Daniel Casabona. Jordi Ezponda. Sergio Mena PSEM

Transcripción

1 Daniel Casabona Jordi Ezponda Sergio Mena PSEM

2 Índice 1. Introducción Microsoft Microsoft y la robótica Microsoft Robotics Studio Microsoft Visual Programming Language ( MVPL) Que es un leguaje de programación visual? Interfaz de programación Desarrollo de proyectos Tipos de Variables Ejemplo práctico Servicios Servicios Contratos Crear un Servicio Simulación Motivos Simulation Engine Service Entorno de simulación Creación de un modelo Microsoft Robotics Studio & otras tecnologías Kits de desarrollo Boe-Bot Kit para Microsoft Robotics Studio LEGO MINDSTORMS NXT Eventos y proyectos Roomba Sumo Fútbol (RoboCup) Conclusiones Bibliografía

3 1. Introducción Para muchos de nosotros, el mundo de la robótica nos suena a un futuro muy lejano. Ver como dispositivos mecánicos son capaces de sustituir al hombre, se nos hace difícil y utópico en el mundo actual. Pero no nos engañemos, lo que muchos entendemos por robot, esta fuera del alcance real y de una lógica científica, ya que muchas ideas extraídas del cine y la ciencia ficción desvirtúan la realidad de lo que podemos definir como robot. Si nos basamos en la definición que se nos presenta en el diccionario, veremos que: Robot: Máquina electrónica que puede ejecutar automáticamente distintas operaciones o movimientos. Basándonos en esta definición, comprobamos que en nuestra sociedad actual son muchos los robots que interactúan con nosotros. Entre los más comunes, podemos encontrar desde brazos mecánicos utilizados en las cadenas de montaje, hasta dispositivos creados para la minería, medicina o desactivación de explosivos entre otros. Las razones más destacadas para introducir la robótica en nuestras vidas son las siguientes: Capacidad de realizar tareas con gran precisión. Realizar funciones sin depender de seres humanos. Poder acceder a zonas peligrosas como minas, zonas de explosivos, zonas con altas/bajas temperaturas. Disponer de servicios de forma ininterrumpida. El mundo de la robótica, siempre ha causado cierta alarma social. El poder crear elementos capaces de realizar funciones sin la presencia del hombre, ha generado polémica sobre el futuro de este campo. Como ya he comentado anteriormente, seguramente ideas generalizadas en la cultura popular y sin ninguna base científica tiene la culpa de este temor a robots que un día podrían ser relativamente autónomos. El límite de la robótica esta en el límite del ser humano. Todas las decisiones, movimientos y análisis que realiza un robot, tienen que ser diseñadas por nosotros. Por lo que no existe inteligencia artificial capaz de descontrolarse y tomar decisiones no previstas. Pese a que cada vez más el hombre empieza a utilizar e interactuar con los robots, estamos hablando de un mundo muy poco desarrollado, en el que unas pocas compañías y algunos ejércitos son los principales desarrolladores de robots con unas prestaciones realmente notables. Este poco mercado y secretismo, en algunos casos, hace que el gran público esté totalmente perdido en las bases y procedimientos para poder crear un robot o programarlo. Pero pese a ese desconocimiento general, todos sabemos que el día en que un robot sea un elemento tan habitual como lo puede ser un teléfono móvil o un ordenador, esta escrito en nuestro futuro. 2

