domingo, 27 de enero de 2013

Electrónica y control del Robot Giga panorámico



Empiezo de nuevo toda la parte de electrónica y control del Robot. Esta vez en vez de usar Arduino UNO , elijo un PIC ChipKit UNO32 comercializado por Digilent . Elegí este PIC que tenia por casa por la simple razón que en el anterior robot me quedé corto de entradas y salidas, y con este prácticamente doblaba. Actualmente tengo también un Arduino Mega2560 R3 pero actualmente está funcionando como gestor de mi estación meteorológica-web visible en http://77.231.64.193:80 o seguirla vía tweeter @MeteoXavierGP .

Algunas pequeñas diferencias pero notables son: 

·        * El Mega 2560R3 es prácticamente el doble de grande que el UNO32 y como la intención era quitar peso y tamaño…
·        * Las salidas del UNO32 son a 3.3 v en vez de 5v! Esto nos puede dar algún que otro problema añadido. En mi caso tuve que buscar unos relés a 3VDC en USA, ya que en Europa na de ná!
·        * El UNO32 no acepta todas las librerías de Arduino ! Cuidadín con vuestros proyectos, yo me volví telele una vez, menos mal que tenia Arduino’s en casa y comprobé que lo que falla era el hardware y no mi programación.
·        * El software de programación del UNO32 es propio. Se llama mpide y funciona igual que el Arduino.exe, pero cada placa con su software!

En casa tenia una Shield LCD con pulsadores, esto me ahorraría cableados y botoneras externas, consiguiendo otra vez reducir volumen y peso.


Busqué vía eBay dos shields L298N para utilizarlo como drivers de los motores y empecé a jugar, creándome un pequeño programa de simples giros de los motores. Mediante una fuente de alimentación regulable observé que cuando debía aplicar unos 6v para obtener un giro sin tembleques en los motores y que la pantalla Shield del Arduino se quedara bién iluminada.

Aprovecho este momento para pedir vía eBay un step down con salida a 6v y 7 amperios para aprovechar las baterías de 12v que tengo en casa.

Cuando creía que toda la parte motora podía funcionar bién, elegí una caja de plástico de dimensiones justas-optimizadas y después de hacer con ella un colador para fijar diferentes shields ya tenia de nuevo todo a punto para probar.

Cual fue mi sorpresa…una vez cableado en principio estos elementos dentro de la caja cuando aplico tensión me doy cuenta que el LCD me pierde intensidad, y que los botones de la Shield no me responden correctamente.

Inicialmente había conectado la alimentación del UNO32 por el jack lateral…después de pensar me dí cuenta que la tensión caía a unos 4voltios en el pin de 5v. Esto es debido al regulador interno que tiene del tipo 7805 , el cual tiene una caída de tensión interna de unos 2v. , cosas de aquellas que en principio sabemos pero de vez en cuando olvidamos. Miro el dataste del UNO32 y lo deja claro: alimentación entre 7-12VDC.

En este momento decido que NO puedo alimentar el PIC por este conector , y decido bruscamente alimentarlo por el USB…pero claro…el USB va a 5v y yo tengo 6!

En eso que llega mi Step-down (los que compráis a China, ya sabéis que tardan las cosas entre 2-3 semanas normalmente). Conecto todo de nuevo , pruebo y la cosa va aun peor !

Cojo el tester y observo que a la salida del step-down hay 5.03v en vez de 6v! Calentón rápido de mi cuerpo, lo miro varias veces con carga, y sin. Observo que la pegatina dice salida 6 v, pero yo no los tengo. Analizo los datos del pedido de eBay y son correctos, acto seguido entro a la web del fabricante y empiezo a buscar mi modelo…y NO EXISTE !


Aprovecho para ir a la tienda de electrónica local y adquiero unos diodos y ya de paso una batería de 6v con la que alimentaré el invento en mis salidas campestres.

Acto seguido, inserto un diodo a la salida de la batería para observar la caída de tensión , y acto seguido lo intercalo entre el positivo del conector mini usb. La cosa parece que empieza a ir… pero las lecturas en los pulsadores es muy inestable.

