Robótica: Componentes, Sistemas de Control y Programación

Robótica: Componentes Fundamentales

Un sistema robótico está formado por tres componentes principales: sensor, controlador y actuador.

Ejemplo: Controlador de temperatura - Está compuesto por un sensor que mide la temperatura del entorno, un controlador que, en función de la información recibida, activa o no el actuador (en este caso, un radiador) que lleva a cabo la acción.

Flujo de un sistema de control:

Entrada → Sensor → Controlador → Actuador → Salida

Sistemas de Control

Un sistema de control es un conjunto de elementos que automatiza un proceso.

• Entrada: Recibe la información.
• Salida: Respuesta a esa información.

Tipos de Sistemas de Control

• De lazo abierto: Se activa sin tener en cuenta la salida.
• De lazo cerrado: A través de un sensor, la entrada no se activa sin recibir información de la salida.

Componentes de un Robot

1. Sensores

Son los "sentidos" del robot. Les permiten conocer datos del exterior, que se envían a la unidad de control donde se procesan para saber cómo actuar.

• Sensor de temperatura: Nevera, tostadora.
• Basados en la dilatación: Compuestos por dos láminas que, cuando se calientan, se dilatan y doblan.
• De posición: Conoce la posición de un objeto.
  • Final de carrera.
  • Reed.
  • Posición ópticos como LDR, fotodiodos.
• Basados en la presión: Básculas, presión de neumáticos.
• Humedad.
• Humo.
• Sonido.

2. Actuadores

Elementos que se encargan de transformar las señales de control en la fuerza necesaria. Se clasifican según el tipo de energía que necesitan.

• Eléctricos: Transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Pueden ser de corriente continua o motores paso a paso.
• Neumáticos: Convierten la energía obtenida del aire comprimido en movimientos del robot.
• Hidráulicos: Utilizan la energía de un fluido que se comprime en un motor para generar energía.

Sistemas de Control en Robótica

Sistemas Electromecánicos

• Leva: Cada uno de los salientes que, cuando giran, accionan los contactos para controlar el momento y el tiempo.
• Interruptor de final de carrera: Sirve para activar y desactivar dispositivos.
• Relé: Se forma por una bobina y una lámina metálica móvil que, cuando pasa la energía, actúa como un imán acercando la lámina de metal.

Control Electrónico

Utiliza transistores y circuitos de control.

• Transistores.
• Comparadores.
• Ordenador.

Estructura y Funcionamiento de un Robot

Robot: Máquina que ejecuta trabajos de forma automática mediante un programa.

• Estructura: Similar al cuerpo de un humano.
• Actuadores: "Músculos" responsables del movimiento.
• Sensores: Equivalentes a los sentidos.
• Unidad de control: Equivalente al cerebro.

Estructura Física del Robot

• Tronco.
• Brazo.
• Antebrazo.
• Manipulador.

Grados de libertad: Sirven para que un robot adopte cualquier posición para ejecutar la acción. Se calculan sumando los giros y traslaciones, lo que nos da el número de movimientos independientes.

Sistemas para Controlar Robots

• Controles de secuencia fija.
• De secuencia variable.
• Inteligentes.

Programación de Robots

Sistemas Operativos

Son programas instalados en un ordenador para controlar el hardware y el software. Ejemplos: Windows, Linux, macOS.

Lenguajes de Programación

• Lenguaje de máquina: Fue el primero que se usó, pero es muy lento de programar. Está formado por cadenas de bits de ceros y unos.
• Lenguaje ensamblador: Se representa mediante símbolos mnemotécnicos.
• Lenguajes de alto nivel: Como C++, sus instrucciones son comprensibles para el programador.
• Lenguajes naturales: El usuario introduce sus instrucciones al ordenador en lenguaje natural.

Proceso de Construcción de un Programa

Flujo de un programa:

Programa → Entrada de datos → Instrucciones para procesar los datos → Salida de resultados

Fases en la Creación de un Programa

1. Definición del problema.
2. Diseño del algoritmo solución: Conjunto de reglas que dan una respuesta a un problema. Pueden ser:
   • Pseudocódigos: Sucesión de frases con un vocabulario limitado y reglas que lo definen.
   • Diagrama de flujo: Representación gráfica mediante símbolos.