Documentación

Tres capas: base, Escudo y módulos

Open Lambda Core es un robot seguidor de línea para la categoría Robotrace. La placa base es chasis y circuito en una sola pieza. Sobre ella va el Escudo Core, que ocupa el zócalo 2×15 del Arduino Nano y lo reemplaza por un ESP32-S3. En el Escudo van los módulos: el ESP32-S3, el multiplexor, los reguladores, la IMU y el sensor de distancia.

Ficha técnica

Microcontrolador

ESP32-S3, en un módulo LOLIN S3 Mini

Conexión

USB y WiFi de 2,4 GHz

Sensores de línea

6 reflectivos, a 9,5 mm uno del otro

Sensores de marca

2, uno por lado

IMU

MPU6050, giroscopio y acelerómetro

Distancia

VL53L0X (ToF), mirando al frente

Motores

2 × N20 HP de 6 V, con encoder en cuadratura

Driver de motores

TB6612FNG

Ruedas

Ø 32 mm · 100,53 mm por vuelta

Batería

LiPo 2S HV · 7,6 V · 300 mAh · JST XH

Reguladores

4 en el Escudo: 2 de 5 V y 2 de 3,3 V

Señales

LED RGB, buzzer y botón

Placa base

88 × 100 mm

Escudo Core

61 × 96 mm

El arreglo de línea trae ocho sensores, de los que el robot usa seis. Un multiplexor 74HC4051 lleva esos seis y los dos de marca a una sola entrada analógica del ESP32-S3.

El Escudo trae montado un radar RD-03E de 24 GHz. El firmware actual no lo usa.

Sin el Escudo, la placa base funciona con un Arduino Nano en el mismo zócalo y con su propio firmware: sigue la línea, pero sin encoders, IMU, sensor de distancia ni WiFi. La plataforma y las funciones de esta documentación son para el Escudo.

Pines del Escudo

La asignación de los GPIO del ESP32-S3 en el Escudo Core. Para verla sobre el robot, pieza por pieza: Componentes y conexiones.

Canales del multiplexor

El firmware no sabe de antemano qué extremo de la fila queda a la izquierda ni cuál sensor de marca es el izquierdo. Eso se fija una vez en la puesta a punto, sin tocar el programa.

Zócalo de la placa base

El Escudo se enchufa en el zócalo 2×15 del Arduino Nano y recibe por ahí las señales de la base.

Driver de motores

El TB6612FNG recibe tres señales por motor: una de potencia (PWM) y dos de sentido.

Energía y conectores

El robot se alimenta con una batería LiPo de dos celdas (2S) de alto voltaje (HV): 7,6 V nominales, 300 mAh y 16 × 12 × 46 mm. Se carga con un cargador para 2S: hasta 8,7 V si tiene modo HV, y hasta 8,4 V si no lo tiene.

Los motores son de 6 V y reciben el voltaje de la batería. Por eso el firmware limita la potencia que les entrega: el tope viene en 75 %.

El Escudo tiene cuatro reguladores: dos de 5 V, que bajan el voltaje de la batería, y dos de 3,3 V, que se alimentan de esos 5 V. Ese recorrido se puede seguir sobre el robot, de la batería a cada pieza: El camino de la energía.

Armado: dónde va cada pieza

El robot tiene tres capas: la placa base, el Escudo Core y los módulos. Esta tabla dice dónde van las piezas principales.

Si después de armar un motor gira al revés o un encoder cuenta hacia atrás, no se desarma nada: se corrige en la puesta a punto, que necesita el firmware 4.0.0 o posterior.

Lista de materiales

Lista preliminar de las piezas del robot con Escudo Core, por bloque. Salvo las dos placas y el pivote, que se imprime en 3D, son piezas de catálogo. Cada pieza enlaza a su ficha en Componentes y conexiones: cómo funciona, por dónde se conecta y dónde comprarla.

El cargador para 2S no está en esta lista.