Cojo el UNO32 + LCD lo conecto al USB del PC y la cosa cambia mucho. Pruebo de nuevo con la batería y oscila... está claro: si cambiando la alimentación del PIC me falla, el problema es la alimentación.

Sé que tengo 6v en las baterías y necesito regular a 5, y también que con un 7805 no me sirve porque tiene una caída de tensión de 2v, por lo que debería alimentar a 7v. Se me pasa por la cabeza montar un diodo Zener, pero @engeeknyer no me lo recomienda, y me dice hay una cosa que se llaman Step-down … finalmente: cambio de planes: utilizaré la batería de 12v, un step down regulable de 1A para alimentar el UNO32 (lo ajusto con una salida de 7v) y luego pruebo con un StepDown de 5v/10A para los drivers de los motores. Lo monto todo y por fin empieza a funcionar ! Ya era el segundo cambio de diseño en la alimentación, esta claro que los diseñadores nunca aciertan a la primera.


En este punto ya tengo la fase de lógica y control de movimiento de los motores funcionando.


Aprovecho para complicarme más la vida y le monto un conector tipo puerto paralelo a la caja para poder cacharrear con toda la electrónica sin necesidad de arrastrar todo el invento.


Ahora sólo falta montarle el sensor remoto de la cámara fotográfica, el control de temperatura del los drivers , el ventilador para refrigerar y un divisor de tensión para analizar la capacidad de la batería.

Como que vengo de la rama de la electricidad, y no domino la electrónica, soy un poco reacio a montar aun que dispositivos electrónicos. Soy de los que prefiere montar un relé para aislar señales y cuando se trata del control remoto de una réflex, y los euros que vale, no me la juego, axial que acabo montando una plaquita agujereada al cual le monto unos relés de 3VDC.


También monto un LM-35 y lo fijo a una pletina de aluminio que es la que disipa el calor hacia el radiador exterior, en el cual monto un ventilador de 12v que será el encargado de enfriar los L298N.


Finalmente hay un divisor de tensión para analizar el estado de las baterías. En este caso reduzco 1/3 parte el voltaje de las baterías , pasando de 12 v a unos 4v para aplicarlos luego a una entrada analógica (sólo acepta 5v. si no queremos freir el PIC). Una vez luego mediante programación ya multiplicaremos el valor otra vez por 3 para que el LCD nos marque el valor correcto, pero esto ya es programación del PIC que lo dejamos para otro día.


Ya sabéis, si tenéis dudas o más detalles del montaje, no dudéis en postear. Gracias!


  





sábado, 26 de enero de 2013

Porque un grado importa (III)

Seguimos con las matemáticas aplicada a la fotografía. Muchas veces cuando nos hablan de focales de objetivos nos quedamos con la idea de que si el número es grande es un tele-objetivo, que representa que tiene mucho “zoom”, pero no sabemos cual es el ángulo de visión, y de lo contrario, si el número es pequeño se tratará de un angular o gran angular.

Pero ¿ a cuantos grados equivale esa focal ?
Para ello deberemos ayudarnos de la trigonometría. Primero de todo , necesitaremos conocer las dos siguientes variables:

Focal a utilizar (aquí no hay mucho que explicar, tan sólo hay que ver a cuanto tenemos ajustado la focal en nuestro objetivo en mm). Si utilizamos un duplicador o tele convertidor deberemos multiplicar para obtener la focal resultante. Por ejemplo si tenemos un objetivo ajustado a 300 mm y utilizamos un tele convertidor de 1.4x, la focal resultante seria de 300 x 1.4 = 420mm. Otra opción es disparar una foto y acto seguido visualizar mediante la pantalla de la cámara la información referente a la focal en mm.


