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1. tica cooperativa como Robots m viles que colaboran para realizar una tarea Robots manipuladores que se coordinan Esquemas competitivos p ej persecuci n evasi n Colaboraci n entre robots y personas 2 aosg LEGO y sensores LEGO MINDSTORMS es una plataforma para el dise o y desarrollo de robots que sigue la filosof a de la marca LEGO armar y construir todo tipo de objetos simplemente uniendo bloques interconectables El bloque central es un microcontrolador al que se le ha a adido un c scara de ladrillo con forma de LEGO La conexi n de sensores y actuadores es muy sencilla por simple presi n en cualquiera de las puertas y en cualquier posici n Las piezas de LEGO tienen m ltiples formas y tama os lo que nos permite construir diversas estructuras usando los bloques como ladrillos o vigas Sensor De Contacto Es el m s sencillo de todos los sensores LEGO figura 1 El uso t pico es como detector de colisiones o como detector de fin de carrera Con el auxilio de algunos accesorios mec nicos incluso puede usarse para detectar la ausencia de suelo bajo el robot 3 TP E 5 p Ms AA gt Y a A Figura 1 Sensor de contacto tipo LEGO Servo Motor Interactivo NXT Este motor servo con sensor de rotaci n incorporado mide la velocidad exacta y la distancia figura 2 Cada motor tiene incorporado un sensor de rotaci n esto le permite controlar los mov2. 00 incandescente 6780 Poca luz 6920 Prueba de tiempo Se tomaron los tiempos que tardan las plataformas obreras en encontrar tomar y regresar con el objeto al deposito como se muestra en la tabla 3 Tabla 3 Relaci n Distancia Tiempo De Las Obreras Distancia al Tiempo Obrera Tiempo Obrera objeto cm 1 s 2 s 58 15 25 14 55 188 63 60 250 87 85 320 112 107 Prueba de Cooperatividad Se tom el tiempo que demora una sola obrera en hacer la b squeda y transporte de los objetos y se compar con el tiempo que tardan en hacerlo las dos obreras y se registraron los resultados en la tabla 4 Tabla 4 Comparaci n Sistema Con Un nico Robot Y Sistema Con Robots Cooperativos N mero de Tiempo una Tiempo dos objetos obrera s obreras s 1 15 25 15 25 2 78 25 68 75 3 165 25 109 37 4 277 25 169 38 Objetos ubicados a las distancias de la tabla 3 5 RESULTADOS 1 En el caso de los sensores de luz usados en la plataforma reina fue necesario adaptarlos para poder realizar un ajuste a las condiciones de luz del ambiente esto se realiza por medio de un potenci metro que es ajustado en el momento de iniciar los recorridos y teniendo en cuenta la luz existente en el momento 2 Las plataformas obreras siguen una trayectoria ondulada con el prop sito de hacer un barrido completo del rea de b squeda adem s dicha ruta permite memoriza
3. B SQUEDA Y TRANSPORTE DE OBJETOS CON PLATAFORMAS BIONPIRADAS TIPO LEGO EN UN AMBIENTE CONOCIDO Kristel Solange Novoa Rold n Ingeniera en Control Electr nico e Instrumentaci n Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Grupo de Investigaci n Rob tica M vil Aut noma ROMA Bogot Colombia ksnovoarGQudistrital edu co Leidy Yolanda L pez Osorio Tecn loga en Electr nica de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Grupo de Investigaci n Rob tica M vil Aut noma ROMA Bogot Colombia lylopezo Ocorreo edistrital edu co Duvan Guillermo Benavides Benavides Tecn logo en Electr nica de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Grupo de Investigaci n Rob tica M vil Aut noma ROMA Bogot Colombia dgbenavidesb Ocorreo edistrital edu co RESUMEN En este art culo se muestra el dise o desarrollo y resultados de un sistema que usa tres plataformas rob ticas tipo LEGO en un entorno controlado las cuales est n inspiradas en el comportamiento de las hormigas en cuanto a la b squeda y transporte de alimentos dos plataformas representan el papel de las obreras que se encargan de la b squeda y transporte del alimento hacia el hormiguero la tercera plataforma la reina llega al alimento despu s de ser recolectado La parte mec nica de las plataformas se realiza con las fichas del kit de LEGO MINDSTORMS mie