4 2. Microsoft 2.1 Microsoft y la robótica El mundo de la robótica no tiene el peso que puede tener el campo de las telecomunicaciones o la informática en la actualidad. El usuario estándar, conoce muy poco las posibilidades que ofrecen los robots y en muchos casos desconocen las herramientas que existen para poder introducirse en este sector. El principal problema es que no existe una gran uniformidad en software para desarrollar robots. Cada compañía hace la guerra por su cuenta y hasta hace poco no existía un representante sólido capaz de liderar la expansión de la robótica a nivel de usuario. Microsoft, en diciembre del 2006 sacó al mercado Microsoft Robotics Studio 1.0. Es el primer entorno de programación de la compañía de Bill Gates relacionado con el campo de la robótica. El principal objetivo, es acercar de una manera próxima y amigable un nuevo mundo para cualquier usuario que tenga unas pequeñas bases de programación. Debemos recordar que estamos hablando de un producto con muy poca vida en el mercado y como todas las primeras versiones, tienen un gran recorrido de expansión y mejora en el futuro. El objetivo de la compañía americana en esta versión 1.0 es plantar la semilla en el sector de la robótica que aun esta muy verde, pero en el que quiere tener presencia por si un día explota. Esta política se puede apreciar en la gran compatibilidad que presenta con todos los kits de desarrollo que existen y existían antes de que apareciera Microsoft Robotics Studio en el mercado. Microsoft que siempre ha marcado las pautas en los sectores que domina, ha sido mucho más flexible con el Microsoft Robotics Studio para poder presentarse como el único entorno de programación común entre diversos kits de desarrollo. Seguramente, el crecimiento de esta plataforma será bastante lento y las actualizaciones y nuevas versiones se harán de rogar. Pero sólo el tempo dirá si la decisión de Microsoft ha sido acertada o por otra parte ha sido un poco precipitada. 2.2 Microsoft Robotics Studio Robotics Studio, permite a los desarrolladores generar los servicios modulares para hardware y software, permitiendo a los usuarios interactuar con los robots a través de las interfaces basadas en Windows o WEB. Quien trabaje con esta plataforma, también podrá, simular sus aplicaciones sin la necesidad de disponer del soporte hardware final. Uno de los puntos destacados es que gracias a la utilización de una biblioteca, basada en.net, se consigue que el desarrollo de aplicaciones asíncronas sea algo sencillo. También hay que remarcar, la arquitectura orientada a servicios y basada en los mensajes para que estos se comuniquen entre ellos. La gran diferencia entre Robotics Studio de otros entornos de programación, es la facilidad que supone realizar un proyecto, ya que nos podemos olvidar de las largas líneas de código y utilizar un entorno visual basado en cajas y flechas que resulta muy intuitivo. A continuación, en las siguientes páginas, desarrollaremos los puntos más interesantes de esta plataforma. 3

5 3. Microsoft Visual Programming Language ( MVPL) 3.1 Que es un leguaje de programación visual? Un lenguaje de programación visual es un tipo de lenguaje que permite al programador crear programas mediante la manipulación de elementos gráficos, en lugar de utilizar texto de forma estricta. La Programación Visual (VPL), permite la programación de expresiones visuales, diagramas de flechas y símbolos gráficos, la gran mayoría se basan en la idea de cajas y flechas (Figura 1). Figura 1: Programa Hello World 3.2 Interfaz de programación Microsoft Robotics Studio no se incorpora a Microsoft Visual Studio al instalarlo, tiene un entorno propio, que nos permite realizar nuestras aplicaciones La pantalla de inicio, al ejecutar la aplicación, se divide en 4 zonas (Figura 2): Basic Activities: Esta ventana incluye los bloques que controlan el flujo de datos, la creación de datos y variables. También tienes la opción de poner bloques de comentario en los diagramas. Services: En esta ventana podemos ver todos los servicios compatibles con VPL, tienes la opción de buscar servicios, ya que son muy numerosos. Espació de trabajo: Donde se crean los diagramas. Propiedades: Muestra por pantalla las propiedades del elemento seleccionado. Figura 2: Interfaz de programación 4

6 3.3 Desarrollo de proyectos Para desarrollar nuestros proyectos, trabajaremos con los dos elementos claves en este entorno de programación. Estamos hablando de: Actividades Conexiones Las actividades, son la parte básica de nuestras aplicaciones. A la hora de definir el significado de actividad, nos encontramos ante la dificultad de encontrar las palabras exactas que nos den un significado claro y definido. Buscando un símil, podríamos definir una actividad como un programa independiente o un conjunto de funciones englobadas, creado con un objetivo determinado. En función del objetivo final de la actividad, estas serán más simples o complejas, es decir, podemos hablar de una actividad que simplemente asigne un tipo de variable a un valor determinado, hasta otra capaz de definir todos los movimientos posibles de un servo motor. Por este motivo, en función de la complejidad de las actividades, podemos hablar de dos clasificaciones diferentes. (Figura 3) Actividades Básicas: En este caso hablamos de actividades sencillas, como pueden ser: Definición de variables (int, string, char ), funciones básicas (if, switch ) o pequeñas funciones matemáticas (sumas, restas, multiplicaciones ). Servicios: Actividades más complejas que las anteriores, posteriormente definiremos y dotaremos de más sentido al término servicio, dentro del contexto de Robotics Studio. Figura 3: Actividades - Servicios Por otra parte, al tratarse de un lenguaje con gran componente visual, nos vemos obligados a utilizar algún elemento capaz de interconectar nuestras actividades (actividades básicas o servicios). Para lograr este objetivo, utilizaremos lo que denominamos conexiones que nos permiten enlazar bloques con diferentes actividades definiendo cuál es la información que se transmiten. Cada actividad tiene un input asociado y una serie de outputs que se enviarán a la actividad que tiene conectada, esto crea una cadena dependiente, en la que la salida de una activiad se convierte en la entrada de otra. Posteriormente en un ejemplo detallado que hemos realizado en el punto 3.5, podremos ver mediante un ejemplo esta relación entre actividades y conexiones. 3.4 Tipos de Variables Las variables se definen como una actividad, con la característica que ignoran el mensaje de entrada, y su salida es el valor que contiene. En un principio, las variables presentes en MVPL, son comunes a muchos lenguajes de programación. Podemos encontrar desde enteros, pasando por caracteres o strings, hasta llegar a booleanos. 5

