Control y Róbotica. Desde hace mucho tiempo los humanos hemos intentado tener

máquinas que funcionaran de manera AUTOMÁTICA y AUTÓNOMA.

La palabra robot se usó por primera vez en 1921 en la obra de teatro R.U.R. robot proviene de la palabra checa robota que significa trabajador.

• Nos empeñamos en construir robots por que son maquinas capaces de realizar tareas repetitivas con precisión. Estas tareas ahorran tiempo y esfuerzo a los seres humanos, los robots solo pueden hacer las cosas para lo que están destinados no pueden realizar otra tarea

• Con el tiempo acabaremos construyendo robots para que puedan tomar decisiones por si mismo.

Robótica

MecanizaciónConsiste en la incorporación de las máquinas para ejecutar una serie de acciones que anteriormente se llevaban a cabo manualmente lo que lleva a menos esfuerzo y menos tiempo y menos personas.

AutomatizaciónLa automatización es un sistema donde la producción de tareas producidas normalmente por un operador humano , se ejecutan por un máquina.

RobotizaciónEs un automatización en las que las máquinas son capaces de realizar diferentes acciones y tomar decisiones

Automatismos.

- Mecanismo que abre la puerta del ASCENSOR

cuando llegamos a la planta deseada

- La puerta del ascensor es capaz de detectar el paso

de una persona

- Una lavadora que decide la cantidad de agua y

detergente que deben usar según la cantidad y tipo

de ropa

ROBOTS: Definición Un robot es una máquina programable y multifuncional formada

por un conjunto de automatismos, que es capaz de moverse, manipular objetos o realizar tareas variadas de forma automática interaccionanando con su entorno.

Análisis: LAVADO AUTOMÁTICO DE VEHÍCULOSEl coche se desliza a lo largo del recorrido

porque unos rodillos lo empujan por una guía. Es el conjunto de arrastre

En él existen unas varillas flexibles que el vehículo toca según se desplaza. Son sensores finales de carrera, que indican la situación exacta del vehículo

Para calcular la altura del vehículo y saber hasta dónde deben bajar las escobas de limpieza del techo, incluye sensores fotoeléctricos

Todo el conjunto es controlado por un microprocesador al que incluso se le pueden programar distintos tipos de lavado (con más o menos jabón, limpieza de bajos, doble rodillo, encerado, etc.

¿Para qué necesitamos robots?

Para sustituir el trabajo del ser humano y realizar determinadas tareas:

Tareas repetitivas y monótonas

Tareas peligrosas: atmósferas tóxicas, contaminadas, radiactivas, en presencia de explosivos.

Tareas de gran precisión: Soldaduras microscópicas, medicina, ensamblajes complejos.

Tareas de exploración: lugares inaccesibles para el ser humano.

Clasificación de robots.

Atendiendo a su aspecto físico y a su funcionalidad, pueden clasificarse de la siguiente manera.

Poliarticulados

Móviles.

Nanorobots

Androides.

Zoomórficos.

Robot poliarticulado

Poliarticulados. Están

diseñados para mover sus brazos y herramientas en un determinado espacio de trabajo. En este grupo se encuentran los manipuladores y algunos robots industriales.

Móviles. Son robots con gran capacidad de desplazamiento, acoplados a carros o plataformas. Estos robots aseguran el transporte de un sitio a otro de piezas. Están dotados de un cierto grado de inteligencia, lo que les permite sortear obstáculos.

Nanorobots. Son pequeños

robots capaces de hacer cosas sorprendentes. Existen algunos que viajan por la sangre y son capaces de inyectar la cantidad precisa de un medicamento en una célula. Se trata de robots experimentales.

Androides. Son robots que

intentan reproducir la forma y los movimientos del ser humano. En la actualidad están evolucionando.

Zoomórficos. Se caracterizan

por imitar el sistema de locomoción de algunos seres vivos. Se encuentran el pleno desarrollo se utilizan para desplazarse sobre superficies accidentadas y con numerosos obstáculos. Su aplicación práctica tiene bastante interés en la exploración de otros planetas así como el estudio de volcanes, y entornos de difícil acceso.

Estructura de un robot

En un robot se pueden distinguir cuatro elementos bien diferenciados:

-La estructura

-Los actuadores

-Garra o herramienta

-Los sensores

-Sistema de control

Es el esqueleto del robot y está constituido por los mecanismos y articulaciones que permiten su movimiento

Estructura.

La constitución física de la mayor parte de los robots

industriales guarda cierta similitud con la anatomía de las

extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que,

en ocasiones, para hacer referencia a los distintos

elementos que componen el robot, se usan términos como

cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc.

Grados de libertad de un robot.Número de movimientos independientes que puede realizar.

ActuadoresSon los elementos que a modo de músculos se encargan

de suministrar la fuerza necesaria para mover la estructura del robot.

Actuadores eléctricos. Actuadores neumáticos. Actuadores hidráulicos

Otros actuadores: Luminosos Sonoros

Garra o herramienta Elemento en robots industriales fundamentalmente,

que se encarga de realizar la tarea encomendada. Soldar, pintar, sujetar, recoger piezas etc.

