Tipos de robots y sus caracteristicas, Esquemas y mapas conceptuales de Tecnología

¡Descarga Tipos de robots y sus caracteristicas y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Tecnología solo en Docsity! Tecnología Autor: Antonio Bueno 1 Unidad didáctica: “Control y Robótica” CURSO 3º ESO versión 1.0 Tecnología Autor: Antonio Bueno 2 ÍNDICE 1.- Introducción. 2.- Evolución de los sistemas automáticos. 2.1.- Mecanización. 2.2.- Automatización. 2.3.- Robotización. 3.- Sistemas de control. 3.1.- Sistemas en lazo abierto. 3.2.- Sistemas en lazo cerrado. 3.3.- Sistemas discretos. 4.- Arquitectura de un robot. 4.1.- Sensores. 4.2.- Actuadores. 4.3.- Tipos de robots industriales. 4.4.- Otra clasificación de robots. 5.- Control por ordenador. 5.1.- Tarjetas controladoras. 5.2.- Descripción del Robot educativo MR-999E. 5.3.- Fundamentos de programación. 5.4.- Programación del Robot educativo MR-999E. 6.- Actividades. 1.- Introducción. Durante milenios el hombre ha creado herramientas, que con un largo proceso de perfeccionamiento se han ido modificando hasta obtener herramientas más cómodas, y eficaces. En el trabajo artesanal, el hombre tenía como funciones la de motor, operario y controlador del sistema. Trabajo artesano Posteriormente ha creado máquinas herramientas que se encargan de realizar las duras tareas manuales. En el trabajo mecánico, el hombre a pasado a trabajar como operario y a controlar el sistema, dejando a las máquinas herramientas las funciones de motor. Máquinas herramientas que ayudan al operario En la actualidad ha creado sistemas automáticos. En el trabajo automático, el hombre a pasado a supervisar el sistema. El resto de tareas se realizan sin intervención humana. Fábrica automática Unidad didáctica: “Control y Robótica” Tecnología Autor: Antonio Bueno 5 3.1.- Sistemas en lazo abierto. Son aquellos en los que la salida no tiene influencia sobre la señal de entrada. Sistema en lazo abierto Un ejemplo puede ser el amplificador de sonido de un equipo de música. Amplificador de sonido ejemplo de lazo abierto Cuando nosotros variamos el potenciómetro de volumen, varia la cantidad de potencia que entrega el altavoz, pero el sistema no sabe si se ha producido la variación que deseamos o no. 3.2.- Sistemas en lazo cerrado. Son aquellos en los que la salida influye sobre la señal de entrada. Sistema en lazo cerrado Un ejemplo puede ser el llenado del agua de la cisterna de un inodoro. Llenado de una cisterna de agua ejemplo de lazo cerrado 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 más presiona y menor cantidad de agua entra, hasta estrangular totalmente la entrada de agua en la cisterna. En la figura inferior se puede observar los distintos componentes del bucle cerrado. 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 la salida de agua (que hace subir el nivel del agua). 3.3.- Sistemas discretos. Los sistemas discretos son aquellos que realizan el control cada cierto tiempo. En la actualidad se utilizan sistemas digitales para el control, siendo el ordenador el más utilizado, por su fácil programación y versatilidad. El control en los robots generalmente corresponde con sistemas discretos en lazo cerrado, realizado por computador. El ordenador toma los datos de los sensores y activa los actuadores en intervalos lo más cortos posibles del orden de milisegundos. 4.- Arquitectura de un robot. La utilización de un robot, se hace muy común en un gran número de aplicaciones, donde se pretende sustituir a las personas, por lo que el aspecto del robot es muy parecido al brazo humano. Consta de una base que está unido a un cuerpo y un brazo unido al cuerpo. El brazo puede estar descompuesto en antebrazo, brazo, muñeca y mano. Tecnología Autor: Antonio Bueno 6 El brazo humano inspira para crear robots Para poder conocer el estado de las variables del entorno utiliza sensores, que facilitan la información al ordenador, una vez analizada, realiza las actuaciones necesarias por medio de los actuadores. 4.1.