows. Marcar la caslla Servcos de Internet Informaton Server (IIS) y selecconar el botón Sguente. Fgura 24 Asstente para componentes de wndows Una vez realzados los 4 pasos, se nstalará el componente IIS en el ordenador. Ya sólo quedará confgurar el servdor correctamente para que esté lsto para servr págnas web Confguracón del servdor Para que la máquna con IIS nstalado pueda mostrar correctamente las págnas web y que estas funconen con normaldad, hay que tener en cuenta tres puntos báscos: Ubcacón en el dsco duro del sto web predetermnado. Formato del documento por defecto. 57

67 Confguracón de permsos sobre carpetas y archvos. El sto web predetermnado es la ruta donde se han de colocar las págnas web que desean ser mostradas desde el servdor. Dcha ruta es C:\Inetpub\wwwroot. Es decr, que las págnas web que se coloquen dentro de la carpeta \wwwroot formarán parte del sto web alojado en el PC servdor. Una de las págnas web de este proyecto se llama laboratoro.aspx, entonces, una vez colocada en la carpeta \wwwroot del servdor, cuando este se encuentre totalmente operatvo la forma de acceder remotamente a través de un navegador web sería escrbendo en su barra de dreccones la sguente dreccón: donde en lugar del nombre del domno puede escrbrse la dreccón IP del servdor. En el caso de este proyecto,no se ha dotado d enombre de domno al sto web, así que para acceder a este se hará a través de la IP del servdor. Dentro de la carpeta del sto web predetermnado podemos tener varos documentos web (en nuestro caso hay dos: laboratoro.aspx y Default.aspx ) y normalmente se desea que una de ellas sea la págna a la cual se accederá por defecto al escrbr en el navegador la dreccón web sn especfcar nngún archvo (en nuestro caso, escrbendo ). A esta págna se le conoce como documento por defecto. ISS tene ncalmente asgnados como documentos por defecto una lsta de varos nombres, por ejemplo: Default.aspx, Index.aspx, Default.asp, Index.asp, Index.html etc. en un orden concreto de preferenca por s hubese más de una págna que tuvese un nombre de la lsta. Hay formas de cambar ese orden y de añadr o elmnar nombres, pero en nuestro caso se ha decddo smplemente nombrar nuestra págna prncpal como Default.aspx. En prncpo, s se trata de una págna web senclla sn subcarpetas que contengan otros archvos como por ejemplo bases de datos, no haría falta modfcar nada en IIS para que el sto web funcone correctamente. Pero nuestro sto web alberga una carpeta en la cual hay bases de datos, y esta por defecto no permte el acceso a dchos archvos por parte de los usuaros de la web. Como en nuestro sstema es necesaro poder acceder a las bases de datos tanto en el regstro/logn de usuaros como para mostrar por pantalla la cola de usuaros en espera y la cola de nodos de las trayectoras, debemos proceder a la confguracón de permsos sobre carpetas y archvos y dar los permsos correspondentes a la carpeta que contene dchas bases de datos. Esto se hace de la sguente manera: 58

68 1. Selecconamos en el menú de nco de Wndows Inco, Panel de control, Herramentras admnstratvas y Servcos de Internet Informaton Server. 2. Pulsar el botón derecho del ratón sobre el nodo Sto Web presetermnado y a contnuacón selecconar Propedades. En la ventana de propedades nos vamos a la pestaña Drectoro partcular y marcamos la caslla Escrtura (ver fgura 25). Fgura 25 Propedades Sto Web predetermnado 3. Pulsar el botón derecho del ratón sobre el nodo correspondente a la carpeta a la que se le queren dar los permsos de escrtura, en este caso, App_Data, y selecconamos Todas las tareas y Asstente para permsos. En el asstente para permsos marcamos la opcón Heredar la confgracón de segurdad y pulsamos Sguente hasta que fnalze el asstente (ver fgura 26). 59

69 Fgura 26 Asstente para permsos Una vez realzados estos pasos, el servdor web del sstema a desarrollar se encontrará completamente operatvo Problemas surgdos y solucones El únco problema acontecdo durante el desarrollo de este módulo ha sdo que al ntentar acceder por prmera vez a la web del laboratoro e ntentar crear un nuevo usuaro, aparecía un error que decía lo sguente (ver fgura 27): Fgura 27 Error de servdor 60

