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8/14/2019 M Informacin Mecanismos
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CURSOS VIRTUALES
Desarrollo de modelos
robticos para el nivelprimaria
Unidad 1: Introduccin a la Robtica
El curso de Desarrollo de modelos robticos para el nivel primaria est dirigido a los docentes del nivel
primario que laboren en instituciones educativas pblicas que cuenten con el kit de robtica educativa
proporcionado por el Ministerio de Educacin.
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Tabla de contenidoINTRODUCCIN Y OBJETIVOS................................................................................................................. 3
LA TECNOLOGA..................................................................................................................................... 4
EVOLUCIN DE LOS SISTEMAS AUTOMTICOS...................................................................................... 6Edad de piedra .................................................................................................................................... 6
Edad de los metales ............................................................................................................................ 6
Las Revoluciones Industriales .............................................................................................................. 8
Primera Revolucin Industrial ............................................................................................................. 9
Segunda Revolucin Industrial ...........................................................................................................11
Mecanizacin .................................................................................................................................12
Tercera Revolucin Industrial .............................................................................................................13
Automatizacin ..............................................................................................................................13
Robotizacin ..................................................................................................................................14
ROBTICA .............................................................................................................................................15
Qu es un robot? .............................................................................................................................15
Cmo trabaja un robot? ...................................................................................................................17
Qu es la Robtica?..........................................................................................................................17
ESQUEMA GENERAL DE UN ROBOT .......................................................................................................19
Subsistema de Sensores .....................................................................................................................19
Subsistema de Control .......................................................................................................................20
Subsistema de Actuadores .................................................................................................................20
Subsistema Elctrico ..........................................................................................................................21
Subsistema Mecnico ........................................................................................................................21
Elementos Terminales ........................................................................................................................21
Ejemplo: Identificacin de un robot ...................................................................................................22
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INTRODUCCIN Y OBJETIVOS
La robtica educativa, es un medio de aprendizaje que esta
impactando positivamente en la educacin de nuestro pas y
es por ello necesario conocer cmo ha evolucionado. Suaplicacin en la educacin tiene enormes beneficios porque
permite al estudiante desarrollar su creatividad,
caracterstica indispensable en la nueva sociedad del
conocimiento. Construir representaciones de las cosas que
rodean al estudiante, ayuda a motivarlos por entender cmo
funcionan y facilita la adquisicin de conocimientos (un
mejor entendimiento del mundo real).
En esta labor, la accin docente debe estar enmarcada por
un conocimiento de la robtica educativa, su empleotransversal (en todas las reas del DCN) y el desarrollo de
habilidades que le permitan orientar y aplicar la robtica
educativa a su quehacer educativo.
La presente unidad hace un repaso sobre la evolucin de los sistemas automticos hasta llegar a la
robotizacin, se define diversos conceptos sobre la robtica y se hace una descripcin detallada sobre
las fases de la robtica educativa: Disear, Construir, Programar, Probar, Documentary Compartir.
Los objetivos son:
Conocer la evolucin de los sistemas automticos. Describir las caractersticas de un robot e identificarlos. Entender el funcionamiento de un robot y describir sus principales partes. Entender la robtica educativa y su aplicacin en la educacin. Describir las fases de la robtica educativa y su aplicacin en los procesos de aprendizaje.
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LA TECNOLOGA
El trmino tecnologa se refiere a todas las diversas formas que utilizamos para modificar nuestro
ambiente. Cuando hablamos de tecnologa incluimos tanto a objetos fsicos como a tcnicas; por
ejemplo, la labranza del campo. Desde los inicios de la agricultura o desde fines de la Edad del Hierrohasta la actualidad, la cultura humana ha producido tecnologa, es decir, la capacidad de modificar la
naturaleza en un grado u otro.
Vamos a citar la definicin de tecnologa que se hace referencia en el curso virtual Integracin de las
TIC en la Educacin:
La tecnologa es una actividad social humana que mejora u optimiza procesos para realizar dos
valores fundamentales: la eficiencia y la eficacia. Para lograr esto, tiene una relacin de
retroalimentacin con el entorno, sea "imaginando posibilidades" (virtualizacin) o "realizando ideas"
(concretizacin). Para hacer posible estos procesos, la tecnologa tiene como marco conceptual la
ciencia.
