Tema 4. CR3 - Control y Robótica
daniel_agudo
Created on September 29, 2024
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Transcript
Control y Robótica
Los Sistemas de Control
Arquitectura de un Robot
Robots Industriales
Robótica y Salud
Robótica y Música
Metacognición
5. LOS SENSORES Como hemos visto, los sensores son los elementos que captan la información de entrada y la transmiten al cerebro del sistema, es decir, el Controlador. 5.1. Características de los sensores Veremos las características más importantes de los sensores con el ejemplo de un termómetro de mercurio: 5.2. Tipos de Sensores a) Sensores de Temperatura: - Termómetros de mercurio: - Termómetros electrónicos: - Termómetros infrarrojos: - Termistores: - PT100: b) Sensores de Luminosidad: Miden los cambios de intensidad lumínica en un lugar determinado. - Fotorresistencia: - Sensor de Luminosidad exterior: - Sensor de luminosidad en placa: c) Sensores de Infrarrojos: Detectan elementos que emitan una luz infrarroja (calor). d) Sensores de Ultrasonidos: 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. e) Sensores de Presencia:
6. EL CONTROLADOR Es el cerebro de nuestro sistema. Gracias a la electrónica o la programación que le introduzcamos, vamos a ser capaces de transformar todas las señales de entrada que le lleguen en una o varias señales de salida, que serán ejecutadas y visibles a través de los Actuadores. Las placas de Arduino con las que hemos trabajado es un ejemplo claro de Controlador: Pero, como hemos visto, para poder modificar su comportamiento, debemos cargarle los parámetros a través de un software de programación. Hasta ahora hemos usado "Bitbloq", pero hay otros, como Processing, Python y muchos otros.
7. ACTUADORES Son los elementos que ejecutan la señal o señales de salida que el controlador les envía. Muestran el comportamiento final del sistema. 7.1. Elementos lumínicos Nuestro sistema puede responder encendiendo o apagando una determinada bombilla. También existen elementos lumínicos que pueden variar su intensidad dependiendo de la señal que reciba del controlador. Tenemos: a) Luces LED básicas b) Luces LED RGB (Red-Green-Blue) c) Pantallas LCD 7.2. Motores Transforman la señal eléctrica que les llega desde el controlador en un movimiento mecánico.
1. INTRODUCCIÓN Desde milenios, el hombre ha creado herramientas para hacer su vida más fácil. Del trabajo artesanal, hemos ido pasando a las máquinas de ayuda a los operarios, hasta llegar a la automatización de las fábricas. 2. LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS Desde la utilización de los palos y las piedras hasta el uso de los robots más avanzados de los que disponemos, se ha producido una evolución que podemos resumir en las siguientes etapas: 2.1. MECANIZACIÓN Consiste en la obtención de piezas a través de herramientas manuales (martillo, sierra, lima, cincel, etc.) o máquinas herramientas (taladro, fresadora, torno, sierra eléctrica, etc.). 2.2. AUTOMATIZACIÓN El término griego "automatos" significa "que se mueve por él mismo". Los autómatas, se tiene constancia que ya existían en la Grecia antigua, también se utilizaron en Egipto en estatuas articuladas que adoraban a Dios y a difuntos de importancia, utilizaban dispositivos invisibles a los fieles que eran casi siempre originados utilizando aire, colocado en vejigas de animales, que al dilatarse por pequeñas presiones hacían que se moviera la figura. Es durante el siglo XVIII cuando sufren su mayor desarrollo, pero casi siempre se trata de sistema mecánicos con forma humana. Durante el siglo XX, con ayuda de la electrónica, la automatización y sistematización de procesos ha sufrido un gran auge, y ha conseguido abaratar aún más la construcción de piezas y su montaje. La automatización, actualmente, se emplea en la obtención de productos sin la intervención humana en el proceso. 2.3. ROBOTIZACIÓN Un robot es una máquina electrónica y programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas. Por ello los robots se hacen necesarios durante la automatización y así poder eliminar al hombre durante la producción, especialmente en lugares donde el ambiente de trabajo es perjudicial para las personas. Un ejemplo es un tren de pintura de coches.
3. LOS SISTEMAS DE CONTROL Se diferencian dos tipos principales de Sistemas de Control: en lazo abierto y en lazo cerrado. 3.1. SISTEMAS 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. Seguiría un esquema como el siguiente: 3.2. SISTEMAS 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). Seguirá un esquema como el siguiente:
4. ARQUITECTURA DE UN ROBOT Un robot 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. 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. Seguirá, por tanto, un proceso como el que se muestra en la siguiente figura:
8. TIPOS DE ROBOTS INDUSTRIALES Los robots industriales componen una gran gama de tamaños y configuraciones. La configuración hace referencia a la forma física que le ha sido dada a los brazos. Podemos encontrar las siguientes configuraciones: 8.1. ROBOT CARTESIANO Se mueven en los tres ejes cartesianos: X, Y, Z 8.2. ROBOT CILÍNDRICO Puede girar sobre su base. También pueden desplazarse en ejes Y y Z. 8.3. ROBOT ESFÉRICO O POLAR Robot con dos ejes de giro y uno de desplazamiento horizontal. 8.4. ROBOT DE BRAZO ARTICULADO Es una columna que gira sobre su base. El brazo contiene una articulación que puede realizar movimientos en un plano. El más común es el robot SCARA, que veremos en el video más abajo. 8.5. ROBOT ANTROPOMÓRFICO Formado por dos componentes rectos que simulan el brazo y el antebrazo humano, sobre una columna giratoria. Los antebrazos están conectados mediante articulaciones, que se asemejan al hombre y al codo.