Manual para el profesor

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1 Manual para el profesor Prácticas de robótica educativa education

2 Manual para el profesor Prácticas de robótica educativa Manual teórico y práctico de robótica educativa Creado por MiniRobots, S.L MiniRobots, S.L. Av. de la Ribera de Axpe ED. 11-B mod Erandio Bizkaia, España D.L.: BI-2366/2011

3 ÍNDICE 1. Introducción Qué es moway? Procesador Sistema motriz Grupo de sensores e indicadores Sistema de alimentación Tecnología en Educación Secundaria Cómo trabajar con moway Diagramas de flujo. MowayWorld Prácticas Práctica I. Movimiento de un robot...20 Qué hemos aprendido Práctica II. Condiciones. El encierro...26 Qué hemos aprendido Práctica III. El sensor de luz...32 Qué hemos aprendido Práctica IV. Seguidor de línea...36 Qué hemos aprendido Práctica V. Variables...43 Qué hemos aprendido Práctica VI. Acelerómetros. Aparcando al toque...47 Qué hemos aprendido Práctica VII. La Copia...54 Qué hemos aprendido Práctica VIII. Altavoz...63 Qué hemos aprendido Práctica IX. Defensor / Luchador...67 Qué hemos aprendido Práctica X. Laberinto...72 Qué hemos aprendido Práctica XI. Estación de datos remota...77 Qué hemos aprendido...82

4 4 1. Introducción Comienza una nueva era, la de los mini robots. Cada vez son más las aplicaciones de la robótica móvil en nuestra vida cotidiana. Actualmente podemos ver robots que nos ayudan en tareas sencillas como limpiar el suelo de casa, segar el césped o mantener limpia la piscina. A medida que avanza la tecnología estos pequeños artilugios, mezcla de mecánica, electrónica y software, van asumiendo tareas más complejas. Poco a poco se van abriendo camino hacia nosotros siéndonos cada vez más útiles y descargándonos de los trabajos menos gratificantes. No es ningún disparate pensar que la revolución que se dio en la informática o en las telecomunicaciones se va a repetir en la robótica durante la próxima década. Actualmente disponemos de la tecnología suficiente para fabricar estos dispositivos y la sociedad está cada vez más preparada para recibirlos en el mercado. Hasta ahora los procesadores no se movían. Las cosas han cambiado. Uno de los elementos fundamentales en el mundo de la robótica móvil es el software. La principal diferencia a la hora de desarrollar programas para estos robots con respecto a hacerlo para ejecutarlos en un ordenador personal estriba en la interacción con el entorno. En las aplicaciones para PC el entorno no cambia aleatoriamente, con la que la toma de decisiones se simplifica y con ello los programas. Por otro lado, en la ejecución de comandos dentro de una aplicación para un minirobot lo habitual es que se desconozca de antemano cuál va a ser el resultado, por lo que los algoritmos deben contemplar situaciones con un abanico mucho más amplio de posibilidades, algunas incluso inesperadas. Los moways son herramientas diseñadas específicamente para la docencia e investigación. Su objetivo es acercar el mundo de la robótica autónoma a los centros docentes. El objetivo principal de moway es ser una herramienta útil tanto para quienes se introducen por primera vez en el mundo de la robótica como para quienes ya tienen experiencia y desean realizar aplicaciones de robótica colaborativa. moway aspira a despertar inquietud por esta nueva y apasionante rama de la ingeniería a quien le tenga en su mano, a través de las prácticas contenidas en este manual de una forma rápida y entretenida. En este libro de prácticas se explica con detalle el funcionamiento de moway así como algunas prácticas desarrolladas específicamente para su aplicación en la enseñanza a alumnos en las asignaturas de tecnología en Educación Secundaria.

5 5 2. Qué es moway? moway es un pequeño robot autónomo programable diseñado principalmente para realizar aplicaciones prácticas de robótica móvil. Con él se ha conseguido una plataforma hardware perfecta tanto para quien quiere dar sus primeros pasos en el mundo de los robots móviles como para quien ya ha trabajado con robots y desea realizar aplicaciones más complejas. El robot moway está dotado de una serie de sensores que le ayudarán a desenvolverse en un entorno real. A su vez cuenta con un grupo motor que le permitirá desplazarse sobre el terreno. Todos estos periféricos están conectados a un microcontrolador que será el encargado de gobernar el robot. Este pequeño robot cuenta además con opciones de ampliación a través de un bus de expansión. En él se puede conectar, por ejemplo, un módulo de comunicaciones inalámbrico, una cámara de video, una tarjeta de prototipos o cualquier otro dispositivo que se considere interesante para el desempeño de una tarea. robot moway El diseño exterior de moway es muy compacto, diseñado para que pueda moverse con agilidad y elegancia sin opción a quedarse enganchado en ninguna esquina. Tan pequeño como un móvil se ha ganado la denominación de robot de bolsillo. moway es una herramienta perfecta para quien quiere aprender y para quien quiere enseñar qué es la robótica. El usuario se verá sorprendido con la rapidez que comienza a cosechar logros incluso si éste es su primer contacto con los robots móviles.

6 6 En el interior de un moway tenemos los siguientes elementos: 1. Procesador 2. Sistema motriz 3. Grupo de sensores e indicadores 4. Sistema de alimentación 2.1 Procesador Los robots moway están gobernados por un microcontrolador PIC18f86J50 del fabricante Microchip Technology que trabaja a 4Mhz. En este microcontrolador es donde descargaremos el programa desarrollado en el PC. De sus puertos de entrada/salida cuelgan todos los periféricos distribuidos por el robot. Algunos de ellos necesitan de una entrada o salida digital, otros de una analógica y otros en cambio se controlan a través de uno de los buses de comunicación I2C/SPI. 2.2 Sistema motriz Los moways disponen de un grupo servo-motor doble para poder desplazarse. Consta de una parte electrónica y otra mecánica. La parte electrónica se encarga principalmente de controlar la velocidad de los motores y la parte mecánica permite el desplazamiento con una potencia suficiente para que moway se mueva en diferentes entornos. El grupo servo-motor tiene diversas funcionalidades: PCB de moway 1. Control de velocidad: Controla la velocidad de cada motor por separado. 2. Control del tiempo: Controla el tiempo en cada comando con una precisión de 100ms. 3. Control de distancia recorrida: Controla la distancia recorrida en cada comando con una precisión de 1.7mm. 4. Cuentakilómetros general: Cuenta la distancia recorrida desde el comienzo de los comandos. 5. Control de ángulo: Control de ángulo cuando se produce la rotación de moway. Sistema motriz: electrónica y mecánica

7 7 El control de velocidad se realiza mediante control en lazo cerrado gracias a la señal de los encoders (sensores para medir la velocidad y recorrido de los motores). La rotación de la rueda es monitorizada por medio de un encoder sobre uno de los engranajes del sistema y un sensor infrarrojo. El microcontrolador analiza esta señal y actúa sobre los motores. De esta manera, moway puede controlar su velocidad y distancia recorrida. Control de motores 2.3 Grupo de sensores e indicadores Este grupo consta de diferentes sensores e indicadores luminosos conectados al microprocesador de moway con los que el robot interactúa con el mundo exterior: 1. Dos sensores de línea 2. Cuatro sensores detectores de obstáculos 3. Sensor de luz 4. Un conector de expansión 5. 4 LEDs 6. Sensor de temperatura 7. Speaker 8. Micrófono 9. Acelerómetro 10. Nivel de batería Grupo de sensores e indicadores

8 Sensores de línea Los sensores de línea son dos optoacopladores de reflexión montados en la parte inferior delantera del robot. Utilizan la reflexión de luz infrarroja para detectar el tono del suelo en el punto en que se encuentra el robot. Estos dos sensores están conectados a dos de los puertos analógicos del microcontrolador de manera que no sólo podemos detectar contrastes fuertes en el suelo, como líneas blancas sobre fondo negro, sino que es posible discernir entre diferentes tonos. El sensor CNY70 de Vishay, está compuesto por una estructura compacta donde la fuente emisora de luz y el detector están dispuestos en la misma dirección para poder detectar mediante el uso de los rayos infrarrojos la luz reflejada en el suelo. En las siguientes imágenes podemos ver los tres casos que se pueden dar: Superficie clara: La superficie blanca hace que toda la luz infrarroja se refleje y por lo tanto a la salida del transistor en modo común obtenemos un voltaje bajo. Sensor de línea en superficie clara Superficie de color: La superficie de color hace que parte de la luz emitida se refleje obteniendo un voltaje intermedio en la entrada del canal analógico del microcontrolador. De esta manera es fácil identificar colores. Sensor de línea en superficie de color