- Sensores. Constituyen el sistema de percepción del robot. Esto es, facilitan la información del mundo real para que los robots la interpreten. Los más utilizados son: Sensor de proximidad: Detecta la presencia de un objeto de tipo metálico o de otro tipo. Sensores de proximidad Sensor de Temperatura: Capta la temperatura del ambiente, de un objeto o de un punto determinado. Termistores Sensores magnéticos (brújula digital): Capta la variación de campos magnéticos. Entre sus aplicaciones está la orientación de robots autónomos, exploradores, etc. Sensores magnéticos 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. Sensor de piel robótica Sensores de iluminación: Capta la intensidad luminosa, el color de los objetos, etc. Es muy útil para la identificación de objetos. Es parte de la visión artificial y en numerosas ocasiones son cámaras. Sensor CCD Sensores de velocidad, de vibración (Acelerómetro) y de inclinación: Se emplean para determinar la velocidad de actuación de las distintas partes móviles del propio robot o cuando se produce una vibración. También se detecta la inclinación a la que se encuentra con respecto a la gravedad el robot o una parte de él. Sensor acelerómetro Sensores de presión: Permiten controlar la presión que ejerce la mano del robot al coger un objeto. Tecnología Autor: Antonio Bueno 7 Sensor de presión Sensores de sonido: Se trata de un micrófono con el que poder oír los sonidos. Sensores de sonido Microinterruptores: Se trata de múltiples interruptores y finales de carrera muy utilizados. Microinterruptores Existen infinidad de sensores que se puede obtener en el mercado. 4.2.- Actuadores. Son los encargados de realizar movimientos o cualquier tipo de actuación sobre el robot o sus herramientas. Los actuadores suelen ser de tres tipos, eléctricos, neumáticos o hidráulicos. Algunos actuadores son: Sistema de impulsión del robot: Pueden utilizar motores eléctricos, servomotores, cilindros hidráulicos o neumáticos, u otros. Con ellos movemos las distintas partes del robot. Motor de corriente alterna Cilindros hidráulicos Relés y contactores: Se utilizan para activar tensiones y corrientes en los circuitos de potencia. Por ejemplo para controlar un arco de soldadura. Contactores Electroválvulas: Con ellas se controlan los circuitos neumáticos e hidráulicos. Electroválvula Pinzas: Son las manos del robot, con ellas agarran los objetos. Pinza del robot Tecnología Autor: Antonio Bueno 10 5.- Control por ordenador. El ordenador se ha convertido en una de las herramientas básicas, a la hora de controlar sistemas automáticos y robots. La versatilidad, facilidad para reprogramarlos y un entorno gráfico amigable son algunas de las características que los hacen ideales para esta tarea. Sólo es necesario una tarjeta controladora conectada al ordenador que hace de interface de enlace con el sistema automático o el robot y un software (programa) instalado en el ordenador que sea capaz de controlar la tarjeta, y con ello el robot. Robot –tarjeta - ordenador Algunos lenguajes como el C++, Visual C, etc. Son capaces de interactuar con este tipo de tarjetas, pero los fabricantes de tarjetas o robots tiene lenguajes específicos, que presentan ventajas de simplicidad y un entorno gráfico muy amigable. 5.1.- Tarjetas controladoras. Existe 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. Su aspecto general es: Tarjeta LPT-999E Que 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 computador. Conectores de la tarjeta LPT-999E El esquema electrónico de la tarjeta es el siguiente: Esquema de la tarjeta LPT-999E Cuando se utiliza con el robot, las salidas digitales dan tensiones entre 0 y +3V. Las salidas de motor dan tensiones entre +3V y –3V, que se utilizan para cambiar el sentido de giro del motor. Si el motor tiene puestas las pilas no es necesario alimentar la placa, pero si no disponemos de pilas Tecnología Autor: Antonio Bueno 11 es necesario alimentar la placa con +3V y –3V en el conector dispuesto a tal fin. Si la utilizamos sin el robot, podemos alimentarla a +5V y 0V. En este caso las salidas digitales dan tensiones entre 0 y +5V. Las salidas de motor también dan tensiones entre 0V y +5V. Las cinco entradas digitales siempre funcionan de la misma manera, con tensiones superiores a 2 V se interpreta como un 1 y tensiones inferiores a 0,7V como un 0. 5.2.