LEGO: Mindstorms y Technic

LEGO MINDSTORMS Y TECHNIC

Todo el mundo conoce los juguetes LEGO, muy conocidos sobre todo entre los más pequeños. Pero dentro de LEGO, hay numerosos apartados, cada uno dedicado a una cosa. En este caso voy a centrarme en dos: LEGO Technic y LEGO Mindstorms.

Web de Lego:
http://www.lego.com/en-US/default.aspx

Lego Technic:
http://technic.lego.com/

Lego Mindstorms:
http://mindstorms.lego.com/

Lego Technic es caracteriza por sus complejos productos y por un tipo de pieza característica. En lugar de ser bloques con rebordes que encajan unos en otros, son barras y piezas que se juntan entre si mediante unas piezas redondas que se introducen en todas la piezas, al estar agujereadas. Estas piezas son tambíen características de los Mindstorms.

Engranajes

Piezas

Ruedas

LEGO Technic:

Los Lego Technic son bastante complejos, y tienen una gran cantidad de piezas. Por lo general tienen bastante elementos móviles o actuadores. Puedes encontrar elementos neumáticos (mediante la hidráulica mueven cosas), motores, transmisiones, dirección en las ruedas, grúas con brazos extensibles, e incluso controlables a distancia. Llevan también motores eléctricos, diferenciales sencillos y complejos engranajes. En mi opinion, son muy interesantes. Incorporan un manual de instrucciones para montar algunos modelos paso por paso, pero la mejor parte reside en poder construir tú tus propios diseños, gracias a la versatilidad de las piezas. Son un caros, dependiendo del modelo, hasta 200 €. Si tienes varios modelos, puedes mezclarlos para crear cosas todavía más grandes e interesantes.

Voy a describir una grúa y un camión que creo son representativos de Lego Technic.
El camión es solamente la parte delantera, es decir, como si fuese la cabeza de un trailer. Tiene 6 ruedas, en la parte trasera, hay 2 en cada lado. Las ruedas tienen dirección (se controla manualmente), tiene un motor de 6 cilindros ficticio (que al moverse el camión, hace que suban y bajen los cilindros) y en la parte trasera se pueden montar varias cosas, entre ellas una pinza o un remolcador de coches. Al montar una pinza, está puede girarse manualmente. Además tiene dos mecanismos neumáticos. Se presiona una pequeña bomba varias veces y después se dirigue ese aire presurizado moviendo una palanca. El camión tiene un diferencial en el eje trasero, ya que supuestamente tiene tracción trasera. Su montaje no es muy complejo, y tampoco es excesivamente caro, menos de 100 €.

La grúa es más compleja (y cara, por cierto). Tiene 8 ruedas, de las cuales 6 son direccionables, es decir, giran aunque no con el mismo ángulo de giro. Se mueven manualmente mediante una ruleta. Ésts también tiene un motor ficticio y un diferencial. Girando una ruleta, conseguimos bajar 4 soportes, que levantan a la grúa del suelo para hacerla más estable. La parte más alucinante de la grúa es la parte superior, que tiene un motor y es neumática. Esa parte se puede girar 360 grados manualmente. Además, de forma neumática, sube y baja, mediante un mecanismo doble. Por último, tiene un motor. Este motor permite extender o recoger el brazo de la grúa, así como recoger o bajar el gancho. Accionando una palanca conseguimos que haga una cosa u otra. Completamente levantado el brazo, es bastante alto. Es más cara que el camión (150 €) y su montaje también es más complejo, aunque asequible. Necesita pilas para mover el motor eléctrico. Lleva un sistema para proteger el motor de sobreesfuerzos, un engranaje que patina al superar la fuerza requerida al motor cierto valor.

Además, ha salido recientemente un bulldozer que se telecontrola, es realmente alucinante. Puedes controlar a distancia (tampoco mucha) la subida y bajada de la parte delantera y trasera, así como moverlo hacia delante y atrás.
Bulldozer

Lego Mindstorms:

Estos Lego son parecidos a los anteriores. Las piezas son muy similares, pero tienen algo más: se pueden programar. Tienen un aparato que se programa y que al conectarlo después hace que el ingenio sea automático. Es aquí donde reside su encanto, en la posibilidad de que actúen solos, no como los Technic. Mediante motores (actuadores) y sensores toman sus decisiones y actúan según la programación que hayamos introducido. Hay dos modelos: el RCX (modelo antiguo, ya no se vende) y el NXT (modelo nuevo, a la venta).