9 9 Superficie oscura: La superficie oscura hace que se refleje muy poca luz teniendo un voltaje alto a la salida del sensor. Sensor de línea en superficie oscura Sensores detectores de obstáculos Al igual que los sensores de línea, los sensores detectores de obstáculos utilizan también la luz infrarroja para detectar objetos situados en la parte delantera de moway. El material del frontal de moway es un filtro infrarrojo que bloquea parte de la componente infrarroja de la luz ambiente. El sensor está compuesto por una fuente de luz infrarroja (KPA3010-F3C de Kingbright) y cuatro receptores colocados en ambos extremos delanteros de moway. La salida de los receptores PT100F0MP de Sharp está conectada a las entradas analógicas del microcontrolador por lo que no sólo se detecta la presencia de algún objeto (modo digital) sino que también podemos medir la distancia al mismo (modo analógico). El funcionamiento del sensor es similar al sensor de línea. El emisor de luz genera un pulso de una duración de 70 microsegundos que, en caso de existir un obstáculo, se refleja contra él y es captado por el receptor utilizando una etapa de filtrado y amplificación. Una vez procesada la señal electrónicamente, el microcontrolador puede medirla como entrada digital o analógica. Sensor detector de obstáculos

10 Sensor de luz Este sensor permite a moway conocer la intensidad de luz que entra por la abertura que está situada en la parte delantera del robot. Gracias a su posición, puede localizar la fuente de luz y actuar en consecuencia. La salida del sensor APDS9100 está conectada a un puerto analógico del microcontrolador de manera que con una simple lectura del ADC podemos saber el nivel de intensidad de luz y si éste ha aumentado o disminuido con respecto a la última lectura Conector de expansión Este conector permite la conexión de moway con módulos comerciales o con circuitos electrónicos que el usuario desee. La primera expansión disponible es el módulo de RF moway que permite la comunicación de moway con otros de su especie y con el PC. Este módulo permite hacer aplicaciones colaborativas complejas sin tener que preocuparse de la gestión de la comunicación inalámbrica LED frontal El LED frontal es un LED blanco que está situado en la parte delantera del robot. El LED LW A6SG de OSRAM está conectado a una salida digital del microcontrolador LED de freno El LED de freno es un indicador que está conectado a una salida digital del microcontrolador LED superior bicolor Este indicador doble comparte la misma apertura en la parte superior del robot que el sensor de luz. Están conectados a dos salidas digitales del microcontrolador. Cabe destacar que al compartir la misma apertura que el sensor de luz es fundamental apagarlos en el momento que se desee hacer una lectura de la intensidad de luz Pad libre El PCB de moway tiene un Pad, que solo es accesible al abrir el robot. Está situado en la parte trasera, al lado del LED de freno, al cual el usuario podrá conectar circuitos electrónicos Sensor de temperatura moway lleva instalado como medidor de temperatura un termistor NTC de Murata, que es un semiconductor cuya resistencia eléctrica variable decrece a medida que la temperatura aumenta. El termistor está conectado a una entrada analógica del microcontrolador de forma que con una simple lectura del ADC podemos conocer la temperatura que hay y si ha aumentado o disminuido con respecto a la última lectura.

11 Speaker El altavoz CMT-1102 de CUI INC conectado al microcontrolador del robot, es capaz de reproducir tonos desde 250 Hz hasta 5,6 KHz en intervalos pares de 100 ms Micrófono El micrófono CMC-5042PF-AC de CUI INC permite al robot detectar sonidos desde 100 Hz hasta 20 KHZ. La salida del micrófono está conectado a una entrada analógica del microcontrolador de forma que no sólo es capaz de detectar si hay sonido o no (modo digital), sino que con una simple lectura del ADC, es capaz de detectar la intensidad con la que está llegando ese sonido (modo analógico) Acelerómetro Un acelerómetro es un dispositivo que mide la aceleración y las fuerzas inducidas por la gravedad: el movimiento y el giro. Midiendo las coordenadas X, Y, Z, el acelerómetro MMA7455L de Freescale Semiconductor permite conocer si moway está en posición correcta, invertido o ladeado. Además, permite conocer si el robot se ha golpeado o caído Nivel de batería Para la alimentación del robot, se dispone de una célula de LiPo recargable. Para un correcto funcionamiento del microcontrolador, la batería va conectada a una de sus entradas analógicas a través de un adaptador de señal. De esa forma, con una lectura del ADC podemos determinar el nivel de batería que nos queda. 2.4 Sistema de alimentación La batería empleada en el robot moway es de Litio Polímero recargable y se encuentra en su interior. La recarga de la batería se realiza por el puerto USB de cualquier ordenador conectado directamente al puerto MINI-USB-B del propio robot. No es necesario esperar a que la batería esté completamente descargada para poder enchufarla, puede hacerse en cualquier momento puesto que este tipo de baterías no tienen efecto memoria. Su pequeño tamaño, ligereza y flexibilidad hacen de estas baterías una perfecta fuente de energía para moway. La duración media de la batería es de 1h y 30 minutos aunque depende en gran medida de los sensores activos y del tiempo de utilización de los motores. De todas formas, gracias a la función nivel de batería, se puede saber la cantidad de carga que tiene el robot en cada momento. El tiempo de carga aproximado es de 2h.

12 12 3. Tecnología en Educación Secundaria El robot moway es una herramienta didáctica aplicable en la asignatura de Tecnología de Educación Secundaria Obligatoria. Las Unidades Didácticas en las que se emplea moway son las de Control y Robótica y Control por Ordenador. En el Área de Control y Robótica se aprenderá de manera práctica qué es un robot, qué partes tiene, su funcionamiento y su control. En la unidad de Control por Ordenador se introduce el control por ordenador, sus fundamentos y se practica la programación de aplicaciones empleando diagramas de flujo. Las competencias que se desarrollan con el robot moway son: Autonomía e iniciativa personal: Los alumnos se enfrentan a una nueva tarea: la programación de un robot y el control de sus acciones. Las diferentes actividades propuestas pretenden que el alumno aborde estos nuevos retos sin miedo a equivocarse. Trabajo en grupo: El trabajo en grupo es fundamental en la sociedad actual especialmente a la hora de trabajar y diseñar nuevos proyectos. Con el trabajo en equipo se fomenta el compromiso por las tareas y el respeto hacia las opiniones de otros. Tecnología y competencia digital: Los alumnos comprobarán la importancia de la programación de sistemas digitales y observarán el resultado real de una programación desarrollada en un PC. Lógica y razonamiento: A través del software intuitivo y la herramienta práctica que constituye el robot, los alumnos comprenden el significado de un diagrama de flujo, sus condiciones y variables, y son capaces de desarrollar sus propios proyectos así como detectar sus aciertos y errores. Resultados: Desde el primer momento los alumnos obtendrán resultados, comprenderán la programación y comprobarán lo que son capaces de realizar sin tener que esperar para ello, lo que les motivará a seguir aprendiendo. Preparación para el Futuro: Aprender a programar con moway sienta unas bases de aprendizaje futuro en diversas materias de ciencia y tecnología, y el alumno recordará fácilmente, aquello que aprendió de una manera sencilla y disfrutando. Algunos de los criterios de evaluación que se pueden trabajar con el robot moway son: Comprender el funcionamiento básico de los elementos que componen la electrónica de un robot. Comprender el funcionamiento de los principales tipos de sensores: luz, infrarrojos, de línea. Diseñar un robot que actúe en función del valor de sus sensores: luz, obstáculos, línea.