- Descripción del Robot educativo MR-999E. El robot educativo MR-999E de DIDATEC consta de cinco motores de corriente continua que controlan sus movimientos. M1 base M2 hombro M3 codo M4 muñeca M5 pinza Motores del robot MR-999E Dependiendo de la polaridad de estos motores se consigue el movimiento en una dirección u otra. El robot no dispone de sensores de posición ni de ningún otro tipo por lo que se trata de un sistema de lazo abierto. Para controlar el robot, existe un pequeño programa que lo controla fácilmente, el HobbyRobot el cuál paso a describir superficialmente, ya que 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. Lo primero que nos pide el programa es que conectemos la entrada 1 de la tarjeta a nivel alto para desactivar el “plug and play” del sistema operativo. Si no hacemos esto no lo desactiva y está molestándonos constantemente. Aunque en ocasiones a pesar de conectar la entrada a nivel alto no lo desactiva y molesta igualmente. El aspecto general de software cuando lo ejecutamos es: Programa HobbyRobot Las opciones de que dispone el programa son: Inicializa al robot. Inicio. Lleva al robot al punto de inicio, (base a la izquierda, codo y hombro arriba, pinza cerrada). Calibrar motores. Para realizar la calibración de los motores deben situarse en el extremo opuesto de su movimiento. Robot interactivo. Permite mover los motores de forma manual LPT1 o LPT2. Puerto en el que tenemos conectada la tarjeta y por tanto el robot. Testear entradas. Nos muestra el estado de las entradas. Desactivar PlugPlay. Ejecutar. Ejecuta el programa. Para. Detiene la ejecución del programa. Ejecutar línea. Ejecuta una línea del programa. No continua con el programa. Las funciones que se pueden utilizar para hacer los programas son: Añadir una acción. Tecnología Autor: Antonio Bueno 12 Cuando introducimos una línea de programa, el entorno nos muestra sobre que queremos actuar y nos ayuda a seleccionar el giro y el ángulo del motor. Editar línea. Cuando estamos sobre una línea de programa, con este icono podemos modificarlo e incluso añadirle más ordenes que se ejecutaran a la vez. Eliminar línea. Borra una línea de programa. Repetir. Función para generar bucles. Esperar ? Segundos. Introduce una temporización de segundos. Si.. Sino.. Fin si. Introduce una estructura alternativa. Sino. Crea un camino alternativo en caso de que no se cumpla la condición. Etiqueta. Pone una etiqueta en el programa. Salta a ... Salta el programa hasta la etiqueta que se le indique. Desplaza una línea de programa hacia arriba. Desplaza una línea de programa hacia abajo. Nube de puntos. Nos ayuda para crear el recorrido que debe hacer el robot y lo transforma en líneas de programa. Como ejemplo de programa podemos ver como quedará uno muy simple. Programa ejemplo 5.3.- Fundamentos de programación. Los programas que se confeccionan para controlar robots son bucles sin fin. Tienen un comienzo y no se detienen hasta que no apaguemos el robot. Programa que controla a un robot Para crear este programa existe una serie de fases que debemos seguir. Las fases que comprende un proyecto de programación son: Definición del problema. Partición del problema. Desarrollo de algoritmos. Codificación. Depuración. Testeo y validación. Documentación. Mantenimiento. En un gran número de ocasiones no nos damos cuenta de que estamos resolviendo estas fases. Veamos en que consisten cada una de ellas. Definición del problema: comprende todos los datos y necesidades que conlleva el problema. Implica el desarrollo y la clarificación exacta de las especificaciones del problema. Partición del problema: los problemas reales conllevan varias tareas, por lo que es mejor separarlas y solucionarlas por separado, para posteriormente unirlas. Desarrollo de algoritmos: antes de continuar aclarar dos conceptos: Procedimiento: es una secuencia de instrucciones y operaciones que pueden realizarse mecánicamente. Algoritmo: es un procedimiento que siempre termina. Para resolver el problema debemos crear los algoritmos que lo resuelven, un método es utilizar organigramas gráficos. Codificación: consiste en convertir los algoritmos en un programa que se pueda interpretar por el ordenador. Depuración: consiste en comprobar que se ha escrito correctamente el código del programa y que funciona con corrección. Tecnología Autor: Antonio Bueno 15 Organigrama, la base gira a derechas si E1 activa El programa que resuelve la actividad anterior es: Programa, la base gira a derechas si E1 activa Este programa finaliza si no está activa la entrada 1, por lo que debe estar activa antes de ejecutarse, o nunca se moverá la base del robot. 