7 A continuación en el siguiente cuadro vemos todas las variables presentes: bool byte sbyte char decimal double float int uint long ulong short ushort string Variable Boolean Valores: true, false Entero 8 bit sin signo Entero 8 bit con signo Carácter Numero Decimal Numero en coma flotante de doble precisión Numero en coma flotante Entero de 32 bits con signo Entero de 32 bits sin signo Entero de 64 bits con signo Entero de 64 bits sin signo Entero de 16 bits con signo Entero de 16 bits sin signo Texto Cuadro de variables 3.5 Ejemplo práctico : Captura de pulsaciones mediante pad Xbox 360 Para plasmar como se trabaja con este entorno de programación y entender el significado de conexiones y actividades, lo más recomendable es ver algún ejemplo. El objetivo es que una vez superado este punto, seamos capaces de realizar nuestros pequeños proyectos y podamos entender los pasos básicos a seguir en toda aplicación. Nuestra aplicación (Figura 4) será capaz de contar el número de veces que pulsamos un botón A, en este caso de un pad correspondiente a la videoconsola Xbox 360 y posteriormente mostraremos por pantalla un contador de dichas pulsaciones. Figura 4: Sistema de bloques de la aplicación. El primer paso es buscar dentro de los servicios el pad correspondiente a la Xbox 360. Una vez seleccionado nos aparecerá el bloque en el espacio de trabajo. Al tratarse de un producto Microsoft, es lógico encontrar este servicio implementado, pero en otros casos puede que trabajemos con dispositivos que aún no tienen su servicio equivalente en Robotics Studio, aunque poco a poco se van integrando mas servicios de compañías externas. Antes de pasar a la siguiente fase, hay que tener en cuenta que toda actividad avisa mediante una Notificación, cuando se produce un cambio de estado. Estas notificaciones no necesitan un input en la entrada del servicio, es decir, cuando se produzca un cambio de estado dentro de la actividad automáticamente se generará la notificación. 6

8 En cada actividad, podemos definir de que tipo de notificaciones queremos ser avisados. En nuestro caso, entre el número de notificaciones que nos ofrece el servicio de forma predefinida, nos decantamos por la que nos indica cuando un botón ha sido pulsado (ButtonsChange) (Figura 5). Esto nos generará una actividad básica que en este caso será un if con su respectivo else.en función del resultado que se produzca al comparar el input con lo definido en el bloque, nuestra aplicación avanzará por un punto u otro. Ahora es momento de completar nuestro nuevo bloque y asignar la variable con la que queremos comparar la entrada. En nuestro caso recordemos que el botón que nos interesa es el botón A (Figura 6). Figura 5: Opciones de aviso Figura 6: Asignación Variable Llegados a este punto, ya tenemos un detector, que nos permite saber si el botón que pulsamos es el A, pero nuestro objetivo final, es realizar una suma de todas las pulsaciones de dicho botón. El siguiente paso es buscar dentro de las actividades básicas, la que nos permite definir variables. Gracias a este bloque, lo que hacemos es asignarle un nombre a la entrada, en este caso Count, y un tipo de variable, que para nosotros será un int (Figura 7). Posteriormente, buscaremos la actividad que nos permitirá realizar un añadido de una unidad. Simplemente, le entrará la variable de tipo int que antes hemos definido y le sumara uno. Ahora sólo nos queda realizar dos pasos. El primero es actualizar el valor de Count y el segundo mostrar por pantalla el acumulado hasta el momento. Una de las ventajas que nos ofrece este entorno de programación, es que un mismo output de un bloque, puede ser el input para más de una actividad. Por este motivo generaremos un bloque de tipo variable como el anterior, donde actualizaremos el valor de Count y concurrentemente utilizaremos un bloque SimpleDialog que nos permitirá mostrar la información al usuario. Al tratar con SimpleDialog hemos de especificar que sólo queremos mostrar por pantalla, ya que existen otras opciones en las que por ejemplo, podemos introducir información o compararla. Seleccionamos el tipo de entrada y en este caso queremos que derive a un AlertDialog (Figura 8), lo que hará que cada vez que llegue un input se genere la información visible para el usuario. 7

9 Figura 7: Definición Variables Figura 8: Opciones AlertDialog Para profundizar de una forma más extensa el tema de MVPL y ver diversos ejemplos de pequeñas aplicaciones similares a la anterior, proporcionamos los tutoriales oficiales de Microsoft sobre MVPL. Tutoriales oficiales MVPL Versión video: Versión transparencias: CF1278B5F52F/MS_Visual_Programming_Language_Introduction.zip 8

