Genially programación 2 eso

2º E.S.O

PROGRAMACIÓN Y ROBÓTICA

Control de sensores

TIPOS DE ROBOTS

SENSORES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Programación de un robot

EL MOVIMIENTO DE UN ROBOT

Robótica en el cine

- Unidad de Control: recibe los estímulos del mundo que le rodea por medio de los sensores. Siguiendo la programación que tiene almacenada, procesa la información que le ha llegado del exterior, comprueba si tiene que modificar el funcionamiento de la maquinaria y envía las órdenes precisas a los actuadores, que ajustarán su movimiento a las condiciones actuales. - Sensores: reciben la información del exterior (luz, temperatura, presión, etc.) .- Estructura: está formada por el bastidor sobre el que se montan sensores y actuadores, y por las láminas de la carcasa que protegen los mecanismos frente a golpes del exterior. - Actuadores: son los elementos que proporcionan movimiento al robot, tanto en el caso de brazos robóticos como en el de los robots capaces e desplazarse de forma autónoma. Se trata principalmente de actuadores eléctricos (motores de corriente continua, motores paso a paso y servomotores). En los robots profesionales es posible encontrar también actuadores neumáticos e hidráulicos, que funcionan con aire y aceite a presión.

¿Cómo programamos el controlador?

En nuestro caso, usaremos el software de programación ArduinoBlocks, que usa una interfaz gráfica y programa a través de bloques (mucho más sencillo que la programación textual, aunque no lograremos conseguir programas muy avanzados).

Programación por bloques

Programación textual

Los sensores son los elementos que captan la información de entrada y la transmiten al cerebro del sistema, es decir, el Controlador.

Características de los sensores Veremos las características más importantes de los sensores con el ejemplo de un termómetro de mercurio:

Tipos de Sensores a) Sensores de Temperatura:

Termómetros infrarrojos:

Termómetros electrónicos:

Termistores:

PT100:

Termómetros de mercurio:

b) Sensores de Luminosidad: Miden los cambios de intensidad lumínica en un lugar determinado.

Sensor de Luminosidad exterior

Sensor de luminosidad en placa:

Fotorresistencia:

Los robots pueden clasificarse de diferentes maneras. Una de ellas, los agrupa de la siguiente manera: - Robots Software: son aquellos que no tienen cuerpo físico. Son programas complejos capaces de realizar acciones basados en datos. Un ejemplo de ellos son los buscadores de Internet. - Robots Hardware: aquellos que tienen un cuerpo físico. Se programan para realizar una serie de movimientos y adaptarse al medio por medido de los sensores que incorporan. Dentro de este tipo de Robots, tenemos varios subtipos:

androides

robot móvil

Robots Híbridos

Robots Zoomórficos

robot industrial

Son robots dotados de movimiento para desplazarse esquivando obstáculos. Los más habituales, hasta hace poco tiempo, utilizaban ruedas u orugas para los desplazamientos. En la actualidad existen robots capaces de moverse en el agua e, incluso, de volar de forma autónoma. La clave de éxito está en disponer de los sensores adecuados para detectar obstáculos y de una programación inteligente que les permita moverse con fluidez.

Imitan la forma de los seres humanos. Una de las mayores dificultades durante su desarrollo es la de lograr equilibro y movimiento parecido al nuestro.

Son un tipo de robot móvil que imita la forma de un animal. Muchos disponen de patas articuladas para desplazarse, pero también se han desarrollado otros que imitan el movimiento de peces, gusanos e insectos.

Son máquinas empleadas en la fabricación en serie de productos mecánicos, electrónicos, farmacéuticos, etc. Tienen gran velocidad y precisión de movimientos. Algunos son capaces de incorporar herramientas en e extremo de su brazo, lo que les permite realizar actividades tan distintas como pintar, soldar, remachar, entre otras.

La zona superior imita la forma humana, pero emplea ruedas, orugas o varias patas para desplazarse.

3.1. ESLABONES. GRADOS DE LIBERTAD El diseño de los robots se inspira en la naturaleza, por eso, no es de extrañar que los brazos robóticos sean similares a los humanos. Se llama eslabón a cada uno de los segmentos en que se divide un brazo robótico. Las articulaciones unen entre sí los eslabones y les proporcionan distintos grados de libertad. Cada articulación de un robot puede tener un máximo de seis grados de libertad. Tres son debidos a movimientos rectilíneos y otros tres, a movimientos circulares. En la siguiente imagen, podemos ver los seis grados de libertad del brazo robot marcados como q1 a q6.

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL Se diferencian dos tipos principales de Sistemas de Control: en lazo abierto y en lazo cerrado. a) Sistema de control en lazo abierto: Un sistema de control en lazo abierto consta de un controlador al que se le aplica una señal de entrada para actuar sobre un determinado proceso y lograr un resultado o señal de salida. Es bastante más sencillo que el lazo cerrado, ya que no analiza el resultado final conseguido. Un ejemplo sería una tostadora. Si metemos un trozo de pan dentro de ella, podemos decirle el tiempo que queremos que tueste o la intensidad. Una vez se han cumplido esos parámetros, la tostadora para y tendremos nuestro pan, tostado tal y como le hemos dicho. Sin embargo, al ser un sistema de control de lazo abierto, no analiza si el alimento está correctamente tostado, si necesita algo más de tiempo dentro de la tostadora. Es decir, el resultado final no es analizado por el controlador.

b) Sistema de control en lazo cerrado: Son más complejos que los sistemas en lazo abierto y, por tanto, más costosos. La diferencia con los anteriores es que el controlador, una vez que ha generador la señal de salida, analiza esta y vuelve a retroalimentar el sistema. Un ejemplo, donde podremos verlo de forma más clara, es un lavavajillas con sensor de suciedad. Este aparato analizará lo limpio o sucio que esté lo que tenga en su interior y, dependiendo de ello, el lavado terminará o seguirá funcionando. Por tanto, estamos tomando medidas del estado del sistema cíclicamente, comparando la señal de salida (nivel de suciedad de nuestros platos) con una señal de referencia (nivel de limpieza que queremos alcanzar).