13 13 Conocer las herramientas de programación de un sistema a través del ordenador. Elaborar diagramas de flujo. Diseñar programas que controlen entradas y salidas de un robot. Control en lazo abierto y lazo cerrado. Diseño de un programa en lazo cerrado. 3.1 Cómo trabajar con moway 1. Primeros pasos en robótica y programación: Conocer y comprender de un modo práctico la electrónica de un robot, el funcionamiento de sus diferentes sensores, y cómo programarlos. Empezaremos a trabajar con moway, identificando sus diferentes sensores y elementos. Los alumnos se familiarizarán con el software MowayWorld, identificando los módulos, procesos, condiciones y variables. Con sólo con un par de módulos tendrán su primer programa y estarán controlando el movimiento del robot. Serán capaces de diseñar cada vez diagramas de flujo más complejos, añadiendo diferentes procesos y condiciones. Al grabar el programa en el robot, comprobarán si éste ejecuta exactamente lo ordenado, pudiendo en caso contrario, localizar fácilmente el módulo que ocasiona el error. Podremos hacer prácticas tales como: - El movimiento de un robot. - Seguir la línea. - Seguir un laberinto. - Seguir la luz. - El encierro de un robot Con estas primeras prácticas los alumnos aprenden a programar y el profesor habrá completado con éxito este objetivo marcado. 2. Robótica colaborativa: Conocer y comprender los módulos de radio frecuencia y su funcionamiento. Realizar programas para comunicar varios moways entre sí o moway con el PC. El aprendizaje de moway continúa, y una vez que hemos comprendido su electrónica y programación, introduciremos los módulos de radio frecuencia. Este módulo permite a moway comunicarse con otros de su especie (hasta 254) y con el PC. El módulo de radio frecuencia se pincha en la ranura de expansión, situada en la parte superior de los robots moway que vamos a comunicar.

14 14 Siguiendo la misma programación de moway aprendida con MowayWorld, añadiremos un nuevo módulo de Comunicaciones, y empezaremos a utilizar las variables, para realizar los programas oportunos. Podremos hacer prácticas más avanzadas como: - La copia: un robot reproducirá los mismos movimientos que el robot con el que se está comunicando. - Carreras de relevos. - Enviar órdenes a otro robot. - Controlar moway desde el PC. - Encontrar el punto de equilibrio Con estas prácticas los alumnos aprenden a realizar programas más complejos y a realizar prácticas colaborativas entre varios robots y el profesor habrá completado con éxito este objetivo marcado. 3. Módulo de Expansión: Diseñar un circuito electrónico, añadirlo a moway y programarlo. Para seguir dando a moway más posibilidades, introducimos el Kit de expansión, un kit que permitirá al alumno crear sus propios desarrollos electrónicos, para añadir a moway aquello que imaginen, consiguiendo así que su robot sea diferente al resto. Para desarrollar este circuito electrónico, utilizaremos el Kit de Expansión moway, compuesto por 2 placas perforadas sobre las que el alumno añadirá sus propios desarrollos electrónicos al robot. Una vez creado nuestro circuito electrónico lo conectaremos a moway a través del bus de comunicaciones de la ranura de expansión y podremos programar los diferentes elementos añadidos. Los alumnos podrán montar un circuito con: - Diferentes sensores, como de luz, de temperatura. - Displays de 7 segmentos, LCD, sintetizadores de voz, actuadores. - Todos ellos podrán ser leídos por el robot moway. Con estas prácticas los alumnos aprenden a crear su propia electrónica y con los conocimientos previos de programación, a programar cualquier sensor que hayan añadido y el profesor habrá completado con éxito este objetivo marcado.

15 Diagramas de flujo. MowayWorld Los diagramas de flujo se emplean para representar y describir gráficamente un algoritmo. Cuando hablamos de un algoritmo en programación nos referimos a una sucesión de instrucciones definidas y ordenadas para realizar una actividad mediante pasos sucesivos. En nuestro caso mediante diagramas de flujo describiremos y representaremos un conjunto de instrucciones para que el robot moway realice una actividad concreta como seguir una línea, escapar de un laberinto, etc. La siguiente imagen muestra el área de trabajo de MowayWorld. Es muy fácil de usar, de modo que incluso un usuario principiante puede programar el robot moway en unos pocos minutos. A continuación se describen diferentes partes del área de trabajo de MowayWorld. Área de trabajo de MowayWorld La Barra de Herramientas de MowayWorld permite al usuario gestionar el proyecto, editar el diagrama de flujo, crear variables, programar el robot moway, etc. En el capítulo siguiente se describirán algunas de estas opciones. Barra de herramientas de MowayWorld

16 16 La ventana de Flujo de Programa es donde el usuario colocará los módulos y los unirá con flechas, desarrollando el programa. Cuando se crea un nuevo proyecto, esta ventana sólo contiene el punto de inicio. En los diagramas de flujo siempre contamos con un punto de inicio desde el que comenzaremos el programa y desde el que partirá el flujo del mismo. En la parte izquierda del área de trabajo está la sección de Herramientas. Aquí están todos los módulos para controlar el robot moway: acciones de movimiento, comprobación de sensores, comunicación, etc. Los Módulos están agrupados según su tipo de función (Acciones, Sensores, Datos, Control de Flujo y Expansión). Las funciones de los módulos se describen en el capítulo siguiente. Ventana de flujo de programa Herramientas Por ejemplo, si quisiéramos encender los LEDs, debemos situar el ratón sobre el módulo de Luces, dentro del menú Acciones de moway. A continuación lo arrastramos y soltamos dentro de la ventana de Flujo de Programa. Si quisiéramos mover el robot moway, colocamos el ratón sobre la sección Movimiento dentro del menú

17 17 Acciones de moway. Entonces aparecen todos los módulos de movimiento y elegimos el que queremos. Menú de movimiento en las acciones de moway Una vez que se ha colocado los módulos del programa, debemos unirlos de forma secuencial por medio de flechas. Para colocar una flecha, se coloca el cursor sobre el primer módulo. Entonces aparecerán cuatro puntos rojos y blancos. Cursor sobre el módulo Se hace clic en la marca inferior y se arrastra el cursor al siguiente módulo, hasta que las marcas aparezcan. Cursor en el siguiente módulo

18 18 A continuación se une la flecha a la parte superior de este módulo. Unión con flecha Si quisiéramos crear un bucle, la flecha puede unirse desde un lado del bloque hasta la parte superior del mismo bloque. Aquí hay un ejemplo: Trazado de felcha para bucle Dentro de un diagrama de flujo podemos tener dos tipos de acciones: Procesos y Condiciones. Los Procesos son instrucciones que ejecutan una tarea del robot y no varían el flujo de programa. Son bloques de forma rectangular con un camino de entrada y uno de salida. Ejemplos de Procesos son: movimiento recto, encender un LED, realizar una suma, etc. Ejemplo de proceso

19 19 Las Condiciones son instrucciones que diversifican el flujo de programa en función de si su resultado es verdadero o falso. Son bloques de forma ovalada. Ejemplos de condiciones son: comprobar si hay un obstáculo, verificar si una variable es mayor o menor que un valor, etc. Ejemplo de condición En las condiciones se observa cómo el flujo de programa se divide entre el camino verdadero (marca verde) y el camino falso (marca roja) en función de la sentencia declarada en la condición. Los diagramas de flujo anteriores tienen un punto de Fin. El bloque conectado a este punto será el último del programa, que luego se terminará. El punto de Fin no siempre se utiliza. Por ejemplo, en los programas que consisten en un bucle continuo. Cuando en una condición uno de los flujos de programa vuelve sobre la condición inicial creamos un bucle. Un bucle o ciclo, en programación, es una sentencia que se realiza repetidas veces, hasta que la condición asignada a dicho bucle deja de cumplirse. En este ejemplo, el flujo de programa falso vuelve sobre una sentencia y luego sobre la misma condición. Por tanto, estamos repitiendo la primera sentencia hasta que la condición sea verdadera. Cuando esto suceda, el flujo de programa continuará hasta la segunda sentencia. Una vez descrita la programación con diagramas de flujo vamos a introducirnos en el desarrollo de prácticas con MowayWorld. Ejemplo de bucle

20 20 4. Prácticas 4.1 Práctica I. Movimiento de un robot En esta primera práctica vamos a familiarizarnos con los movimientos del robot. El robot moway dispone de dos motores independientes con control en lazo cerrado, conectados a cada una de las dos ruedas. Controlando el sentido de giro de los motores podemos conseguir que el robot avance, gire o retroceda. En la siguiente tabla se muestra el comportamiento del robot en función del sentido de los motores. También podemos hacer que el robot rote sobre sí mismo si invertimos el sentido de un motor respecto al otro. De esta forma el robot girará sobre su centro. Si modificamos la velocidad de los motores en los movimientos anteriores podemos lograr infinitas posibilidades en el movimiento del moway pudiendo trazar circunferencias, espirales, curvas, etc. Para la realización de esta práctica emplearemos el robot moway con su interfaz de programación MowayWorld, basado en diagramas de flujo. En esta primera práctica únicamente utilizaremos procesos, por lo que el flujo de programa será único sin condiciones.