70 Este problema se debía a que las dos bases de datos que nuestro sto web utlza, stuadas en la carpeta \App_Data, no tenían los permsos necesaros para su acceso tanto de lectura como de escrtura. Este problema se soluconó sguendo los pasos de confguracón de permsos sobre carpetas y archvos descrtos en el últmo párrafo de la seccón anteror CÁMARAS DE RED La web del laboratoro remoto creado en este proyecto permte la vsualzacón en drecto de los movmentos del robot gracas a dos cámaras de red que enfocan al manpulador y su espaco de trabajo desde dos ángulos dstntos. Este apartado trata las característcas técncas de estas cámaras, su funconamento, entradas/saldas del módulo y su mplementacón (nstalacón del software para el funconamento de las cámaras, stuacón físca en el sstema, etc) Descrpcón del módulo Como ya se ha comentado en el capítulo 5, una cámara de red (tambén conocda como cámara IP, o netcam en nglés) es aquella capaz de codfcar y envar vídeo drectaente a la red sn necesdad de un PC n hardware externo de codfcacón. Se dspone de dos netcams de vdeovglanca AXIS 207 (ver fgura 28), que enfocan al robot y su espaco de trabajo desde dstntos ángulos y envían el vídeo codfcado smultáneamente en los formatos Moton JPEG y MPEG-4 a la red de la UAB. Fgura 28 Cámaras de red AXIS 207 Sus característcas técncas más mportantes son las sguentes: 61

71 Cámara Resolucón: VGA. Sensor de magen: CMOS de barrdo progresvo de 1/4, VGA, RGB. Objetvo: 4,0 mm, F2.0, rs fjo, ángulo de vsón horzontal: 55. Sensbldad lumínca: lux, F2.0. Velocdad de obturacón: 1/10000s a 1/2s. Vídeo Compresón de vídeo: MPEG-4, Moton JPEG. Velocdad de magen: Hasta 30 mágenes por segundo. Secuencas de vídeo: MPEG-4 y Moton JPEG smultáneos. Frecuenca de magen y ancho de banda controlables VBR/CBR MPEG-4. Ajustes de magen: Compresón, rotacón, color, brllo, contraste, balance de blancos. Superposcón de texto. Audo Transmsón de audo: Smplex. Entrada/salda de audo: Mcrófono ntegrado. Red Segurdad: Proteccón por contraseña. 62

72 Protocolos compatbles: IP, HTTP, TCP, ICMP, QoS Layer 3 DffServ, RTSP, RTP, UDP, IGMP, RTCP, SMTP, FTP, DHCP, UPnP, Bonjour, ARP, DNS, DynDNS, SOCKS, NTP. General Procesador y memora: ARTPEC-A, 32MB de RAM y 4MB de memora flash. Almentacón: 4,9 5,1 V CC, 2,5 W máx. Conectores: RJ-45 Ethernet 10BASE-T/100BASE-TX, Auto-MDIX Bloque de termnales para 1 entrada, 1 salda de alarma y conexón de almentacón eléctrca alternatva. Condcones de funconamento: 5 a 50 C. Humedad relatva: 20 a 80% (sn condensacón). Peso: 180 gr. Las cámaras de red AXIS 207 ofrecen una excelente caldad de magen ncluso en condcones de poca luz, y una gran efcenca del ancho de banda gracas a su mplementacón de MPEG-4, que ncluye estmacón del movmento. MPEG-4 y Moton JPEG smultáneos permten optmzar los sstemas tanto en caldad de magen como en ancho de banda Entradas/Saldas Entradas: Imágenes desde dos ángulos dstntos del robot y su entorno de trabajo. Saldas: Vídeo codfcado smultáneamente en formatos Moton JPEG y MPEG-4. 63