10 4. Servicios 4.1 Servicios Como hemos visto en el entorno de programación, hay una sección destinada a los servicios. Si tenemos que definir un servicio, podríamos hablar del elemento más importante a la hora de desarrollar una aplicación con Microsoft Robotics Studio. La programación de robots implica la monitorización y manipulación de múltiples procesos (o servicios, como se refiere en Robotics Studio) que a menudo suceden a la vez. Por ejemplo, un robot puede estar moviéndose y a la vez uno de los sensores del robot puede estar recopilando información del entorno. Estos dos procesos deben actuar concurrentemente. Los servicios son los objetos centrales en MSRS. Un servicio puede representar desde diferentes elementos de hardware, como un sensor, hasta elementos software como interfaces de usuario. Cada servicio le permite comunicarse entre procesos y cada proceso ejecuta una función específica (como mover la cabeza de un robot o la recopilación de datos de un sensor). La aplicación se compone de diferentes servicios que se comunican entre ellos. Uno de los puntos importantes a tener en cuenta es que dichos servicios son ejecutados dentro del contexto de un nodo DSS. Un nodo DSS, es una zona que proporciona el apoyo para servicios, donde se pueden crear y tratar, hasta que son eliminados o el nodo es suprimido. Los servicios se pueden comunicar independientemente de si son ejecutados dentro del mismo nodo o a través de la red. Cuando un servicio es creado dentro del nodo DSS, se le asigna un identificador, que permite a otros servicios comunicarse con el y tener un acceso vía navegador WEB. Todo servicio, aparte de verse representado por un identificador, tiene un parámetro de gran importancia, hablamos del estado de un servicio, que nos da una representación del servicio en un instante determinado. Dichos estados contienen información en función del servicio que tratamos: El estado de un servicio que representa un motor, puede representar rotaciones por minuto, temperatura, presión de aceite o consumo. El estado de un servicio que representa un teclado, puede representar el número de pulsaciones realizadas. Si queremos que nuestros servicios se aprovechen los unos de los otros, deben tener la capacidad de descubrir y establecer comunicaciones entre ellos. Pero a priori, un servicio no sabe si otros servicios dependen de él. Para abordar este tema y encontrar una solución, se habla de los servicios asociados ó servicios partner. Cuando hablamos de servicios asociados, podemos indicar las relaciones entre cada uno de los elementos que forman parte de la asociación. Por ejemplo podemos declarar, que si un servicio determinado no es capaz de encontrar su pareja en un tiempo determinado, ya no hay necesidad de iniciar el servicio. Mientras que también se puede especificar que se intente contactar con el servicio asociado y si no se encuentra, ejecutarse de todas formas. Microsoft Robotics Studio, nos facilita en gran medida el tema de los servicios. Ya desde la versión 1.0 se nos proporcionan una serie de servicios predefinidos, con los que poder trabajar. Pero ante posibles limitaciones, se nos permite desarrollar un servicio desde 0, a nuestro gusto. En la última versión del programa, la 1.5, una de las novedades es que se incluían una serie de servicios que nos proporcionan un acceso completo a todas las funcionalidades de los LEGO MINDSTORMS NXT. Esto demuestra que la plantilla de servicios predefinidos, irá creciendo en futuras versiones en función de los robots del mercado y la expansión de la robótica doméstica. 9