El kit de repuestos trae un Arduino Nano de respaldo, que va en el mismo zócalo 2×15 si falla el Escudo. Lo que trae el kit está en Liceos.

Puesta en marcha

La plataforma es una sola página que se abre en el navegador. Conecta el robot por USB, le instala el firmware base, lo deja en tu red WiFi y muestra sus sensores en vivo.

Qué necesitas

• Un computador con Chrome o Edge, que son los navegadores que pide la plataforma: la conexión por USB usa Web Serial.
• Un cable USB de datos. Los que son solo de carga no sirven.
• Una red WiFi de 2,4 GHz, con el computador en la misma red que el robot.
• Conexión a internet para instalar o actualizar el firmware base y para usar la IA del chat.

Abrir la plataforma Descargarla

Los tres pasos

1. Conectar

   Enchufa el robot y pulsa Conectar por USB. Si el robot es nuevo, la página le instala el firmware base, versión 5.5.1; si trae uno anterior, lo actualiza. Después elige tu red, escribe la clave y pulsa Guardar red. Cuando la página pase sola al paso Revisar, el robot ya está en el WiFi y puedes desenchufar el cable. Desde entonces el cable no hace falta: con el robot encendido, Conectar por WiFi entra directo a la pantalla de trabajo. Si la conexión se corta, la página lo sigue buscando sola y vuelve a entrar cuando aparece.

2. Revisar

   Mueve el robot con la mano y mira que los datos cambien: las seis barras de línea, las dos marcas, el rumbo y la distancia. Aquí también se calibran los sensores y se prueban los motores a mano.

3. Trabajar

   La pantalla donde se pasa la clase. A un lado está el robot en 3D, que se mueve como el de verdad: copia su rumbo, lo que avanzó cada rueda y lo que ve su sensor de distancia, y deja dibujado el camino que recorrió. Al otro lado está el chat: le pides algo, la IA escribe el programa y, mientras viaja, se ve el enlace del computador a la IA y de la IA al robot. El botón Parar queda a la vista mientras el programa corre. Con Control manual el robot se maneja con las flechas del teclado o con W A S D (Shift acelera, Espacio frena), y hay botones para ir a un punto del piso, volver a casa por donde vino y dar una vuelta mirando alrededor; mientras corre un programa, el control manual espera. Reiniciar vista devuelve la cámara a su lugar, sin tocar nada más. Punto cero hace que el lugar donde está el robot sea el origen: el robot dibujado vuelve al centro, se borra el trazo y la casa queda ahí. Borrar el trazo limpia solo el dibujo. Con Conocer el robot el modelo se abre en capas y cada pieza lleva una marca: al tocarla aparece qué hace, cómo se conecta y cómo probarla. Si el computador no puede dibujar el 3D, la página muestra la misma información en una vista plana desde arriba. El robot atiende a una página a la vez: si lo abres en otra pestaña o en otro computador, la anterior queda en pausa con el aviso «Otra página tomó este robot». Desde ese aviso se puede retomar el robot o detenerlo.

Puesta a punto

Los pasos 1 a 5 se hacen una vez por robot y quedan guardados dentro del robot al pulsar Guardar en el robot, al final de la hoja. La calibración del paso 6 no se guarda: se repite cada vez que se enciende el robot o se cambia de pista. Los pasos 2 y 6 mueven las ruedas de verdad; en los demás lo mueves tú. Sujétalo o déjalo en el suelo según lo que pida cada uno.

1. Qué extremo de la fila es la izquierda

   Tapas con el dedo el sensor del extremo izquierdo y miras cuál barra se mueve.

2. Para dónde gira cada motor

   Con el robot levantado, cada botón mueve una sola rueda.

3. Para dónde cuentan los encoders

   Empujas el robot hacia adelante; las dos cuentas tienen que subir.

4. Cuál sensor de marca es el izquierdo

   Pasas algo blanco por el costado izquierdo del robot.

