5. ELECTRÓNICA Y ROBÓTICA
01. ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA
02. ROBÓTICA
03. DOMÓTICA
RECURSOS
ACTIVIDADES
EVALUACIÓN
2. ROBÓTICA
Cuando oímos la palabra robot la utilizamos con frecuencia, pero es difícil definir exactamente su significado. Un robot es una máquina automática programable que recoge información de su entorno y la utiliza para ajustar su comportamiento. En realidad, es más complejo que eso. Un robot puede realizar unas tareas u otras, dependiendo del entorno en el que se encuentre. Entonces…
2. 1. ¿QUÉ ES LA ROBÓTICA?
La robótica es la 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.
Por lo que existen muchas aplicaciones para los robots dependiendo de dónde los situemos y el objetivo principal que tenga cada uno de ellos. Podemos ver algunos ejemplos de robots
Entre los diversos usos que nos encontramos a los robots, destacan los siguientes:
ROBOTS DOMÉSTICOS:
Los vemos en el día a día y realizan tareas domésticas de forma programada o automática, cada uno suele tener una función concreta, pero podemos encontrar algunos autómatas con varias.
ROBOTS DE TRANSPORTE:
Entre estos robots podemos incluir algunos medios de transporte convencionales, pero con una novedad un sistema de piloto automático, que les permite desplazarse con total libertad. Aunque no podemos olvidarnos de las nuevas incorporaciones de transporte de objetos o paquetes, por ejemplo, los drones que llevan paquetes hasta la ventana de las casas.
ROBOTS INDUSTRIALES:
Los robots industriales son en su mayoría Brazos Robóticos dedicados a la fabricación o a un proceso determinado dentro de una fábrica. El grado de perfección que alcanzan en su trabajo es difícilmente igualable por el ser humano.
ROBOTS EN MEDICINA:
En el campo de la medicina se están produciendo muchos avances en el uso de los robots. En algunos casos están para ayudar a los médicos a realizar algunas intervenciones, incluso de forma autónoma.
ROBOTS DE COMPAÑÍA:
Las tareas domésticas son una parte importante de lo que pueden hacer estos robots, pero su trabajo principal es vigilarnos… jugar con los niños, despertarnos, vigilar la casa cuando no estamos, asistir a los ancianos cuando están solos en casa, hacer y recibir llamadas…
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P3. ¿Cuáles son las funciones de los robots más modernos que se han fabricado? ¿En qué contextos nos podemos encontrar con ellos?
P4. ¿Qué robots domésticos lo son y cuáles no? ¿Qué necesita un robot para considerarse robot? Puedes consultar la siguiente sección para ayudarte a investigar. ¿Una nevera puede ser un robot?
2. 3. PARTES DE UN ROBOT
Un robot tiene tres grupos de componentes según la función principal que desempeñan cada uno de ellos, los sensores, los actuadores y el sistema de control.
El sistema de control es similar al cerebro de una persona, recibe estímulos y manda ejecutar las órdenes que se hayan programado. Esta función la pueden desempeñar ordenadores o placas programables como por ejemplo Arduino.
Los sensores podrían compararse a los sentidos de las personas, reciben información del exterior e incluso de procesos internos o del propio circuito, que traspasan la información al sistema de control. Por ejemplo, los sensores de temperatura, sensores de ultrasonidos, …
Por último, están los actuadores, que reciben las órdenes emitidas por el sistema de control y dan una respuesta, como por ejemplo encender una luz LED, emitir un sonido, …
Además de estas categorías encontramos la necesidad de que exista una estructura, en la que van incorporados todos estos elementos. Y una fuente de alimentación con la que dar la energía necesaria al circuito que conecta el sistema de control con el resto de los elementos.
Tras entender la necesidad de que haya un sistema de control que recibe estímulos y emite órdenes, es importante acotar las funciones que va a realizar y cuales no. Eso se hace por medio de la programación que se le da. Para programar un robot hay que tener en cuenta lo siguiente:
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- A un robot hay que explicar todo lo que tiene que hacer, no va a actuar de forma autónoma si no se programa ninguna acción. Todos los comandos que se le den al robot los va a ejecutar, por lo que hay que ser precisos en lo que se quiere realizar con el robot.
- Si se programa una acción que es incorrecta, el robot no aprende por sí mismo, por lo que hay que hacer pruebas de ensayo error para comprobar la actividad que va a realizar nuestro robot.
- El robot lee la programación comando a comando, es decir solo una orden a la vez, aunque lo hace muy deprisa, no puede procesar mas de una orden al mismo tiempo. Además de tener cuidado con el orden que le pedimos las cosas, también la velocidad con la que lo lee puede ser muy rápida y nosotros ni darnos cuenta de si ha emitido una respuesta, por lo que es importante controlar los tiempos y decirle que vaya al ritmo que nosotros queramos.
2. 4. ARDUINO
Para poder ver cómo realmente se programa un robot y realizar nuestras propias creaciones vamos a ver como funciona Arduino, un posible sistema de control. Nuestros proyectos serán inteligentes y podrán actuar en base a una secuencia de instrucciones que grabamos en la placa de Arduino.