21 21 El objetivo de este primer programa es lograr que un robot avance recto durante 2 segundos, luego gire sobre sí mismo 90 grados hacia la izquierda y más tarde avance 10 cm. Para ello haremos uso de los módulos de Movimiento en el menú de Acciones de moway. Para colocar un módulo, se coloca el cursor del ratón sobre el módulo deseado del panel de Herramientas, en la parte izquierda de la ventana principal. Después arrastramos y soltamos en la ventana de Flujo de Programa (panel blanco cuadriculado). Haciendo doble clic sobre los módulos podemos acceder a su configuración. El primer bloque será una pausa, que se encuentra en el menú Control de flujo Pausa. Seleccionamos el tiempo de espera hasta 2 segundos y pulsamos Aceptar. El segundo módulo será un movimiento recto de avance con una duración de dos segundos. Colocamos un nuevo módulo desde Acciones de moway Movimiento Recta. La velocidad del movimiento será 50. Seleccionaremos la opción Ejecutar durante tiempo constante de 2 segundos. Es importante seleccionar la opción no ejecutar la siguiente orden hasta que alcance el límite de tiempo, para que la ejecución del programa no continúe al siguiente módulo hasta haber completado el movimiento de 2 segundos. El siguiente paso será el giro de 90 grados a la izquierda. Para ello colocaremos un nuevo mó-

22 22 dulo desde Acciones de moway Movimiento Rotación. En la siguiente figura se muestra la configuración del módulo. Una vez el robot haya girado 90 grados hacia la izquierda, introduciremos el módulo de avance de 10 cm. En la imagen inferior se muestra la configuración del módulo.

23 23 El final del programa se establece con el módulo Fin, desde Control de flujo Fin. Una vez colocados los módulos del programa, los unimos secuencialmente mediante flechas. Para colocar las flechas, colocamos el ratón sobre el primer módulo, hacemos clic sobre los puntos rojos y blancos y arrastramos hasta el siguiente módulo. Para más información sobre la colocación de las flechas, referirse al capítulo anterior.

24 24 Al unir todos los módulos, el diagrama quedará como el de la imagen siguiente. Una vez finalizado el programa, lo grabaremos en el robot. Para conectar el moway al PC lo haremos a través del puerto USB que se encuentra en la parte trasera del robot. Cuando moway esté conectado al ordenador, pulsamos el botón de Programar moway, indicado en la imagen siguiente. Una vez programado, desenchufamos el robot y el programa comenzará su ejecución. Con esto hemos finalizado nuestra primera práctica. En esta práctica se han visto conceptos sobre la creación de diagramas de flujo y la programación de movimientos del robot. A partir de este primer proyecto se pueden realizar mejoras para ir familiarizándose con la programación del robot: Práctica Cambiar el ángulo de giro. Práctica Cambiar la velocidad de los movimientos. Práctica Realizar la rotación sobre una rueda en vez de sobre el centro. De esta manera una rueda permanecerá inmóvil mientras la otra realiza el giro.

25 25 Qué hemos aprendido Cómo el robot puede avanzar, retroceder y girar dependiendo del sentido de giro de ambas ruedas. Cómo realizar un diagrama de flujo sencillo. Cómo programar el robot. Nuevos retos Cambia el ángulo de giro para dar media vuelta. Prueba a cambiar la velocidad de los movimientos. Gira el robot sobre una de las ruedas en vez de sobre el centro. Comprueba lo que sabes 1. El robot gira sobre su centro cuando: a) Una rueda avanza y la otra retrocede b) Una rueda avanza y la otra está parada c) Ambas ruedas avanzan 2. Qué valor hay que poner en el bloque Pausa si queremos esperar 5 segundos? a) 0,05 b) 0,50 c) 5,00

26 Práctica II. Condiciones. El encierro En la práctica II se introduce el concepto de Condición dentro de un diagrama de flujo. Una condición es una operación que tiene un camino de entrada y dos de salida: uno si la condición es verdadera y otro si la condición es falsa. Para practicar las condiciones haremos uso de los sensores infrarrojos de línea. El objetivo de esta actividad es programar un robot que avanza continuamente hasta que se encuentre una línea negra. En ese caso realizará un giro de 126 grados y continuará su camino. Para el desarrollo de esta práctica haremos uso de la pista moway. El robot se colocará dentro del círculo negro y permanecerá encerrado. Si queremos detectar marcas en el suelo tendremos que utilizar los sensores de línea. El componente electrónico empleado es un CNY70 que lleva incorporado un emisor y un detector de infrarrojos. El emisor de infrarrojos es un diodo LED y el receptor es un fototransistor, es decir, un transistor que conduce corriente en función de la luz que incide sobre su base. Este tipo de sensores se suelen emplear en aplicaciones de escaneado de códigos de barras y medidores de velocidad de motores. Otra de sus aplicaciones en los productos de consumo es en los teléfonos móviles con grandes pantallas. En este caso el sensor se sitúa al lado de la pantalla para detectar cuando nos acercamos el teléfono para hablar. Cuando esto ocurre, el sensor lo detecta y el móvil apaga la pantalla para ahorrar batería. En este programa utilizaremos los sensores en modo digital (blanco o negro). Sin embargo, el robot moway puede realizar también lecturas analógicas para discriminar diferentes niveles de gris.

27 27 La superficie oscura hace que se refleje muy poca luz, teniendo un voltaje alto a la salida del sensor. Si la superficie es clara, la cantidad de luz reflejada es alta y por tanto el transistor se mantiene en saturación, con un nivel de tensión bajo a la salida. Colocaremos en primer lugar un módulo de pausa de 2 segundos al igual que en la primera práctica. En segundo lugar indicaremos la acción por defecto que será un avance recto indefinido a velocidad 50. El movimiento no está limitado, ya que el avance sólo se interrumpirá cuando se detecte una línea negra. El siguiente paso será colocar la condición del programa. Para ello, arrastramos y soltamos el módulo Sensores Línea. Haciendo doble clic, podemos acceder a la configuración de este módulo. Nos interesa detectar líneas negras, por tanto, seleccionaremos en ambas líneas el color Negro. Algunos de los módulos de Sensores permiten elegir entre las operaciones AND y OR. Si se selecciona la operación AND, la condición será verdadera si todos los sensores cumplen la condición establecida. En cambio, si se selecciona la operación OR, la condición será verdadera si alguno de los sensores cumple la condición. En este ejemplo, si uno de los sensores (izquierdo o derecho) cumple la condición (es decir, detecta la línea negra), la condición del módulo es verdadera. En una condición tenemos dos caminos de salida: uno para el caso de que la condición sea verdadera y otro si es falsa. En la condición anterior, si uno de los sensores de línea detectase un color negro, el camino que tomaría el programa sería el de verdadero. Si no es así, tomaría el falso. Por tanto, el camino verdadero nos conduciría a un módulo de giro de 126 grados. Si en cambio el resultado es falso, deberíamos continuar avanzando recto. Colocamos entonces el siguiente módulo de rotación de 126 grados. En la siguiente figura tenemos la configuración necesaria.

28 28 Para terminar el programa debemos unir los diferentes procesos y condiciones. Cuando unimos el módulo de condición con el siguiente módulo, la primera flecha que aparece es la condición verdadero y está representada con la marca color verde. Unimos esta flecha al módulo de Rotación, ya que es la acción deseada si el robot detecta una línea negra. Trazamos otra flecha desde la condición, la cual indicará el camino falso y esta vez lo unimos con el módulo anterior de Movimiento Recto. Si el robot no ve una línea negra continuará avanzando recto.