4. icar que hay objeto en el dep sito 9 El tiempo que demora una plataforma en recolectar todos los objetos dispuestos en el entorno es mayor al tiempo que tardan las dos obreras en la misma tarea con lo cual se visualiza mejor la aplicaci n de cooperaci n tanto en la naturaleza como en un proceso rob tico cooperante 6 CONCLUSIONES Siguiendo las l neas de investigaci n del grupo de investigaci n ROMA como la rob tica m vil cooperativa y bioinspirada se eligi imitar el comportamiento de las hormigas ya que son una de las clases de insectos que trabajan de forma cooperativa por su comunidad En el momento de implementar los sensores sobre las plataformas se evidencio que los cambios ambientales influyen sobre las mediciones problema que pudo ser corregido por medio de un potenci metro pero tambi n se identifico que de igual manera los sentidos de los animales deben acondicionarse a estos cambios ambientales corrigiendo el problema de manera natural Construir las plataformas rob ticas con las piezas LEGO facilit el desarrollo de la parte mec nica del sistema con el uso de pi ones ruedas motores y dem s acoples dando lugar a un mayor enfoque a la parte del control electr nico Se uso m dulos Xbee para la comunicaci n de las plataformas por la econom a bajo consumo de potencia y tasa de transferencia de datos caracter sticas que cumplieron con los requerimientos del sistema Trabajar de un ento
5. iciar b squeda Tomarlo regresar al hormiguero Comunicar b Figura 5 Diagrama de flujo a Plataforma reina b Plataforma obrera Construcci n de las plataformas Reina Se construyo la estructura de la plataforma reina figura 6 dentro del sistema de la colonia de hormigas as Dimensiones 14 5 cm de ancho 8 0 cm de alto y 21 0 cm de largo Motores Se colocaron 3 motores en el prototipo dos de ellos controlan el desplazamiento del prototipo y el tercero mueve la pinza que sujeta el objeto Sensor de contacto El sensor de contacto detecta la presencia de un objeto se detienen los motores del movimiento y se activa el motor de la pinza Sensor de luz El sensor de luz hace seguir la plataforma por el camino trazado con una l nea Zigbee El modulo de la plataforma reina env a un comando de orden a las plataformas obreras para que inicien la b squeda del alimento Figura 6 Plataforma f sica de la hormiga reina Obreras La plataforma de las obreras figura 7 consta de las siguientes partes Dimensiones 15 8 cm de ancho 8 5 cm de alto y 23 5 cm de largo Motores El prototipo usa tres motores dos de ellos son servos los cuales controlan el desplazamiento y la posici n del prototipo a trav s del encoder de estos el tercero mueve la pinza para sujetar el objeto Sensor de contacto El sensor de contacto detecta la presencia de un objeto de acuerdo a este obst culo o alimento la platafor
6. imientos del robot con precisi n El sensor de rotaci n da las medidas de la rotaci n del motor en grados o vueltas completas precisi n de un grado Una rotaci n es igual a 360 grados por lo que si se establece un motor de giro de 180 grados su eje de salida va a hacer una media vuelta 4 f gt Sr sow i a Figura 2 Servo Motor Interactivo NXT Sensor de Luz El sensor de infrarrojos de corto alcance figura 3 esta basado en un emisor de luz y un receptor ambos apuntando en la misma direcci n y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexi n del objeto y la detecci n del rayo reflectado por el receptor 5 J Figura 3 Sensor de luz CNY70 En la tabla 1 se hace una comparaci n entre los sentidos que poseen las hormigas y los sensores utilizados para emularlos Tabla 1 Comparaci n entre sensores y sentidos de las hormigas HORMIGAS Y SENSORES SENSOR FUNCI N HORMIGA Rotaci n Cuantificaci n de Seguimiento de la pasos concentraci n de feromonas Contacto Encontrar el Percepci n sensorial obst culo Luz Reconocimiento Percepci n sensorial del camino Zigbee Es un protocolo de comunicaciones inal mbrico basado en el est ndar de comunicaciones para redes inal mbricas IEEE _802 15 4 Creado por Zigbee Alliance Zigbee permite que dispositivos electr nicos de bajo consumo puedan realizar sus comunicaciones inal
7. ma toma una decisi n Zigbee El modulo de las obreras env a un comando a la plataforma reina cuando de haya dejado el objeto en el deposito del entorno tambi n se env a la informaci n del encoder para el seguimiento de la ruta Figura 7 Plataforma f sica de la hormiga obrera Entorno y Objetos El espacio en el que se mueven las plataformas figura 8 est hecho en banner el cual est dividido en hormiguero y exterior en donde estan la reina y las obreras respectivamente Dentro del hormiguero se traz una trayectoria que representa el camino conocido que recorre la reina hacia el alimento En el exterior no hay camino ya que en l las obreras buscan los objetos para llevarlos al dep sito Figura 8 Entorno Los objetos que son tomados por las plataformas est n construidos con icopor de alta densidad figura 9 sus dimensiones son 7 de ancho 7 de alto y 7 5 cm de espesor en su base poseen trozos de cinta adhesiva para evitar que se deslicen en el entorno Figura 9 Objeto 4 PRUEBAS Prueba de luz Las variaciones de luminosidad en diferentes escenarios afectan la respuesta de los sensores de luz utilizados por esto se coloc un potenci metro para variar los valores de resistencia y poder ajustarlos a dichos cambios los cuales se presentan en la tabla 2 Tabla 2 Variaciones De Resistencia Respecto A La Luminosidad TIPO DE LUZ RESISTENCIA 0 Ambiente 6780 Fluorescente 67