Esta es una placa programable que cuenta con la posibilidad de cargar una programación desde un ordenador y pudiendo operar de forma autónoma con las órdenes cargadas si se conecta a una fuente de alimentación.
Para conocer todas las posibles funciones comenzamos viendo la estructura de la placa:
Esta placa cuenta con los siguientes elementos:
- Entradas de alimentación, con dos principales, una de conexión al ordenador desde la que se carga la programación y otra de conexión a las baterías que la alimentan para que pueda funcionar de forma autónoma.
- En la parte superior de la imagen hay una zona de entrada de pines digitales, y alguna toma de tierra.
- En la parte inferior están los pines analógicos y las salidas de voltaje de 3.3 y 5 Voltios.
Los pines analógicos hacen lecturas de valores entre 0 y 1024, según la intensidad de corriente que reciban los pines, del mismo modo que pueden enviar señales con distinta intensidad. Por otro lado los pines digitales solo tienen dos posibles lecturas y escrituras, es decir encendido o apagado.
Para poder trabajar con la placa de una forma más exhaustiva vamos a ver un simulador con el que poder ver la electrónica y la programación de una placa de Arduino.
ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN
P5. ¿Para qué sirve una placa programable? ¿Qué se puede llegar a componer con una placa de Arduino?
P6. ¿Cómo se programa una placa de Arduino? ¿Se puede trabajar con una placa de Arduino y probar la electrónica de un robot sin tener los componentes físicamente?
TINKERCAD CON ARDUINO
Desde este enlace: https://www.tinkercad.com , se puede acceder a la herramienta de Tinkercad, un diseñador CAD que permite realizar composiciones 3D, composición de circuitos y programación de diseños 3D con bloques de código.
Pinchando encima de los pines y de los extremos de cada componente se pueden sacar los cables conductores que conectarán todos los elementos que contenga el circuito. Para sacar los diferentes elementos se arrastran y se colocan en los puntos que se quieran dejar. Las placas de prototipado como la de la imagen cuentan con dos zonas marcadas por las líneas rojas y negras que están conectadas por todos los pines y que se usan para conectar todos los elementos que haya con la toma de tierra o el voltaje.
Hay varias categorías en las que se clasifican los bloques según la función que tiene cada comando. En el ejemplo hemos definido que al iniciar la simulación se encienda el LED conectado al pin 2. Al pulsar iniciar simulación podremos ver el resultado.
Entrando en tus diseños y en circuitos, puedes crear nuevas composiciones con diferentes placas. En el simulador se puede elegir la placa con la que trabajar, en nuestro caso utilizamos la placa de Arduino. Tras escogerla se pueden escoger los componentes, encontramos sensores, actuadores, el sistema de control (la placa) y otros componentes que permiten hacer realidad circuitos complejos, como la placa de prototipado, en la que hacer conexiones ordenadas e incluir componentes.
Una vez se tienen todos los elementos electrónicos bien conectados, nos vamos a la zona de programación, en ella tenemos la posibilidad de trabajar programando por bloques o por código. En la programación por bloques nos irán apareciendo las opciones que tenemos según los elementos y componentes que añadamos a nuestro circuito.
En la simulación podemos ver que el LED está encendido, pero con un aviso al lado. Este aviso notifica que algún elemento del circuito eléctrico es incorrecto, en este caso indica que el LED recibe mucha potencia y puede fundirse rápidamente, necesita una resistencia para funcionar correctamente.
Al conectar el LED por medio de una resistencia desaparece el aviso y nuestro circuito funciona correctamente. A partir de aquí hay que comenzar a programar todo lo que queramos que haga nuestro robot. Añadir componentes y realizar interacciones entre ellos para que cumplan con alguna función útil para nosotros.
ANÁLISIS DE PROBLEMAS MEDIANTE ALGORITMOS
Dentro de las posibilidades de programación que implican a un ordenador pueden surgir diferentes problemas computables y para solucionarlos podemos recurrir a los algoritmos. Pero ¿Qué es un algoritmo?
Un algoritmo es un conjunto de reglas definidas que permite solucionar un problema, de una determinada manera, mediante operaciones sistemáticas (no necesariamente ordenadas) y finitas.
Las características que debe cumplir un algoritmo son:
- Un algoritmo debe ser Preciso e indicar el orden de realización de cada paso.
- Un algoritmo debe ser Definido, es decir, si se sigue un algoritmo dos veces, se debe obtener el mismo resultado.
- Un algoritmo debe ser Finito, es decir, si se sigue el algoritmo se debe terminar el algún momento
Un algoritmo debe ser una secuencia de instrucciones claras y finitas, tiene que ser correcto y debe resolver el problema planteado en todas sus facetas, además de ser legible.
Para comenzar con el problema se ha de hacer un análisis exhaustivo, con toda la creatividad posible, hasta definir y entender el problema. Luego se ha de meter los datos de entrada e identificar los datos de salida, que serán los resultados.
Por ejemplo, para calcular el área de un rectángulo los datos de entrada serían los de la base y la altura, el proceso que haría el algoritmo sería el cálculo del área (base x altura) y la salida de los datos estaría la base, la altura y el área.
Para poder definirlo en un programa hay que dividirlo en diferentes partes una de lectura de los datos iniciales, una de proceso interno y una de escritura, es decir la muestra del resultado.