Diagonal del tamaño del sensor en milímetros. Si no sabemos como encontrar las dimensiones del sensor, y siempre hablando de cámaras del tipo bridge o réflex, podemos utilizar la siguiente tabla:

 

Si sois de los que os gusta calcular todo:
Diagonal sensor, una vez buscado en los manuales de la cámara, en las características técnicas suele decirlo, no seáis brutos y midáis con un pié de rey esas cotas si queréis evitar el riesgo de dañar el CMOS !  Aquí es tan fácil como aplicar el teorema de Pitágoras . En nuestro caso :

Diagonal sensor = raíz cuadrada de( ( distancia1*distancia) + (distancia2*distancia2) )

Realizaremos un ejemplo con el sensor de la d-90 que según caracteristicas técnicas de Nikon, el sensor mide 23,6 x 15,8 mm. , entonces :


Diagonal sensor = raíz ( ( 23,6*23,6) + (15,8*15,8) )
Diagonal sensor = raíz ( ( 556,96 ) + ( 249,64 ) )
Diagonal sensor = raíz ( 806,6 )
Diagonal sensor = 28,84 mm


Aprovecho para mostraros el efecto recorte producido por el factor conversión:


Imaginemos que utilizamos una Nikon d-90, un 500 mm de objetivo y un con un tele-conversor de 1.4x (no confundir con el factor del sensor!) . En principio estos son los datos que utilizaré en mi próximo proyecto Giga panorámico

Ya tenemos las dos variables: focal equivalente y tamaño de la diagonal del sensor, ahora ya solo falta aplicar la fórmula final:

Diagonal sensor = 28,84 mm
Focal = 500 x 1,4 (tele-conversor ) = 700 mm
Focal equivalente = Focal x Factor recorte = 700 x 1,5 = 1050 mm
Angulo de visión horizontal =2 * arc tangente ( diagonal sensor / 2 * focal  equivalente)
Angulo = 2 * arc tangente (28,84/ 2*1050)
Angulo = 2 * arc tangente (28,84/2010)
Angulo = 2 * arc tangente (0,013733)
Angulo = 2 * 0,78679
Angulo de visión horizontal = 1,57º

NOTA = Si no tenéis una calculadora científica, y disponéis de la calculadora de Windows, podéis calcular el arc tangente haciendo click en INV previo a tan.


Finalmente y ya puestos, calcularemos el ángulo de visión en vertical
Angulo de visión vertical = ángulo de visión horizontal * distancia2 / diastancia1
Angulo Vertical = 1,57 * (15,8 / 23,6)
Angulo Vertical = 1,57 * (0,6695)
Angulo Vertical = 1,05 º
  
Finalmente y para los usuarios de Arduino, aprovecho un pequeño código para calcular los grados y poder utilizarlo en vuestros proyectos:

// Calculo ángulo de visión de un objetivo por XavierGP

#define _360div2xPI     57.29577951

float d1=23.6;         // distancia 1 sensor CMOS (ancho)   Valor de la Nikon d90 !
float d2=15.8;         // distancia 2 sensor CMOS (alto)    Valor de la Nikon d90 !
float diagonal_sensor=sqrt((d1*d1)+(d2*d2));
float grados_horizontales;
float grados_verticales;
float factor =35/d1;     // en su defecto : FF = 1, Nikon DX=1.5 , Canon DX=1.6 , Olympus= 2
float focal = 700;       // valor zoom a utilizar (en mi caso 500 x 1.4)

void setup() { 
  Serial.begin(9600); // 9600 bps
}

void loop(){
 grados_horizontales= 2* (atan(diagonal_sensor/(2*focal*factor))*_360div2xPI);
 grados_verticales = grados_horizontales * d2 / d1;
 
  Serial.print("Diagonal sensor: ");
  Serial.print(diagonal_sensor);
  Serial.println(" mm.");
  Serial.print("Con una focal de ");
  Serial.print(focal);
  Serial.print(" mm. y un factor ");
  Serial.print(factor);
  Serial.print("x , el resultante es de ");
  Serial.print(grados_horizontales);
  Serial.print(" grados en Horizontal, y de ");
  Serial.print(grados_verticales);
  Serial.println(" grados verticales.");
}