8. mbricas las cuales se realizan en la banda libre de 2 4GHz a trav s de una nica frecuencia es decir de un canal El alcance depende de la potencia de transmisi n del dispositivo as como tambi n del tipo de antenas el alcance normal en l nea vista es de aproximadamente 100m y en interiores de unos 30m La velocidad de transmisi n de datos de una red Zigbee es de hasta 256 kbps El uso del protocolo Zigbee va desde reemplazar un cable por una comunicaci n serial inal mbrica hasta el desarrollo de configuraciones punto a punto multipunto peer to peer todos los nodos conectados entre s o redes complejas de sensores 6 Se escogi el protocolo Zigbee que funciona sobre el modulo Xbee Figura 4 por el bajo consumo de potencia la topolog a poder hacer conexiones en cascada y adem s por su bajo costo Figura 4 M dulo Xbee 3 DESARROLLO DEL PROYECTO Diagrama de Flujo Hormiga Reina y Hormigas obreras En la figura 5 se muestra el comportamiento de las plataformas a trav s de diagramas de flujo La diferencia entre las dos plataformas se basa en que la reina figura Sa solamente toma el alimento del dep sito y las obreras figura 5b deben buscar y transportar el alimento hacia el dep sito Ir al dep sito del alimento Hay E alimento Si Pedir alimento a las obreras Tomar el alimento y regresar a la posici n inicial Dejar objeto Esperar orden de e b squeda In
9. ntras que el sistema de control y comunicaci n se implementa con un microcontrolador PIC de Microchip y m dulos XBEE soportados bajo el protocolo ZIGBEE respectivamente El proyecto busca fortalecer las l neas de investigaci n en rob tica cooperativa y rob tica bioinspirada del grupo de investigaci n de Rob tica M vil Aut noma ROMA de la Universidad Distrital Palabras clave Rob tica cooperativa rob tica bioinspirada hormigas LEGO MINDSTORMS ZIGBEE 1 INTRODUCCI N Actualmente en la rob tica se est produciendo un gran desarrollo en el campo de los robots cooperativos ya que algunos problemas son demasiado dif ciles de resolver para un nico robot por lo cual se busca dise ar sistemas compuestos de varios robots capaces de resolver problemas conjuntamente formando un sistema mas gil e inteligente para esto se ha hecho una combinaci n con la rob tica bioinspirada tomando las habilidades de los animales que trabajan en equipo con el objetivo de imitar su comportamiento para la soluci n de problemas En este caso particular se imita a las hormigas las cuales se dividen las tareas y se comunican expeliendo feromonas con el fin de demarcar caminos e informar acerca de las fuentes de alimento 2 MARCO DE REFERENCIA Hormigas Las hormigas son insectos muy simples que viven en colonias con una organizaci n social altamente estructurada Gracias al trabajo cooperativo pueden desarrollar tareas mu
10. or Interactivo NXT Extra do en octubre de 2010 del sitio web http www E OcIEnO nxt interactive servo motor 2010 5 Salmer n Gonz lez Sergio LA LUZ Y LA ELECTR NICA capitulo 5 LABORATORIO DE ELECTRONICA INFRARROJOS Componentes Sensor CNY70 Extra do en septiembre de 2010 del sitio web http www info ab uc lola E EAG cny tm 2008 6 Oyarce Andr s Gu a del Usuario Xbee Series 1 Documento Preliminar Ingenier a MCI LTDA sitio web oficial www olimex c 2009 8 AUTORES Ing Kristel Solange Novoa Roldan Especialista en Inform tica Industrial Ingeniera en Control Electr nico e Instrumentaci n Docente asistente Universidad Distrital Fransico Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Directora proyecto de investigaci n en el grupo de Investigaci n ROMA ksnovoar Qudistrital edu co Tecn loga Leidy Yolanda L pez Osorio Tecn loga en Electr nica de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Directora Semillero de Investigaci n en Rob tica M vil SIRO de la Universidad Distrital lylopezo Acorreo edistrital edu co Tecn logo Duvan Guillermo Benavides Benavides Tecn logo en Electr nica de la Universidad Distrital Francisco Jos de Caldas Facultad Tecnol gica Integrante del grupo de Investigaci n Rob tica M vil Aut noma ROMA dgbenavidesb Wcorreo edistrital edu co