11 4.2 Contratos Los contratos son una propiedad de los servicios que nos permiten abstraernos de la parte de hardware del objeto el cual representa el servicio en cuestión. Mediante el uso de un contrato genérico, nuestro servicio no necesitará saber de entrada a qué hardware estará conectado. Los servicios envían mensajes el uno al otro mediante puertos. Los servicios saben cómo comunicarse el uno con el otro porque tienen contratos. El contrato contiene toda la información sobre el formato de éstos mensajes y qué soporta el servicio. Todo esto se especifica en un esquema definido en un fichero XML. El nodo DSS se encarga de coordinar toda esta actividad. Como ejemplos podemos encontrar para varios servicios contratos abstractos, como el abstract drive contract o el sensor contract. Tomemos el ejemplo del drive contract implementado por el servicio ArcosDrive, este contrato nos sirve para controlar un objeto que viene a representar un robot basado en la plataforma MobileRobots Pioneer 3-DX. Este contrato tiene operaciones para seleccionar las velocidades de las ruedas derecha e izquierda del robot independientemente, rotar el objeto un ángulo determinado y desplazarlo una distancia determinada. El servicio de este dispositivo se encarga de mandar una notificación cuando cambia su estado, esto incluye la velocidad de las ruedas y si el control está habilitado. Vamos a hablar con un poco mas de detalle sobre los contratos genéricos. Para situarlo en un contexto, pongamos el ejemplo de la arquitectura de servicio del robot Scribbler que sigue los estándares de MSRS y se puede ver en el siguiente diagrama (Figura 9): Figura 9: Servicios robot Scribbler En el diagrama de la figura 9, el recuadro verde representa el código de usuario de mayor nivel, los recuadros grises son contratos genéricos proporcionados por MSRS, y los recuadros azules el código en este package. Típicamente, estos son los únicos códigos que deben ser dependientes del robot Scribbler. En general, los usuarios querrán escribir servicios de alto nivel como una rutina de deambulación (wander routine). Esto se consigue fácilmente mediante el uso de contratos genéricos. Estos contratos genéricos nos permiten abstraernos del hardware específico del robot. Por ello, el código debería funcionar en plataformas de robot diferentes, así como también en el simulador de MSRS. El servicio de alto nivel se comunica con los contratos genéricos mediante las notificaciones estándar y los mensajes del tipo Get. Los servicios del sensor del Scribbler se comunican con el servicio base del Scribbler mediante subscripciones personalizadas. El servicio básico del Scribbler controla todas las comunicaciones al robot actual y sirve como el estado del robot MSRS. 10

12 4.3 Crear un Servicio Como ya hemos comentado, no sólo dependemos de los servicios que ya nos proporciona Robotics Studio, sino que también podemos desarrollar los nuestros. Para poder crear nuestro servicio, necesitamos generarla con DssNewService. Una vez arrancamos el Robotics Stuido, pasamos a la consola de comandos y lanzamos la aplicación. Figura 10: Codigo lanzar DssNewService Introduciendo los campos de nombre del servicio, namespace y prefijo identificador del contrato (Figura 10). Posteriormente hemos de pasara compilar nuestro servicio y posteriormente asegurarnos que se encuentra en el directorio bin\services (Figura 11): Figura 11: Comprobación Ejecutamos DssHost.exe, en el que introduciremos el número de de puerto usado por el nodo y una descripción del servicio al iniciarlo (Figura 12). Figura 12: Cargar Servicio Ahora ya podremos acceder al servicio mediante nuestro navegador Web. En nuestro caso tendremos que introducir la dirección: Una vez iniciado nuestro servicio, podemos tramitar las peticiones HTTP. Para lograrlo, hay que modificar varios archivos de nuestro proyecto. Modificando algunas clases y añadiendo nuevas líneas de código. Como describir todo el procedimiento nos ocuparía mucho espacio físico en el trabajo, en la bibliografía hemos dejado un enlace directo, de la página de Microsoft, para quien quiera ver paso a paso los puntos a seguir. Versión video: Versión transparencias: Como ya hemos visto, la interfaz Web es nuestra aliada a la hora de gestionar nuestros servicios. Introduciendo en el navegador tendremos acceso a la información de todos los servicios y podremos iniciarlos o pararlos según nuestras necesidades. 11

13 En función de lo que queramos implementar en nuestro servicio, habrá que desarrollar más o menos el código. En este caso la facilidad que nos proporcionaba Robotics Studio con los servicios predefinidos, desaparece totalmente, ya que en este caso sí que hay que desarrollar el código y pasar a un nivel de conocimientos del usuario más elevado. Dentro de la pequeña comunidad que tiene esta plataforma, empiezan a aparecer servicios creados por usuarios. En estos casos, junto con la descripción de las características del servicio, es recomendable adjuntar algunos datos básicos, como muestran estos ejemplos 12