RCX

Su software:
Se programa mediante un entorno de programación gráfico desarrollado por Lego (conjuntamente con el MIT). Es muy fácil de programar, ya que se hace mediante etiquetas, como si fuesen dibujos que vas colocando uno detras de otro. Dependiendo de lo que quieras hacer, eliges la etiqueta de motores, o la de bumpers... y el tiempo que quieres que esté etc. Es muy intuitivo, incluso para niños. Colocando una detrás de otra y después descargando el programa. Para descargarlo, viene incluido un aparato. En el NXT se programa mediante bluetooth, que se conecta mediante USB. En el RCX mediante un aparato infrarrojo, que se conecta también por USB. Al descargar el programa se envía al controlador. En él es donde se conectan todos lo sensores y actuadores. Una vez descargado el programa sólo hay que iniciarlo para que funcione.

CD con el software

Dispositivo para descargar el programa

Su hardware:
Las piezas son del mismo tipo que las technic. El RCX incluye 2 motores, 1 sensor de luz y 2 bumpers (sensores de golpe). Todo esto se conecta al controlador. El NXT es mejor, incluyendo 3 servos, un sensor de sonido, un sensor de luz, un bumper y un sensor ultrasonido. Al ser todos LEGO, se pueden mezclar con los Technic para dotarlos de mayores capacidades o dimensiones. Ambos necesitan pilas para funcionar, aunque en el NXT hay baterias opcionales. También hay cierto hardware opcional, como acelerometros, que se puede comprar en la web de LEGO.

RCX

NXT

VIDEO

Para comprar el NXT puedes ir a la pagina de LEGO (http://shop.lego.com/Product/Default.aspx?p=B8527) por 250€ más gastos de envío o comprarlo en eurobotcenter por 230 € más gastos de envío (los gastos de envío no creo que superen nunca los 20 €): http://www.eurobotcenter.com/servinicio

RCX

Tras esta explicación acerca estos productos de LEGO, espero que os animeis a participar en la encuesta, que trata sobre esto. Si teneis cualquier duda, no dudéis en comentarla.

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Autor: Sergio Porres González http://roboticamaselectronica.blogspot.com/Este documento ha sido realizado para orientar a posibles personas interesadas en los robots de LEGO o que estén interesados en la robótica en general. Si alguien quiere publicarlo, que contacte con su autor: sergioporresgonalez@gmail.com

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Pilas, baterías y fuentes de alimentación

Pilas, baterías y fuentes de alimentación

En cualquier robot o aparato electrónico, necesitaremos una fuente de energía, es una parte fundamental en cualquier circuito eléctrico. Estas fuentes de energía lo que hacen es provocar una diferencia de potencial para que los electrones circulen entre sus dos polos, del negativo al positivo. En el caso de la corriente alterna, simplemente se agitan (van hacia un lado y luego dan la vuelta).



En un robot es también muy importante, y por eso hay que elegir bien lo que más nos convenga. Obviamente no va a poder estar conectado a un enchufe, por tanto habrá que usar pilas o baterías. Las baterías tienen la ventaja de que se pueden recargar. Hay baterías de ión litio, de níquel-hidruro y de litio polímero entre otras. Las baterías de níquel-hidruro son las más seguras. En cambio las de litio polímero, aunque son las que dan mayor cantidad de energía, son pueden arder más fácilmente, por ejemplo, si se cargan a una tensión diferente a la suya. El principal problema de las baterías, es su precio, bastante alejado del de las pilas.

