Robot sparring de entrenamiento II

En este segundo artículo sobre el robot sparring de entrenamiento Octopussy para defensa personal y artes marciales, voy a explicar cómo construir la parte electrónica del invento. En realidad, el trabajo consiste en poco más que conectar unos cuantos cables, aunque sería conveniente tener a mano también un soldador de estaño para rematar mejor el trabajo. Aquí tenéis un enlace al primer artículo de esta serie, en el que explico el montaje de la parte mecánica y podéis descargar el software necesario para que el aparato funcione.

Necesitaréis una caja de conexiones de tamaño suficiente para contener todas las placas de componentes. Yo he utilizado una de 20 x 25 x 10 cm:

En la figura 1 podéis ver la caja de conexiones, con el cable USB para conectar el ordenador en la parte trasera, los conectores con las dos torres laterales en la parte delantera, y un ventilador en la parte superior para extraer el calor, que es opcional, ya que la fuente de alimentación no va a trabajar demasiado. En la figura 2 se muestra la regleta de 14 conexiones y los conectores. Con el modelo de conectores que he elegido no es necesario soldar ningún cable, ya que contienen una regleta en la que podéis sujetarlos usando un destornillador. He puesto un conector macho y uno hembra, para no equivocarme al conectar las dos torres laterales del robot. Si usáis unos cables de colores, será más sencillo no cometer errores.

En la regleta de la caja, podéis ver en los dos extremos los cables negros de masa, uno para cada torre, que vienen directamente de la fuente de alimentación. Los cables verdes son para los 12 V de los motores, y vienen de unos relés que hay dentro de la caja para encender y apagar los motores. Los 6 de la izquierda son para la torre de los brazos derechos y los 6 de la derecha para la torre de los brazos izquierdos. Aunque no se distingue muy bien, porque mi letra es horrorosa, debajo de cada conexión he escrito el número de pin de la placa Arduino que corresponde a cada cable. Yo he usado los pines pares del 22 al 44, como veremos más adelante.

En la figura 3 podéis ver la caja conectada con las torres, que también deberán tener un conector unido a la regleta de la base. Utilizad el mismo código de colores en ambos conectores para no equivocaros. El interior de uno de estos conectores es como el de la imagen:

Como se puede ver, cada pin del conector está representado por un número en la posición en la que se debe conectar el cable. También hay un pin marcado como GND, que es para la masa y corresponde con la carcasa metálica del conector. Si usáis cables de colores, simplemente tenéis que conectar el cable del mismo color en la conexión del mismo número de los dos conectores que se conectan entre sí. Yo he usado los pines del 1 al 6, más el de GND, por lo que hacen falta siete cables por conector.

En la siguiente imagen se muestra el interior de la caja de conexiones:

En la tapa, está la placa Arduino Mega que conecta el ordenador con los relés, a través de un cable USB. La placa Arduino también está conectada a los 12 V de la fuente de alimentación, mediante el conector que está encima del cable USB.

Las dos placas azules de la parte inferior son los relés para encender y apagar los motores, una placa de 8 y otra placa de 4. La placa más grande es una fuente de alimentación de PC de 500 W, que he extraído de su caja. Este tipo de fuente proporciona muchos amperios y es muy barata. Todas las placas van sujetas a la caja de conexiones usando unos espaciadores, como los que se muestran en la siguiente imagen:

Para que la fuente de alimentación de PC se encienda, es necesario unir primero un par de cables, como se indica en este enlace. Se trata de los cables que van conectados al botón de encendido del PC. También habrá que quitar todos los cables sobrantes, ya que la mayoría de ellos no nos servirán:

En la figura de la parte superior podéis ver la fuente de alimentación con todos sus cables. En la caja de la fuente también hay un conector para el cable de corriente y un interruptor, que podéis extraer para ponerlos en la caja de conexiones.

En la parte inferior de la imagen se pueden ver todos los cables de la fuente. Solo nos interesan los cables de color amarillo, que son los de 12 V, y los cables negros, que son los de masa. Podéis cortar el resto de cables, teniendo cuidado de que no hagan cortocircuito, o mejor aún, quitarlos usando un soldador de estaño. En este caso también tendréis que tener cuidado con los cortocircuitos. El cable azul que está separado de los demás, señalado con un círculo rojo, es el cable que tenéis que unir con uno de los negros de masa para que la fuente de alimentación se encienda. En la imagen donde muestro mi montaje, veréis que no hay cables amarillos, ya que yo he reutilizado una fuente a la que previamente le había quitado todos los cables, pero os ahorraréis trabajo si usáis los propios cables de la fuente de alimentación.

Necesitaréis un cable como el de la imagen para conectar la placa Arduino con los relés:

Este cable tiene en un extremo un conector macho, que se conecta a la placa Arduino, y en el otro un conector hembra, para conectar a los relés, como se puede ver en las figuras 1 y 2. Tendréis que separar un mazo de 10 cables para la placa de 8 relés: uno para los 5 V, otro para la masa, y 8 para activar los relés. Para la placa de 4 relés hará falta separar un mazo de 6 cables, de la misma manera.