14 5. Simulación 5.1 Motivos Todo programador que domine diversos entornos de programación, sabe que la simulación es un elemento clave a la hora de desarrollar una aplicación. En este caso, la relevancia que adquiere disponer de un simulador avanzado es vital. Las ventajas de tener un simulador son múltiples: Se puede probar en situaciones que comprometerían la funcionalidad de un prototipo. El personal para probar el prototipo simulado es menor. El aprendizaje es rápido y permite modificaciones sobre la marcha. Se puede trabajar sobre modelos que todavía no están diseñados completamente. El coste del hardware final es costoso. Pero siempre que se trabaja sobre emuladores/simuladores existen ciertos inconvenientes al no aplicar el software sobre el aparato final: Al utilizar la simulación, algunos efectos secundarios propios de trabajar con robots no se ven reflejados. Un ejemplo puede ser que no tendremos un baremo del nivel elevado de ruido. Al trabajar con un modelo Simplificado, siempre aparecen problemas a la hora de llevar el proyecto a una fase de desarrollo. Requiere la creación del Modelo y pueden surgir múltiples inconvenientes técnicos. 5.2 Simulation Engine Service Microsoft Robotics Studio nos proporciona Simulation Engine Service, es la herramienta que nos permitirá simular y recrear unas condiciones determinadas para poder determinar las reacciones de nuestro robot. Las características del Simulator Engine Service son las siguientes: Está implementado como un servicio. Mantiene el estado de la aplicación. Los desarrolladores pueden simular las aplicaciones, utilizando modelos 3D realistas que generan condiciones reales con la tarjeta AGEIA PhysX Technology. Ageia es la única empresa que tiene en el mercado una solución hardware para cálculos físicos. El renderizado 3D utiliza XNA, que implementa Direct X. XNA es una API para el desarrollo de videojuegos para PC. Controla dispositivos de entrada, como son webcam, teclado, controles xbox entre otros. Tiene un editor para modelar objetos del mundo real, y depurarlos. Permite importar recreaciones 3D de programas destinados al diseño. Dentro del Simulador manejamos entidades, que son objetos en el mundo de la simulación. Diversos ejemplos pueden ser: Cámaras Cielo y Fondo Componentes de un Robot Motores y Sensores Construcciones y muebles Cualquier elemento que sea físico y visible. 13

15 5.3 Entorno de simulación Las opciones de configuración de las características físicas se reducen a la aceleración de la gravedad (modificable) y las opciones de simular en Real Time o a intervalos, opción útil para PC s poco potentes sin tarjeta de aceleradora Ageia. El entorno de simulación es un entorno 3D donde tenemos 4 opciones de visualización (Figura 13): Visual: Renderiza una imagen completamente en 3D, con una iluminación y shaders de forma realista (Soporta PíxelShaders 3.0). Sin Renderizar: Recrea la imagen de forma que sólo se ven la estructura de cada entidad, sin texturizar, de esta forma puedes tener una idea de cuantos polígonos esta hecha cada entidad y donde están los vértices. Físico: Muestra los vectores de cada entidad, de esta forma puedes ver como se trata el engine físico durante la simulación. Combinado: Renderiza la imagen 3D con los vectores. Figura 13: Opciones de visualización en la simulación 5.4 Creación de un modelo Microsoft Robotics Studio permite crear objetos para el simulador utilizando herramientas de otras compañías como 3D Studio o Maya. El único requisito es que los objetos sean guardados con la extensión.obj. Ante este amplio abanico de posibilidades, la facilidad de simulación finaliza cuando queremos utilizar elementos que no están predefinidos. Si queremos recrear elementos personales para testear nuestro robot, tendremos que dominar el campo del diseño tridimensional. 14

16 6. Microsoft Robotics Studio & otras tecnologías En toda aplicación destinada a la robótica, hemos de tener en cuenta que interactuamos con un gran número de tecnologías. Según el grado de complejidad de nuestro robot, tendremos más o menos sensores con los que interactuar. Podemos encontrarnos desde un simple robot que sólo implementa sensores de movimiento, hasta uno capaz de ser controlado remotamente y realizar un reconocimiento de voz. En muchos casos, estos dispositivos ya tienen implementados unos servicios para poder sacar todo el rendimiento a cada dispositivo. Algunas de las tecnologías más comunes en el diseño de robots, son las siguientes: GPS Posibilidad de aprovechar la tecnoloía GPS y utilizar las coordenadas que nos proporciona esta tecnología. Las posibilidades crecen al poder disponer de un sistema de localización en nuestro robot. Tecnologías de voz Posibilidad de interactuar con la API de Microsoft Speech (SAPI) y convertir el texto de entrada en señales de voz. También es posible actuar de una forma inversa y hacer un reconocimiento de voz. Dispositivos de entrada Podemos utilizar dispositivos de entrada con los que interactúa: Sonar Webcam con la que captar imagenes y procesarlas. Capacidad de reconocer colores o simplificaciones de rostros o movimientos. Ratones, teclados o joysticks con los que controlar nuestro robot. Receptores de radiofrecuencia con los que podemos controlar nuestro robot por control remoto, como por ejemplo mediante Bluetooth. Detectores láser. Microsoft implementa un servicio genérico para el sonar, los sonar de los robots ARCOS pueden ser controlados por este servicio. 15