SISTEMA DE CONTROL Un sistema de control es un conjunto de elementos que, dada una señal de entrada, nos proporcionará una señal de salida, dependiendo de unas condiciones que le hayamos dado. Son los elementos de los que consta y el proceso completo por el cual funciona lo que hoy en día se conoce como Robot. Está formado por los siguientes elementos:

- Sensores: son los elementos encargados de percibir, del exterior, las señales de entrada que le llegan. Por ejemplo, en el ser humano, los sensores serían todo lo que tenemos para asimilar información por los cinco sentidos (los ojos, por ejemplo, mediante los cuales percibimos información visual).

- Controlador: es la parte más importante de un robot. Recibe las señales de entrada y las convierte en las de salida mediante una programación determinada. Es "el cerebro" del robot, y su lenguaje son los "códigos de programación" que nosotros le introducimos. En los montajes de Arduino, por ejemplo, sería la placa. En nuestros ordenadores personales, sería la placa base.

Actuador: son los elementos que ejecutan las órdenes que envía el controlador, es decir, la salida del sistema de control. En un montaje de Arduino donde se encienden diferentes Leds, estas bombillas serían los actuadores, que deciden encenderse o apagarse dependiendo de lo que nuestra programación (el controlador) le indique.

ROBOTS EXPLORADORES Los robots exploradores están diseñados para reconocer lugares a los que no puede acceder el ser humano por diversas circunstancias: volcanes, fondos submarinos, asteroides, planetas, etc. Estos robots son auténticos laboratorios autónomos, provistos de cámaras para fotografiar y grabar el entorno, así como de instrumental para analizar el terreno y la atmósfera en la que se mueven. Es habitual que incorporen brazos con distintos tipos de pinzas y herramientas para la toma de muestras.

BIÓNICA Y CÍBORGS La dificultad o imposibilidad de disponer de partes de l cuerpo humano para reemplazar las que no funcionan o se han perdido debido a accidentes o a enfermedades, ha abierto el campo del desarrollo de elementos robóticos que sustituyan esas partes defectuosas o perdidas de la anatomía humana. Entre los diseños más impactantes están los exoesqueletos, que ayudan a que las personas puedan moverse libremente, También hay brazos biónicos que permiten agarrar objetos a personas amputadas.

CONTROLADOR Es el cerebro de un robot se denomina controlador. Es algo así como la placa base de nuestro ordenador. En nuestro caso, vamos a construir un robot con los componentes electrónicos de Arduino, empresa fabricante de sensores, controladores y actuadores. Para el caso del "cerebro" del robot, tendremos una placa similar a la mostrada en la imagen siguiente:

Las partes principales de dicha placa, tal y como se muestra en la figura son: - Conexión USB: es donde conectaremos, a través de un cable USB, la placa con nuestro ordenador, para poder cargar todo lo que programemos para ella. - Pines digitales: conectaremos los componentes, ya sean sensores o actuadores, que dispongan de una señal analógica, es decir, una señal que solo puede tomar dos valores (cero o uno, encendido o apagado). Por ejemplo, una luz LED - Pines analógicos: los componentes que dispongan de señales analógicas serán conectados a estos pines. Una señal de este tipo es aquella que puede tomar un rango amplio de valores, a diferencia de la digital. Por ejemplo, un termómetro toma valores de temperatura de 34,5 ºC, 34,8 ºC, 39,1 ºC, etc. - 5 V: a todo robot debemos darle corriente eléctrica para que pueda funcionar. Para ello, necesitamos siempre conectarle dos cables, uno positivo (+) y otro negativo (-). La conexión a 5V corresponde al cable positivo de la alimentación. -- GND: este pin corresponde al cable negativo de la alimentación. Deriva de la palabra inglesa "ground" (tierra).

La principal manera de mover los robots es por medio de motores. Hay varios tipos distintos, que vamos a ver a continuación: - Motores de corriente continua: solo tienen dos cables para alimentarlos y ponerlos en marcha: positivo(+) y negativo (-). Permiten el movimiento continuo, pero no una parada precisa en una posición determinada.

Los motores paso a paso: contienen varias bobinas en su interior. Permiten un posicionamiento de elevada precisión, lo que los hace muy adecuado en aplicaciones como las impresoras 3D. Son más lentos que los motores normales y su majeo es más complicado, pues, además de la alimentación, tienen varios cables para controlar el giro y hay que enviar las señales de cont

- Los servomotores: además de los cables de alimentación, incluyen un tercer cable para controlar el movimiento y lograr posicionamientos y paradas más precisas. Por esta razón son muy utilizados en robótica. En el pasado, su movimiento se limitaba a 180º, aunque en la actualidad existen modelos que pueden controlar el giro completo.

Sensores de Presencia:

TIPOS DE SENSORES

Sensores de Temperatura:

Sensores de Infrarrojos:

Sensores de Ultrasonidos:

Termómetros de mercurio:

Sensores de Luminosidad:

Detectan elementos que emitan una luz infrarroja (calor).

Detectan la distancia a la que se encuentra un objeto emitiendo una onda ultrasónica y calculando el tiempo que tarda en rebotar y volver al punto de envío.

Miden los cambios de intensidad lumínica en un lugar determinado.

Termómetros electrónicos:

Termómetros infrarrojos

Termistores:

Fotorresistencia:

Sensor de Luminosidad exterior:

Sensor de luminosidad en placa:

PT100: