Práctica 4 (Presentación)

En la práctica 4 de la asignatura de robotica replanteamos totalmente la manera de moverse de Emilio. Pasamos del clasico 4x4 con 4 ruedas a un estilo más bipedo muy parecido a Segway ("Aparato de dos ruedas controlado por el equilibrio del usuario"). Para ello utilizamos la teoria del equilibrio dinámico que nos introducen en el enunciado. A grandes rasgos es una teoria que indica que cuando el elemento (Emilio), tiende a caerse hacia un lado, desplazar el centro de gravedad para que se estabilice. En otras palabras, cuando tienda a caerse a un lado, inclinarlo hacia el otro.
Este es el modelo de robot bípedo que hemos utilizado:

Como podemos ver se sustenta en únicamente dos ruedas, ademas del sensor de luz que se encarga de determinar cuando Emilio se balancea hacia un lado o hacia otro.

Practica 4 (Equilibrio)

Ahora que ya os hemos presentado a Emilio el equilibrista, vamos a explicar el código. En primera instancia calibramos a Emilio (Ya que las condiciones no son las mismas en todos los sitios que probamos). A posteriori, jugamos con los valores que recibe el sensor de luz. El mecanismo es simple. Si se acerca demasiado al suelo, es que se está inclinando demasiado hacia delante, por lo que hay que mover el eje de gravedad hacia atrás. Lo mismo pasa si se inclina hacia atrás, que hay que mover el eje de gravedad hacia delante para que se mantenga lo más estatico posible (Cosa que absolutamente es imposible). Para la solventación de este error usamos las formulas que nos introducen en los apuntes de teoria y en la misma practica:

Para esto empleamos:

- Proporcional

Esta parte consiste en el producto entre la señal que da error y la constante proporcional que hemos establecido. En función de la magntiud del error lo reparará proporcionalmente.
La constante debe ser adecuada sino el sistema oscilará demasiado.




error = medida Actual - medida Deseada

* Integral

La componente integral va a ser sensible a la acumulación del error. La integral del error irá creciendo a medida que un error se mantenga en el tiempo.
Si estamos estables en un estado no deseado demasiado tiempo esta componente integral actuará.

La salida es proporcional a la integral de la entrada.

- Derivativo

Como los controladores P tienen tendencia a sobrecorregir el empleo de una componente derivativa tendremos una reacción diferente en caso de que el error esté disminuyendo aumentando. Con esto se intenta evitar las oscilaciones fuertes.

La salida es proporcional a la derivada de la entrada.

* La salida final será la suma de las tres componentes:



Con esta formula conseguimos estabilizar a Emilio. La formula es fácil plantearla, lo dificil son los valores constantes que tenemos que emplear para que se mantenga firme. Ha sido bastante costoso en cuanto a pruebas hallar los valores que hemos utilizado. Además, no siempre el equilibrio es dependiente de la fórmula, también hay factores que creemos que son determinantes para el equilibrio, como son el peso (No todos los diseños son iguales), o incluso la bateria, que nos daba mas fallo cuando no estaba totalmente completa (Aunque realmente nunca llega a estarlo.)


Dejémonos de formulas, y veamos si Emilio aguanta:

Practica 3 (Sensores)

Para esta práctica emplearemos comportamientos, una manera nueva de funcionar para Emilio, ya que dependiendo de la información que reciba a través de los sensores deberá de hacer una acción u otra, es decir, elegir que comportamiento usa.

Para utilizarlos usaremos la clase Behavior, que será un array en el que estarán los distintos comportamientos.
Los comportamientos funcionan con tres métodos:

• boolean takeControl(); Devolverá True si cumple la condición para que el comportamiento tome el control del robot.
• void action(); Es el código del comportamiento
• void supress(); Es lo último que hará el comportamiento cuando tenga que dejar el control del robot a otro.

En el primer apartado Emilio debe de chocar contra un obstáculo  y posteriormente esquivarlo.