Pinzas: Son las manos del

robot, con ellas agarran

los objetos.

Sensores

Sensor táctil: Piel robótica

Captan una señal física y la transforman en otro tipo de señal

Sensores táctiles, piel

robótica: Sirven para

detectar la forma y el

tamaño de los objetos que

el robot manipula. La piel

robótica se trata de un

conjunto de sensores de

presión montados sobre

una superficie flexible.

Sistema de control

Dirige el trabajo de los actuadores, teniendo en cuenta la información de los sensores y las órdenes establecidas en su programa. Actualmente el control lo realizan ordenadores por la facilidad para cambiar el programa y por el número de tareas que pueden realizar

Sistema de control

Sistemas de control

Lazo abierto

Sistemas de controlDe lazo cerrado

* EJEMPLO DE BUCLE CERRADO. El llenado del agua de la cisterna de un

inodoro.El control se realiza sobre el nivel de agua que

debe contener la cisterna.Cuando tiramos del tirador de salida, la

cisterna queda vacía. En ese momento el flotador baja y comienza a entrar agua en la cisterna.

Cuando el flotador sube lo suficiente, la varilla que contiene en un extremo al flotador y en el otro el pivote que presiona sobre la válvula de agua, se inclina de manera que el pivote presiona sobre la válvula y hace que disminuya la entrada de agua.

Cuanto más cerca está del nivel deseado máspresiona y menor cantidad de agua entra, hastaestrangular totalmente la entrada de agua en lacisterna.

Entrada de agua, controlador (válvula), nudo comparador (lo realiza tanto la válvula como el pivote y la palanca de la varilla), la realimentación (el flotador junto con la varilla y la palanca) y lasalida de agua (que hace subir el nivel del agua).

(Ver en el dibujo como podemos ahorrar agua.)

TERMOSTATO

El fleje de la pieza del dibujo consta de dos láminas de metales

distintos. Al elevarse la temperatura, el cobre de la lámina inferior

se dilata más que el hierro de la lámina superior, lo que obliga al

fleje a curvarse hacia arriba, separándose los contactos. En el

caso de una instalación de calefacción, el contacto abierto

causaría la interrupción de suministro de calor, hasta que el

enfriamiento ambiental permitiera que los metales volvieran a

juntarse.

AUTOMATIZACIÓN.

Control programado Aquel en el que se realizan tareas siguiendo un

programa, el cual está formado por un conjunto de instrucciones que indican las acciones que debe realizar el sistema encada momento.

Los hay de tres tipos:

Autómatas programables (PLC)

Microcontroladores

Ordenador

Autómata programable PLC

Equipo electrónico programable en lenguaje no informático y diseñado para controlar, en tiempo real algún proceso industrial.. Generalmente son dispositivos externos

Microcontrolador Se usan en electrodomésticos, ascensores,

microrrobots etc. Son de tamaño muy pequeño y van incorporados dentro del propio aparato. Se basan en un sencillo microprocesador que ejecuta órdenes de un programa y una memoria que almacena dichas instrucciones.

Ordenador

Control del robot o sistema capaz de procesar cualquier información, siguiendo un programa establecido que se puede modificar (software)

Es necesario añadir un hardware llamado tarjeta controladora para adaptar las señales del ordenador y viceversa, haciendo las conversiones necesarias

Tarjeta controladora

Las tarjetas de control o controladoras sirven de enlace entre el ordenador y el robot. Recibe las instrucciones del ordenador en forma digital y tienen que convertirlas en señales, normalmente analógicas, que sean comprensibles para el robot; y viceversa, también tienen que recibir las señales del sistema robótico y enviárselas al ordenador para su procesamiento.

Descripción del Robot MR-999E.El robot DIDATEC consta de cinco motores decorriente continua que controlan sus movimientos.

M1 baseM2 hombroM3 codoM4 muñecaM5 pinza

Dependiendo de la polaridad de estos motores seconsigue el movimiento en una dirección u otra.El robot no dispone de sensores de posición ni deningún otro tipo por lo que se trata de un “sistemade lazo abierto”.Para controlar el robot, existe un pequeño programa que lo controla fácilmente, el HobbyRobot, se trata de una programa muy intuitivo y fácil de manejar.En primer lugar debe conectarse la tarjeta al ordenador y al robot y después lanzarse el programa.

Tarjeta controladoraExiste gran número de tarjetas controladoras, pero aquí vamos

a estudiar la tarjeta LPT-999E de DIDATEC, que suministran

junto con el brazo robot MR-999E.

Consta de:

* Alimentación externa de +5V. Para cuando no

se conecta el robot.

* Alimentación externa de +3V 0 –3V, si no se

alimenta al robot con las pilas.

* 5 entradas digitales.

* 2 salidas digitales.

* 5 salidas para controlar a los 5 motores del

robot.

* Conexión al puerto paralelo de un ordenador.

Proceso.

