lunes, 28 de octubre de 2013

B-ROBOT: Un robot equilibrista impreso en 3D...

Este proyecto se encuentra ahora en: http://jjrobots.com/b-robot/
JJROBOTS (http://jjrobots.com) es el nuevo portal que hemos creado para los proyectos de robótica. Contiene blog, tienda online, instrucciones de montaje, "como funciona", foros... mas info.

Bueno, ya he terminado mi primer robot totalmente diseñado e impreso con la impresora 3D (ruedas, estructura, cuerpo...  hasta los ojos!).
Se trata de un robot tipo SegWay con solo dos ruedas, que tiene que mantener el equilibrio y que se puede controlar desde un Smartphone/tablet via Wifi. También funciona en modo autónomo con un sonar para detectar obstáculos y alguna que otra sorpresa que se puede ver en el vídeo...



La verdad es que después de "pelearme" un poco con los algoritmos de control ha quedado muy suave y controlable. Inicialmente empecé probando un típico control PID que recibía como entrada el ángulo del robot (calculado con la IMU) y como salida controlaba la velocidad de los motores. El resultado no era muy bueno y sólo conseguía corregir bien en la zona cerca del equilibrio (0 grados) donde el problema parece ser más lineal. La verdadera mejora vino cuando cambié el algoritmo y probé un control PD donde la salida es la aceleración de los motores. Esto sí que permite controlar el balanceo del péndulo inverso y de hecho tiene lógica desde el punto de vista físico del sistema. El problema está en que de esta forma el robot no tiene la "obligación" de quedarse quieto, al fin y al cabo una aceleración 0 no implica velocidad 0, así que añadí un segundo control (control en cascada) PI de velocidad que gobierna al control PD interno de aceleración. Visto esquemáticamente:



La placa principal (WITA) es un diseño que realicé junto con Jordi Muñoz (de 3DRobotics) y se trata de un Arduino Leonardo con un módulo Wifi integrado (RN131 o RN171). Esta placa permite diseñar fácilmente proyectos que se controlan desde dispositivos remotos via Wifi o proyectos de Intenet of Things. En cualquier caso el proyecto podría reproducirse con una placa de Arduino Leonardo y un módulo Wifi externo (tipo RN-XV por ejemplo) o incluso modificando el código supongo que podría hacerse compatible con un Arduino Yun.



La IMU utilizada es un sensor MPU6050 con 3 acelerómetros y 3 giróscopos y usamos además el procesamiento interno DMP para conseguir una solución de actitud (ángulos del robot) a 200Hz.
Los motores empleados son Steppers de tipo NEMA17 (de los cortos) con drivers A4988 y Mircrosteping a 1/8. He montado los 2 drivers necesarios en una pequeña placa aparte añadiendo los condensadores y resistencias necesarios (ver datasheet del driver).



Las librerías de Steppers para Arduino que he podido ver permiten controlar la posición de los steppers pero no su velocidad y la mayoría de ellas son MUY ineficientes! así que me he tenido que hacer un pequeño driver en Arduino usando interrupciones para realizar un control preciso de velocidad (funciona a 25Khz).



La interfaz con los smarphone esta basada en el interfaz abierta OSC (mensajes tipo UDP). La aplicación que suelo usar (tanto para Iphone como Android) se llama TouchOSC.
Para el brazo que permite levantar al robot del suelo uso un servo tamaño mini (20gramos)
Por último el sonar empleado es un LV-MaxSonar-EZ3 que tenía libre de otros proyectos...
Todos los diseños 3D de las piezas han sido realizados en OpenSCAD.



Todo el proyecto: códigos (Open Source), librerías y diseños 3D están públicos y compartidos en un repositorio de GitHub: https://github.com/jjulio/b-robot

Llevo bastantes años dedicado a la robótica y es la primera vez que puedo partir de un lienzo totalmente en blanco y con toda la libertad para hacer lo que quiera. Lo normal (y muchos me comprenderán...) era hacer una visita a Leroy Merlin (o equivalente) ver lo que hay, planchas, varillas, etc... y diseñar condicionado por eso... Ahora cambia el paradigma, abres un OpenSCAD y ha pensar... un paso más adelante en el mundo DIY, me gusta!