Para la realización de toda la práctica hemos utilizado distintos comportamientos:

• Avanzar: Toma el control siempre que acaban los otros comportamientos y únicamente va hacia delante y cuando termina se para.
• Esquivar: Tomará el control cuando el sensor de contacto se active por chocar contra un obstáculo, el cuál esquivará por un lado haciendo una curva.
• Sensor: Toma el control cuando el sensor de ultrasonidos detecta un obstáculo a menos de 30 cm. El motor del sensor empieza a actuar y toma medidas para no chocar contra el obstáculo. Para ello calcula un vector que será su trayectoria.                                                                                     Para calcular el vector tomaremos medidas haciendo un barrido gracias al motor en el que está puesto el sensor, cogeremos la distancia menor  y el ángulo que forma con esta. Pasaremos estas medidas a cartesianas.            Calcularemos las coordenadas de donde tendrá que ir el robot, y posteriormente las pasaremos a polares, obteniendo de esta manera la distancia y el ángulo que debe recorrer el robot.
• OrientarLuz: Toma el control del robot cuando algún sensor de luz detecta un valor mayor al del ambiente. Dependiendo del sensor que lo detecte girará hacia un lado u otro.

Para el primer apartado hemos utilizado los comportamientos de Avanzar y Esquivar, en este vídeo se muestra el resultado:

En el segundo apartado Emilio deberá de utilizar los comportamientos de Avanzar y Sensor, con lo que tendrá que esquivar un obstáculo cuando lo detecte y calcular su dirección, aquí el video:

Para el tercer apartado usaremos los sensores de luz que hemos puesto a ambos lados de Emilio. Se encargará de seguir la luz. Hacemos uso de la clase RCXLightSensor. Los comportamientos que utilizará serán el de Avanzar y OrientarLuz.

Por ultimo, combinamos todas las armas que montamos al principio para que Emilio siga la luz evitando obstaculos.
En la primera parte utilizaremos Avanzar, OrientarLuz y Esquivar, con lo que será una mezcla del apartado 1 y 3.

En la segunda parte utilizará Avanzar, OrientarLuz y Sensor, conjuntando el apartado 2 y 3, como se muestra en el video.

Lo más dificil de esta práctica ha sido el apartado 2, ya que en un principio, debido a nuestra carencia de física, no sabiamos muy bien como obtener todos los datos que necesitabamos

Practica 3 (Presentación)

Bueno, la espera ha sido larga pero Emilio ha vuelto con ganas de acción. En esta practica abarcaremos de manera mas compleja el comportamiento de Emilio cuando se enfrenta con determinados obstáculos. En este caso no bordea una pared ni nada parecido, va directo hacia el obstaculo, obteniendo información de los sensores para actuar en cada caso. Aqui teneis a Emilio "Armado hasta los dientes" para poder sobrevivir en la jungla de las prácticas de robótica.

Ibamos a montarlo por partes, pero creíamos que quedaría mas agresivo si lo armábamos todo de golpe. (En realidad no, pero es el único diseño que aguantaba los golpes). En cuanto al sensor de contacto, ya lo hemos usado en apartados anteriores como "Bump and go" y demás, solo que ahora el comportamiento es distinto, bordear obstáculos. El sensor de luz no tiene mucha explicación, lo usaremos para que persiga un determinado foco de luz que le aplicaremos.

El sensor de ultrasonidos es algo "nuevo" para nosotros. Sigue un mecanismo similar al comportamiento de un murciélago, lanzar ondas y dependiendo del rebote de las mismas se calcula su distancia al objeto. Como podeis ver, hemos añadido un motor personal a este sensor, para que cuando se choque, haga un determinado barrido para "atajar" el obstáculo de la manera mas correcta posible.

Os iremos informando de cada apartado en próximos fascículos, un saludo!

Práctica 2 (Calibración del sensor de ultrasonidos)

En esta última parte de la práctica, la más pesada, tendremos que tomar medidas del sensor de ultrasonidos para ver su efectividad a la hora de ofrecernos los datos.

Para ello tendremos que ir moviendo el robot de alante para atrás respecto a una pared e ir anotando los datos que sean mostrados por la pantalla.

1.- ¿Cuál es la distancia real máxima y mínima que puede medir el sensor?

Distancia mínima: 5 cm

Distancia máxima: 254 cm

Seguramente pueda medir también hasta 255, pero como ahí esta el máximo del sensor no lo hemos puesto.