La tecnologa se encuentra en una constante evolucin; los objetos o tcnicas que no se adaptan a este
proceso simplemente desaparecen. Es decir, a medida que las necesidades son mayores y ms
complicadas, se necesita crear un objeto o tcnica que pueda llenar el vaco para reemplazar el anterior.
En un inicio la tecnologa estaba orientada al trabajo manual (en las fbricas, las mquinas facilitaron el
trabajo de los obreros, por ejemplo.), sin embargo, poco a poco esto comenz a cambiar. Con el avance
de la ciencia, la tecnologa tuvo un gran aliado y la industria comenz a girar hacia un trabajo ms
intelectual. Es en estos momentos que aparece la sociedad de la informacin.
Una sociedad de la informacin es aquella en la cual las tecnologas que facilitan la creacin,
distribucin y manipulacin de la informacin juegan un papel importante en las actividades sociales,
culturales y econmicas.
La sociedad de la informacinhace referencia a la creciente capacidad tecnolgica para almacenar cada
vez ms informacin y hacerla circular cada vez ms rpidamente y con mayor capacidad de difusin.
La sociedad de la informacinsurge a partir del uso e innovaciones intensivas de las Tecnologas de la
Informacin y las Comunicaciones (TIC). El incremento en la transferencia de informacin modific laforma en que se desarrollan muchas actividades en la sociedad moderna. La sociedad de la informacin
es vista como la sucesora de la sociedad industrial.
En la Sociedad de la Informacin los trabajadores del conocimiento sern los nuevos artesanos
creativos.
Peter Drucker
Sin embargo, la informacin no es lo mismo que el conocimiento, ya que la informacin es un
instrumento del conocimiento, pero no el conocimiento mismo. El conocimiento obedece a aquellos
elementos que pueden ser comprendidos por cualquier mente humana razonable.
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Para la UNESCO el concepto de sociedades del conocimiento va ms all de la sociedad de la
informacin ya que apunta a transformaciones sociales, culturales y econmicas que promueven el
desarrollo sustentable. Los pilares de las sociedades del conocimiento son el acceso a la informacin
para todos, la libertad de expresin y la diversidad lingstica.
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EVOLUCIN DE LOS SISTEMAS AUTOMTICOS
Edad de piedra
La Edad de Piedraes el primer periodo de la prehistoria durante el
cual los hombres fabricaron herramientasde piedra, tecnologa quefue la ms avanzada en ese entonces. La madera, los huesos y otros
materiales tambin fueron empleados (cuernos, cestos, cuerdas,
etc.).
Edad de los metales
La Edad de los Metalesse caracteriza por el trabajo metalrgico que
fue trascendental para el progreso humano.
El primer metal que trabajaron los hombres fue el cobre, el cul
paulatinamente sustituy a la piedra. Cuando el ser humanodescubre que al aliar el cobre con el estao se produce el bronce, accedi a un material ms resistente y
de mejor calidad al ser trabajado, de esta manera se da inicio a la Edad de Bronceen donde la mayora
de los instrumentos y recipientes se fabrican con dicho material.
Ms tarde, al conocerse el hierro y emplearlo en producirutensilios y armas, surge la llamada Edad del
Hierro, que se distingue por el auge econmico, social y cultural que experimentaron las poblaciones al
emplear dicho material.
Un metal sometido a altas temperaturas se hace lquido y por lo tanto, maleable. En este estado
puede ser vertido sobre un molde. Luego, al solidificarse, el metal adoptar la forma del recipiente. A
esta forma de trabajar el metal se le denomina sistema de fundicin. As se fabricaban herramientascada vez ms fuertes y resistentes como las espadas.
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Hasta finales del siglo XVIII el hombre solamente haba utilizado herramientas, instrumentos inertes
cuya eficacia dependa por completo de la fuerzay la habilidad de la persona que los manejaba.
