CONTROL Y ROBÓTICA

TECNOLOGÍA 3º ESO

TEMA 5

Samuel Escudero Melendo

“Whirlwind”, McGaffey (1868)

“Puffing Billy”, H.C. Booth (1901)

Robot aspiradora (actualidad)

¿QUÉ VEREMOS?

APROXIMACIÓN HISTORICA

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

SISTEMAS DE CONTROL

APROXIMACIÓN HISTÓRICA.

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

REVOLUCIÓN INDUSTRIAL, s.XVIII-s.XIX

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

MÁQUINA “BOMB”, CÓDIGO ENIGMA. ALAN TURING, II Guerra Mundial

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

MÁQUINA “BOMB”, CÓDIGO ENIGMA. ALAN TURING, II Guerra Mundial

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

APROXIMACIÓN HISTÓRICA AUTÓMATAS

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

APROXIMACIÓN HISTÓRICA ROBOTS

ROBOTS HUMANOIDES O ANDROIDES

ROBOTS INDUSTRIALES

BOTS (ROBOTS SOFTWARE)

APROXIMACIÓN HISTÓRICA

PRIMERA GENERACIÓN

• ROBOTS MANIPULADORES

SEGUNDA GENERACIÓN

• ROBOTS DE APRENDIZAJE

TERCERA GENERACIÓN

• ROBOTS CON CONTROL SENSORIZADO

CUARTA GENERACIÓN

• ROBOTS INTELIGENTES

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

ROBOTS MANIPULADORES

Década de los 50. Dispositivos mecánicos con un sistema de control sencillo, que sólo pueden realizar las tareas para las que se les ha programado previamente.

1ª GENERACIÓN

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

ROBOTS DE APRENDIZAJE

Década de los 70. Incorporan sensores y sistemas de control que les permite adaptar la tarea a las condiciones del entorno.

2ª GENERACIÓN

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

ROBOTS CON CONTROL SENSORIZADO

Décadas de los 80 y 90. Incorporan sistemas de control computerizado, aumentando la precisión de sensores y actuadores. Se desarrollan lenguajes de programación propios.

3ª GENERACIÓN

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

ROBOTS INTELIGENTES

A partir del 2000. Incorporan mejoras en hardware, sensores más complejos. Principios de la inteligencia artificial para el tratamiento de datos.

4ª GENERACIÓN

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

APROXIMACIÓN HISTÓRICA GENERACIONES

ROBOTS CONDUCTUALES

Se pretende que los robots sean capaces de aprender y generar por sí mismos respuestas concretas a estímulos nuevos, pudiendo habitar en el mundo real y no en un mundo simplificado.

Arquitectura de subsunción.

¿5ª GENERACIÓN?

ARQUITECTURA DE UN ROBOT.

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

ESTRUCTURA MECÁNICA

ACTUADORES

HERRAMIENTAS

SENSORES

SISTEMA DE CONTROL

FUENTE DE ENERGÍA

Conjunto de elementos sobre los que van montados el resto de los componentes.

La estructura debe ser robusta y estable para mantener el equilibrio del robot y no restar precisión a sus movimientos.

ESTRUCTURA MECÁNICA

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Son los encargados de mover las partes articuladas.

Pueden ser eléctricos, neumáticos o hidráulicos.

ACTUADORES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Son los elementos que incorporamos a los robots que realizan tareas de montaje y manipulación.

Las herramientas son muy diversas dependiendo del tipo de robot y suelen admitir el intercambio.

HERRAMIENTAS

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Son los dispositivos encargados de recoger la información del entorno y transmitirla al sistema de control para que la procese y actúe en consecuencia.

Pueden ser EXTERNOS o INTERNOS.

SENSORES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Su función es recibir la información de los sensores, analizarla y ajustar de forma constante el funcionamiento del robot al programa.

SISTEMA DE CONTROL

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

Su función es alimentar a los actuadores, herramientas, sensores y sistemas de control del robot.

Para evitar interferencias, la alimentación de los motores suele ir separada del resto.

FUENTE DE ENERGÍA

ARQUITECTURA DE UN ROBOT

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TI

PO

S D

E R

OB

OT

SEGÚN EL TIPO DE ARTICULACIONES

SEGÚN SU MOVILIDAD

SEGÚN SU MORFOLOGÍA

SEGÚN EL TIPO DE ARTICULACIONES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TIPOS DE ROBOT

SEGÚN EL TIPO DE ARTICULACIONES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TIPOS DE ROBOT

Grados de libertad: número de movimientos independientes que puede realizar una articulación.

