8/18/2019 Teoría+de+Robótica

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Dpto. de Tecnología del I.E.S. Trassierra. Córdoba.

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CONTROL Y ROBÓTICA1.  Máquinas y robots.

Tenemos que distinguir entre:

   Máquina: conjunto de elementos móviles, unidos entre sí, que transmite fuerzas desde una fuente

de energía hasta el punto donde queremos aplicarla; se utilizan para realizar tareas que antes sehacían de forma manual. 

   Máquina automática: es capaz de realizar por sí sola determinadas acciones predeterminadas yrepetirlas bajo determinadas condiciones; estas máquinas repiten la acción para la que están

diseñadas, pero sin la posibilidad de variar su funcionamiento; con ello se aumenta la

productividad y se realizan las tareas desagradables y peligrosas sin la participación humana. 

   Robot: máquina automática programable que realiza por sí sola determinadas funciones y es capazde tomar decisiones al respecto y actuar en función de éllas y de la información recogida del

entorno mediante sensores. 

La palabra robot  proviene del término “siervo”, mientras que androide  deriva de laspalabras griegas andros (hombre) y eidos (forma) y hace referencia a un autómata con

apariencia humana.

Muchos escritores de ciencia ficción han contribuido con sus relatos a la idealización del

robot como un artefacto a caballo entre el hombre y la máquina. Isaac Asimov nos

presenta en su obra “La imagen de los robots” como unas máquinas bien diseñadas y con

una seguridad garantizada que actúan de acuerdo con tres principios:

  Un robot no puede actuar contra un ser humano, ni permitir que un ser humano sufra

daños.

  Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflicto con

la primera ley.  Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras

leyes.

2.  Domótica.

A la integración en el hogar de las Tecnologías de la Información se denomina domótica, término quedefine la incorporación a la vivienda de elementos que permiten su control y gestión, aumentando el

bienestar y la seguridad de sus habitantes y racionalizando los distintos consumos. Este término

abarca desde el uso de un simple temporizador programado para que encienda y apague una luz, hasta

sistemas más complejos capaces de controlar cualquier elemento eléctrico dentro de la vivienda.

Mediante una serie de dispositivos (sensores) pueden detectarse distintos parámetros tales como latemperatura de las habitaciones, presencia de humos, iluminación, presencia de personas, fugas deagua, etc. Esta información es tratada por una Unidad Central (que será el dispositivo controlador), lacual pone en marcha distintas acciones (mediante los elementos que llamaremos actuadores) enfunción de la información recogida y las instrucciones que nosotros hayamos indicado. Así podemos

controlar el encendido y apagado de la calefacción, la apertura de persianas, saber si han entrado

intrusos a la vivienda, si hay alguna fuga de gas…

Gracias a Internet y a las distintas tecnologías de redes de datos, podemos controlar el estado de

nuestra vivienda desde cualquier sitio mediante un ordenador conectado a la red. Incluso con la

telefonía de última generación podemos tener en el teléfono móvil información de la situación de

nuestra vivienda en tiempo real y enviar instrucciones para distintas acciones: poner en marcha el

horno, encender el aire acondicionado…

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3.  Tipos de robots.

Según sus aplicaciones, los robots se pueden agrupar en:

  Industriales o manipuladores.  Suelen tener forma de brazo articulado en cuyo extremoincorporan elementos de sujeción o herramientas. Realizan tareas repetitivas en industrias de

automoción, en las que se emplean para montar piezas, moverlas, ajustarlas, soldarlas, pintarlas,

etc. 

  Móviles o vehículos robot. Se desplazan empleandoruedas, orugas o patas articuladas y se utilizan para

suministrar herramientas o materiales a los

manipuladores, para transportar materiales peligrosos,

para colocar cables submarinos, explorar el fondo del

mar o para realizar exploraciones por el espacio.   Prótesis para uso humano. Son dispositivos

electromecánicos que realizan el trabajo de las manos,

los dedos o las piernas de los seres humanos. 

  Didácticos o experimentales. Se utilizan en laenseñanza y el aprendizaje de la robótica. Dentro de

este tipo se incluyen los robots de juguete que imitan

algunas funciones de los robots experimentales.

  Manos teledirigidas. Sirven para manipular productos

radiactivos o peligrosos y para colaborar enoperaciones quirúrgicas controlados de forma remota

por cirujanos expertos (telecirugía). 

  Instalaciones inteligentes. Sirven para controlar demanera automatizada las mercancías de almacenes o

los libros de bibliotecas, entre otras aplicaciones. 

  Microrrobots o nanorobots. Constituyen la últimatendencia en las investigaciones en el campo de la

robótica. Se trata de dispositivos de un tamaño de cm o

mm con los que se actúa, por ejemplo, en el cuerpo

humano para realizar intervenciones en vasossanguíneos dañados o en el interior de máquinas para

diagnosticar posible averías. 

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4.  Arquitectura de un robot.

Un robot está compuesto por cuatro partes fundamentales:

   Elementos estructurales y mecánicos: son los que configuran la estructura y permiten el

movimiento de las diferentes articulaciones y de los actuadores (perfiles, ejes, uniones fijas o

articuladas, juntas universales, mecanismos de transmisión/transformación de movimiento,

tornillería, etc.) 