73 Implementacón Se han comprado dos cámaras porque así el usuaro del laboratoro remoto podrá observar los movmentos del robot desde dos ángulos dstntos y así comprobar más fáclmente que la trayectora de este pasa por las coordenadas exactas ndcadas por el usuaro. Como las coordenadas son trdmensonales, se ha consderado que la mejor forma de colocar las cámaras de red para una óptma vsualzacón del manpulador y su espaco de trabajo es aquella que muestre al robot desde las dos sguentes vstas: Vsta perpendcular al plano formado por los ejes x-z del sstema de referenca orígen del manpulador (ver fgura 13, apartado 6.1). De esta manera el usuaro del sstema podrá vsualzar con clardad el movmento horzontal del robot y las coordenadas referentes a la semcrcunferenca, rado y plano dbujadas en el tablero sobre el cual se sustenta. Vsta perpendcular al plano x-y (ver fgura 14, apartado 6.1). El usuaro vsualzará el movmento vertcal del robot y comprovará que la trayectora de su efector fnal pasa por las poscones de altura que se le han ndcado. pasos: En cuanto a la puesta en funconamento de las netcams, hay que segur los sguentes 1) Conectar las cámaras a la red de la UAB. 2) Asgnarles una dreccón IP a cada una. 3) Confgurar la contraseña de usuaro de las netcams. El prmer paso es sencllo. Smplemente hay que conectar el transformador de cada una de las cámaras a una toma de corrente, y utlzar dos cables de red RJ-45 para conectarlas a los puertos de un router pertenecente a la red de la UAB, donde tambén se encontrará conectado el servdor web. 64

74 Para el segundo paso, el fabrcante proporcona una aplcacón llamada AXIS IP Utlty, que no necesta ser nstalada en el PC servdor. Smplemente guardamos en su dsco duro el archvo ejecutable de la aplcacón, y lo ejecutamos. Se abrrá una ventana donde podremos vsualzar una lsta de todas las netcams conectadas a la red, y automátcamente serán asgnadas las IP s a las cámaras que no tuveran ya una (ver fgura 29). La aplcacón permte tambén la opcón de confgurar manualmente una IP para cada cámara. Fgura 29 AXIS IP Utlty Ahora debemos confgurar la contraseña de acceso a las netcams. Esto es muy sencllo, smplemente al ntentar acceder a una de las webcams por prmera vez aparecerá el cuadro de dálogo Confgure root password (ver fgura 30). El nombre de usuaro es root, no se puede modfcar. Escrbmos la contraseña dos veces (en los dos cuadros de texto que aparecen en el cuadro de dálogo) y hacemos clck en el botón Ok. Fgura 30 Confguracón de la contraseña 65

75 Una vez segudos estos tres pasos, ya tenemos las cámaras de red lstas para poder acceder a las mágenes en drecto desde la red nterna de la UAB. Desde fuera de la ntranet no se podrá acceder drectamente a las cámaras, será el servdor web del sstema el que acceda a estas y a través del software de codfcacón de vídeo que se presentará en el sguente apartado, se cambará el formato del vídeo obtendo de las netcams y se envará a Internet a través de un puerto del servdor. Además, accedendo drectamente a la IP de las cámaras sólo se permte un máxmo de 10 usuaros conectados por cada netcam. Esta restrccón oblga a buscar un método que permta el acceso a más usuaros, ya que se prevee que los alumnos matrculados en la asgnatura y que por consguente necestarán utlzar smultáneamente el laboratoro remoto serán más de 50. Por lo tanto, procesar el vídeo a través del PC servdor y realzar el streamng a través de este utlzando un software específco es la mejor opcón ya que la lmtacón de usuaros conectados la marcará la capacdad de ancho de banda del servdor web y no la de las cámaras de red SOFTWARE DE CAPTURA, CODIFICACIÓN Y STREAMING DE VÍDEO A contnuacón se hablará del software que se ha utlzado para recodfcar el vídeo provnente de las cámaras de red y prepararlo para que sea accesble desde cualquer PC conectado a Internet Descrpcón del módulo Como se ha comentado en capítulos anterores, las cámaras de red codfcan por sí msmas las mágenes obtendas en algún formato de vídeo (en nuestro caso en MPEG-4 y Moton JPEG) sn necesdad de hardware externo n conexón a un PC. Pero el vídeo codfcado por las netcams que se han utlzado, sólo puede ser vsualzado accedendo a la IP de cada cámara desde ordenadores conectados a la ntranet de la UAB. Se pretende que el laboratoro remoto de Robótca sea accesble desde cualquer ordenador con conexón a Internet, por lo tanto, necestamos que el vídeo procedente de las netcams sea envado a la red global a través del servdor web de nuestro sstema, ncrustado en la nterfaz gráfca de la web del laboratoro. 66