Herramientas de uso manual
Nombre Herramienta Fuerza + Habilidad manual
Martillo
Lima
Berbiqu
Desarmador
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Luego consigue utilizar la energa de la naturaleza para generar movimiento circular:
Molino de viento
Elemento: Aire
Tipo de energa: Elica
Las Revoluciones Industriales
Las revoluciones industrialesson el cambio en la produccin y consumo de bienes debido a la utilizacin
de mquinas herramientas, las cuales son la unin de una herramienta y un motor.
La aparicin y aplicacin de la mquina de vapora los transportes, tanto terrestres como martimos,tuvo una inmediata repercusin no solo en procesos de comercializacin, sino tambin en la calidad de
la vida al permitir el desplazamiento rpido y cmodo de personas a gran distancia. Esto produjo un
cambio profundo de los mtodos de trabajo y en la propia sociedad, en general.
Las Revoluciones Industrialessurgieron con elfin de conseguir que la produccin fuese ms
rpida y abundante.
Se buscaba la mecanizacin, reemplazar el trabajomanual del hombre por una mquina que realizar la
misma funcin.
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Primera Revolucin Industrial
Lo que conocemos como Primera Revolucin Industrial se inici en Inglaterra durante la segunda mitad
del siglo XVIII. Fue posible gracias a una serie de transformaciones en las estructuras:
Econmicas: Produccin en serie, desarrollo del capitalismo, aparicin de las grandes empresas(sistema fabril), etc.
Demogrficas: Traspaso de la poblacin del campo a la ciudad (xodo rural), migracionesinternacionales, crecimiento sostenido de la poblacin, etc.
En este contexto, la agricultura enfrent diversos cambios, los modelos demogrficos sufrieron
alteraciones y los esquemas sociales experimentaron modificaciones sustanciales.
El carbn constituy el principal recurso energtico y el ferrocarril se convirti en el medio de transporte
emblemtico de esta era.
El carbn
El petrleo
El algodn
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Las mquinas ms importantes empleadas en esta etapa son:
La Mquina de Vaporque influy en los transportes, los modelos de fabricacin, etc.
El Telar Mecnicoo Lanzadera Volantecuyo uso fue comn en el mundo textil.
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Segunda Revolucin Industrial
En esta etapa se desarrollan materias primas derivadas del petrleo y otras que no provienen de la
naturaleza. Se comienzan a producir materias primas qumicas como el plstico (empleado en la
industria textil). A pesar de que el carbn se segua empleando, porque era el combustible de la
mquina de vapor, fue sustituido paulatinamente por nuevas fuentes energticas como el agua (energahidrulica), el viento (energa elica), electricidad (energa elctrica), entre otras. Esta revolucin
industrial estuvo marcada por la bsqueda de la mecanizacin.
A lo largo de esta etapa se siguen realizando grandes inventos:
Dinamo: Transforma la energa mecnica enenerga elctrica.
Motor de explosin:Extrae la energa a partir de lacombustin del petrleo. Fue el responsable de la
invencin del automvil.
Cinematgrafo: Permite filmar y proyectarimgenes en movimiento. Fue la primera mquina
capaz de grabar y proyectar pelculas de cine.
Telfono: Es un dispositivo de telecomunicacindiseado para transmitir seales acsticas por
medio de seales elctricas a distancia.
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Mecanizacin
La mecanizacin aparece en la Primera y Segunda Revolucin Industrial.
Promueve la obtencin de piezas mediante el empleo de las mquinas.
Se llama mecanizacina la incorporacin de mquinas en la realizacin
de determinadas tareas.
Se habla de la mecanizacin del campola realizacin de las tareasagrcolas han incorporado mquinas por todos conocidas, como el
tractor, el arado o la cosechadora.
Se habla del mecanizado de piezas en un taller cuando para la fabricacin de un determinadoproducto se utilizan mquinas como tornos o fresadoras, es decir, cuando se abandona la
fabricacin manual y se sustituye por procesos mecanizados que permiten mejores acabados y
mayor rapidez en la confeccin de elementos.