ORDENADORTARJETA

CONTROLADORAAUTOMATISMO

entradas

salidas

sensores

actuadores

Entradas y salidas de la tarjeta controladoraPueden ser analógicas o digitales.

Las digitales admiten solamente información del tipo pasa-no pasa; permitirán o no el paso de la corriente por el circuito; son adecuadas para conectar elementos del sistema robótico como lámparas, diodos LED o indicadores del funcionamiento de la máquina.

Las analógicas, en cambio, permiten regular la cantidad de corriente que pasa (recordemos que las variables analógicas admiten cualquier valor). Serán adecuadas si queremos regular la luz que emite una bombilla, la velocidad de giro de un motor.

Ejemplos Entradas digitales: Suelen tener conectados sensores

discretos : finales de carrera, pulsadores, con dos estados : abierto o cerrado

Entradas analógicas: Suelen tener conectados sensores continuos: LDR, termistores etc

Salidas digitales: Suelen tener conectados actuadores de control todo o nada: relé

Salidas analógicas: Suelen tener conectados actuadores de control continuo (con funcionamiento gradual) generan una señal de tensión variable . Motores, lámparas que se puede graduar su funcionamiento.

¿Qué es Arduino?

Es una herramienta para hacer que los ordenadores puedan

sentir y controlar el mundo físico a través de tu ordenador

personal. Es una plataforma de desarrollo de computación

física (physical computing) de código abierto, basada en una

placa con un sencillo microcontrolador y un entorno de

desarrollo para crear software (programas) para la placa.

Puedes usar Arduino para crear objetos interactivos, leyendo

datos de una gran variedad de interruptores y sensores y

controlar multitud de tipos de luces, motores y otros

actuadores físicos.

Los proyectos de Arduino.Pueden:

•Ejecutar el programa en el ordenador y transmitir las órdenes a la placa a través de un cable usb. Por ejemplo para controlar motores, luces, captar la información de sensores, etc.•Ser autónomos. El programa se diseña en el ordenador y se transfiere al microcontrolador de la placa. Una vez allí, se desconecta la placa del ordenador y el programa se ejecuta directamente en la placa. Esto sirve para controlar robots, etc. La placa puedes comprarla ya lista para usar, y el software de desarrollo es abierto y lo puedes descargar gratis.

Para programar Arduino puedes utilizar un lenguaje propio de Arduino o bien utilizar una adaptación del popular Scratch, un lenguaje de programación muy sencillo y asequible.

Ventajas de utilizar Arduino:

Asequible. Las placas Arduino son más asequibles comparadas

con otras plataformas de microcontroladores.

Multi-Plataforma. El software de Arduino funciona en los sistemas

operativos Windows, Macintosh OSX y Linux.

Entorno de programación simple y directo. El entorno de

programación de Arduino es fácil de usar para principiantes y para

los usuarios avanzados.

Software ampliable y de código abierto. El software Arduino esta

publicado bajo una licencia libre y preparado para ser ampliado por

programadores experimentados.

Hardware ampliable y de Código abierto. Incluso usuarios

relativamente inexpertos pueden construir la versión para placa de

desarrollo para entender cómo funciona.

Raspberry Pi.

Raspberry Pi es una computadora completamente funcional,

mientras que Arduino es un microcontrolador, el cual es sólo un

componente de una computadora.

Ambas fueron diseñadas para ser herramientas de enseñanza, es

por ello que son tan populares, ambos dispositivos son muy fáciles

de aprender a usar.

El precio y el tamaño de los dos dispositivos son comparables.

La Raspberry Pi es un computadora independiente que puede

ejecutar un sistema operativo real en Linux

Pero la simplicidad de Arduino hace que éste sea una apuesta

mucho mejor para proyectos de hardware.

Arduino Raspberry Pi modelo B

Precio en dólares $30 $35

Tamaño 7.6 x 1.9 x 6.4 cm 8.6cm x 5.4cm x 1.7cm

Memoria 0.002MB 512MB

Velocidad de reloj 16 MHz 700 MHz

On Board Network Ninguna 10/100 wired Ethernet RJ45

Multitarea No Sí

Voltaje de entrada 7 a 12 V 5 V

Memoria Flash 32KB Tarjeta SD (2 a 16G)

Puertos USB Uno Dos

Sistema operativo Ninguno Distribuciones de Linux

Entorno de desarrollo

integrado (IDE)

Arduino Scratch, IDLE, cualquiera con soporte Linux

Arduino-Raspberry Pi.

Robolab.

Robolab es un entorno de programación gráfico que permite controlar el bloque inteligente de LEGO RCX. Este software comercializado por LEGO está orientado al uso educativo y utiliza una versión adaptada de LabVIEW, de NationalInstruments. EL software de Robolab está basado en iconos, que permiten crear diagramas que son los programas que controlan el RCX. Ofrece modos diferentes de programación adaptados al nivel de aprendizaje del alumnado: Pilot e Inventor. Además, ofrece el modo Investigator orientado a su uso en el laboratorio de ciencias.

Robolab.

Imagen de iconos del Robolab.

Este software comercial se puede usar tanto en sistemas Windows como en Mac.