29 29 Finalmente unimos el módulo de Rotación con el módulo de Movimiento Recto, ya que una vez terminado el giro el robot continuará avanzando recto. En esta práctica se introduce el concepto de bucle, que es una parte del programa que se repite de forma secuencial mientras se cumple una condición. En este caso el bucle es infinito, ya que el programa se repite indefinidamente. Por esta razón, no hemos colocado un Fin de programa. A partir del proyecto se pueden realizar mejoras para ir familiarizándose con la programación del robot: Práctica Cambiar el ángulo de giro. Práctica Cambiar la velocidad de los movimientos. Práctica Encender los indicadores luminosos al encontrar la línea y apagarlos una vez concluido el giro.

30 30 Para ello debemos incluir un módulo de Luces Acciones de moway Luces y configurarlo para encender los LEDs antes de comenzar el giro, luego rotar y una vez finalizada la rotación, apagarlos. El módulo de Luces permite también hacer parpadear los LEDs. Práctica Cambiar las líneas por paredes y utilizar los sensores de obstáculos. De este modo haremos que el robot avance hasta que ve un obstáculo. En ese momento dará la vuelta. Para realizar este programa utilizaremos la lógica anterior pero de manera inversa. Programaremos el robot para que mientras no detecte obstáculos continúe recto. Si hay algún obstáculo (la condición de no hay obstáculos es falsa) realiza la rotación. La operación AND debe ser seleccionada. Tabla de verdad de p AND q : Tabla de verdad de p OR q :

31 31 Qué hemos aprendido Cómo funcionan los sensores de línea de moway. Qué es un bloque condicional. Qué diferencia hay entre las operaciones AND y OR. Qué es un bucle. Nuevos retos Prueba a cambiar el ángulo de giro. Haz que el robot encienda los LEDs cuando detecte la línea negra. Cambiar las líneas por paredes y utilizar los sensores de obstáculos. De este modo haremos que el robot avance hasta que ve un obstáculo. En ese momento dará la vuelta. Comprueba lo que sabes 1. Cuando los sensores trabajan en modo digital, qué colores detecta? a) Diferentes niveles de gris b) Blanco y negro 2. Si quisiéramos que el robot gire sólo cuando sus dos sensores detecten la línea negra, cómo tendríamos que configurar el bloque Línea? a) Con la opción AND b) Con la opción OR. 3. Por qué un bloque condicional tiene dos salidas?

32 Práctica III. El sensor de luz Una vez conocido el sensor de línea y el sensor de obstáculos en la práctica anterior, vamos a introducir el sensor de luz ambiente. Este sensor nos proporciona la cantidad de luz (de 0 % a 100%) recibida a través de la apertura con forma de media luna en la parte superior del chasis. Al estar orientada hacia delante permite conocer dónde está situada la fuente de luz y actuar en consecuencia. El sensor es un fotodiodo APDS9102. Un fotodiodo es una unión PN (diodo) que varía su comportamiento en función de la cantidad de luz que incide sobre él. Estos componentes son muy usados en los productos de consumo. Por ejemplo, los teléfonos móviles y ordenadores portátiles suelen incluir un fotodiodo para detectar la luz ambiente y ajustar el brillo de la pantalla. El sensor de luz de moway es un sensor analógico. Una señal analógica es un tipo de señal continua y variable en amplitud y periodo que es generada por algún tipo de fenómeno electromagnético. En la imagen siguiente vemos la diferencia entre las señales digitales que hemos empleado antes (línea negra o blanca, obstáculo sí/no) y la señal analógica del sensor de luz. El objetivo de esta tercera práctica va a ser el reproducir de una manera aproximada un conocido juego infantil. Diseñaremos un robot que cuando las luces estén encendidas permanecerá quieto. En el momento en el que la luz se apague el robot comenzará a desplazarse con el LED superior rojo parpadeando hasta que la luz vuelva a encenderse. Para comenzar el programa introducimos una pausa de 2 segundos. En segundo lugar introducimos la condición de esta práctica. La condición empleada será Datos Comparar Luminosidad. Vamos a comparar el sensor de luminosidad para ver si supera un determinado umbral. En la práctica se ha colocado un valor de 30 como umbral, sin embargo, en función del entorno en el que nos encontremos este valor puede variar.

33 33 La condición la hemos configurado para que siga el camino verdadero cuando el valor del sensor de luz sobrepase el 30%. En este caso el robot estará parado esperando que las condiciones cambien, por tanto, introduciremos un módulo detención Acciones de moway Movimiento Detener. En el camino falso (si la luminosidad está por debajo de 30%), colocaremos dos módulos: uno para hacer parpadear el diodo LED rojo superior y otro con un movimiento de avance a velocidad 100. Para configurar el parpadeo del LED seleccionamos el módulo Acciones de moway Luces. Una vez introducidos los módulos y condiciones unimos con flechas el programa que queda configurado como en la imagen inferior.

34 34 A partir del proyecto se pueden realizar mejoras para profundizar en la programación del robot: Práctica Cambiar la velocidad del movimiento y el umbral de luminosidad. Práctica Hacer parpadear el LED verde mientras el robot está detenido. Práctica Cambiar el movimiento recto por movimiento en zig-zag.

35 35 Qué hemos aprendido Qué es un sensor de luz. Qué es una señal analógica. Cómo comparar el valor de un sensor con otro valor. Nuevos retos Cambia el umbral de luminosidad, es decir, el valor con el que se compara el sensor. Haz que el LED verde parpadee cuando el robot esté parado. Intenta que el avance se haga en zigzag. Comprueba lo que sabes 1. Una señal analógica puede tener diferentes valores entre un rango, mientras que una señal digital puede tener sólo dos valores. a) Verdadero b) Falso 2. El sensor de luz es un sensor: a) Digital b) Analógico 3. Cómo configuramos el bloque Luminosidad para comprobar si en nivel de luz detectado es menor del 50%? a) Luminosidad >= 50 b) Luminosidad < 50 c) Luminosidad <> 50

36 Práctica IV. Seguidor de línea En la siguiente práctica haremos uso de las condiciones y los módulos de movimiento al igual que en actividades anteriores. Sin embargo, en esta práctica veremos condiciones anidadas, esto es, condiciones en las cuales un camino de salida nos lleva a otra condición. Como entorno para el desarrollo de la práctica podemos utilizar la pista moway empleada en la práctica II. Para desarrollar un programa que siga la línea, la estrategia que debemos adoptar es la de intentar que el robot vaya avanzando sobre el contraste entre la zona blanca y negra. De esta manera uno de los sensores de línea estará sobre la zona blanca y el otro sobre la línea negra. En este caso intentaremos que el sensor izquierdo de moway se sitúe sobre la zona blanca y el sensor derecho sobre la zona negra. Según el valor de los sensores de línea tenemos cuatro estados diferentes y según el estado, el robot deberá realizar una acción diferente: Sensor izquierdo Sensor derecho Acción Blanco Blanco Negro Blanco Continuar recto. Nos encontramos en la posición correcta Giro a la derecha. Nos hemos desviado hacia la izquierda Negro Negro Giro a la izquierda. Estamos dentro de la línea Negro Blanco Giro a la izquierda. Estamos en el otro extremo de la línea

37 37 Una vez analizados los cuatro estados comenzamos con la creación del diagrama. El primer bloque será un módulo de pausa de 2 segundos. En segundo lugar colocaremos las cuatro condiciones explicadas en la tabla anterior. En las imágenes siguientes se muestra dichas condiciones.

38 38 Una vez situadas las condiciones, introduciremos las acciones asociadas a cada una de ellas. En el primer caso y según la tabla superior, la acción a realizar será un movimiento de avance recto. En la segunda condición (blanco, blanco) realizaremos un giro a la derecha. En las condiciones restantes realizaremos un giro a la izquierda. En las imágenes se muestra la configuración de los módulos.

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40 40 Es importante resaltar que en este programa todas las rotaciones se realizan sobre la rueda y no sobre el centro. Rotar sobre el centro equivale a avanzar con un motor y retroceder con el otro. Si utilizásemos esta rotación, el robot no avanzaría a lo largo de la línea, se quedaría en el mismo sitio. Ya sólo nos queda unir con flechas los diferentes módulos y condiciones. El camino verdadero de las condiciones se unirá al módulo de movimiento asociado a cada una de ellas. El camino de salida de los módulos volverá al principio del bucle. Esto se puede hacer uniendo cada módulo de movimiento con el primer módulo condicional. Sin embargo el camino falso se unirá a la siguiente condición. La última condición tendrá un camino de vuelta hasta la primera condición.