La creacin de las mquinas facilit notablemente la obtencin de piezas con mayor precisin, en menor
tiempo y por menor costo. Algunas de las tcnicas utilizadas en la fabricacin de piezas son:
Torneado Fresado
Las mquinas empleadas en la mecanizacin son el torno, la fresadora, el taladro, la sierra, etc.
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Tercera Revolucin Industrial
Se emplea la fibra ptica, nuevas cermicas, aluminio, acero, cobre, mercurio, etc. En cuanto a las
energas empleadas, en esta etapa se siguen usando las mismas que en la Segunda Revolucin, pero se
le aade: la energa atmica, as como energas alternativas (la elica, la solar, etc.) Todas estas energas
tienen en comn que son naturales, inagotables y limpias.
Se busca la automatizaciny la robotizacin.
Automatizacin
La automatizacin tiene sus inicios en el empleo de los autmatas. El trmino griego "automatos" alude
a un objeto mecnico que se mueve por s mismo. Durante el siglo XX, la automatizacin logra un gran
auge debido a la electrnica. Consigue abaratar an ms los costos de fabricacin. Los autmatas son un
caso muy conocido de control, que se ha venido aplicando a aquella clase de mquinas en las que una
fuente de energa acciona un mecanismo, que permite imitar los movimientos de los seres vivos. Uno de
los autmatas ms conocidos fue el Pato de Vaucanson (Grenoble 1709-Pars 1782) construido en 1738,
que era un pato artificial capaz de batir las alas, zambullirse, nadar, tragar grano e incluso expeler una
sustancia parecida al excremento.
http://www.flickr.com/photos/rightwing/164057076/
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La automatizacin, es considerada como la supresin parcial o total de la intervencin humana en la
realizacin de tareas productivas, como las tareas agrcolas, industriales o administrativas.
La automatizacin es un sistema donde se trasfieren tareas de produccin, realizadas habitualmente
por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnolgicos. Se busca compatibilizar objetivos
de eficiencia y flexibilidad en los sistemas productivos mediante la integracin de computadoras y
mquinas.
Antes, para manejar una mquina solo requeramos de nuestra habilidad fsica. Ahora debemosprogramarlas!!!
Robotizacin
La robotizacin es una automatizacin de procesos pero sin intervencin humana. Ella involucra
desplazamiento de cargas, manipulacin de objetos y un fuerte componente de realimentacin. Es
decir, este tipo de automatizacin permite la manipulacin automtica y programable de acciones y
objetos.
Finalmente, podemos resumir estos tres peldaos de la tecnologa de la siguiente forma:
Proceso CaractersticasMecanizacin Incorporacin de mquinas:
Realizan procesos repetitivos. Reemplazan el esfuerzo humano. Son manejadas por operadores humanos.
Automatizacin Sustitucin parcial de intervencin humana. Sistemas capaces de autorregulacin.
Robotizacin Reprogramacin informtica. Coordinacin de automatismos. Adaptabilidad a diversas tareas (polivalencia).
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ROBTICA
Qu es un robot?
Segn el Diccionario de la RAE, un robot es una mquinao ingenio electrnico programable, capaz de
manipular objetosy realizar operaciones antes reservadas solo a las personas.
Mquina:
Conjunto de piezas acopladas entre s que transforma una forma de energa en otra para hacer untrabajo determinado.
Es un conjunto de piezas que con su funcionamiento puede dirigir, regular, transformar energapara realizar un trabajo determinado.
Solo las mquinas capaces de manipular objetosson robots? Qu pasa con los robots bpedos o cuadrpedos que no manipulan nada? No son robots?
BigDog: Este robot ya lleva algn tiempo desarrollndose. Es un robot electro-hidrulico todoterreno. Camina, corre, escala y carga hasta 150 kilos. Posee visin
estereoscpica (3D) lo que le permite calcular las distancias exactas para realizar sus
movimientos. Est diseado para misiones de reconocimiento en terreno hostil.
http://www.technofreakz.es/2009/08/bigdog-el-robot-mas-avanzado-para-
terrenos-accidentados/
Un robot es un dispositivo electromecnicoque desempea tareas automticamente, de acuerdo a un
programa.
