¿4 ruedas mejor que 2?

Uno de los temas de conversación que tenemos en el foro es el diseño y desarrollo de robots velocistas, Raúl seguidor de la prueba de micromouse nos comentó como ésta era dominada por robots diferenciales de cuatro ruedas, y con la idea de cuatro ruedas nos dispusimos a desarrollar nuestras versiones de velocistas..

La ventaja de usar cuatro ruedas es que perdemos el apoyo de la rueda loca, lo que se traduce en que toda la masa del robot cae sobre las ruedas motrices mejorando la tracción y por tanto obteniendo un mayor agarre en curva. De igual forma al acelerar y decelerar se produce una transferencia de carga longitudinal en el robot. Si frenamos o reducimos la velocidad, como puede pasar cuando entramos en una curva, si llevamos un robot de dos ruedas con un tercer punto de apoyo delantero se produciría una transferencia de carga hacia el punto de apoyo, perdiendo tracción en las ruedas motrices, que son las que nos agarran a la curva y por tanto determinan la velocidad a la que podemos tomar ésta.

Supongo que con ésto en mente y equilibrando los robots correctamente para las aceleraciones y deceleraciones, los japoneses se dedican a poner cuatro ruedas en sus robots diferenciales, algunos ejemplos:

Aquí una foto ejemplo de como montan el robot diferencial los japones, cada motor mueve las dos ruedas de cada lado.

Buscando en youtube podemos encontrar el funcionamiento de uno de estos robots de cuatro ruedas en seguidores de línea (en micromouse son una pasada), viendo lo bien que se mueven en curva.

Velocista del video.

Nosotros no contamos ni con los medios, ni conocimientos que los japoneses para el desarrollo de nuestros robots, pero aún así nos hemos hecho nuestras versiones de cuatro ruedas.. En lugar de usar los motores Maxon y Faulhaber con sus enconders del video y de la foto, hemos usado motorcillos de Pololu, para el panorama robótico que tenemos por aquí no merece la pena la inversión en nada más caro.

Para mi versión he usado cuatro motores de Pololu 10:1 de baja intensidad alimentados a 9 V mediante un DC-DC y una lipo de 3.7 V, es un motor de bajas r.p.m. y con poco par, por lo que tampoco se puede esperar mucho de él, alimentado con 9 V en lugar de los 6 V que nos recomiendan nos permitirá pasar los 2 m/s montando la rueda de menor radio de Pololu. Nos interesa elegir la rueda lo más pequeña posible para que el centro de masas vaya lo más cercano al suelo, de esta forma reducimos las transferencias de carga longitudinales y transversales en el movimiento del robot.

La rueda de Pololu es muy fina y con dibujo, por lo que es de las menos indicadas para el robot velocista, hemos de buscar una rueda lo más ancha posible y totalmente lisa ya que es la que más rozamiento nos va a proporcionar, un ejemplo podría ser esta otra rueda que encontramos en Pololu y que también se acopla al eje del motor.

La desventaja de esta rueda es que es mucho más pesada que la de Pololu (12 gr frente a 3 gr) por lo que en un velocista ligero y con unos motores con tan poco par la propia inercia de la rueda al giro puede ser un problema, por eso en principio me he decidido a usar las finas de Pololu.

Mi versión de velocista de cuatro ruedas ha salido una cosa así:

La idea, componentes y código siguen siendo los mismos que el del Robot Zero, se ha hecho con la idea de probar y comparar las cuatro ruedas con versiones simirales de dos. Su objetivo también es el de usarlo de base para desarrollar la telemetría, lo que nos permitirá avanzar en los ajustes expetimentales del robot (procedimiento de ajuste experimental) e implementación de ideas, como leer el valor de la derivada para ajustar la velocidad en los distintos tramos del circuito, y la única forma de conocer que valores toma la derivada es mediante telemetría.

Adjunto los esquemas, fotolito y un código de prueba.

Esquema.

Fotolito.

Imagen pcb montado.

Código de prueba (falta ajustar las constantes tranquilamente..).

El resultado a falta de ponerse a ajustarlo ha sido bueno, los motores que lleva son una limitación alta y no sé la velocidad ya que no he medido la pista pero la primera impresión a falta de ponerse con él.. no es mala:

Aún así no recomiendo comprar estos motores, por el mismo precio se pueden comprar los motores de Pololu 10:1 HP (con un consumo bastante más elevado, no valen para este dc-dc). Desde mi punto de vista el mejor motor para un robot velocista que podemos comprar por $15.99, con ellos y la rueda de Pololu podrémos alcanzar velocidades de 4 m/s.