Con todo esto ya puedo seguir con mi proyecto, para que sea más moldeable y versátil en cuanto a programación y poder definir in situ la focal a utilizar, ahora sólo falta adaptar esto al programa general.

domingo, 13 de enero de 2013

Porque el tamaño importa (II)


No es una leyenda urbana, ni una manera de autojustificar, pero el tamaño muchas veces importa. ¿ Os acordáis de los primeros teléfonos “móviles” ? Eran grandes, pesados, con poca autonomía (la cobertura es otro tema!), y a grandes pasos la cosa ha ido empequeciendo, hasta llegar a unos tamaños increíbles, todo y que en el futuro quien sabe como serán…

El año pasado con el robot panorámico logré juntar varios temas para llegar a un resultado: La mecánica, la electrónica y la fotografía para obtener una fotografía Gigapanorámica, con un resultado para mí de alta satisfacción, es por ello que la gran cantidad de horas empleadas me llenaron al ver los resultados esperados.

También es de cultura popular que quién algo quiere ver, algo tiene que andar. En el caso de fotografías panorámicas siempre he tenido de hacer varias excursiones previas para analizar el terreno, y determinar el que creí como mejor punto optimo (aquí entraba la parte de fotografía y la parte de transporte).

Uno de los problemas detectados durante las tres excursiones para la toma de fotografías es que cada vez tocaba andar más y por peores accesos con toda la artillería a cuestas, y parece que no pero hay sus quilitos. Para hacernos una idea: cuerpo Nikon d-90 ronda 700 gramos, el objetivo Sigma 150-500, unos 1800 gramos, dos baterías de 12v 7Ah, cada una debe pasar de los 1500 gramos, unas herramientas de supervivencia… ya pasamos de los 5 kilos , y me he dejado el robot !

El robot anterior calculo que rondaba los 15-20 kilos, habían varios engranajes de hierro puro y duro, rodamientos, platinas de 10 mm de hierro, perfilería de unos 60 mm. Era muy robusto, pero muy pesado .

En más de una ocasión estuve buscando posibles sitios para hacer panorámicas pero siempre lo debía descartar por la dificultad de acceso de todos los materiales. Soy una persona que no me gusta molestar a la gente y no creo que sea ético contratar sherpas para que me trasladen mis trastos para hacer una cosa en que el resultado final es un reto mío.

Una de mis últimas ascensiones en solitario hasta el Collbaix , sirvieron para que remontara la idea de intentar hacer una foto desde allí arriba. Analicé los diferentes accesos para determinar el mejor, pero todo y eso el tema peso pintaba complicado y allí empezó el reestiling del robot panorámico. La vista que se ve desde allí arriba la podeis ver en pequeño . La foto un poco más grande aqui


Como que la idea la tenia bastante clara, sólo me faltó la ayuda incondicional de mi compañero de trabajo que siempre me aporta grandes soluciones a mis grandes problemas, y dicho y hecho, 4 esbozos , recopilación de hierros , 4 herramientas básicas y hacer bricomanía.

Esta vez se puede decir que excepto un pequeño engranaje de 12z que es metálico, el resto son de nylon-resina, mucho más ligeros, fáciles de trabajar, y menos pesados. Se ha reducido al mínimo las dimensiones, para quitar tanto peso como sea posible , al igual que las pletinas de aluminio, hierro o madera DM se han reducido a planchas de poco espesor.
También en el tema engranajes/motor, se ha sustituido el conjunto de rotación horizontal por un motor nema con reductor incluido de 51:1 . Aquí se redujo el peso drásticamente a base de incrementar el coste…


Si quereis más información podeis encontrarla en la web de Stepperonline

Y el resultado fue este: El robot de la derecha es el nuevo en proceso de montaje, mientras que el de la izquierda es el antiguo con varias piezas desmontadas para su reutilización.