2.- ¿Cuál es el máximo ángulo con respecto a la pared para los que los valores son válidos?

A partir del angulo 50 y -50 empezó a darnos valores erróneos, con lo cual entre los valores [-50,50] los valores si que son buenos, salvo algunos cm de diferencia ya que no está en perpendicular, pero al llegar a 60 y -60 las distancias ya se salían de rango. Así que lo máximo estará entre los valores [-60,-50]-[50,60]

3.- ¿Tiene el sensor un error sistemático, es decir, la media de su error no es cero?

Distancia real	Distancia medida	Diferencia
20	21	1
30	31	1
40	42	2
50	50	0
60	61	1
70	72	2
80	81	1
90	91	1
100	101	1

Observamos las médidas obtenidas, se ve que el error es mínimo y también puede ser a una mala colocación nuestra del robot respecto a la distancia, con lo que podemos concluir que la eficacion del sensor es bastante buena.
Para hallar el error sistemático habría que sumar todas las diferencias y dividirlas entre el número de mediciones;  10/9 = 1'111 cm

4.- Cacula la incertidumbre del valor del sensor

Eje X:

Distancia real	Distancia medida					Media	Error
40	40	40	39	40	40	39'8	0'2
	40	39	40	40	40
50	50	50	50	49	50	49'8	0'2
	49	50	50	50	50
60	59	60	60	60	60	59'8	0'2
	60	60	59	60	60
70	70	70	70	70	70	69'9	0'1
	70	69	70	70	70
80	80	80	80	79	80	79'9	0'1
	80	80	80	80	80
90	90	90	90	90	90	90	0
	90	90	90	90	90
100	100	100	100	100	100	100	0
	100	100	100	100	100
110	110	110	110	110	110	110	0
	110	110	110	110	110
120	120	120	120	120	120	120	0
	120	120	120	120	120

Mirando la tabla se ve que en el eje x el error es practicamente inapreciable y que va desapareciendo respecto más se va alejando, con lo cuál el error depende de la distancia.






Eje Y:

Distancia real	Distancia detección					Media
40	8	8	9	9	10	9
	9	9	9	10	9
50	10	10	9	11	11	11'7
	11	13	10	11	11
60	12	12	13	14	14	12'8
	12	13	13	13	12
70	13	13	14	14	14	14'3
	15	15	16	14	15
80	15	15	15	14	16	14'8
	14	14	15	15	15
90	14	14	15	15	14	14'4
	14	15	15	14	14
100	14	14	13	13	14	13'6
	14	14	13	14	13
110	14	13	14	14	13	13'4
	13	14	13	13	13
120	14	13	12	13	13	12'7
	12	13	12	12	13

Se puede apreciar, que como apunta la práctica, si que se forma un cono de apertura


Haya la matriz de covarianza del error P que representa la incertidumbre del sensor:

 | 0'071     1'037 |
 | 1'037     0'065 |

Práctica 2 (Sigue Pared)

En este apartado, como su propio nombre indica, Emilio tendrá que avanzar a la vez que sigue una pared, esquivando todo tipo de obstáculos, ya sean esquinas, papeleras, etc.

Esta parte ha sido la más trágica, ya que aquí fue donde el anterior Emilio se rompió y tuvimos que volver a montarlo un par de veces hasta que decidimos cambiarlo.
Tuvimos algún problema con el código pero por el mismo motivo que en las prácticas del Bump&Go, el robot no andaba recto, con lo cual intentamos cambiar muchas cosas para que nose alejase demasiado.

Aun así hemos tenido problemas con las medidas ya que las esquinas que le sigue una pared cercana no las hace del todo bien

Práctica 2 (Bump & Go con sensor de ultrasonidos)

Este apartado es igual que el anterior, unicamente que está vez no se chocará, sino que cuando llegue a una distancia de 25 cm, hemos aumentado esta distancia por las medidas del robot, retrocederá y girará un número de grados aleatorio.

En esta parte tuvimos los problemas que en la anterior, ya que la haciamos igual unicamente que cambiando la parte del código que implicaba cada sensor.