41 41 A partir del proyecto se pueden realizar mejoras en el programa para profundizar en la programación del robot: Práctica Cambiar la velocidad de los movimientos. Práctica Modificar los movimientos según el recorrido. Ejemplo: movimientos más suaves (uso del módulo curva) si la pista no tiene giros muy pronunciados. Práctica Encender los LEDs cuando el robot detecte un determinado valor en los sensores.

42 42 Qué hemos aprendido Qué son las condiciones anidadas. Cómo seguir una línea negra gracias a los dos sensores de línea de moway. Nuevos retos Cambia la velocidad de los movimientos para conseguir un seguidor de línea más rápido. Cambia el modo de rotación al centro del robot y comprueba lo que ocurre. Mejora o empeora el funcionamiento? Comprueba lo que sabes 1. Con qué modo de rotación el robot es capaz de avanzar mientras gira? a) Rotación sobre una rueda b) Rotación sobre el centro 2. El seguidor de línea funcionaría usando solo un sensor de línea?

43 Práctica V. Variables Vamos a comenzar ahora a trabajar con variables. Una variable es un dato del programa que puede cambiar de valor a lo largo de la ejecución. Estas variables se podrán crear desde la Barra de Herramientas. A continuación se debe declarar un nombre y un valor inicial para esta variable. Además, algunos módulos permiten crear una variable directamente desde el módulo. Esta opción se utilizará en este ejercicio. Una variable puede ser utilizada para almacenar el valor de un sensor. Por ejemplo podemos almacenar el valor del sensor de luz y temperatura. También podemos emplear los sensores de línea o de obstáculos, que antes hemos utilizado en modo digital, como sensores analógicos. En el caso de los sensores de obstáculos podemos medir la distancia a la que tenemos el objeto y de esta manera comprobar si nos acercamos o nos alejamos de los objetos. Las variables también pueden ser utilizadas como parámetros de los módulos de movimiento. Podemos configurar la velocidad de un movimiento con el valor de una variable. Combinando el almacenamiento del valor de un sensor junto con el uso de una variable como parámetro de un módulo, podemos programar aplicaciones como un robot que avance más rápido o lento en función de la luz ambiente. Por ejemplo, cuando el robot entra en un túnel con menos luz reduce su velocidad para prevenir accidentes.

44 44 El programa se inicia asignando el valor del sensor de luz a una variable. De este modo utilizamos el módulo Datos Asignar variable Luminosidad y seleccionamos la opción Crear Variable. Llamamos a la variable LightValue, que almacenará el valor del sensor de luz. A continuación, asignamos este valor de la variable a la velocidad del robot. Esto se logra mediante la asignación de la variable LightValue al campo velocidad de las ruedas del módulo de movimiento recto.

45 45 Tenemos que revisar continuamente el valor del sensor de luz con el fin de cambiar la velocidad de moway cada vez que la luminosidad de la habitación varía. Por este motivo, el programa se ejecuta en un bucle. Práctica Encender el LED frontal cuando el valor del sensor de luz es menor que un cierto valor, utilizando el módulo Acciones de moway Luces.

46 46 Qué hemos aprendido Qué es una variable y para qué puede ser útil. Cómo asignar el valor de un sensor a una variable. Cómo usar una variable para modificar la velocidad del movimiento. Nuevos retos Enciende el LED frontal del robot cuando haya oscuridad. Comprueba lo que sabes 1. Si el programa no fuese un bucle, es decir, si acabase en un bloque Fin, el valor del sensor cambiaría? 2. Por qué es necesario el uso de una variable en este programa? a) Para detectar el nivel de luminosidad y avanzar si está oscuro b) Para poder variar la velocidad de avance dependiendo del nivel de luminosidad.

47 Práctica VI. Acelerómetros. Aparcando al toque En la práctica siguiente emplearemos el acelerómetro integrado en el robot moway. El MMA7455L de Freescale es un acelerómetro de tres ejes con comunicación I2C/SPI con un rango de detección de aceleraciones de 2g a 8g (g = aceleración de la gravedad 9,8 m/s2). El principio de operación de los acelerómetros e inclinómetros de tecnología MEMS está basado en el traspaso térmico por convección natural. Estos dispositivos miden cambios internos de la transferencia de calor causada por la aceleración, ofreciendo ventajas significativas sobre el empleo de una estructura tradicional sólida basada en elementos mecánicos. Midiendo aceleraciones podemos medir la acción de la gravedad para saber si el robot está inclinado o si está sobre un suelo llano. También podemos medir variaciones bruscas de velocidad, como las provocadas por un choque o un golpe externo. En la imagen se muestra los diferentes ejes en los que podemos medir aceleraciones y su signo. El acelerómetro nos devuelve una señal analógica en cada eje. Una aceleración de valor 0 se corresponde con una valor de 127 en la variable de MowayWorld. Valores por debajo de 127 corresponderán a aceleraciones negativas y superiores a 127 corresponderán a aceleraciones positivas.

48 48 En esta práctica vamos a utilizar el acelerómetro para detectar aceleraciones en el eje y, para detectar un choque en la parte de atrás del robot cuando retrocede. Mientras el robot se mueve a velocidad constante la aceleración del robot será aproximadamente cero. En el momento en el que el robot se choque experimentará una aceleración en el eje y. Esta aceleración es positiva debido a que la velocidad varía de un valor negativo (marcha atrás) a un valor positivo (cero). Por tanto, la variación de velocidad (aceleración) es positiva. Diseñaremos un programa que emplea los sensores de obstáculos delanteros para retroceder cuando encontramos un obstáculo frontal y el acelerómetro para detectar choques en la parte trasera. Para guardar el valor del acelerómetro es necesario crear una variable. En este caso, dicha variable se crea desde la barra de tareas, aunque también es posible crearla en el propio módulo de lectura del sensor. El nombre de la variable es AcelY.

49 49 El programa comienza con el robot avanzando en línea recta. Si los sensores de obstáculo detectan un obstáculo, el sentido del movimiento cambia, por lo que moway retrocede. A continuación se muestra esta parte del programa.

50 50 Una vez que cambiamos de dirección introducimos una pausa de 200 ms para que las variaciones de velocidad asociadas al cambio de dirección no se confundan con el choque del robot.

51 51 Para la detección del choque hemos seleccionado un valor de 150, lo que equivale a +23 en el la aceleración del eje y. Este valor dependerá del robot y de los obstáculos elegidos y deberá ser ajustada. Este programa hará que el robot alterne avances y retrocesos de manera secuencial.

52 52 Para conseguir más flexibilidad a la hora de programar, es útil crear una variable para facilitar el ajuste del valor de aceleración. Para ello se emplea el módulo Datos Asignar Variable Valor, en el cual se crea la variable AcelConst de valor 150. El valor del acelerómetro se comparará con la nueva variable creada. Si el valor tiene que ser ajustado, se puede hacer en el primer módulo (Asignar Variable). Práctica Modificar el programa para utilizar el acelerómetro también en los obstáculos delanteros.