Gracias a Ramon por ayudarme como el video como siempre... ;-)

Jose.

jueves, 6 de junio de 2013

Impresora 3D funcionando...

Bueno, desde hace un par de semanitas ya tengo la impresora 3D operativa!!

La verdad es que ha quedado bastante bien...  Ahi van algunas fotos de objetos que he impreso...

Es un modelo basado en la Prusa i3 box modificando algunas cosas (básicamente el marco y las dimensiones de algunas varillas,  ver post anterior).
Como esta impresora es una auténtica RepRap (maquina autoreplicante, es decir las piezas plásticas provienen de otra máquina del mismo tipo) la he inscrito en el árbol genealógico de clones (Comunidad de Clone Wars) y es una máquina de cuarta generación (clon número #210 registrado) Links: Presentación y Arbol genealógico

La verdad es que esto de la impresión 3D es adictivo, empiezas haciendo algunas pruebas y acabas imprimiendo piezas para todo el mundo.... Hay un efecto curioso y es que la gente quiere venir a ver la impresora funcionando y claro, el que viene se quiere llevar un "recuerdito" así que acabas imprimiendo un montón de tonterías para regalar ...
También he impreso algunas cosas mas "serias" como algunos añadidos para la impresora, soporte para la bobina de filamento y un ventilador, una carcasa para un proyecto de robótica... y también he impreso un modelo en miniatura de la isla de El Hierro basado en el modelo digital del terreno de la isla.
Estoy muy contento con la calidad de las piezas pero he tenido algunos problemas con algunos componentes (el carro X en concreto se me rompio!!, menos mal que lo pude arreglar) así que estoy clonando algunas piezas nuevas que estoy rediseñando (basadas en la prusa i3 single frame) para rehacer casi por completo el eje X y también alguna pieza del eje Y (belt holder). Bueno ya mostraré como queda...
Por último un vídeo de la impresora funcionando...


Jose.

domingo, 5 de mayo de 2013

Nuevo proyecto: Impresora 3D


He comenzado un nuevo proyecto para construirme una impresora 3D!. Hacia tiempo que tenía la idea de construirme una y por fin me he decidido.
Tengo muchos proyectos esperando poder construir piezas de plástico, así que creo que voy a poder darle buen uso...



En principio pensaba hacerme un impresora del tipo Printrbot, sobre todo por lo compacta que es, pero finalmente me he decidido por una Prusa i3 (modelo box), que la verdad que después de estudiarla tiene pinta de mejor máquina (mayor estabilidad y precisión).
Ya tengo todos los componentes pedidos y la verdad es que se pierde un montón de tiempo en elegir y comprar todo para evitar pagar muchos gastos de envío... En mi caso lo he comprado casi todo en España (contactando directamente con los vendedores) y me ha ido bien (no he pagado aduanas). Solamente he pedido fuera los motores y el hotbed (cama caliente donde se adhieren las piezas que se están construyendo).
Ya he construido el marco de la impresora y he hecho algunas modificaciones sobre el diseño de referencia para disminuir las dimensiones sin quitar área de impresión. Ahora las dimensiones son más parecidas al modelo de frame de aluminio de la Prusa i3.
Ayer mismo me llegaron las ultimas piezas que había pedido y ahora mismo tengo el SAV (síndrome del ansia viva) a tope ;-). De momento tengo hecho el box frame (soporte del eje Z), he cortado las varillas roscadas y lisas, tengo lista la fuente de alimentación ATX modificada, he probado la electrónica y voy a comenzar el montaje...

Aqui mando el plano del box frame (eje Z)  que he construido y alguna foto:



Las varillas lisas las he cortado a estos tamaños:
Eje X : 415mm
Eje Y : 380mm
Eje Z : 340mm
La distancia entre varillas para el eje Y la he fijado en 165mm.

Eso si, donde no me he ahorrado dinero ha sido en el hotend (parte caliente por donde sale el plastico derretido) y me he decidido por un FaryNozzle que es la versión española del Budas

Por suspuesto esta impresora (las piezas de plástico), como buena reprap (maquina replicante) es un clon fabricado con otra impresora, en este caso de un chico en Zaragoza que conocí en la comunidad de Clone Wars.

Bueno ahora tengo bastante trabajito por delante...

Paginas de referencia, por supuesto la comunidad Clone Wars:


Continuará...