76 Como el vídeo será ncrustado en la nterfaz web y no todos los usuaros del laboratoro remoto usarán el msmo sstema operatvo en sus PC s n el msmo navegador web, se ha buscado un formato para las mágenes retransmtdas que sea soportado por la mayoría de navegadores web. El formato elegdo ha sdo el WMA (Wndows Meda Archve). Una vez recodfcado el vídeo al formato escogdo, hay que redrgr el flujo de vídeo haca un puerto del servdor web para que pueda ser transmtdo en vvo haca Internet. A esto se le denomna streamng de vídeo en vvo. Cuando los usuaros del laboratoro vsualcen en sus navegadores el vídeo, estarán accedendo a la IP del servdor y el puerto al que ha sdo redrgdo, en lugar de acceder a la IP de las netcams Entradas/Saldas Entradas: Flujos de vídeo procedentes de las netcams en formatos MPEG-4 y Moton JPEG. Saldas: Streamng de los flujos de vídeo de entrada recodfcados a formato WMA haca dos puertos del servdor Tecnologías utlzadas Para la captura de vídeo procedente de las netcams, el fabrcante AXIS proporcona el controlador AXIS Vdeo Capture Drver. Para el streamng de vídeo en el servdor, se ha utlzado el software gratuíto de Wndows, WME (Wndows Meda Encoder). Esta aplcacón obtene el vídeo, en este caso provnente de una cámara de red AXIS 207 capturado por el controlador Axs Vdeo Capture Drver, lo recodfca al formato de vídeo WMA y lo redrge a un puerto del PC servdor. Exsten otros programas gratuítos para la codfcacón y streamng de vídeo compatbles con el sstema operatvo utlzado en nuestro servdor, por ejemplo el VLC Meda Player o el 67

77 Flash Meda Encoder, pero el únco que ofrece una total compatbldad con el controlador de vídeo de AXIS es el WME Implementacón Para poder llevar a cabo correctamente las tareas de captura de vídeo, recodfcacón y streamng, debemos segur en orden los sguentes pasos: 1) Instalacón del controlador Axs Vdeo Capture drver. 2) Instalacón de Wndows Meda Encoder. 3) Confguracón de WME para el streamng del vídeo procedente de las netcams AXIS 207. Los pasos 1) y 2) son sumamente sencllos. Solamente hay que ejecutar los respectvos archvos de nstalacón y segur las ndcacones que nos muestran los cuadros de dálogo. La nstalacón no tene dfcultad alguna, así que no se entrará en detalles sobre ello. Para realzar la tarea de streamng del vídeo procedente de alguna de las dos cámaras conectadas a la red y operatvas, debemos hacer lo sguente: ) Ejecutamos la aplcacón WME. Se abrrá la sguente ventana (ver fgura31) y a contnuacón escogemos la opcón Broadcast a lve event : 68

78 Fgura 31 Wndows Meda Encoder ) Se abrrá el asstente de nueva sesón (ver fgura 32). Selecconamos la caslla Vdeo: y en la lsta desplegable que hay a su derecha selecconamos el controlador AXIS MJPEG Capture Drver (es el controlador que hemos nstalado en el paso 1 nombrado al prncpo de este apartado). Como no necestamos audo para este proyecto, no selecconamos la caslla Audo:. 69

79 Fgura 32 Asstente de nueva sesón ) Hacemos clck en el botón Confgure que hay a la derecha del desplegable pertenecente a la opcón Vdeo:. Se abrrá la ventana de confguracón del controlador de captura de vídeo selecconado (ver fgura 33). El cuadro de dálogo se dvde en tres grupos de opcones: Network, Vdeo y PTZ Control, de los cuales para nuestro proyecto sólo nos nteresan los dos prmeros. 70

80 Fgura 33 Confguracón del controlador de vídeo AXIS En el grupo Network, abrmos la lsta desplegable a la derecha de la etqueta Server y selecconamos la IP de la cámara cuyo streamng se desea realzar, y en el grupo Vdeo selecconamos la resolucón del vídeo a mostrar (desplegable Resoluton ). Una vez hecho esto, pulsamos Aceptar en la ventana de confguracón del controlador de vídeo, y Sguente en el asstente de nueva sesón. v) En el sguente paso del asstente se nos pde escoger el método de emsón (ver fgura 34). Selecconamos la opcón Pull from the encoder y pulsamos Sguente. 71

81 Fgura 34 Método de emsón v) Selecconamos un puerto lbre para redrgr el flujo de vídeo capturado (ver fgura 35) y pulsamos Sguente. v) Aparece el menú de opcones de codfcacón (ver fgura 36). En el desplegable pertenecente a Vdeo elegmos la opcón Lve broadcast vdeo (CBR) y pulsamos Sguente. 72