Las pilas son el elemento más usado para robots. Pero hay infinidad de tipos y características. Empezaré hablando de los tipos:

Pilas normales: Estas son las pilas más comunes. Se encuentran en cualquier tienda. Son más o menos baratas. Además son las más ligeras.
Pilas alcalinas: Estas son parecidas a las pilas normales. Son bastante más caras (suelen doblar o triplicar el precio de las normales), pero duran bastante más que las normales. En cuanto a la intensidad que proporcionan, es la misma, por tanto no las compréis porque sean más potentes (que no lo son) sino porque duran más. Estas son bastante comunes y las encontraremos casi en cualquier sitio. Estas pilas pesan bastante más que las normales y eso puede ser un factor a tener en cuenta en las competiciones, con pesos máximos en las reglas.
Pilas recargables: Estas pilas son una magnífica opción, pero son muy caras (puede llegar a multiplicar hasta por 10 el precio de las normales, según tipos) y además es necesario un cargador, lo que aumenta todavía más el precio. Pero no tendremos que comprar más pilas, ya que se pueden recargar (tras muchas recargas pierden efectividad y cada vez funcionan peor, pero tiene que pasar bastante tiempo). Estas son algo más difíciles de encontrar, pero en tiendas de electrónica seguro que hay. Ver baterías.
Pilas de modelismo (creo que se llaman así): Estas pilas son especiales para aviones y coches radio-control, dado que necesitan mucha energía. Son caras pero ofrecen mucha energía. Se pueden conseguir en tiendas de modelismo. La energía que tienen las pilas se suele medir en energía/tiempo. Lo bueno de estas pilas es que puedes pedirles más energía, pero durarán menos. En cambio las normales y alcalinas tienen un tope. En estas puedes consumir el doble de energía pero te durarán la mitad. Así consigues mucha energía en momentos concretos en los que la necesites. Elegir unas u otras dependerá del robot que vayamos a construir.

Hay varios tipos de pilas:

Mini/AAA: de 1.5 voltios, son las más pequeñas y ligeras, proporcionan una duración e intensidad menor que las demás. También llamadas R3, M4 o MN1600. Se usan en reproductores MP3… No recomendables para robots, a no ser que vayan a ser muy pequeños.

Pequeña/AA: La pila más común, la de toda la vida que se usa en radios, despertadores, juguetes… De 1.5 voltios, más duración e intensidad que las anteriores. También llamadas R6, M3, MN1500… Estas ya podrían ser una opción interesante.

Mediana/tipo C: Estas son algo más grandes y pesadas (con más duración e intensidad que las anteriores) y de 1.5 voltios. También son llamadas R14, M2 y MN1400. Estas serían más convenientes para sumo, por ejemplo.


Grande/tipo D: Son las más grandes y pesadas de 1.5 voltios y por tanto las que más duran de este tipo y las que dan más intensidad y duración. También se llaman R20, M1 y MN1300. Hay que tener en cuenta su tamaño y peso, porque ya son grandes… Ideales para sumo.


Petaca: Estas son de 4.5 voltios y tienen mucha intensidad, así como duran mucho. También se llaman 3R12, M5 o MN1203. Estas son grandes también y pesan bastante.
Bloque: Estas son las de 9 voltios. También se llaman 6F22, M6 o MN1609. Son ligeras y relativamente pequeñas, pero su intensidad es muy baja, así que en mi opinión no son recomendables. Aunque en muchas ocasiones son recomendables para la lógica del microcontrolador (por ejemplo, en Basic Stamp). Aún así, es mejor usar 4 pilas AA (6 voltios en total) que una de bloque si hay varios sensores etc. conectados.

Pero, para conectar estas pilas, es necesario un portapilas. Podemos encontrar para todas las pilas que he mencionado, y son como cajitas donde colocarlas. Las de petaca no estos seguro si es posible encontrar un portapilas y las de bloque no tienen, pero si llevan un borne que se ajusta a ella y de donde salen los dos cables. Esto lo encontraremos únicamente en una tienda de electrónica, no es tan fácil como ir al súper… Pero es posible que no queramos conectarlo en serie… pero eso ¿qué es?

