¿Que es la robotica?
- Técnica que se utiliza en el diseño y la construcción de robots y aparatos que realizan operaciones o trabajos, generalmente en instalaciones industriales y en sustitución de la mano de obra humana
¿Cuales son sus componentes?
- Componentes de un Robot. Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, actuadores, sensores, elementos terminales y controlador. ... Controlador: es el componente que regula cada uno de los movimientos del manipulador, las acciones, cálculos y procesado de la información.
¿Estructura de la robotica?
- Como se adelantó en El sistema robótico, un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, actuadores, sensores, elementos terminales y controlador. ... Los elementos que forman parte de la totalidad delrobot son: manipulador.
Elementos para hacer un robot
1 : Unidad de control
Si estás leyendo este post porque de alguna forma te interesa el mundo de la robótica, seguro que ya tienes una idea de qué es la unidad de control de un robot.
La unidad de control, realiza principalmente 2 acciones:
- está «pendiente» de las señales se reciben a través de los sensores del robot (luz, corriente eléctrica, calor, etc.).
- «ordena» a los actuadores del robot (motores, luces, etc.) que realicen acciones.
De forma muy resumida y general, un robot funciona así:
- Cuando pones en marcha el robot, se empiezan a realizar las instrucciones que están almacenadas en la memoria de la unidad de control.
- Si el robot dispone de algún tipo de sensor, la unidad de control comprueba qué datos llegan.
- Teniendo en cuenta los datos recibidos y las instrucciones del programa, la unidad de control ejecuta, o no, alguna acción determinada.
Este ciclo se repetirá mientras el robot esté en funcionamiento. Puede ser un ciclo cortísimo, por ejemplo, comprobar una vez por segundo la temperatura de un motor para saber cuándo aumenta peligrosamente y pararlo; o puede ser un ciclo muy largo realizando muchas acciones complejas.
La unidad de control siempre ejecuta el ciclo que tiene programado en su memoria.
Debes tener en cuenta que una acción no tiene por qué repetirse. Puedes programar un robot para que ejecute una acción una sola vez.
¿Qué unidad de control puedo usar?
No voy a reinventar la rueda y animarte a construir tu propia unidad de control, aunque puedes hacerlo si quieres y en Internet encontrarás mucha información al respecto.
Lo más fácil para empezar es usar placas electrónicas ya montadas. La más usada, sin duda es Arduino/Genuino. Aunque existen muchas versiones y tamaños, la reina indiscutible es Arduino UNO.
Se programa de forma relativamente sencilla, tiene bastantes puntos de conexión para sensores y actuadores y es compacta y manejable.
Puedes acceder al sitio oficial de Arduino, para ver tipos y características desde el siguiente enlace: sitio oficial de Arduino (en inglés)
Sin duda, Arduino es ideal para comenzar en robótica. Y tiene un precio muy asequible.
Pero hay más opciones, aquí van un par de ejemplos:
- Placa Zum, de Bq. Está basada en Arduino UNO, con algunas mejoras respecto a ésta, aunque la diferencia de precio es considerable.
- Raspberry Pi. Es un microordenador en toda regla (se le pueden conectar teclado, ratón, monitor, etc.), pero nada impide usarla como unidad de control de un robot gracias a su reducido tamaño y precio razonable.
2 : Motores
Motores de corriente continua
También se conocen como motores CC o DC. Son los motores más sencillos de conectar y usar para robots de iniciación. El voltaje para aplicaciones de pequeños robots suele estar entre 3 y 12 voltios, aunque hay motores que trabajan con otros valores.
Precisamente variando el voltaje que se les aplica se puede controlar la velocidad a la que giran estos motores . Nunca debes usar más voltaje del que admite el motor, ya que se quemará.
Solamente necesitamos 2 cables para conectar un motor CC. Uno es el polo positivo, marcado con el símbolo «+» y normalmente es de color rojo; y el otro es el polo negativo (también llamado tierra), marcado con «-» y habitualmente de color negro. Si intercambias la conexión de los cables, el motor girará en sentido contrario.
Al ser motores relativamente pequeños, no generan demasiada fuerza (lo que se llama par motor). Para conseguir más fuerza con el mismo motor, algunos de ellos vienen con una reductora incorporada. Esta reductora no son más que una serie de engranajes.
A cambio de conseguir mayor par, la velocidad final siempre será menor que la velocidad inicial a la que gira el motor. Normalmente esto no es un problema ya que la velocidad de giro de estos pequeños motores es tan alta que no tiene demasiados usos prácticos, excepto para hélices y poco más.
Más información sobre estos motores: información sobre motores de corriente continua
Motores paso a paso
Aunque el principio eléctrico de funcionamiento de los motores paso a paso es el mismo que el de los motores de corriente continua, existe una gran diferencia en el uso y conexiones de ambos.