La idea básicamente es la misma que el anterior, pero esta vez es más fácil de montar y desmontar, el ajuste es prácticamente nulo, cosa que el anterior tenía serios problemas para que los engranajes de los reductores no tuvieran mucho juego entre ellos. Cabe recordar que entre tomas habían aproximadamente 2.7º, y un movimiento producido por un mal acoplamiento entre engranajes podía provocar serios problemas en el resultado final. Cada vez que debía desmontar los reductores del eje horizontal me ponía malo en pensar en el siguiente ajuste. Ahora y gracias a este motor y a la precisión de otras medidas, el hecho de montar el robot es como un juego, os invito a ver el siguiente video que deseo que os guste, todo y que hay alguna parte que no se aprecia correctamente, lo siento !


Tiempo real utilizado para desmontarlo tranquilamente = 25 minutos, mientras que para su montaje y ajuste completo fueron unos 45 si no recuerdo mal. El peso del robot actual, diria que menos de 3 kilos ! Ahora la cosa empieza a ser más autotransportable.

domingo, 6 de enero de 2013

Resumen GigaPans 2012

Empezamos el año, nuevos proyectos, nuevas ilusiones, y nuevos retos. El reto más importante del pasado año fue la creación de una Gigapan que tuviera un tamaño digno (lo siento pero eso de entrar a la web de www.gigapan.com y encontrarme panorámicas de 30 Mpixels creo que no es serio cualitativamente).

Después de haber realizado tres gigapans en este pasado 2012 , he ido aprendiendo detalles y detectar varias cosas que se pueden mejorar. En un par de posibles destinos a retratar tuve que tirarme para atrás por la gran dificultad que había para acceder con todos los “trastos” necesarios, no era sólo una cuestión de volumen, sino del peso.

 En la primera Gigapan  (08260-Súria) junto a Emma pude descargar los trastos a 10 metros del punto desde dónde realizaría el proyecto. En la segunda (Solsona) ya tuvimos que arrastrarlo todo 100 metros, por lo que previamente ya le había adaptado dos ruedas al robot, todo y eso había un motor NEMA-17 que va a pocos centímetros del suelo y hay que ir con mucho cuidado sorteando todos los bachecitos, por suerte no sufrió ningún accidente.


 Finalmente, en la última Gigapan del Pont de Vilomara tuve la colaboración de @engeeknyer y su sobrino, y en esa ocasión el recorrido que había entre el lugar desde dónde podíamos acceder con el coche y el sitio desde dónde tomaríamos la fotografía.
de cerca de 1 Km.  

Unos enlaces a las tres giga panorámicas del 2012:

Fecha: 21 Abril 2012
1.098 capturas (61 horizontales x 18 verticales)
Resolución final = 11.43GPx
Exposición = 1/650”
Diafragma = f11




26 mayo 2012
1.827 capturas (87 horizontales x 21 verticales)
Resolución final = 19.42 GPx




08254 Pont de Vilomara www.gigapan.com/gigapans/109009
03 Julio 2012
1.196 capturas ( 46 horizontales x 26 verticales )
Resolución final = 15.68 GPx
Exposición = 1/400”
Diafragma = f9



Lo que quedo claro es que una sola persona no podía acarrear todo el peso del robot (unos 20 kg) más toda la parte de fotografía, por lo que el próximo objetivo era reducir peso y volumen. Si los fabricantes profesionales tenían robots más pequeños , yo también podía intentarlo...

martes, 1 de enero de 2013

El gran dia (Gigapan Súria)

21 de abril del 2012, después de muchos problemas y quebraderos es el día fijado para salir al campo y probar el invento y todo lo que vendría después…

Salimos de casa con el robot, mesita, cámara, objetivo,… y nos desplazamos hasta Súria, una población minera situada en el corazón de Catalunya.

Empezamos descargando todos los “trastos”,  en una pista de acceso entre Can Reguant y Costafreda y empezamos a colocar la mesa de suportación. Mediante el uso del teléfono móvil utilizo una aplicación para nivelar la mesa con el uso de piedras (sistema rupestre, pero efectivo).

Una vez la mesa está a nivel , se coloca el robot y vuelvo a verificar el nivel justo antes de empezar a montar la cámara Nikon d90 , su grip MB-80 (2 baterías EN-EL3e cargaditas) y el objetivo Sigma Bigmos 150-500mm. f5-6.3 .

