Funcionamiento del Robot

El Lego Mindstorm NXT 2.0 es la generación "NXT" de construcción de robots programables.

Entre los componentes del kit de montaje se distingue que el NXT de LEGO cuenta con un ladrillo microprocesador de 32 bits, una pantalla de matriz grande. Además dispone de 4 entradas y 3 puertos de salida, y comunicación por Bluetooth y conexión USB. 

También contiene 3 servo-motores interactivos, cuatro sensores, entre los que se encuentran un sensor ultrasónico, dos sensores de contacto y el sensor de color. 
Éste último  presenta una triple funcionalidad: distingue los colores (negro, blanco, rojo, verde, azul y amarillo), la configuración de la luz, y funciona como una lámpara(es posible controlar los LED's del sensor para que ilumine con verde, rojo, amarillo,…). 
Dispone de su propio software fácil de usar, basados en la programación por iconos de arrastrar y soltar, con 16 modelos de construcción diferentes y con distintos retos de programación. 

Los sensores son los dispositivos que se añaden a la estructura y que permite al robot “visualizar” la realidad que le rodea. De esta manera el robot será capaz de detectar un cambio en el color de una superficie, detectar un objeto, detectar que ha alcanzado el límite de una mesa…  

El kit de lego Mindstrom NXT 2.0, adquirido para la realización del proyecto, contiene 4 sensores de tres tipos diferentes.

1. Sensor de color :
El sensor de color será uno de los encargados de darle visión al robot (El otro será el sensor de ultrasonidos). En realidad, el sensor de color tiene tres funciones en una. Por un lado, el detector permite distinguir color, así como la intensidad de la luz (claro/oscuro). El detector es capaz de detectar 6 colores diferentes, leer la intensidad de luz en una habitación y medir la intensidad de luz de las superficies coloreadas. Además, el sensor de puede ser empleado a modo de lámpara, proyectando diferentes colores. 


2. Sensor de ultrasonidos: 
El sensor de ultrasonidos es el otro sensor capaz de proporcionar el sentido de la vista al robot. Este sensor permite al robot ver y detectar objetos. También puede usarse para crear un robot capaz de sortear objetos, medir distancias y detectar movimientos. 
Internamente, este sensor está formado por dos transductores de ultrasonidos, un emisor y un receptor. Se trata de un sensor complejo que requiere de su propio microprocesador. El sensor trabaja como un sonar, enviando un pulso de ultrasonido de 40kHz y midiendo el tiempo que tarda el sonido en viajar hacia un objeto, reflejarse y volver. 
El sensor de ultrasonidos mide distancias en centímetros y en pulgadas. Permite medir distancias de entre 0 y 255 cm con una precisión de +/- 3 cm  calculando el tiempo que tarda una onda sonora en chocar con un objeto y volver, como un eco. Dependiendo de la forma y el material de que este hecho el objeto, será más fácil o no detectar el objeto. Por ejemplo, si el objeto es muy grande y de superficie dura devolverá una lectura muy buena, mientras que un objeto  curvado o muy fino será más difícil de detectar por el sensor. 


3. Sensor de contacto: 
El sensor de contacto es otro de los cuatro sensores básicos que vienen incluidos en el pack cuando se
adquiere el NXT. Posiblemente se trate del sensor más sencillo de todos. El sensor es básicamente en
un interruptor que nos devuelve un valor de 1 mientras está pulsado, o un valor de 0 mientras está
sin pulsar.