Con estos motores es posible controlar con exactitud el ángulo que queremos girar. Esto permite conseguir pequeños movimientos muy precisos.
Sin embargo, a cambio de mayor control y precisión, el uso se complica debido a que no basta con aplicar corriente para que funcionen. Es necesario usar más cables para enviar una serie de pulsos (señales eléctricas) que van activando en orden las bobinas que el motor lleva dentro.
En la hoja de datos técnicos del motor, el fabricante nos indicará en cuantas partes (pasos) se divide cada vuelta del motor o cuántos grados abarca cada paso. Es decir, si nos indica que un paso son 2º, en una vuelta completa habrá 180 pasos (360º/2º).
Para ampliar la información sobre estos motres puedes visitar: motores paso a paso
Utilidad de los motores paso a paso
Como ya dije antes, las grandes ventajas de estos motores son su precisión y el poder controlar el ángulo que gira en cada momento. Como ventaja añadida, la fuerza que desarrollan es mayor que un motor de corriente continua de similar tamaño.
Algunos ejemplos de uso:
- Pinzas para coger objetos. Es posible controlar la fuerza ejercida.
- Brazos articulados. Para girar de forma muy precisa.
- Bases móviles de impresoras 3D. Se necesita bastante exactitud para mover la base durante la impresión.
Existen pequeños motores paso a paso que puedes comprar con una pequeña placa preparada para que la conexión y control sea fácil. Seguro que después de probarlos quieres usarlos en todos tus proyectos.
3 : Sensores
Si piensas que los sensores de un robot son similares a los sentidos humanos, no vas desencaminado.
Existen gran cantidad de sensores, pero todos tienen una finalidad: percibir «algo». Ese «algo» puede ser muy variado: un contacto, una fuente de luz o gas, campos magnéticos, un movimiento, etc.
Afortunadamente para los que se inician en el mundo de la robótica, la primera toma de contacto con los sensores no es difícil.
Eso sí, mi consejo es que vayas probando los sensores uno por uno, antes de conectar el resto de componentes a la unidad de control. Así, como no habrá otros elementos que compliquen las conexiones, podrás entender el funcionamiento de cada tipo de sensor.
Funcionamiento básico
En general, un sensor funciona reaccionando de alguna forma a un estímulo externo. La reacción que tienen muchos sensores es cambiar su resistencia al paso de corriente aunque hay otras formas de funcionamiento.
De esta forma, si conectas el sensor a la unidad de control y la programas, por ejemplo, para que compruebe el valor de la resistencia del sensor cada cierto tiempo, puedes ejecutar una acción determinada dependiendo de los valores que detecta la unidad de control.
Los datos de funcionamiento de cada sensor hay que consultarlo en su hoja de características (datasheet) o en la página web de los fabricantes.
Los sensores más fáciles de usar, pero que permiten una gran interacción del robot con todo lo que le rodea son:
- Presión o de contacto.
- Distanciómetros, para medir distancias.
- Sensores de luz.
- Presencia o movimiento.
- Inclinación.
- Temperatura.
4 : Fuente de energía
Sin energía, tu robot no hará gran cosa.
Para suministrar energía al robot lo más sencillo y barato son las baterías o pilas. Puedes construir un micro-robot que funcione con una pila de tipo botón, pero para comenzar lo más facil y asequible para tu bolsillo serán las pilas de 1,5 y 9 voltios.
Juntando varias pilas de 1,5 V en serie (el polo negativo de una se conecta con el polo positivo de la siguiente o viceversa), puedes conseguir el voltaje que necesites.
Pero también hay que tener en cuenta la cantidad de corriente que necesite tu robot. No puedes pretender alimentar tu flamante robot de 4 motores, 2 servos, 5 sensores y la unidad de control con 4 pilas de tamaño AAA, y encima pretender que funcione 2 horas seguidas. En general, para pilas o combinaciones de un mismo voltaje, mayor tamaño significa mayor tiempo de funcionamiento.
Calcular la alimentación necesaria para un robot se sale de las pretensiones de este artículo.
Un detalle que a veces puede volver loco al principiante, es que los motores pueden introducir «ruido eléctrico» en un circuito. Y no me refiero al sonido de los motores. Hablo de ondas electromagnéticas que pueden afectar a otros componentes del circuito. Esto se nota en comportamientos extraños o caóticos del robot.
Si al poner en marcha tu robot ves que «hace lo que le da la gana», quizás deberías poner dos fuentes de energía separadas: una para motores y otra para los sensores y la unidad de control.
5 : Placas de prototipado de circuitos
¿Qué son y para qué sirven?
