Sistema autónomo de control de piezas de ajedrez

Uno de nuestros proyectos técnicamente más exigentes y gratificantes consistió en el desarrollo de un sistema de ajedrez robótico totalmente autónomo, diseñado para mover grandes piezas de ajedrez con precisión sobre un tablero manteniendo toda la tecnología oculta bajo la superficie de juego.

El concepto original parecía engañosamente sencillo: crear piezas de ajedrez capaces de moverse a posiciones precisas de un tablero en una secuencia programada. En realidad, el proyecto derivó en una combinación muy compleja de robótica, control de movimiento, comunicación inalámbrica, sistemas de sensores y desarrollo de software a medida.

Sistema de movimiento autónomo oculto

Un gran desafío era que nada podía verse en la superficie del tablero. Todos los sistemas de tracción, la tecnología de seguimiento y el hardware de posicionamiento tenían que funcionar íntegramente bajo el suelo.

Los métodos tradicionales de posicionamiento robótico no eran adecuados, ya que el deslizamiento de las ruedas o los errores de movimiento harían que las piezas perdieran enseguida su posición. Para solucionarlo, desarrollamos un sistema de navegación a medida por seguimiento de línea mediante trayectorias de señal integradas bajo la superficie del tablero.

El sistema funciona transmitiendo una frecuencia de CA específica a través de pistas ocultas bajo el suelo. 

Unos sensores inductivos de diseño propio, montados bajo cada pieza de ajedrez robótica, detectan la señal y calculan de forma continua su posición respecto a la línea. 

Al comparar las lecturas de sensores situados a ambos lados de la pista, los robots pueden corregir automáticamente su dirección y mantener una alineación precisa mientras se mueven.

Detección precisa de posición

Seguir la línea no bastaba: el sistema también necesitaba saber exactamente en qué posición del tablero estaba cada pieza de ajedrez.

Tras probar varios enfoques, implementamos un sistema de posicionamiento magnético. Unos imanes incrustados en puntos clave bajo el suelo son detectados por matrices de sensores de efecto Hall montadas en el interior de cada robot. Esto permite al sistema identificar posiciones precisas del tablero y detenerse con exactitud dentro de cada casilla.

Estos datos de posición se combinan con el sistema de seguimiento de línea para ofrecer una navegación fiable y secuencias de movimiento repetibles.

Diseño de chasis robótico a medida

Las propias plataformas robóticas se diseñaron íntegramente en nuestras instalaciones con SolidWorks y Fusion 360. A lo largo del proyecto se desarrollaron varias fases de prototipos, empezando por pequeños vehículos de prueba basados en MicroPython y avanzando hasta prototipos de aluminio a escala real y, por último, los sistemas de producción finales.

El chasis final se construyó con perfiles de aluminio en C para ofrecer un bastidor ligero pero rígido, con espacio interior suficiente para las baterías, la electrónica de control, los sistemas inalámbricos y los conjuntos de motores.

Para maximizar la maniobrabilidad, incorporamos ruedas mecanum, que permiten que las piezas de ajedrez se muevan con suavidad en varias direcciones manteniendo un control preciso de la posición.

Sistemas de batería e inalámbricos

Como las unidades debían funcionar de forma completamente independiente y sin cables visibles, todo el sistema funciona con alimentación por batería a bordo.

Elegimos sistemas de baterías extraíbles de bicicleta eléctrica por su fiabilidad, facilidad de carga, larga autonomía y sencillo mantenimiento. 

Las baterías pueden cambiarse o recargarse rápidamente entre los periodos de funcionamiento.

La comunicación entre los robots y el sistema de control maestro es inalámbrica. Inicialmente el sistema funcionaba por Wi-Fi, aunque en futuras revisiones podría migrar a comunicación en 868 MHz para mejorar la fiabilidad en entornos públicos concurridos, donde la gran cantidad de dispositivos móviles puede generar interferencias inalámbricas.

Control central y coordinación del movimiento

En el corazón de la instalación hay un sistema de control maestro a medida responsable de coordinar todos los movimientos de los robots.

El sistema gestiona:

• El posicionamiento de las piezas

• La secuenciación de movimientos

• La prevención de colisiones

• La sincronización entre varias unidades autónomas

• La sincronización entre varias unidades autónomas

Utilizando tecnología desarrollada a partir de anteriores proyectos de control de movimiento basados en EtherCAT, integramos la retroalimentación de sensores en tiempo real directamente en la arquitectura de control, lo que permite una supervisión precisa y un control de movimiento reactivo en toda la instalación.

Actualmente el proyecto incluye varias piezas de ajedrez autónomas, entre ellas una torre y un peón, junto con una reina giratoria controlada por separado.

Seguridad e ingeniería del movimiento

Uno de los principales retos de ingeniería consistió en equilibrar la velocidad de movimiento con la precisión de parada. Como los robots solo determinan su posición al detectar marcadores magnéticos, los perfiles de aceleración y deceleración tuvieron que ajustarse con cuidado para evitar que se pasaran de la marca o que el movimiento fuera inestable.

El sistema también incorporaba medidas de seguridad previstas, como tiras sensibles a la presión montadas en los bordes, diseñadas para detener el movimiento si se detectaba un obstáculo o una persona cerca.

Del prototipo a la instalación final

El proyecto avanzó por numerosas fases de desarrollo a lo largo de varios meses:

• Robots iniciales de prueba de concepto con MicroPython

• Plataformas de prueba de perfil de aluminio extruido

• Desarrollo completo de sensores

• Sistemas de comunicación inalámbrica

• Software de control a medida

• Ensamblajes finales de robots de producción

A lo largo del desarrollo fueron necesarias pruebas y mejoras exhaustivas para lograr un movimiento autónomo fiable bajo un sistema de suelo totalmente oculto.

Una compleja combinación de disciplinas de ingeniería

Este proyecto combinó una amplia variedad de tecnologías, entre ellas:

• Robótica

• Control de movimiento

• Electrónica embebida

• Comunicación inalámbrica

• Fusión de sensores

• Diseño mecánico

• Ingeniería de software

• Navegación autónoma

Fabricado en Gran Bretaña