El funcionamiento de este sensor es como el de un interruptor. Dispone de un muelle que mantiene separados los dos extremos. Si se ejerce presión sobre el muelle, éste se encogerá permitiendo que los dos extremos hagan contacto y permitan la circulación de la corriente.   
Figura 1: Funcionamiento del sensor de contacto.
Por lo tanto, si el sensor no está en contacto con nada devolverá un 0 mientras
que si se encuentra en contacto con cualquier cosa devolverá un 1. 
PROGRAMADOR DE APLICACIONES INFORMÁTICAS                         Proyecto:   LEGO NXT 2.0 
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Nota: La superficie del interruptor es bastante pequeña, por lo que habrá que
controlar bien donde colocamos el sensor según lo que se quiera detectar, ya que si
quiere topar con objetos pequeños puede resultar complicado llegar a entrar en
contacto con ellos. Otra opción es montar una “extensión” al sensor que incremente la
superficie de contacto con el interruptor.  
1.1. Actuadores 
Los actuadores son los dispositivos que se añaden a la estructura y que dotan al robot de movimiento. De esta manera el robot será capaz de desplazarse, abrir o cerrar unas pinzas, girar, lanzar objetos,…
El kit de lego Mindstrom NXT 2.0, adquirido para la realización del proyecto, contiene 3 motores para acoplar al robot, o al mecanismo que se quiera componer.   
1.1.1. Motor 
El motor LEGO NXT es el motor específico de la línea NXT. El sensor de rotación, mide las rotaciones del motor en grados o rotaciones completas (con una exactitud de +/- un grado). Una rotación es igual a 360 grados.  
El sensor de rotación también permite fijar distintas velocidades al motor, cambiando el parámetro potencia (power). También permite girar el motor unos grados determinados. 
En la siguiente imagen se muestra el sistema de engranajes que incluye el motor.  
      
PROGRAMADOR DE APLICACIONES INFORMÁTICAS                         Proyecto:   LEGO NXT 2.0 
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En la siguiente tabla se muestran las características mecánicas y eléctricas del motor: 
Motor NXT
Peso(gr) 80 Velocidad libre (RPM) 170 Consumo libre (mA) 60 Par motor (N/cm) 50 Consumo frenado (mA) 2000  
1.3. Ladrillo NXT            El  principal componente es un controlador con forma de ladrillo, denominado Ladrillo Inteligente NXT. Dicho elemento es el encargado de almacenar y gestionar los programas que se creen.  Dicho controlador sería el cerebro del robot, la unidad central que gestiona todos los procesos y que se encarga de unificar entradas y salidas.  
Este nuevo ladrillo inteligente programable, es el nuevo cerebro de los robots LEGO. Dispone de 4 entradas y 3 salidas. Los programadores pueden transmitir los datos con el ordenador a través de un cable USB (que se incluye en el kit) o por tecnología Bluetooth.  
PROGRAMADOR DE APLICACIONES INFORMÁTICAS                         Proyecto:   LEGO NXT 2.0 
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El ladrillo puede disponer de hasta 4 sensores y controlar hasta tres motores, por medio de tomas RJ12. Las cuales son muy similares, pero incompatibles, a las del cable telefónico.  
La pantalla de la que dispone el ladrillo es una pantalla monocromática de 100x64 pixeles. Además dispone de 4 botones que pueden permitir la navegación por la interfaz de usuario mediante el sistema de menú jerárquico. También incorpora un altavoz con el qué se pueden reproducir archivos de sonidos con una frecuencia de muestreo de hasta 8 KHz.  
El ladrillo permite ser programado desde el propio NXT, o bien desde el PC. Éste  dispone de un microprocesador 32 bits y está preparado para controlar cualquier robot, o dispositivo, que se construya.   
El ladrillo requiere el uso de 6 baterías AA (de 1,5 V cada una) o la batería IonLitio recargable 9798, para su funcionamiento.  
Para la programación del ladrillo, Lego ha lanzado el ladrillo con un firmware y herramientas para desarrolladores con software abierto,  junto con esquemas para todos los componentes de hardware.   
Esto convierte al ladrillo de Lego NXT en un sistema de software abierto, aunque no se comercializa como tal. 
 Muchas de las herramientas para desarrolladores disponibles, que contienen documentación para NXT: 
 SDK (Software Developer Kit) incluye información sobre los drivers del USB en el host, formato de archivo ejecutable y referencia de código de bytes. 
 HDK (Hardware Developer Kit), que incluye documentación y esquemas para el ladrillo NXT y los sensores. 
 BDK (Bluetooth Developer Kit), que incluye documentos de los protocolos usados en las comunicaciones por Bluetooth.