17 7. Kits de desarrollo Para los que no se conforman con simular las aplicaciones en el entorno de simulación que nos proporciona Robotics Studio, existen una serie de Kits de desarrollo sobre los que volcar nuestras aplicaciones. Existen diversos Kits, con características y niveles de complejidad variada. Entre el abanico que nos muestra el mercado nos hemos decantado por explicar los siguientes: 7.1 Boe-Bot Kit para Microsoft Robotics Studio Este kit hardware incluye el conjunto de piezas que se aprecian en la Figura 14, entre las piezas que lo componen lo más destacado es un módulo Bluetooth. A nivel de software incluye: The Parallax BASIC Stamp Editor PBASIC example programs for the Boe-Bot robot Microsoft Robotics Studio y Microsoft Visual C# and VB.Net. También incluye documentación y ejemplos para utilizar el servicio de MRS, para controlar el robot Precio $ Este tipo de kits, en un principio no están destinados a usuarios noveles que buscan un fácil montaje y un resultado rápido. El nivel de exigencia para realizar un robot es mucho mayor que si utilizamos otro tipo de kits más manejables como los de Lego. 7.2 LEGO MINDSTORMS NXT Seguramente el kit con más presente y futuro si hablamos de la robótica como afición. La posibilidad de crear numerosos y variados robots y el gran apoyo de usuarios que existe, hacen de este kit uno de los más explotados y expandidos. Entre las piezas encontramos (Figura 15): Microprocesador de 32-bits. 3 Servo motores. Diversos sensores, de sonido, ultrasonidos, luz y tacto. 519 piezas para darle la forma deseada al robot. 4 puertos de entradas y 3 de salida. Display LCD, con pad de 4 botones. Altavoz. Soporte USB 2.0 y Bluetooth A nivel de software, la propia Lego ofrece una aplicación para poder crear las funcionalidades del robot, pero hay que destacar que es bastante simple y superficial. Pese a que Robotics Studio no es la plataforma de desarrollo original, sí que es compatible y mucho más recomendable que el software de NXT. Precio Figura 14: Kit Boe-Bot Figura 15: MINDSTORMS NXT 16

18 8.Eventos y proyectos A continuación veremos algunos de los eventos y proyectos más destacados que se han realizado con Microsoft Robotics Studio. 8.1 Roomba Roomba es un robot que funciona como aspiradora, funciona mediante la implementación de un algoritmo que permite memorizar la distribución de un cuarto o habitación. Este algoritmo es dinámico y lo va creando mientras va aspirado. En un principio este producto no tenía ninguna finalidad extra, pero la facilidad de realizar Hacking sobre este robot, ha creado una gran comunidad centrada en este dispositivo. Uno de los kits que existen para este dispositivo es el Create, que según palabras del fabricante respecto al kit "Se podrán utilizar una variedad de métodos y lenguajes de programación" Los principiantes pueden disfrutar del kit y observar el comportamiento del robot en cualquiera de sus diez modos de demostración, o directamente pueden programar el robot grabándole comandos a través de cualquier programa básico de terminal. Los usuarios más avanzados pueden escribir programas que le darán al robot un comportamiento autónomo completo en C o C++, utilizando el Command Module de irobot. Los desarrolladores pueden, además, crear programas propios e interactuar con Create utilizando una variedad de métodos, entre los que se incluye Microsoft Robotics Studio. 8.2 Sumo Existe un servicio llamado Sumo Competition for Microsoft Robotics Studio para competiciones autómatas de Sumo, que puede usarse en un entorno de simulación o con robots reales. Esta simulación consiste en dos robots que se colocan en un ring, los cuales se disputan 3 rounds de 60 segundos cada uno. Cada round termina cuando algún robot sale fuera del ring, y el punto se le asigna al otro. Ganará el que consiga más puntos en los 3 rounds. En este servicio se usan los robots tipo irobot que se caracterizan por tener una computadora CE y una webcam en la parte de arriba. Tienen un Motor diferencial, que permite que se puedan mover para adelante, para atrás o en cualquier dirección además de poder girar sobre sí mismos. Incluyen sensores de bumpers de tacto que harán contacto con otro robot. Además incorporan sensores de IR en la parte inferior del robot. La diferencia de reflectividad de fuera del ring respecto de dentro determinará los límites a los que pueden llegar los robots. Un evento interesante en este aspecto es el MEDC Sumo Competition que se empezó a celebrar en Las Vegas este mismo año Fútbol (RoboCup) Uno de los deportes más antiguos de la historia, ha sido llevado al mundo de la robótica. La Robocup es un evento en el que se disputan competiciones entre robots, simulando algunas de las reglas propias del fútbol. El objetivo es desarrollar robots capaces de jugar sin que tengan que intervenir los seres humanos en el transcurso del partido. Entre las diversas ligas que se realizan en RoboCup destacan: Ligas De simulación: Dos equipos formados por agentes autónomos de software deben competir contra agentes de otro equipo. Todo bajo un entorno 2D ó 3D que ha ido mejorando con el paso de los años. Liga de robots humanoides: 17