11. r el camino haciendo un conteo de las vueltas que se dan 3 El camino que sigue la plataforma reina posee curvas suaves ya que por su construcci n f sica fichas LEGO los cambios bruscos en la trayectoria ocasionaba que perdiera la ruta 4 Para la ruta que sigue la plataforma reina a trav s del hormiguero fue necesario colocar un fondo adicional de cartulina blanca esto debido a que el brillo del entorno provocaba errores en la respuesta de los sensores de luz 5 El exterior y el hormiguero en el entorno fueron rodeados con cinta negra para delimitar la zona de b squeda de los objetos y as asegurar que las obreras no se salgan del ambiente controlado 6 Se construyeron objetos en forma de cubos para asegurar la posici n de este en el dep sito y garantizar que tanto la plataforma reina como las obreras los tomaran 7 Para tener mejor direccionamiento y exactitud en los giros se cambio la tracci n tipo oruga por ruedas y se agreg una rueda castor rueda loca ya que el sistema anterior presento errores en la odometr a y la precisi n del giro debidos al deslizamiento 8 En cuanto a la comunicaci n se implement una red punto a multipunto con lo cual se env a la informaci n a todas las plataformas a la vez lo que hizo necesario que cada una la seleccionara de acuerdo a su funci n en la colonia Esta comunicaci n se hace entre obreras para dar a conocer el camino y entre la reina y las obreras para ind
12. rno conocido facilit el desarrollo del proyecto en la parte del posicionamiento de las plataformas obreras Un mayor desarrollo de este proyecto se puede obtener implementando el sistema de b squeda en un entorno desconocido AGRADECIMIENTOS Al grupo de investigaci n en Rob tica M vil Aut noma ROMA a la Ing Kristel Novoa Rold n y al Ing Willson Infante Moreno por su apoyo asesor a y constante colaboraci n durante todo el desarrollo del proyecto 7 REFERENCIAS 1 Cord n Oscar Inteligencia artificial desarrollo con hormigas Imitar a las hormigas para resolver roblemas empresariales European Centre for Soft Computing de mE Extra do a 26 de more ue e siti e Al google com viewer a v q cache DISGh hOy7r4J www sectormatematica cl ciencias 02520na turales Imitar22520292520las 2520hormigas doc Imitar a las hormigas para solucionar problemas empresariales PP 1 2 Marzo de 2008 2 De Santiago Luis Trabajo Cooperativo En Robots SEMINARIO Dise o y construcci n de microrobots Ingenier a de Telecomunicaci n Extra do en febrero de 2010 del sitio web http 147 83 169 176 documentacion_files pdfs Trab ajoCooperativoEnRobots pdf PP 1 2009 3 Chan Wesley Sensores y Actuadores LEGO descripci n Extra do en septiembre de 2010 del sitio http www saladeteletipos com twiki bin viewfile Pr ocesadorLego InvestigacionLego rev 1 filename se nsores pdf 2010 41 TheRobotShop Servo Mot
13. y complejas como encontrar los caminos m s cortos del hormiguero a los lugares del entorno donde existe comida organizarse en patrullas multitudinarias para salir de caza o construir gigantescas estructuras de t neles para vivir c modamente la mayor a de las especies de hormigas tienen como principal fuente sensorial la capacidad de rastreo de feromonas que han ido dejando ellas mismas convergiendo en un camino entre la fuente de comida y el hormiguero Diferentes estudios realizados han dejado patente la convergencia de dicho camino en funci n de la distancia de la comida al hormiguero y de La evaporaci n de las sustancias qu micas incluidas en las feromonas 1 Rob tica Cooperativa Algunos problemas son demasiado dif ciles de resolver para un nico robot empujar una caja explorar un campo etc La rob tica cooperativa busca dise ar sistemas compuestos de varios robots capaces de resolver problemas conjuntamente Los robots que forman parte de un sistema multi robot son simples en t rminos de dise o y control y menos costosos que los sistemas de un solo robot especializado Los sistemas multi robot est n orientados a resolver problemas en los cuales la participaci n de un solo robot no es suficiente o resulta ser muy costosa en t rminos de dise o y tiempo como por ejemplo el transporte de objetos voluminosos el manejo de material peligroso la exploraci n y cobertura de terreno Existen varios tipos de rob
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