Se trata de un bloque de plástico con orificios en su superficie. En estos orificios se insertan los componentes electrónicos y cables, haciendo contacto con unas láminas metálicas que hay en el interior. Como cada fila de orificios comparten una misma lámina metálica, si insertamos otros componentes en la misma fila hacen contacto eléctrico.
Las placas para prototipado (conocidas también como protoboard o breadboard) son muy útiles, diría imprescindibles, cuando empezamos en electrónica o robótica. Nos permiten conectar entre sí elementos eléctricos o electrónicos rápidamente, sin emplear soldadura ni tornillos. Eso sí, hay que tener en cuenta que no están diseñadas para altas intensidades de corriente o alto voltaje.
¿Cómo son?
Básicamente están formadas por filas de 5 agujeros conectados entre sí.
Adicionalmente, las placas más grandes tienen también en cada lado otras dos filas de agujeros. Estas filas se usan habitualmente para la alimentación eléctrica de los componentes de la placa.
Por ejemplo, en un lado podemos tener la alimentación a 5 V y en el otro lado a 3,3 V.
Aquí os dejo una imagen de cómo están unidos internamente los puntos de conexión por medio de láminas metálicas:
Estas placas de prototipado pueden usarse para hacer las pruebas iniciales, pero también en muchos casos se integran con el robot y forman parte de él, sobre todo en el caso de que pienses reutilizar los componentes para otros robots y no quieras fabricar tu propia placa de circuito.
Existen muchos tamaños de placas y normalmente el tamaño se define por el número total de orificios que tienen. Las más usadas y fáciles de encontrar son las de 830, 400 o 170 puntos de conexión.
Por último, un consejo: no debes usar cables gruesos para hacer las conexiones ya que se podrían deformar las láminas metálicas y, al quitar los los cables, las láminas podrían dejar de hacer contacto cuando insertes otros componentes.
Exponentes de la robotica
| Fecha | Importancia | Nombre del robot | Inventor |
|---|---|---|---|
| Siglo III a. C.y antes | Una de las primeras descripciones de autómatas aparece en el texto Lie Zi, atribuido a Lie Yukou (ca. 350 a. C.), en el que describe el encuentro, ocurrido varios siglos antes, entre el rey Mu de Zhou (1023-957 a. C.) y un «artífice» conocido como Yan Shi. En este encuentro Shi presenta al rey una supuesta obra mecánica: una figura humana de tamaño natural. | Yan Shi | |
| Siglo I a. C.y antes | Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas, incluyendo un artefacto con fuego, un órgano de viento, una máquina operada mediante una moneda, una máquina de vapor, en Pneumática y Autómata de Herón de Alejandría. | Autómata | Ctesibio de Alejandría, Filón de Bizancio, Herón de Alexandria, y otros |
| 420 a. C. | Un pájaro de madera a vapor que fue capaz de volar. | Arquitas de Tarento | |
| 1206 | Primeros autómatas humanoides creados, banda de autómata programable. | Banda de robots, autómata de lavado de manos, pavos reales automáticos | Al-Jazari |
| c. 1495 | Diseño de un robot humanoide. | Caballero mecánico | Leonardo da Vinci |
| 1738 | Pato mecánico capaz de comer, agitar sus alas y excretar. | Digesting Duck | Jacques de Vaucanson |
| 1800s | Juguetes mecánicos japoneses que sirven té, disparan flechas y pintan. | Juguetes Karakuri | Hisashige Tanaka |
| 1921 | Aparece el primer autómata de ficción llamado "robot", aparece en R.U.R. | Rossum's Universal Robots | Karel Čapek |
| 1930s | Se exhibe un robot humanoide en la Exposición Universal entre los años 1939 y 1940. | Elektro | Westinghouse Electric Corporation |
| 1942 | La revista Astounding Science Fiction pública "Círculo Vicioso" (Runaround en inglés). Una historia de ciencia ficción donde se da a conocer las tres leyes de la robótica. | SPD-13 (apodado "Speedy") | Isaac Asimov |
| 1948 | Exhibición de un robot con comportamiento biológico simple.5 | Elsie y Elmer | William Grey Walter |
| 1956 | Primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una patente de Devol.6 | Unimate | George Devol |
| 1961 | Se instala el primer robot industrial. | Unimate | George Devol |
| 1963 | Primer robot "palletizing."7 | ||
| 1971 | El primer robot soviético que aterriza exitosamente en la superficie de Marte pero se perdió el contacto pocos segundos después. | Mars 3, dentro del programa Mars | Unión Soviética |
| 1973 | Primer robot con seis ejes electromecánicos. | Famulus | KUKA Robot Group |
| 1975 | Brazo manipulador programable universal, un producto de Unimation. | PUMA | Victor Scheinman |
| 1976 | Primer robot estadounidense en Marte. | Viking I | NASA |
| 1982 | El robot completo (The Complete Robot en inglés). Una colección de cuentos de ciencia ficción de Isaac Asimov, escritos entre 1940 y 1976, previamente publicados en el libro Yo, robot y en otras antologías, volviendo a explicar las tres leyes de la robótica con más ahínco y complejidad moral. Incluso llega a plantear la muerte de un ser humano por la mano de un robot con las tres leyes programadas, por lo que decide incluir una cuarta ley "la ley 0 (cero)." | Robbie, SPD-13 (Speedy), QT1 (Cutie), DV-5 (Dave), RB-34 (Herbie), NS-2 (Néstor), NDR (Andrew), Daneel Olivaw | Isaac Asimov |
| 2011 | Robot humanoide capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas. | ASIMO | Honda Motor Co. Ltd |
| 2015 | Robot humanoide capaz de reconocer, recordar caras y simular expresiones. | Sophia | Hanson Robotics Co. Ltd |
Programas
1. Lightbot Jr (4 o más años)
Esta aplicación está protagonizada por un simpático robot que debe superar varios niveles. Sus acciones las componen iconos basados en arrastrar y soltar para programar. Los movimientos de Lightbot Jr son muy simples: mover, girar, encender la luz y saltar. Tras insertar una serie de comandos en el panel, el robot se mueve iluminando los azulejos asignados. El niño debe encender las baldosas correctas para avanzar al siguiente nivel.