53 53 Qué hemos aprendido Qué es un acelerómetro. Cómo detectar si el robot se ha chocado. Nuevos retos Modifica el programa para usar el acelerómetro también para choques frontales, en vez de usar los sensores de obstáculos. Comprueba lo que sabes 1. Qué valor del acelerómetro corresponde con una aceleración nula (0g)? a) 0 b) 127 c) Es necesaria la pausa de 200ms? a) Sí, para evitar que la aceleración causada por el cambio de dirección sea detectada por el acelerómetro b) No es necesaria, el programa funcionaría igual 3. Para detectar el choque, sería conveniente usar el bloque Golpe? a) Sí, porque detectaría el golpe al chocarse b) No, porque este bloque detecta choques en cualquiera de los ejes, y en este caso sólo nos interesa el eje y

54 Práctica VII. La Copia En esta práctica se va a introducir el uso del Módulo de Radiofrecuencia moway. Este módulo permite al robot moway comunicarse con otros robots y con el PC. Como punto de partida utilizaremos el programa de la práctica II: El encierro. El propósito de la práctica es utilizar dos moways de manera que uno se quede encerrado en un recinto y el otro repita los movimientos que realiza el primer moway. El robot moway 1 se situará dentro de una superficie blanca delimitada por una línea negra y el segundo robot se situará al lado del primer robot fuera del recinto, como se muestra en la imagen adjunta. El robot moway avanzará en línea recta hasta encontrar una línea negra. En ese caso avisará por radiofrecuencia al otro moway de que ha encontrado una línea y rotará 126 grados. Una vez termine el movimiento continuará recto. El segundo robot lo que hará es avanzar recto hasta que reciba la orden de girar por radiofrecuencia. En ese caso rotará 126 grados y continuará avanzando recto. Para el desarrollo de prácticas con radiofrecuencia es necesario utilizar el módulo de expansión de RF. Este módulo se conecta en la parte superior de los dos robots moway que utilizaremos en la práctica, como se aprecia en la imagen adjunta. Trabajar con los módulos de RF es muy sencillo para el alumno ya que sólo hay que introducir algunos conceptos como el canal y la dirección. El canal dentro de la comunicación RF es similar al concepto de una emisora de radio. Si se desea escuchar una emisora es necesario sintonizar su frecuencia. Por lo tanto si queremos que dos robots hablen entre sí deben estar en el mismo canal, deben sintonizar la misma frecuencia.

55 55 El concepto de dirección se asemeja al de los números de teléfono. Cuando queremos hablar con una persona marcamos su número de teléfono. De la misma manera si un robot moway desea enviar información a otro, deberá marcar su número de teléfono, es decir, su dirección. Comencemos entonces con la programación del primer robot. Este robot tendrá el mismo comportamiento que el robot de la práctica II con la introducción de la comunicación por RF. En primer lugar es necesario añadir el módulo de Expansión Comunicaciones Comenzar. En este módulo debemos seleccionar el canal y la dirección. Recordamos que para que dos robots se comuniquen deben estar en el mismo canal y tener una dirección cada uno. Si en un aula se trabaja con diferentes grupos sería conveniente asignar diferentes canales a cada uno de los grupos para evitar interferencias. En este caso seleccionaremos el canal 0 y la dirección 1 para el robot moway encerrado. Una vez configurado el módulo de radiofrecuencia introduciremos el bucle de la práctica II: el robot avanza recto y si observa en sus sensores la línea negra, pasa a la siguiente instrucción.

56 56 En este caso añadiremos una condición de Expansión Comunicaciones Enviar. Esta acción del robot es la que se emplea para enviar información de un robot a otro. Se trata de una condición, ya que el envío de datos se puede realizar o no, esto es, la información que enviamos al destino puede ser o no ser recibida por el destinatario. Por lo tanto, si no es recibida (camino falso) reintentamos la transmisión y si por el contrario la información se recibe (camino verdadero), realizamos la rotación de 126 grados y continuamos nuestro camino. En la condición se configura la dirección de destino con un 2, que será la dirección del segundo robot. El dato a enviar será un 8, que es el dato que hemos definido para realizar el giro. En el segundo robot analizaremos los datos recibidos y si recibimos un 8 realizaremos la rotación.

57 57 Una vez finalizado el programa del primer robot, lo guardamos y lo descargamos en uno de los robots. La programación del segundo robot tendrá una estructura similar. En este caso el robot avanzará recto siempre que no se reciba un dato 8 por radiofrecuencia. Si se recibe, entonces el robot realiza un giro de 126 grados. En un primer paso configuramos el segundo robot en el canal 0 y con la dirección 2. El siguiente paso será colocar la condición de Recibir RF. Esta acción, de forma análoga a la de Transmitir RF, es una condición cuyo resultado es falso si no se ha recibido ningún dato y verdadero si se ha recibido información. El módulo se encuentra en Expansión Comunicaciones Recibir.

58 58 La información recibida se debe almacenar de alguna forma. Para almacenar esa información se utiliza el concepto de variable. Crearemos dos variables origin y datarf. Dichas variables pueden ser creadas bien desde la barra de herramientas, o bien desde el propio módulo, como se muestra a continuación.

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60 60 El módulo Recepción RF queda configurada como en la imagen inferior, para que la dirección del emisor de la información se guarde en la variable origin y el primero de los datos recibidos se almacene en la variable datarf. El dato enviado por el primer robot era un 8, por lo tanto, comprobaremos que el dato recibido en el segundo robot es un 8. Para ello, utilizaremos la condición Datos Comparar Variable. Para ello seleccionamos la variable datarf, la condición == y un valor constante 8. Si la condición se cumple (datarf = 08) entonces realizaremos una rotación de 126 grados. Sin embargo, si es falsa volveremos al principio de bucle.

61 61 Por otro lado, en la condición de Recepción RF, si no hemos recibido ninguna información entonces continuamos avanzando recto. Una vez terminado el segundo programa, lo guardamos y lo descargamos en el robot. Ahora estamos listos para encender los robots, el robot 1 dentro del recinto y el robot 2 fuera. En esta práctica hemos trabajado con los sensores de línea y hemos introducido el módulo de radiofrecuencia así como el uso de variables. A partir del proyecto se pueden realizar mejoras en el programa para profundizar en la programación del robot: Práctica Encender los LEDs mientras el robot está realizando un giro. Práctica Modificar el programa para que utilice los sensores de obstáculos en vez de los de línea. Práctica Añadir un nuevo seguidor. Hacer que dos robots copien el movimiento del primer moway.

62 62 Qué hemos aprendido Cómo funciona la comunicación por radiofrecuencia. Qué es el canal y la dirección. Cómo comunicar dos robots moway por radiofrecuencia. Nuevos retos Encender los LEDs mientras el robot está realizando un giro. Modificar el programa para que utilice los sensores de obstáculos en vez de los de línea. Añadir un nuevo seguidor. Hacer que dos robots copien el movimiento del primer moway. Comprueba lo que sabes 1. Cómo hay que configurar los robots para comunicarse por RF? a) Ambos con la misma dirección y cada uno con su propio canal b) Ambos con el mismo canal y cada uno con su propia dirección c) Cada uno con su propia dirección y su propio canal 2. Es necesario enviar el dato 8 en cualquier programa para realizar un giro? a) Sí b) No. Se puede definir cualquier dato para realizar cualquier acción, siempre y cuando ambos robots lo incluyan en su programa

63 Práctica VIII. Altavoz En esta práctica se empleará el altavoz interno de moway para advertir de la distancia a un obstáculo. El altavoz permite reproducir sonidos desde 250Hz hasta 5 6KHz. En este ejercicio, cuanto más cerca se encuentre el robot del obstáculo, mayor será la frecuencia del sonido emitido por el altavoz. Empezamos comparando el sensor de obstáculos central derecho con un valor constante de 80. Si el valor del sensor es mayor que 80, significa que el obstáculo está muy cerca y por tanto, la frecuencia del sonido emitido será alta (por ejemplo, 2190Hz). El módulo para activar el altavoz se encuentra en Acciones de moway Sonido Activar. Si el obstáculo está algo más alejado que en el caso anterior (es decir, si el valor del sensor es menor de 80 y mayor que 60), la frecuencia del sonido será más baja (por ejemplo, 1220Hz).

64 64 El resto de valores se explican a continuación. Si el valor del sensor es menor que 60 y mayor que 40, la frecuencia del sonido será 732Hz. Si el valor del sensor es menor que 40 y mayor que 20, la frecuencia del sonido será 488Hz. En caso de que el obstáculo esté muy lejos del robot, el altavoz deja de emitir el sonido. Esto se consigue gracias al módulo Acciones de moway Sonido Detener. Para completar el bucle del programa, las flechas que salen desde los módulos Altavoz son conectadas al primer bloque condicional.

65 65 El diagrama completo es el siguiente. Práctica Añadir más resolución y frecuencias al sensor de obstáculos. Por ejemplo, comprobar el valor del sensor en intervalos de 10.