SEGÚN EL TIPO DE ARTICULACIONES

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TIPOS DE ROBOT

Grados de libertad: número de movimientos independientes que puede realizar una articulación.

SEGÚN SU MOVILIDAD

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TIPOS DE ROBOT

ESTÁTICO MÓVIL VS

SEGÚN SU MORFOLOGÍA

ARQUITECTURA DE UN ROBOT TIPOS DE ROBOT

ZOOMÓRFICOS ANTROPOMÓRFICOS HÍBRIDOS

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS.

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS

Uno de los criterios para clasificar un robot viene dado

por el tipo de movimientos que realizan los eslabones de su

cadena cinemática

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS

La CADENA CINEMÁTICA es el conjunto de elementos mecánicos que

transmiten el movimiento desde el lugar donde se produce hasta donde es

aplicado o utilizado.

MOVIMIENTOS

LINEAL

ROTACIONAL/

ANGULAR

tipos de unión

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA

SISTEMAS SIMPLE

• CILÍNDRICO

• ESFÉRICO

COMPLEJO

• CARTESIANO

• CILÍNDRICO

• POLAR

• ESFÉRICO

• MIXTO

• PARALELO

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA SIMPLE

SISTEMA CILÍNDRICO LINEAL + ROTACIONAL

SISTEMA ESFÉRICO ROTACIONAL + ROTACIONAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA SIMPLE

SISTEMA CILÍNDRICO LINEAL + ROTACIONAL

SISTEMA ESFÉRICO ROTACIONAL + ROTACIONAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA CARTESIANO 2xLINEAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA CILÍNDRICO 2xLINEAL + ROTACIONAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA POLAR LINEAL + 2xROTACIONAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA ESFÉRICO 3xROTACIONAL

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA MIXTO COMBINACIÓN DE ARTICULACIONES

ROBOT SCARA

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CADENA CINEMÁTICA COMPLEJA

SISTEMA PARALELO COMBINACIÓN DE ARTICULACIONES

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS

Los ACTUADORES son los elementos encargados de dotar de movimiento a cada una de

las partes de la cadena cinemática

ELÉCTRICOS NEUMÁTICOS HIDRÁULICOS

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS ACTUADORES

ACTUADORES ELÉCTRICOS

SOLENOIDES

MOTORES DE CORRIENTE CONTÍNUA

MOTORES DE PASO

Electroimanes con núcleo móvil de hierro que realizan movimientos cortos

Motores apropiados para movimientos que no requieren gran precisión

Motores que son capaces de posicionar el elementos que controlan.

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS ACTUADORES

ACTUADORES NEUMÁTICOS

Emplean la energía del aire comprimido para mover articulaciones.

Uso limitado a acciones que requieran poca fuerza y precisión.

Destacan por la rapidez en la ejecución de movimientos.

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS ACTUADORES

ACTUADORES HIDRÁULICOS

Emplean líquido (normalmente aceite) para mover las articulaciones y elementos.

Ejercen mayor presión que los neumáticos y son mucho más precisos (pueden detenerse en cualquier

punto).

Son más lentos que los neumáticos.

Los CILINDROS son

dispositivos que producen trabajo al transformar la

energía que les proporciona el aire comprimido o líquido a presión en un movimiento

rectilíneo

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CILINDROS

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CILINDROS

CILINDRO DE SIMPLE EFECTO

CILINDRO DE DOBLE EFECTO

ELEMENTOS MECÁNICOS Y ELÉCTRICOS CILINDROS

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES.

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

LOS SENSORES COMUNICAN EL ROBOT CON EL ENTORNO.

El SENSOR transforma

la energía captada tomando datos en una magnitud

física o química y emite una señal de salida.