Desactivo el estabilizador del objetivo y pongo el sistema óptico en modo enfoque manual, y fijo el zoom en 400 mm aproximadamente (conocedores de este objetivo dicen que es la mejor relación calidad/zoom de este objetivo).

Previamente y mediante el uso de varios softwares (Google Earth, TPE y DOF Master) ya tenia decidido el punto óptimo de enfoque para buscar un compromiso , en este caso rondaba los 750 metros (aproximadamente en la iglesia situada en centro del pueblo). Para fijar tanto el anillo del zoom como el de enfoque utilizo cinta aislante al ser un material eficiente, ligero y que no deja marcas.

Como que parte de la gracia de este tipo de fotografía es que quede más o menos todo dentro de foco, tenia claro que una apertura de f11 seria “buena” para tener la profundidad de campo deseada.

Como que el zoom equivalente es de 600 mm aprox. y para evitar trepidación ajusto la velocidad a 1/650”.

Realizo varios barridos para determinar con esta apertura de f11 y velocidad de 1/650” cual es la mejor velocidad e ISO y me sale lo mejor como ISO 640.

Aprovecho para fijar el modo de captura en RAW (NEF Nikon), y desactivo parámetros de visualización previa en pantalla para optimizar los consumos y no poner en riesgo el proyecto.

Se fijan todos los parámetros en la cámara en modo manual. Acto seguido empieza el momento Arduino.

Decido el ángulo de visión (aproximadamente 162º en horizontal  x 32º en vertical lo que da una resultante de 61 x 18  = 1.098 capturas, el numero me gusta , me recuerda a un modelo de motos de la marca Ducati !).

Con este zoom obtendré capturas de 2,7º x 1,8 º, y un solape de aproximadamente un 25% entre fotos tanto en vertical como en horizontal.

En la pantalla del Arduino me va dando información…una de ellas es la previsión del tiempo que asciende a 1 hora y 31 minutos, ya que acaba realizando una foto cada 5 segundos de media.

Una vez se mueve el robot, hay un tiempo de 1 segundo antes y después de realizar las capturas para que nada se mueva…

La cosa empieza y parece que todo responde, entre nervios voy tweeteando con el hashtag #GigapanSuria y realizamos capturas de video. Todo parece que funciona según lo previsto. El ventilador para refrigerar los 2 drivers de potencia L298N para los motores Nema-17 funciona correctamente y sólo se activan cuando el calor en el disipador excede de los 25ºC

Pasa el rato , hasta que aparece en el LCD de 2x16 la frase “Panorámica Completa !!!”.

En ese momento, verifico algunas capturas mediante la pantalla de la cámara, en principio las baterías han aguantado, la SD , todo bien!

Recogemos trastos y una vez de vuelta en casa hay que probar el software AutoPano Giga, que en pequeñas panorámicas me funcionaba bién pero que nunca había probado con GigaPans…

Ahora empieza el paso de convertir los 11.72 Gb RAW en JPG y tras realizar una operación en bloque y darle el tono requerido, manipular algunas de ellas (cielo). El paso de conversión NEF > JPG tarda una hora con mi iMac core i5 3.6GHz con 12 Gb de RAM…

Ahora abro el PanoramaGiga 2.6 y empiezo a renderizar, la vista previa promete… y tras 3 horas 42 minutos aparece el archivo resultante de 91.48 Gb en formato PSB que me es imposible de manipular desde PS. El software me informa que el factor RMS = 2.53 que es un índice de calidad de solape.

Tengo el archivo pero no puedo abrirlo correctamente, el pobre PhotoShop sufre a cada click ! por lo que decido subirlo a Gigapan mediante el  Upload  1.2.0086 y tras 66.346 segundos ya está subido a Internet, momento en que abro el enlace
www.gigapan.com/gigapans/103601 y ya puedo ver la culminación de todo el proyecto
Os dejo el link del making off.


Si alguien necesita datos o ayuda, no dudéis en pedir !

Feliz 2013 !