5. Cuántas cuentas da una vuelta de rueda

   Empujas el robot derecho una distancia medida con huincha y la escribes; la página calcula el número.

6. Calibrar los sensores

   Tres segundos, con la línea blanca y el negro pasando bajo los sensores.

Si algo sale al revés se corrige con un botón; no hay que reinstalar nada. Mientras no se haga el paso 5, los milímetros y la velocidad que informa el robot son aproximados.

Calibrar la odometría. Para que el robot vuelva a casa sin desviarse, cada robot mide una vez cuánto gira y cuánto avanza de verdad. En Trabajar, abre Control manual y elige Calibrar la odometría. Dejas el robot en el piso con un metro y medio libre por delante y marcas dónde está; él avanza un metro, da dos vueltas y media, vuelve y deshace las vueltas. Tú mides dos cosas con una regla: cuánto avanzó y cuánto quedó corrido hacia el lado. Con eso la página calcula la escala del giroscopio, el diámetro de la rueda y el ancho entre ruedas, y los deja guardados en el robot. Necesita el firmware 5.3.0; si el robot trae uno anterior, la misma ventana ofrece actualizarlo por WiFi.

El LED de estado

Desde que un programa llama a led(), el LED pasa a ser del programa.

Si algo falla

• El computador no ve el robot. El cable puede ser solo de carga: prueba con uno de datos.
• No se pudo instalar el firmware. Mantén BOOT, toca RST, suelta BOOT y pulsa Conectar por USB de nuevo.
• El robot no entra a la red. Revisa la clave y que la red sea de 2,4 GHz.
• No se llega al robot por WiFi. Revisa que el computador esté en la misma red.

Programar

El robot se programa en Python. El programa es un texto: viaja por WiFi, queda guardado en el robot y corre al pulsar Correr en la plataforma o el botón del robot. No se compila ni se instala nada.

VELOCIDAD = 40      # de 0 a 100
GANANCIA = 0.08     # cuánto corrige por cada punto de error

calibrate(3000)     # gira sobre sí mismo: que la línea le pase por debajo
beep(900, 100)

while True:
    v = line()
    suma = sum(v)
    if suma > 200:
        posicion = sum(i * v[i] for i in range(6)) * 1000 / suma   # 0 = izquierda, 5000 = derecha
        error = posicion - 2500
        motors(VELOCIDAD + error * GANANCIA, VELOCIDAD - error * GANANCIA)
    sleep_ms(2)

Este programa no mueve nada hasta que pulsas Correr en la plataforma o el botón del robot. Entonces calibra tres segundos girando sobre sí mismo, pita y sigue la línea. Es el programa que el robot trae de fábrica.

Cómo corre un programa

Sensores

Moverse una distancia o un ángulo

Para avanzar una distancia, girar un ángulo o llegar hasta una pared se usan estas funciones, no motors(). El robot acelera, frena antes de llegar y se detiene en el punto: mide la distancia con los encoders y sostiene el rumbo con el giroscopio. El programa espera hasta que el movimiento termina.

# Un cuadrado de 30 cm de lado
for lado in range(4):
    forward(300)        # 300 mm: acelera, frena y llega
    turn(90)            # 90 grados a la izquierda

if forward_until(200):      # derecho hasta quedar a 20 cm de la pared
    print("quedé a", distance(), "mm")
else:
    print("no llegué:", last_move())    # 'not_found': avanzó 2 m y no vio nada

arc(150, 360)           # radio 150 mm, una vuelta a la izquierda: un círculo de 30 cm
sleep_ms(400)
arc(150, 360)           # el ocho: una vuelta hacia la izquierda...
arc(150, -360)          # ...y otra hacia la derecha