2. The Foos (5 o más años)
Esta aplicación consiguió el máximo galardón el Parents’ Choice Gold Award por ser la aplicación favorita de los padres. La interfaz permite que los niños se diviertan aprendiendo a programar a través de una serie de entretenidas aventuras. Este sistema ayuda a que los niños desarrollen la lógica y el pensamiento algorítmico.
3. Kodable (5 o más años)
Se trata de un programa creado para que los profesores puedan enseñar a sus alumnos los fundamentos de la programación durante veinte minutos a la semana. Como es de esperar, su manejo es claro e intuitivo, con el objetivo de que su esencia se pueda captar de un solo vistazo y ese corto periodo de tiempo sirva para aprender
4. Scratch Jr (5-7 años)
Esta aplicación tiene muy en cuenta el desarrollo emocional y cognitivo de los niños más pequeños. La forma en que han sido diseñados los menús permiten una iniciación a la programación robótica realmente interesante. Sin embargo, es necesario mencionar que Scratch Jr es poco intuitiva para alguien que no la conozca, por lo que se recomienda un proceso de supervisión inicial de un adulto.
5. Daisy the Dinosaur (7 o más años)
Daisy the Dinosaur es una de las aplicaciones más clásicas, conocidas y divertidas para aprender a programar. A los niños les encanta descubrir la función de cada movimiento al hacer una secuencia para que el personaje Daisy baile. El método de arrastrar y soltar es muy intuitivo. La aplicación es sencilla y totalmente recomendable.
6. Cato´s Hike (8 o más años)
Cato´s Hike es algo más compleja y elaborada que el resto de aplicaciones que se analizan en este artículo. La idea de este juego es programar los movimientos del protagonista con tarjetas de colores y banderas. Llega un momento en el que las conexiones de código se vuelven realmente complejas, con varios comandos para completar según qué acciones. A favor cuenta con que el trasfondo de la historia del juego es más interesante que en las otras aplicaciones mencionadas.
7. Hopscotch (9 o más años)
Hopscotch es una aplicación perfecta para empezar a programar. Su uso es verdaderamente intuitivo, puesto que no hay que escribir el código, sino que se arrastran bloques con código propio ya asignado. Los niños podrán diseñar sus propios escenarios y compartirlos con la comunidad de jugadores, además de probar los niveles de otros usuarios. Se sitúa como una herramienta muy útil para conocer los fundamentos de la informática.
8. Tynker (9-11 años)
Se trata de una aplicación para crear juegos utilizando la programación. Es tan intuitiva que los niños pueden aprender cómo funciona por sí solos, trasteando tan solo un poco con ella. Permite también controlar, por ejemplo, el robot Sphero, los drones Parrot o las luces de Philips.
9. Mover la tortuga (9-11 años)
En Mover la Tortuga, el niño debe indicar diferentes instrucciones a una tortuga mediante el uso de la programación. Consiste en superar niveles cuya dificultad aumenta, progresivamente, exigiendo más comandos de acción. Se trata de un buen método para que los niños aprendan y se adentren, sin darse cuenta, en fórmulas más complejas.
10. Cargo-Bot (10 o más años)
En este juego el objetivo es mover un brazo robótico cumpliendo diversas metas. Incluye algo muy simple que muy pocas otras aplicaciones de programación tienen: un selector de dificultad inicial. El niño puede empezar en un nivel alto directamente o en uno inferior, según sean sus capacidades y sus conocimientos previos.
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