En la siguiente imagen podéis ver con más detalle las conexiones de la placa Arduino:

En la figura 1 se puede ver el conector trasero, a la derecha. He marcado con Vcc los dos pines del extremo superior que corresponden a la alimentación de 5 V para los relés, y con GND los dos pines del extremo inferior que se conectan a la masa de los relés. En la figura 2 se puede ver el conector USB para conectar la placa al ordenador, y la toma de alimentación en la que se conectan los 12 V y la masa de la fuente de alimentación. Tendréis que usar un jack DC macho de la medida apropiada. La masa debe ir conectada a la parte exterior del Jack, y los 12 V a la parte interior. Antes de poner este conector de 12 V, podéis probar solo con el cable USB. En este caso, la placa Arduino tomará la alimentación del ordenador a través del puerto USB.

En la figura 3 se pueden ver los cables que van hacia los relés conectados al conector trasero del Arduino Mega. Observad que, en los extremos izquierdo y derecho del conector, hay dos cables conectados en lugar de solo uno. Se trata de los cables de alimentación de las placas de los relés, los azules están conectados a la toma Vcc y los marrones a la toma de masa GND. El resto de cables están conectados a los pines pares del 22 al 44. Los cuatro primeros (22, 24, 26 y 28) van a la placa de 4 relés; los 8 restantes, a la placa de 8 relés. Si no queréis tener que modificar el programa de control del robot, será necesario que uséis exactamente estos pines.

La conexión a los relés es muy sencilla. En la siguiente imagen muestro una placa de dos relés para simplificar, pero todas siguen el mismo esquema:

En la figura 1 se muestra la conexión con la placa Arduino: el conector de 4 pines de la derecha. El primer pin por la izquierda se debe conectar a GND, y el último a Vcc. Los pines intermedios, IN1, IN2… corresponden cada uno a uno de los relés, en el mismo orden en que los relés están situados en la placa.

En la figura 2 está la salida de los relés, en la que habrá que conectar los cables de 12 V de la fuente de alimentación y los cables que salen hacia los motores. Un relé es un interruptor electrónico. En este caso, el conector del centro (COMn) puede estar conectado con el de la derecha (NCn) o con el de la izquierda (NOn), donde n es el número del relé. En reposo, COMn está conectado con NCn. Al ser activado el relé por la placa Arduino, COMn se conecta con NOn. Por lo tanto, habrá que conectar un cable de 12 V desde la fuente de alimentación al conector central del primer relé de la placa y, desde este punto, unir todos los conectores centrales de los relés con pequeños segmentos de cable. Los cables que van hacia los motores se conectarán en cada relé en el conector NOn. Os recomiendo cubrir con estaño y un soldador las puntas de los cables, para que no se deshilachen y sea más fácil conectarlos. El 99% de los fallos en el montaje se deberán a cables sueltos o mal conectados.

Según la nomenclatura que expliqué en el artículo anterior y que uso en el programa de control del robot, los pines de Arduino se corresponden con los brazos de golpeo en el siguiente orden:

SR: pin 22; HCR: pin 24; RR: pin 26; MCR: pin 28; LCR: pin 30; LR: pin 32; LL: pin 34; LCL: pin 36; MCL: pin 38; RL: pin 40; HCL: pin 42; SL: pin 44.

Es buena idea situarlos también en este orden en la regleta exterior de conexiones de la caja. De este modo, la mitad de la regleta es para la torre de golpes de derecha y la otra mitad para la torre de golpes de izquierda.

Ya que estamos con la electrónica del robot, os voy a mostrar un complemento que le he añadido para facilitar el entreno. Se trata de un dispositivo luminoso que avisa un instante antes del golpe, para ayudarnos a reaccionar. Tened en cuenta que el aparato está completamente inmóvil y, de repente, golpea con uno de los brazos o piernas. Con los golpes circulares podemos ver el movimiento y reaccionar, porque el recorrido es relativamente grande, pero con los golpes rectos y las patadas es muy difícil. Como es muy posible que no usemos todos los brazos a la vez (por ejemplo, los golpes rectos y los circulares a la cara son difíciles de colocar al mismo tiempo), aprovecho los conectores que sobran para conectar estos pequeños dispositivos, que son como se muestra en esta imagen:

A la derecha tenéis un esquema del circuito. Consta de 3 diodos LED de alta luminosidad y de una resistencia de 1K2 y otra de 430 Ohm, que sirven para convertir la alimentación de 12 V en los 3,3 V que necesitan los LED. He señalado con un recuadro rojo la marca que tienen estos LED para indicar el lado que debe conectarse a masa. Podéis usar un pedazo de placa de prototipos para construir estos pequeños dispositivos. Ponedlos cerca del brazo para el que queréis el aviso y usad el programa para encenderlos por un instante justo antes del golpe. Podéis programar el tiempo que deben estar encendidos y el tiempo que debe pasar hasta que el brazo golpee.

Con esto termina la parte del montaje del robot. En el próximo artículo mostraré como usar el programa para controlar el robot y diseñar las rutinas de entrenamiento.

¡Hasta la próxima, gracias por leer!