Dispositivo:Mecanismo o artificio dispuesto para producir una accin prevista.Mecnico: Ejecutado por un mecanismo o mquina.Electromecnico: Dicho de un dispositivo o de un aparato mecnico accionado o controlado pormedio de corrientes elctricas.
Mecanismo:Conjunto de las partes de una mquina en su disposicin adecuada. Estructura de uncuerpo natural o artificial y combinacin de sus partes constitutivas.
Automtico:No requiere de un operador para realizar sus tareas.
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Ejemplo: Una mquina autnomaes un automvil que carga su propio combustible y tiene autonoma
para desplazarse por varios kilmetros, pero no es automticoporque requiere de un conductor que lo
maneje.
Un cajero electrnico, tambin conocido como ATM (Automated TellerMachine), cumple con la definicin, pero es un robot?
En general, un robot, para ser considerado como tal, debera cumplir los
siguientes requisitos:
Ser un dispositivo electrnico mecnico:No es natural, sino que ha sido creado artificialmente. Tener movimiento: Puede interactuar con su entorno. Tener percepcin:Reconocer lo que ocurre a su alrededor. Ser automtico: No requiere de un operador para realizar sus tareas. Trabaja en forma
independiente. Est dotado de sistemas internos (embebidos) y de inteligencia computacional,
de esta manera puede realizar sus tareas por s solo.
Tener Inteligencia computacional:Es la implementacin de algoritmos que doten al robot decapacidades vinculadas con la inferencia, toma de decisiones, aprendizaje, evolucin, etc.
Es programable:Programar es dar rdenes. Decimos que un robot es capaz de obedecer estasrdenes y actuar en consecuencia con ellas. Estas rdenes deben ser dadas en un lenguaje que
tanto el programador como el robot entiendan. Un lenguaje artificial con esta caracterstica se
conoce como lenguaje de programacin.
Decir que un dispositivo es programable significa que tiene un
elemento inteligente llamado microprocesador(uP) omicrocontrolador(uC).
Un robot es un dispositivo electrnico mecnicocon capacidad de movimientoy accin, concierto grado de autonoma, que desempea tareas en forma automtica y que demuestrainteligencia computacionaly es programable.
Entindase tareaa cualquier actividad fsica (que interactu con su entorno o la naturaleza). Se dice en algunas definiciones, que un robot puede percibir su entorno, esto hace referencia a
que tiene sensores (electrnica).
Cuando se dice que es programable se puede entender que trabaja con un programapredefinido o utilizando tcnicas de inteligencia artificial.
La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos fsicos como a sistemas virtuales de software,
aunque suele aludirse a los segundos con el trmino de bots. En este curso emplearemos la palabra
robotpara referirnos a mecanismos fsicos.
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Cmo trabaja un robot?
Un robot trabaja realizando tres etapas:
Percibir: Es la manera en que el robot detecta lo que hay en su entorno. Procesar: Procesa la informacin y, en funcin a su programacin, toma decisiones. Actuar: Medio por el cual realiza una accin fsica.
Qu es la Robtica?
La robtica es una ciencia aplicadaque se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots.
Una caracterstica de la robtica es que es un rea interdisciplinaria; es el resultado de la interaccin de
varias disciplinas:
Procesar
ActuarPercibir
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La mecnicapermite el diseo de los sistemas de transmisin de movimiento. La electrnica le permite al robot recoger informacin, procesarla y actuar coordinando
impulsos elctricos que hacen que el robot pueda efectuar sus movimientos. Tambin es la que
le otorga la inteligencia computacional.
La informtica provee de programas necesarios para el procesamiento de la informacin ylograr la coordinacin mecnica requerida en los movimientos del robot y otorgarle cierto grado
de inteligencia.
Actualmente, la mayora de las aplicaciones de la robtica estn materializadas en mquinas que
trabajan en una situacin muy especfica y controlada como, por ejemplo, recogiendo las piezas de una
cadena de montaje, soldando en un punto concreto de un automvil, siempre del mismo modo exacto,
miles de veces al da.