Bueno, para alimentar la lógica (la cual suele usar 5 voltios) es recomendable usar 4 pilas de 1.5 voltios. Como hay un regulador de tensión (que lo convierte en 5) podemos poner más de lo que usa (hasta cierto límite, depende, normalmente no pasa de los 18-25 voltios). También se suele usar una pila de 9 voltios, pero si hay muchos actuadores, sensores, motores etc. conectados no será suficiente.
Cuando realmente se necesita mucha energía es para los motores. Una mayor intensidad deriva en más par motor y un mayor voltaje en más rpm (velocidad de giro). Si queremos que los motores giren muy rápido habrá que usar el máximo voltaje que aguanten los motores (12 voltios, por lo general, para la robótica normal) o servos, por ejemplo si queremos participar en la categoría rastreador velocista. Si queremos que tengan mucha fuerza (par motor) tendrán que tener mucha intensidad. Para proporcionarle esa energía extra aparte de la de la lógica, hay que usar un driver (sobre drivers, motores y ruedas hablaré otro día). Vale, una vez esto está claro, hay que ver cómo conectar las pilas.

Supongamos que necesitamos llegar a 12 voltios, ¿cómo lo hacemos? Pues con 8 pilas de 1.5 voltios. Luego elegiremos que clase (AA, D…). Si queremos 6 voltios, pues 4 de 1.5 v. Para que al conectar 2 pilas se sumen los voltajes, es necesario que estén en serie, es decir, el positivo unido con el negativo de la siguiente pila. Así conseguimos aumentar el voltaje, y así están los portapilas. Es decir, que conectando positivo con negativo de la siguiente (y así sucesivamente) sumamos el voltaje. Se pueden conectar pilas de diferentes voltajes en serie, pero tienen que tener todas la misma capacidad de corriente, es decir, capacidad para soportar esa energía. A esto se le llama batería. Aumenta el voltaje y la duración.





Pero si queremos el mismo voltaje con más duración e intensidad, podemos ponerlas en paralelo. Es decir, unimos el positivo con el positivo y el negativo con el negativo, y de ahí sacamos otros dos cables hacia los motores/driver. Así también formamos una batería, pero aquí las pilas tienen que tener el mismo voltaje, muy importante. Sino hay diferencia entre las pilas y circula energía entre ellas, pudiendo dañarse y consumiendo energía. El voltaje se mantiene igual que el de una sola pila, pero aumenta la intensidad y la duración de las pilas.






Se podrían llegar a hacer circuitos con pilas en serie y paralelo, unas por una parte y otras por otro. Así conseguiríamos más voltaje y más intensidad, pero deberían tener todas el mismo voltaje. Aún así, no es muy habitual.



Yo, por ejemplo, usé 4 pilas de bloque en paralelo para la lógica de un microcontrolador (se mantiene en 9 voltios, pero duran más) y una sólo de 9 voltios para el otro microcontrolador, que apenas hacia nada. Para los motores, use 8 pilas normales de 1.5 voltios de tipo D, las más grandes. Usé también 2 portapilas de 4 horizontales cada uno para estas pilas. Cuando se acababan, las cambiaba. Esto fue así porque las alcalinas pesaban más y me pasaba de los 3 kg. de peso máximo. Eran Panasonic.



Para probar los motores recomiendo usar una fuente de alimentación y para las pilas un tester. Es un elemento indispensable en electrónica, así que si no tenéis uno, ya sabéis, a la tienda que los hay por 15 €. Así podremos medir la intensidad, voltaje etc. de las pilas para estar más seguros.

En cuanto a las marcas: Panasonic, Duracell, Sony, Cegasa… Vosotros veréis, no he comprobado marca a marca cual es mejor, pero no recomiendo las de la marca del súper. Por lo general, os podéis guiar por: cuanto más caras, suelen ser mejores. Vosotros decidís cuanto os queréis gastar.

Con una fuente de alimentación podemos probar cualquier motor. Lo conectamos (polo positivo y negativo) y le aplicamos la intensidad y voltaje que queramos. Aquí vemos una fuente de alimentación:

Por cierto, recomiendo poner un interruptor, para que cuando no se estén usando sean fáciles de desconectar y evitar que estén consumiendo a lo tonto.


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Autor: Sergio Porres González http://roboticamaselectronica.blogspot.com/Este documento ha sido realizado para orientar a posibles personas interesadas en la alimentación y fuentes de energía para robots o que estén interesados en la robótica en general. Si alguien quiere publicarlo, que contacte con su autor: sergioporresgonalez@gmail.com
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