3ª actividad (estructura alternativa), vamos a realizar un programa que ponga en avance a la derecha la base si está activa la entrada 1 o en avance a la izquierda si no está activa la entrada 1. Organigrama, la base gira según E1 El programa que resuelve la actividad anterior es: Programa, la base gira según E1 Este programa ya no tiene fin, siempre se está moviendo la base a derechas o a izquierda. Para detenerlo necesitamos parar el programa. 4ª actividad (combinación de estructuras alternativas), vamos a realizar un programa que ponga en avance a la derecha la base si está activa la entrada 1 o en avance a la izquierda si está activa la entrada 2, y que esté esperando a que se active una de ellas siempre. Organigrama, la base gira según E1 y E2 El programa que resuelve la actividad anterior es: Programa, la base gira según E1 y E2 Se trata de un programa más funcional, movemos en una sentido u otro la base según activamos E1 o E2. Si no activamos ninguna de las entradas el programa espera hasta que se active alguna de ellas. 6.- Actividades. 1.- Indica las fases de evolución por los que ha pasado el los sistemas automáticos, desde los comienzos hasta ahora. 2.- ¿Cuántos tipos de sistemas de control existen?, ¿Cuáles son?. Tecnología Autor: Antonio Bueno 16 3.- Pon un ejemplo de sistema en lazo abierto y otro de sistema en lazo cerrado. 4.- Explica como son y para qué sirven los siguientes sensores: Sensor de proximidad, sensor de iluminación, sensor magnético, sensor de presión, piel robótica, sensor de sonido y Microinterruptores. 5.- ¿Qué es un actuador? Cita tres de ellos e indica cuál es su función. 6.- ¿Qué tipo de robot es este? 7.- ¿Qué diferencia existe entre un robot polar y uno antropomórfico? 8.- En un robot poliarticulado, ¿está previsto que se pueda desplazar de su sitio?. 9.- ¿Conoces algún robot zoomórfico?. Explica para que se utiliza. 10.- ¿Qué cosas son necesarias para conectar un ordenador con un robot y así controlarlo? 11.- Crea el organigrama que represente el siguiente algoritmo. a.- Toma un objeto. b.- Mira el color que tiene. c.- Si el color es verde déjalo en la bandeja derecha en caso contrario en la izquierda. d.- pasa hasta el apartado (a). 12.- Crea el organigrama que representa el siguiente algoritmo. a.- Mira el estado de la entrada 2. b.- Si la entrada 2 es 0 continua con el programa, en caso contrario gira el motor 2 un grado a derechas. c.- Mira el estado de la entrada 3. d.- Si la entrada 3 es 0 continua con el programa, en caso contrario gira el motor 2 un grado a izquierdas. e.- pasa hasta el apartado (a). 13.- Con ayuda del programa HobbyRobot, crea el programa que implementa el algoritmo anterior y pruébalo sobre el robot. 14.- Dado el organigrama siguiente crea el programa que implementa y pruébalo sobre el programa HobbyRobot. 15.- Dibuja el organigrama de un programa que realice una tarea 8 veces y después finalice. 16.- Dibuja el organigrama de un programa que primero realice una tarea, luego otra, luego la primera, alternado cada vez una tarea todo ello durante un número infinito de veces. 17.- Explica las diferencias entre los organigramas siguientes. 18.- Dado el programa siguiente dibuja su organigrama. Tecnología Autor: Antonio Bueno 17 19.- Explica que hace el programa anterior y que pasará en el supuesto siguiente. a) Se activa la entrada 3 cuando el programa se encuentra ejecutando la línea 50. b) Se activa la entrada 5 cuando el programa se encuentra ejecutando la línea 70. c) Se desactiva la entrada 5 cuando el programa se encuentra ejecutando la línea 50. 20.- Dibuja el organigrama y el programa que resuelve el siguiente algoritmo. - La salida 2 está activa 2 segundos y luego está desactiva 1 segundo. - La salida 1 está activa 1 segundo y luego se desactiva 2 segundos. Las dos condiciones anteriores deben cumplirse simultáneamente.