19 Es la categoría que más nivel requiere. Los robots deben tener una estructura similar a la de un humano, además deben de ser capaces de tirar penaltis o recorrer distancias rápidamente sin caerse. Liga de robots pequeños con ruedas: Categoría limitada por el tamaño de los robots. Se le conoce como F180, ya que es el tamaño máximo permitido en milímetros. Liga de robots medianos con ruedas: Similar a la anterior, pero en este caso el tamaño se limita el tamaño máximo es de 2000mm Liga cuatro patas: Liga en la que los robots deben caminar sobre cuatro patas. Últimamente se utiliza un modelo Aibo de Sony. También de forma paralela se realizan eventos en los que el tema principal no es el fútbol. Entre los que destacan: RoboCupRescue: En el que se utilizan robots para situarlos en situaciones de rescate o catástrofes, tanto de forma simulada como creando un entorno real. RoboCupJunior Eventos para gente entre 12 y 18 años en las que se realizan actividades de fútbol, baile o rescate. El nivel es mucho menor. Estos eventos se producen desde 1997, cuando se celebró la primera competición en Nagoya (Japón). En la Figura 16, se pueden ver algunos ejemplos de los robots que participan en las competiciones de sumo y fútbol, junto con el dispositivo Roomba que ha tenido gran aceptación dentro del mundo del hacking. Figura 16 : Ejemplo de robots (roomba, sumo, fútbol) Como añadido, aquí tenemos una serie de links, que nos muestran estas competiciones y eventos en plena actividad. Roomba Hacking Sumo Fútbol RoboCup

20 9. Conclusiones Desarrollar este trabajo, nos ha llevado a conocer de una forma más profunda el mundo de la robótica en general y de una forma más concreta, la visión y herramientas que Microsoft pone a nuestra disposición en el mundo de los robots. Como puntos destacados, no nos podemos olvidar del gran cambio que supone para los diseñadores trabajar con un lenguaje visual. Conociendo de forma superficial las tareas básicas, cualquier programador o aficionado, sería capaz de desarrollar una pequeña aplicación ya que nos movemos dentro de un entorno muy intuitivo y asequible. La relativa facilidad con la que podemos desarrollar pequeñas aplicaciones no nos tiene que confundir, considerar Robotic Studio como una herramienta poco desarrollada y carente de posibilidades sería un error ya que también hay un mundo para los usuarios más exigentes. La posibilidad de crear servicios desde 0, dotan a esta plataforma de una capacidad de crecimiento muy elevada destinada a programadores más profesionales, que no se conforman con los paquetes de servicios que se van añadiendo en las nuevas versiones de la herramienta de Microsoft. Otro de los puntos llamativos de Robotics Studio que no podemos dejar de comentar, es la posibilidad de simular nuestras aplicaciones. Todo programador, está acostumbrado a trabajar con entornos que nos permiten ver el comportamiento de nuestras aplicaciones, antes de descargarlas en el dispositivo final. Pero en este caso, al hablar de aplicaciones sobre robots, el entorno de simulación tiene que ser mucho más sofisticado y preciso. Robotics Studio, cumple con creces ya que las posibilidades que se nos ofrecen son de una gran variedad y con una escalabilidad notable. La capacidad de utilizar dispositivos que simulan leyes físicas reales o crear objetos en programas de diseño 3D, amplían de forma considerable las posibilidades de la simulación. Tampoco nos podemos olvidar, de la expansión que empieza a tener la robótica dentro de los usuarios. Gracias a este crecimiento, muchas compañías empiezan a ofrecer diversos kits de desarrollo, que permiten al programador no quedarse en la simple simulación y poder comprobar sus resultados sobre un robot final. La comunidad destinada a la programación de robots, empieza a tener su peso dentro de eventos especializados y seguramente aseguran un futuro fructífero a la programación de robots a nivel de usuario. Como reflexión general del grupo, consideramos que el futuro de Microsoft Robotics Studio, está garantizado, pero pensamos que el mercado potencial que hay detrás esta todavía dormido. El crecimiento de la plataforma es muy lento y las actualizaciones con nuevos servicios muy contadas. Puede que cuando el mundo de los robots sea algo menos abstracto para el gran público, la herramienta de Microsoft viva una expansión y crecimiento exponencial, pero actualmente es una herramienta que pese a su facilidad de uso, se usa en comunidades muy definidas y cerradas. Por otra parte, la semilla ya está plantada, es cuestión de tiempo o tendencias que crezca a un ritmo u otro. 19

21 10. Bibliografía Información general VPL Servicios Simulación: Microsoft Robotics Studio y tecnologías Eventos y proyectos Al tratarse de una plataforma de desarrollo relativamente nueva y reciente, toda la información que hemos encontrado es vía Web. Por desgracia las referencias en documentos físicos son casi inexistentes. 20