  Sistemas de control:  contienen los programas que permiten determinar la posición de los

elementos del robot y determinan la velocidad y acción que realizará a continuación.  

  Sensores: detectan información del entorno y la envían al sistema de control. Permiten determinar

la acción que se va a realizar. 

   Actuadores: son los mecanismos que realizan la acción determinada por el sistema de control en

función de las señales que recibe del entorno mediante los sensores; pueden ser eléctricos,

hidráulicos o neumáticos. 

5. 

Sensores.

Los sensores transforman los estímulos y las señales del entorno en señales eléctricas que pueden serprocesadas por un ordenador.

Los sensores se comportan como los sentidos de una persona, y el ordenador, como el cerebro.

Tipo de estímulo Funcionamiento del sensor

LuzEste sensor está formado por un LED, que emite luz, y una LDR, quepercibe la que se refleja de aquélla; así el sistema puede comprobar la

diferencia de luz existente entre dos puntos y actuar en consecuencia.

Posición

Determinan la posición en la que se encuentra el robot. El más simple y

utilizado es el final de carrera: un pulsador que se activa cuando unelemento del robot llega a un punto determinado y lo presiona. Otro más

sofisticado es el de ultrasonidos, que emite sonidos de muy alta frecuenciay percibe los reflejados (como en el sensor de luz), determinando así la

distancia a los objetos situados delante del sensor.

Sonido

Los sonidos se perciben por las vibraciones del aire al incidir en un

micrófono. Estas vibraciones se convierten en señales eléctricas que el robotpuede comparar con otras almacenadas en su memoria y actuar de acuerdo

con ellas.

Tacto

La mayoría de los robots utilizan almohadillas de goma elástica quecontrolan la presión de la yema de los dedos sobre los objetos. Las

propiedades de estas almohadillas varían con la presión que ejercen los

dedos y el ordenador mide los cambios.

Otros

Temperatura, presión, nivel de humedad, presencia de determinados

productos químicos y gases…, todos los datos que podamos captar con

algún instrumento (sondas) pueden servir para que el robot obtenga

información y actúe en función de la misma.

6.  Sistemas de control.

Normalmente al robot hay que enseñarlo a actuar en función de las señales recibidas. Para ello,

precisa de instrucciones que le indiquen cómo tiene que mover cada una de sus partes para cumplir la

función encomendada:

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  En primer lugar, los operarios que controlan el funcionamiento del robot deben introducir en el

ordenador toda la información posible sobre el entorno de trabajo, es decir, deben programarlo.

  A continuación, el ordenador procesa toda la información recibida y con ella la posición exactaa la que tiene que dirigirse, por ejemplo.

  Por último, el ordenador dirige los actuadores del robot de forma automática para efectuar losmovimientos que correspondan.

7.  Actuadores.

Según el sistema que utilizan para activarse, los actuadores se pueden agrupar en:

  Servomotores: son motores capaces de colocarse en una posición muy precisa; básicamente estánconstituidos por un motor de corriente continua, engranajes, un sensor de posición y un circuito

electrónico, integrado en el conjunto, para controlar el motor. 

   Neumáticos:  se utilizan cuando se precisan movimientos muy rápidos; éstos permiten pasar deuna posición a otra de forma muy rápida, pero no son útiles para acciones que requieran precisión.  

   Hidráulicos: sirven para realizar grandes esfuerzos; son fáciles de reconocer y los puedes ver en

las retroexcavadoras. 8.  Funcionamiento.

Según el modo de tratar la información, podemos distinguir dos tipos de sistemas de control:

  Sistemas de control secuenciales. Su funcionamiento se basa en una ejecución secuencial (paso apaso) de un programa que hace que se ejecuten ciertas acciones en función del tiempo o del estado

de la acción anterior. El mecanismo que se encarga de establecer el orden en que se ejecutan las

acciones es el secuenciador.

Estos sistemas agrupan muchas máquinas programables, como electrodomésticos (lavadora,

lavavajillas…), alimentadores de piezas en la industria, etc.

  Sistemas de control cerrado. Un robot no realiza las funciones de forma mecánica, es decir, unaa continuación de otra, sino que continuamente, cada pequeñísima demora de tiempo, toma datos

del entorno para detectar las variaciones que se han producido, los introduce en el sistema de

control y actúa teniendo en cuenta las modificaciones: es lo que se conoce como

retroalimentación.

El sistema se asemeja al funcionamiento de un aparato de aire acondicionado: cuando nosotros

programamos una temperatura para una habitación y la ponemos, por ejemplo, a 21 ºC, el aparato

empieza a enfriar de manera que cada poco tiempo toma la temperatura de la habitación y, si está

por encima de los 21º que hemos programado, seguirá enfriando; pero en el momento en que baje

de los 21 ºC, se parará el compresor.

Actividad. Visita las direcciones www.androidworld.com  y world.honda.com y encontrarásinformación curiosa sobre robots de todos los tipos.