Arquitectura de Lego Mindstorms

Existen múltiples sistemas y fabricantes de robots. En el plano educativo destaca la propuesta de LEGO MINDSTORMS, que nosotros usaremos y programaremos en el aula de Tecnología.

En la imagen podemos observar los sensores, la unidad de control y los servomotores que hacen de actuadores.

Además de los componentes anteriores, que son básicos, necesitamos otros materiales para construir la propia estructura del robot. En el caso de LEGO Mindstorms utiliza piezas de la serie Technic de LEGO.

1. La unidad de control

El ladrillo NXT es el cerebro del robot de LEGO® MINDSTORMS®. Es un ladrillo de LEGO controlado por ordenador que aporta un comportamiento programable, inteligente y de toma de decisiones.

La programación de la unidad de control NXT se realiza generalmente por medio de programas específicos. Existen diferentes programas para realizar esta tarea pero nosotros usaremos el NXT-G de LEGO.

Los sensores

Sensor táctil

El sensor táctil es un interruptor: puede presionarse, liberarse o ambas.


Sensor de ultrasonidos

El sensor ultrasónico le permite al robot ver y reconocer objetos, evitar obstáculos, medir distancias y detectar movimiento.

El sensor ultrasónico utiliza el mismo principio científico que los murciélagos: mide la distancia calculando el tiempo que demora una onda de sonido en golpear un objeto y volver, al igual que un eco.

El sensor ultrasónico mide la distancia en centímetros y pulgadas. Es capaz de medir distancias de 0 a 2,5 metros con una precisión de +/- 3 cm.

Objetos de gran tamaño con superficies duras proporcionan las mejores lecturas. Objetos hechos con telas suaves, con objetos curvados (por ejemplo una pelota) o con objetos muy delgados y pequeños pueden dificultar la obtención de lecturas del sensor.

Sensor de sonido

El sensor acústico detecta el nivel de decibelios: la suavidad o intensidad de un sonido. El sensor acústico detecta dB y dBA. Los dBA miden los sonidos que el oído humano es capaz de oír. Los dB miden son todos los sonidos existentes, incluyendo los sonidos demasiado altos o bajos para el oído humano. El sensor acústico puede medir los niveles de presión acústica hasta 90 dB, cerca del nivel de una máquina cortacésped.

Las lecturas del sensor acústico en el LEGO® MINDSTORMS® NXT se muestran en el porcentaje [%] de sonido que el sensor es capaz de leer. A modo de comparación, entre 4 y 5 % es similar a una sala en silencio y entre 5 y 10 % es cerca del nivel de alguien hablando a cierta distancia. De 10 a 30 % es una conversación normal cerca del sensor o música que se reproduce a un nivel normal y un nivel entre 30 y 100 % representa un intervalo desde personas gritando hasta música reproduciéndose a volúmenes altos. Estos intervalos se asumen a una distancia de 1 metro aproximadamente entre la fuente del sonido y el sensor acústico.

Sensor de luz

El sensor fotosensible le permite al robot distinguir entre luminosidad y oscuridad, para obtener la lectura de la intensidad de luminosidad en una habitación y para medir la intensidad de luminosidad sobre superficies de colores.

En el gráfico de la derecha podemos ver la diferencia entre los colores que vemos nosotros y lo que el robot ve utilizando el sensor fotosensible.

Conexión de los sensores

Los sensores pueden conectarse en cualquier puerto de entrada numerado del 1 al 4. Cualquier cable excepto el cable conversor (para lámparas) puede utilizarse para conectar los sensores.

La configuración predeterminada utilizada para los programas de prueba en el NXT y para muchos programas de muestra en el software de LEGO NXT-G es la siguiente:

  • Puerto 1: Sensor táctil
  • Puerto 2: Sensor de sonido
  • Puerto 3: Sensor de luz
  • Puerto 4: Sensor ultrasónico

Prueba de sensores

Todos los sensores se pueden probar por medio de la opción de la opción View de la pantalla del bloque NXT.

Conecta el sensor a un puerto del NXT. Selecciona Ver [View] en la pantalla del NXT. Selecciona el icono correspondiente al sensor y el puerto al que lo tienes conectado.

Sensor táctil

Presiona y retén el botón del sensor táctil mientras observas la pantalla del NXT. Deberás observar un uno (1) en la pantalla.

Ahora libera el botón del sensor táctil. Deberás observar un cero (0) en la pantalla.

Sensor de luz

Coloca el sensor fotosensible cerca de los diferentes colores de tu alrededor y observa las diferentes lecturas. Puedes utilizar la tabla de colores de la página 69 de la guía de montaje.

Sensor de sonido

Haz sonidos en el micrófono (sensor acústico) y observa las lecturas en el NXT. Prueba también obtener la lectura de los sonidos de tu alrededor: ¿Cuánto suenan las voces más cercanas?

Sensor ultrasonidos

Prueba a medir la distancia a un objeto. Mueve el objeto más cerca y observa las diferentes lecturas que ofrece el sensor.

Los actuadores

Servomotores

Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.

Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición.

Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos.

Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También suministra potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido.

La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cual es la corriente que consume. La corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado, pero no es muy alto si el servo está libre moviéndose todo el tiempo.

Los servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección.

Los tres servomotores interactivos le proporcionan al robot la capacidad de moverse. El bloque Mover [Move] de NXT-G automáticamente alinea sus velocidades para que el robot se mueva suavemente.

Todos los servomotores interactivos disponen de un sensor de rotación integrado. La retroacción rotacional le permite al NXT controlar los movimientos de forma muy precisa. El sensor de rotación integrado mide las rotaciones del motor en grados (precisión de +/- un grado) o en rotaciones completas. Una rotación son 360 grados, por lo tanto si configura el motor para que gire 180 grados, la pieza central de la rueda realizará medio giro.

Prueba de motores

Con la opción View del NXT es posible comprobar si el sensor de rotación funciona correctamente.

Fija una rueda al motor y mida las rotaciones presionando la rueda sobre el suelo.

Lámparas

Se puede encender y apagar las lámparas LED, para crear patrones intermitentes de luz. También pueden utilizarse para activar el sensor fotosensible, para mostrar que un motor está encendido o para indicar el estado de un sensor. También pueden utilizarse para darle vitalidad a los “ojos” del robot u otras funciones.

Para utilizar las lámparas hay que conectarlas por medio de un cable conversor a alguno de los puertos de salida A, B o C.