66 66 Qué hemos aprendido A detectar la distancia medida por los sensores de obstáculos. A emitir sonidos con el altavoz interno de moway. Nuevos retos Añadir más resolución y frecuencias al sensor de obstáculos. Por ejemplo, comprobar el valor del sensor en intervalos de 10. Comprueba lo que sabes 1. Cuál es la unidad de medida de la frecuencia? a) Hercios (HZ) b) Decibelios (db) 2. Un sonido es agudo si su frecuencia es: a) Alta (muchos hercios) b) Baja (pocos hercios) 3. Qué se consigue exactamente con el bloque Comparar Obstáculo? a) Detectar si hay un obstáculo o no b) Obtener la distancia a la que se encuentra un obstáculo c) Comparar el valor de uno de los sensores de obstáculos con otro valor 4. Qué comparación es la correcta si queremos que la salida del boque Comparar Obstáculo sea verdadera cuando el valor del sensor sea igual a 20? a) sensor == 20 b) sensor <> 20

67 Práctica IX. Defensor / Luchador En esta práctica se combinará el ejercicio de El Encierro de la Práctica II con el uso de los sensores de obstáculos de moway. Para realizar este ejercicio se empleará la Pista moway para prácticas. El robot permanecerá encerrado en el interior del círculo negro mientras expulsa los objetos colocados en su interior. La primera parte del programa consiste en mantener el robot dentro del círculo. La lógica es similar a la de la práctica del Encierro. Se comprueba si los sensores de línea detectan la línea negra del círculo. Si es así (condición verdadera), moway realiza un giro de 144 grados para no salirse del círculo. Por el contrario, si no se detecta el círculo (condición falsa), el robot continúa avanzando recto. La segunda parte del programa se encarga de la detección de obstáculos y de expulsarlos fuera del círculo. A continuación se explica su funcionamiento. El primer módulo condicional comprueba si alguno de los sensores de obstáculo centrales (derecho o izquierdo) ha detectado un objeto. Si es así, el LED frontal parpadea y el programa vuelve al principio. Por tanto, si el robot no ha llegado al círculo negro, avanzará recto y empujará el objeto fuera del círculo. En este módulo condicional se selecciona la opción OR.

68 68 El segundo módulo condicional comprueba si el sensor de obstáculos izquierdo detecta un objeto. Si es así, moway gira 10 grados a la izquierda para enfrentarse con el obstáculo.

69 69 El tercer módulo condicional comprueba si el sensor de obstáculos derecho detecta un objeto. Si es así, moway gira 10 grados a la derecha para enfrentarse con el obstáculo.

70 70 El diagrama completo es el siguiente. Práctica Si se graba este programa en 2 moways, lucharán dentro del círculo negro. El robot que empuje a su oponente fuera del círculo, gana la pelea.

71 71 Qué hemos aprendido Combinar los bloques de Línea y Obstáculos para hacer prácticas más completas. Usar los 4 sensores de obstáculos de moway para encontrar objetos. Nuevos retos Si se graba este programa en 2 moways, lucharán dentro del círculo negro. El robot que empuje a su oponente fuera del círculo, gana la pelea. Comprueba lo que sabes 1. Qué haría el robot si la detección de línea negra se hiciera de la siguiente forma? a) Giraría pero no avanzaría. b) Avanzaría pero no giraría. c) El funcionamiento es el mismo.

72 Práctica X. Laberinto En esta práctica, el robot moway tiene que salir de un laberinto. Este laberinto consiste en pasillos rectos y giros de 90 grados, formados por paredes. Puede estar construido por cartones o cajas. En la imagen siguiente se muestra un ejemplo de laberinto. El robot avanzará siguiendo las paredes del laberinto, usando los sensores de obstáculos laterales para comprobar la distancia a las mismas. Si moway está muy cerca de una pared corregirá su trayectoria para evitar chocarse contra ella. Cuando moway detecta que hay una pared en frente, el robot primero gira 90 grados a la izquierda. Una vez que ha girado, si no se detecta otra pared en frente, el robot continúa avanzando.

73 73 Sin embargo, si detecta una pared en frente, significa que no es el camino correcto, por lo que da media vuelta (gira 180 grados) y continúa avanzando. El programa comienza con el módulo Acciones de moway Movimiento Recta. Después se comprueba los sensores de obstáculos laterales para seguir a lo largo de las paredes del laberinto. Si el sensor izquierdo se activa, el robot está muy cerca de la pared izquierda y tiene que girar a la derecha para evitar chocarse. Si el sensor izquierdo no está activo, se comprueba el sensor derecho. Si éste esta activo, el robot gira a la izquierda. Ambas rotaciones tienen activada la opción de ejecutarse continuamente.

74 74 Una vez que la detección de las paredes se ha realizado, moway comprueba si hay una pared en frente por medio de los sensores de obstáculo centrales. Si cualquiera de ellos (opción OR activada) detecta una pared, el robot gira a la izquierda 90 grados. Entonces, si no detecta otra pared significa que el camino está libre y moway avanza. Para ello, el programa vuelve al inicio. En cambio, si una vez realizado el giro a la izquierda se detecta una pared con los sensores frontales, significa que el camino está cortado y que tiene que dar media vuelta. En este caso, se realiza un giro a la derecha de 180 grados.

75 75 Una vez que moway ha encontrado el camino correcto, el robot continúa avanzando. El programa vuelve al principio.

76 76 Qué hemos aprendido Un algoritmo para resolver laberintos. Nuevos retos Realizar un algoritmo diferente para resolver el laberinto. Por ejemplo, usar uno de los sensores laterales para seguir una pared. Comprueba lo que sabes 1. Se podría usar este algoritmo si el laberinto estuviese dibujado con líneas negras en vez de ser paredes?

77 Práctica XI. Estación de datos remota En esta práctica vamos a emplear el módulo RFUSB para la comunicación de un robot moway con el PC empleando MowayWorld. El programa consiste en enviar un comando desde el PC al moway y cuando es recibido, el robot envía el valor del sensor de luz al PC. Este valor se muestra en la ventana de Comunicaciones de MowayWorld. En la práctica VII (La copia) se empleó el módulo RF y se describió los conceptos de canal y dirección. En el caso del PC, el módulo RFUSB funciona igual que si fuera un robot moway. Es un nodo más de la red, al cual hay que asignar una dirección y el canal en el que va a funcionar. El envío y recepción de los datos se realiza por medio de la ventana de Comunicaciones, la cual se muestra pulsando en botón indicado a continuación. El robot esperará a recibir un mensaje de RF desde el ordenador. Si este mensaje contiene el comando elegido para pedir el valor del sensor de luz, el robot moway enviará dicho valor. El programa comienza configurando el módulo RF de moway con la dirección 1 y el canal 0.

78 78 Después se configura el módulo de recepción Expansión Comunicaciones Recibir para guardar el comando recibido desde el ordenador en una variable, llamada Command.

79 79 El programa espera en un bucle a recibir el mensaje RF desde el ordenador. Una vez que es recibido, la condición es verdadera y entonces el dato recibido es comparado con el comando esperado. En este caso, se ha elegido un valor de 10 para el comando de lectura de sensor de luz. Si el comando no es el esperado, el programa vuelve para recibir el siguiente mensaje RF. Sin embargo, si el comando es 10, el robot lee el sensor de luz. Esto se realiza por medio del módulo Datos Asignar Variable Luminosidad. Para guardar el valor del sensor, se crea la variable LightVal. Una vez que se ha guardado el valor del sensor de luz en la variable LightVal, este valor se envía al PC por medio del módulo Expansión Comunicación Enviar. El mensaje RF es enviado a la dirección del ordenador, en este caso 2. Por tanto, al campo de Dirección del receptor se asigna un valor de 2. El valor del sensor se asigna al campo Dato 0 de los datos enviados.

80 80 Si el mensaje RF es enviado correctamente al PC, el programa vuelve a esperar el siguiente mensaje. Si no es así, el sensor es leído de nuevo y el robot intenta enviar el nuevo valor. Una vez que el programa está terminado, se graba el robot y se conecta el RFUSB a uno de los puertos del ordenador. En la ventana de comunicaciones se configura el PC con la dirección 2 y el canal 0, y se pulsa el botón Iniciar. La dirección del robot es 1, a la cual el PC enviará los mensajes RF. Por tanto, la Dirección del receptor debe ser 1.