Un ejemplo de un Robot Zero con estos motores y la rueda fina de Pololu, totalmente estable y a una velocidad (160/255) que en principio (a no ser que suba bastante el nivel) podría valer para pasar las clasificatorias de los concursos entrando a las carreras robot contra robot, por lo que son ideales para un robot de bajo coste.

Y como era de esperar el Motor 10:1 de alta intensidad del robot rojo ha sido suficiente para ganar la primera carrera a los 4 motores 10:1 de baja intensidad del blanco (aunque queda ajustar bien el PD ya que oscila bastante).

Esperemos que tenga más suerte con su próximo rival.

Versión de 4 ruedas de Raúl con motores 10:1 HP.

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14 Responses to “¿4 ruedas mejor que 2?”

  1. Gizer20 says:

    Como mola. A mi tambien me gustan las competiciones de micromouse ( Algun dia espero competir en una, aunque sea en las de Inglaterra )

    La verdad es que la aproximacion que le estais dando a los velocistas es impresionante.

    Por cierto no habeis pensado en pasaros a ARM7? Os daria mas potencia de calculo , aunque supongo que sera en un futuro cuando aumentes la velocidad de los motores

    • Jorge says:

      Para unos robots tan simples como éstos, con lo poco que llevan, con un micro de 8 bits hay más que de sobra. Meterse con un ARM o similar y llegar a explotarlo frente al micro de 8 bits sería un planteamiento totalmente distinto al velocista que tenemos (o una dedicación mucho mayor), probablemente mucho más caro, con mucho más hardware.

      Para echar unas carreritas estos son divertidos y aún se pueden mejorar bastante, yo espero que la telemetría me aclare unas cuantas cosas.

      Saludos y gracias por el comentario.

      • Gizer20 says:

        Puede que complicado si ( mas dedicacion sin duda ) pero caro puede que no (tambien depende del ARM que uses claro).
        Lo de caro no por las placas de iniciacion que ST esta sacando al mercado. Son estas, http://tinyurl.com/2bdmkqv .
        Tengo unos cuantos links en mi ordenador que ayudan a como programar la placa y hacen el camino de iniciacion mas llevadero, aunque ahora no estoy en él. Cuando llegue te los posteo por aqui o si no quieres que haga spam, enviame un mail y te respondo con ellos.

        He sacado el tema de los ARM porque en micromouse los usan bastante por la potencia de calculo , no porque me lleve comision ni nada ejejej.

        Respecto lo de seguir con los de 8 Bits creo que es buena idea, hay mucha documentación y son relativamente baratos , tanto en herramientas para programar , depurar, etc como en el chip mismo.

        • Jorge says:

          Me refiero a que más caros no en cuanto al micro que cuesta más o menos igual, si no por el uso de otro tipo de sensores, encoders, motores mejores, etc.. Además para alguien que comienza puede que sea más fácil ver un micro de 8 bits que un ARM.

          Yo tengo un par de lpcxpresso y con ellos estoy intentando aprender.

          Si te gusta el tema del micromouse Raúl se va a Inglaterra, dice que en un país como España sin concursos de micromouse no puede vivir, así que seguro que nos contará por el blog como son las cosas robóticas por allí.

          S2

        • Raúl says:

          El micro STM32 está profusamente extendido en Asia. Por el momento en UK para el tema micromouse el número 1 en ese país, Pete Harrison, utiliza dsPIC de 16 bits aunque tiene intenciones de pasarse a ARM (sin subestimar la complejidad). La ventaja que presentan estos micros no es sólo la potencia para cálculos complejos si no la cantidad de periféricos que tienen, contador de pulsos por hardware ideal para encoders. Es cierto que en UK los errores de posicionamiento se calculan a base de los sensores IR, no se emplean giróscopos, lo que simplifica el bucle de control (a costa de precisión).

          Pero vamos con un micro de 8 bits es posible hacer un micromouse a 1.5 m/s aunque no sea capaz de esto:

          http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=Yzol0BuSX1Y

          • Gizer20 says:

            Es cierto lo de los giroscopios, los robots Ingleses ninguno tiene uno y me parece raro.
            Me parece raro porque que gente como Pete Harrison ,que mejoraria mucho el control de curvas y rectas , de antes el paso hacia los STM32 que a añadir giroscopios al robot que ya tiene. Supongo que cree que con la potencia de calculo y los periféricos, como tu has dicho, podrá perfeccionar el control mediante los sensores de infrarrojos.