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES TI

PO

S D

E SE

NSO

RES

Según la SEÑAL ANALÓGICOS

DIGITALES

Según RANGO DE VALORES

CIERRE DE CONTACTO

PROPORCIONALES

Según su FUNCIONAMIENTO

MECÁNICOS

ELÉCTRICOS

MAGNÉTICOS

ÓPTICOS

LÁSER

ACÚSTICOS

ULTRASÓNICOS

PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

ANALÓGICO DIGITAL

La señal varía a lo largo del tiempo dentro de un rango de

valores conocido

Produce señales que sólo toman dos posibles valores,

generalmente 0V y 5V

SENSOR DE PROXIMIDAD

SENSOR FINAL DE CARRERA

SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL QUE GENERAN

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

CIERRE DE CONTACTO PROPORCIONALES

Sensores binarios que devuelven valores de encendido o apagado

Producen una señal proporcional al valor que

están midiendo

SENSOR DE PROXIMIDAD

SENSOR FINAL DE CARRERA

SEGÚN EL RANGO DE VALORES QUE DEVUELVEN

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES SEGÚN EL RANGO DE VALORES QUE DEVUELVEN

FUNCIONAMIENTO DE UN DISPOSITIVO DE FINAL DE CARRERA

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

MECÁNICO ELÉCTRICO

Generan un cierre de contacto Transforman la magnitud eléctrica medida en una señal

eléctrica

SENSOR DE TEMPERATURA

SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

SENSOR FINAL DE CARRERA

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

ÓPTICO LASER

Constan de un emisor de luz y de un receptor y permiten medir

distancias, detectar objetos…

Sensor óptico que trabaja con luz láser, permitiendo llegar a mayor distancia

SENSOR DE DISTANCIA SENSOR OPTOACOPLADOR

SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

ACÚSTICOS ULTRASÓNICOS

Transforman el sonido (cambios en

la presión del aire alrededor del sensor)

en una señal eléctrica

Constan de un transmisor y de un receptor de ultrasonidos. Mide distancias y detecta objetos

SENSOR ULTRASÓNICO

MICRÓFONO ELECTRET

SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES

MAGNÉTICO PIRÓMETROS DE RADIACIÓN

Miden campos magnéticos y permiten determinar la posición

relativa de dos objetos

Miden altas temperaturas por detección del color de una llama

PIRÓMETRO DE Tª SENSOR MAGNÉTICO

SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

ELEMENTOS DE DETECCIÓN: SENSORES SEGÚN SU FUNCIONAMIENTO

FUNCIONAMIENTO DE UN SENSOR ULTRASÓNICO

SISTEMAS DE CONTROL.

SISTEMAS DE CONTROL

La función del SISTEMA DE CONTROL es recibir la

información de los sensores, analizarla y ajustar de forma

constante el funcionamiento del robot al programa.

SISTEMAS DE CONTROL

SISTEMA ENTRADA SALIDA

PERTURBACIONES

SISTEMAS DE CONTROL

SISTEMA ENTRADA SALIDA

PERTURBACIONES

Conjunto de variables que

afectan al sistema

Resultados esperados del

sistema

Conjunto de variables ajenas al sistema

SISTEMAS DE CONTROL

SISTEMA LAZO ABIERTO

VS SISTEMA

LAZO CERRADO

TIPOS

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS

SISTEMA DE LAZO ABIERTO

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS

SISTEMA DE LAZO ABIERTO

No se compara la salida con el valor deseado o señal de referencia.

La señal de referencia establece unas condiciones prefijadas de la operación que permanecen invariables a lo largo del proceso.

La precisión de la salida depende de un correcto ajuste del controlador.

Si se producen perturbaciones el sistema no cumple su función.

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS: SISTEMA DE LAZO ABIERTO

1. INTRODUCIR TOSTADA 2. PROGRAMAR TIEMPO 3. TOSTADO DEL PAN 4. DESCONEXIÓN DEL

TOSTADOR

CONTROLADOR

El tostador no tiene forma de detectar si el pan se ha

quemado o no con el tiempo que hemos programado

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS

SISTEMA DE LAZO CERRADO

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS

SISTEMA DE LAZO CERRADO

El proceso que lleva a cabo el sistema es constantemente ajustado por medio de una señal de control (esta señal es resultado de la comparación entre la señal de referencia y la lectura en tiempo real de un sensor a la salida del sistema).

Son más precisos que los sistemas de lazo abierto. Menos sensibles a las perturbaciones externas. Son más complejos, caros y propensos a averías

que los sistemas de lazo abierto.

SISTEMAS DE CONTROL TIPOS: SISTEMA DE LAZO CERRADO

1. TENEMOS CALOR 2. PROGRAMAR 18oC 3. BAJA LA Tª 4. ABRIMOS VENTANA (→SUBE Ta)

5. GENERA MÁS FRÍO 6. ALCANZAMOS 18oC

CONTROLADOR

PERTURBACIÓN

SEÑAL DE CONTROL