Sin embargo, en lo que se refiere a la locomocin, los humanos y otros animales somos difciles de
imitar. Usando una pequea cantidad de energa podemos movernos con gran versatilidad sobre un
terreno accidentado y responder a ste con un sofisticadsimo equilibrio que exige un control muy
preciso de msculos y tendones. Tenemos diferentes maneras de manejar nuestras fuerzas, desde el
modo de actuar para mantener en un sitio fijo un objeto hasta la manera de lograr que no se vierta el
contenido de una taza de caf sostenida entre las manos durante el trayecto de un automvil por una
carretera con baches.
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ESQUEMA GENERAL DE UN ROBOT
Subsistema de SensoresEl robot almacena informacin del medio ambiente donde se encuentra gracias a los sensores. Existen
diversos tipos de sensores: de proximidad, de presin, de temperatura, de inclinacin, etc.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas y transformarlas en
magnitudes elctricas.
Las magnitudes fsicaso qumicaes una propiedad o cualidad de un objeto o sistema fsico a laque se le pueden asignar valores como resultado de una medicin cuantitativa. Entre los
ejemplos de magnitudes fsicas podemos nombrar: longitud, temperatura, intensidad luminosa,
distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc.Una magnitud elctrica es un tipo de magnitud fsica cuyo origen son las cargas elctricas. Como
ejemplo podemos nombrar a la resistencia elctrica, el voltaje y la corriente.
Existe una variedad de sensores:o Sensores de proximidado Sensores de temperaturao Sensores de humedado Sensores de presino Sensores de velocidado Sensores de caudalo Sensores de nivel
Subsistema de
Actuadores
Proximidad
Subsistema de
Control
Subsistema de
Sensores
SonidoInclinacin Presin
SwitchesMotores Pistones
Elemento
terminal
Subsistema
elctrico
Subsistema
mecnico
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Subsistema de Control
Es la parte que le da inteligencia al modelo robtico. Es la que lee el estado de los sensoresy en
funcin a ciertos parmetros (valores) decide qu hacer y enva las rdenes a los actuadores. El
elemento principal de este subsistema es la Unidad Central de Procesamiento (CPU), tambin
denominada microprocesador (uP). Para funcionar, el microprocesador requiere de otros elementoscomo la memoria ROM (Read-only memory) y la memoria RAM (Random-access memory), as como de
las interfases respectivas para poder interactuar con el exterior. Actualmente se ha difundido el empleo
de un componente electrnico denominado microcontrolador (uC) en el cual se tiene integradas la
memoria ROM, RAM e interfases de entrada y salida (E/S).
uC = uP + RAM + ROM + Interfases de E/S
Subsistema de Actuadores
Son los que ejecutan las tareas u rdenes dadas por el subsistema de control; por ejemplo, los motores,
los pistones, etc.
Los actuadores son los elementos que dan movimiento a los modelos robticos.
Se clasifican en tres grandes grupos segn la energa que utilizan:
Neumticos: Aire comprimidoLa neumtica es el empleo el aire comprimidocomo medio de transmisin de laenerga necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.
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Hidrulicos: Agua o aceiteLa hidrulica es el empleo de los fluidos como el aceitecomo medio de transmisinde la energa necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.
Elctricos: Corriente elctrica
Subsistema Elctrico
Incluye todos los componentes elctricos del robot.
La fuente de alimentacin: encargada de transformar la corriente AC (alternating current) encorriente DC (Direct current).
Componentes de seguridad: Como fusibles, interruptor de encendido, cables, etc.Subsistema Mecnico
Incluye las partes mecnicas del robot, tales como las articulaciones y los elementos terminales.
Elementos Terminales
Son los encargados de interactuar directamente con el entorno del
robot. Pueden ser tanto elementos de agarre como herramientas tipo:
soplete, etc. Son diseados especficamente para cada tipo de trabajo.
Son denominados TCP(Tool Center Point).
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Ejemplo: Identificacin de un robot
Equipo o dispositivoElectrnico
mecnico
Movimiento
y accin
Inteligencia
computacionalProgramable
Automtico (no
tiene operador)
Es
robot?
S S S S No No
S S No No No No
S S S S S S
S S No S S No
S S S S S S
S No S S S No