            Respecto a los micros de 8 bits , estoy de acuerdo. Y creo que si algún día se hace un campeonato de micromouse en España ( dios me oiga ) los 8 bits y sobretodo Arduino va a predominar sobre cualquier otra elección.

            Sobre lo del Tetra, mejor no hablar, lo rápido que es ese micromouse y sobre como revolucionara todo en el futuro con la idea de las 4 ruedas va a ser digno de mención. Aunque en mi humilde opinión no creo que los tiempos menores de 5 segundos sean muy comunes en el futuro, creo que nos estamos acercando al limite ,si es que no hemos llegado ya.

  2. comparison of motor controllers…

    ¿4 ruedas mejor que 2? | C.I.r.E….

  3. Bueno se dice que los Pololu invierten las ruedas para los giros ademas del PID en estos tambien se aplica o basta con detener una rueda ?…

    http://www.facebook.com/groups/115433208518161/

    • JMN says:

      Hola, en los velocsitas nosotros no invertimos las ruedas, frenamos el motor y detenemos una rueda para girar, también hay que tener en cuenta que en velocistas en el trazado no hay ángulos por lo que frenar sólo el motor sin invertir la rueda da buen resultado.

      Saludos.

  4. GALO says:

    Hola, podrias explicar por qué en la parte derivativa el tic lo igualas a 30000, podria ser otro valor?

    • JMN says:

      Hola,

      es para que no se desborde la variable tic y no pase del valor 0xFFFF a 0x0000 al hacer el tic++, se puede poner otro valor distinto que sea lo suficientemente alto para que no afecte al comportamiento del robot, o simplemente coger el valor 0xFFFE como máximo. En este caso el valor que se ha puesto (30000) ya es suficientemente alto para anular la derivada según la constante de ajuste derivativa del robot.

      Saludos.

  5. Ogata says:

    Buneas! Yo también estaba pensando en hacer un seguidor de lineas con 4 ruedas. La gente me dice, 2 ruedas es lo mejor pierdes el tiempo y veo los flameantes diseños japoneses y pienso, ya veremos…. No obstante hay algo que no acabo de encajar de vuestro diseño, 4 motores? De hacer un diseño parecido me pregunto si no tendre problemas con asimetrias de estos, es decir, los alimento a la misma velocidad pero no se mueven exactamente igual. Puede que me haya vuelto algo obsesivo tambien.. por eso os pregunto a vosotros que ya soys experimentados con este diseño. No notais este efecto de no simetria en los motores (estoy suponiendo que los motores de cada lado tienen el mismo ciclo de trabajo)? Gracias y enhorabuena por el diseño!

    • JMN says:

      Hola,

      lo suyo es poner dos motores pero para eso hay que construir las piezas necesarias para unir cada motor a dos ruedas, si tienes la posibilidad de construir esta parte de la mecánica pues dos motores es la mejor opción. Tanto con dos motores como con cuatro tendrás un error al no ser exactamente iguales los motores de cada lado (si el control es en lazo abierto), lo suyo es aplicar un control en lazo cerrado de la velocidad del motor para corregir este problema.

      Todo depende de los medios, conocimientos, dinero y tiempo que se le quiera dedicar. Los robots de este blog son de iniciación, bajo coste y muy sencillos de construir. Este robot de 4 ruedas sólo fue para probar la idea, cogiendo 4 motores iguales ya que no tengo la posibilidad de construir las piezas para usar sólo dos.

      Lo ideal puede ser hacer un robot como los de los japoneses, pero no es fácil, requieren mucho dinero, tiempo y conocimientos.

      Saludos.

  6. Ogata says:

    Hola,

    Ya entiendo que la opcion de dos motores es mejor pero requiere de las piezas necesarias. No obstante queria saber que tal funcionaba la opcion de cuatro y por lo que veo no esta nada mal.Yo estoy pensando en competir en una competición pequeña tampoco necesito lo mejor, aunque nunca esta mal apuntar alto. Veo que los motores salen muy caros, hay muy pocas opciones que entren en el presupuesto y el motor que exponeis esta genial! Creo que me are con cuatro de ellos y probaré haber que sale, cojere los que tienen el eje mas largo para añadir encoders en ellos. La configuración de 2 motores era ideal ya que con 2 encoders tenia todo cubierto pero bueno.. hay que adaptarse a lo que uno tiene. Tengo tambén pensado hacer un seguidor con camara por sensor usando un cortex-m3 pero esto lo dejo para el año que viene, de momento are un diseño mas lijero e incluire encoders, todo esto me dara mucho juego.

    Saludos!

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