Velocidad controlada en cada rueda

Cuando no hay una distancia fija ni un obstáculo al que llegar (dar vueltas mientras pasa algo, avanzar hasta que un sensor vea la línea) se le pide al robot una velocidad para cada rueda. El robot mide cada rueda mil veces por segundo y corrige el motor para sostenerla: 200 son 200 mm/s con la batería llena o gastada. Estas funciones no esperan: el programa sigue, y el robot sigue andando hasta que se le pida otra cosa. Por eso el programa necesita siempre una condición para terminar.

curve(200, 150)         # el centro a 200 mm/s por un círculo de 15 cm de radio
sleep(5)                # cinco segundos dando vueltas
drive(0, 0)             # frena

Si el robot choca. Cuando las ruedas empujan y el robot no se mueve (chocó con algo, patina o está en el aire), el robot apaga los motores por su cuenta en cerca de un segundo y termina el programa. La plataforma lo avisa en el chat. Vale para todas las formas de moverlo, incluida motors().

Motores, señales y ajustes

Chat

No existe battery(): el robot no mide su batería.

Enviar el programa al robot

En la plataforma, pulsa Editor de código: se abre la hoja Mi programa. Escribe el programa o pídeselo a la IA y, con el robot conectado por WiFi, pulsa Enviar al robot. El programa queda guardado en el robot: sigue ahí aunque lo apagues. Para correrlo, pulsa Correr o el botón del robot.

Desde el chat es lo mismo: cada programa que escribe la IA trae su botón Enviar al robot, y al recibirlo el robot contesta con los botones Correr y Parar.

Reglamento Robotrace

Robotrace es una competencia en la que un robot autónomo recorre un circuito de línea blanca y compite en velocidad e inteligencia. El reglamento de referencia es «Rules for Robotrace», de la New Technology Foundation de Japón, en su versión del 1 de junio de 2024. Esto es un resumen: el número entre paréntesis es la regla.

El robot

• Es autónomo: salvo la operación de partida, no se lo controla desde afuera, ni por cable ni de forma inalámbrica (1-1).
• No se le agrega, quita ni cambia hardware o software durante la competencia; solo reparaciones menores (1-2).
• Su proyección sobre el piso cabe en un círculo de 25 cm de diámetro y no pasa de 20 cm de alto (1-3).
• No puede agregar fuerza adhesiva excesiva a las ruedas ni a otras partes para aumentar el contacto con el piso (1-4).

La pista

• Superficie negra y línea blanca de 1,9 cm de ancho; el recorrido mide hasta 60 m (2-1).
• Solo rectas y arcos. El radio mínimo es de 10 cm y entre dos cambios de curvatura hay 10 cm o más (2-2, 2-3).
• La línea puede cruzarse a sí misma, a 90° ± 5°, con 10 cm de recta antes y después del cruce (2-2, 2-4).
• Partida y meta van en una recta, con la meta 1 m detrás de la partida; sus marcas van a la derecha de la línea (2-5).
• Cada cambio de curvatura lleva una marca a la izquierda de la línea, en el sentido de carrera (2-8).
• El borde de la pista queda al menos a 20 cm del centro de la línea (2-10).

La corrida

• Cada competidor tiene 3 minutos y un máximo de 5 corridas; su tiempo oficial es la vuelta más rápida (3-2, 3-5).
• La proyección del robot tiene que cubrir la línea durante toda la corrida. Si la suelta por completo, o se detiene más de 2 segundos, el intento es fallido (3-1, 3-7).
• Al terminar, el robot se detiene solo dentro del área de partida y meta, y se queda quieto al menos 2 segundos. Si no queda entero dentro del área, el tiempo no se registra (3-4, 3-6).
• Con el trazado ya a la vista no se le entrega información de la pista al robot (3-8), ni se le cargan programas durante la competencia (atención 1).

En el robot

Open Lambda Core lee esas marcas con sus dos sensores laterales: mark_right() ve la partida y la meta, y mark_left(), los cambios de curvatura.

Japón y Chile

El All Chile Robot Contest publica su propio reglamento para la categoría, que cambia algunas medidas.

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