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1. Evolución de las formas de trabajo
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. Las
formas de trabajar las podemos clasificar, según han ido evolucionando, de la
siguiente manera:
* Trabajo artesanal, el hombre tenía como funciones la de motor, operario y controlador del
sistema. En el comienzo existían
herramientas de uso cotidiano (palos, cuchillos de madera y de piedra, flechas
de huesos, etc.) Luego se crearon herramientas especializadas (escoplos,
martillos, buril, gubia, etc.). Son los artesanos
quienes saben utilizar adecuadamente las herramientas y cada herramienta es
la adecuada para un tipo de trabajo.
* Trabajo mecánico, el hombre ha pasado a trabajar como
operario y a controlar el sistema, dejando a las máquinas herramientas
(taladradora, fresadora, etc.) las funciones de motor. la fuerza bruta. A pesar de esto, son necesarios operarios
especializados para manejarlas.
* Trabajo automático, el hombre ha pasado a supervisar el
sistema. El resto de tareas se realizan sin intervención humana. Se desarrollan
los sistemas automáticos (automatismos
y robots), el sistema se encarga de manejar a las máquinas herramientas, el
operario especializado no es necesario, el hombre pasa a ser el supervisor.
2. Mecanismos
y Automatización
Un mecanismo es cualquier
dispositivo que se emplea para reducir la fuerza a aplicar a un sistema o para
transmitir o transformar un movimiento.
Por ejemplo, son mecanismos:
- las poleas
- los engranajes
- las palancas
- el sistema piñón-cremallera.
El término griego
"automatos" significa que se mueve por el mismo.
Los autómatas, se tiene
constancia que ya existían en la Grecia
antigua, aunque es durante el siglo XVIII cuando sufren su mayor
desarrollo, pero casi siempre se trata de sistema mecánicos con forma humana.
Durante el siglo XX, con
ayuda de la electrónica, la automatización y sistematización de
procesos ha sufrido un gran auge, y ha conseguido abaratar aún más la construcción de piezas y su montaje.
La automatización, actualmente, se emplea en la obtención de productos
sin la necesidad de intervención humana en el proceso.
3. Sistemas
automáticos de control
Entendemos como un
sistema de control a la combinación de componentes que actúan juntos para
realizar el control de un proceso.
Un sistema automático
está constituido por un dispositivo de
entrada, una unidad de control y
un dispositivo de salida, que
conectados entre sí realizan la transferencia
de información. El esquema de un sistema automático se resume así:
3.1. Tipos de
sistemas de control
Existen dos tipos de
sistemas de control, sistemas en lazo abierto y sistemas en lazo cerrado.
Lazo abierto
El proceso se desarrolla
en diferentes fases sin comprobar que el objetivo se ha alcanzado
satisfactoriamente. Es decir, son aquellos en los que la salida no tiene
influencia sobre la señal de entrada. El esquema es el visto anteriormente:
Ej: lavadora, la señal de salida (que sería la ropa lavada) no se
introduce en el sistema en ningún momento para poder dar el proceso por
terminado. Si la ropa no esté bien lavada no se detecta.
Lazo cerrado
Cuando queremos que la
señal de salida alcance un valor determinado el sistema tiene que medir
continuamente dicha señal. En este caso el sistema es realimentado, y hablamos de un sistema automático de lazo cerrado. Por tanto, son aquellos
en los que la salida influye sobre la señal de entrada.
4. Arquitectura de un robot
Los robots tienen las siguientes unidades funcionales:
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Sensores: miden magnitudes físicas
(velocidad, temperatura, humedad) y los transforman en magnitudes eléctricas.
Dentro del robot hay dos tipos de sensores: los que se ocupan del estado
interno de la máquina y los que se ocupan del entorno. Equivalen a los sentidos.
Actuadores: reciben las órdenes desde
el controlador y efectúan movimientos. Los más habituales son motores, relés o
accionadores hidráulicos o neumáticos. Equivalen a los músculos.
Estructura: es la que conforma la
apariencia del robot, y la que permite realizar sus tareas y soportar los
esfuerzos que sufra. En nuestro símil, equivale al propio cuerpo.
Alimentación: proporciona la energía
para el funcionamiento de todo el sistema. Suelen ser baterías o placas
fotovoltaicas, para garantizar autonomía.
Unidad de
control:
dirige el trabajo de los actuadores. La entrada es la información obtenida de
los sensores. La salida está formada por las órdenes eléctricas enviadas a los
actuadores (paro/puesta en marcha). La mayor parte de los robots están
controlados por ordenadores. Equivale, pues al cerebro.
5. Tipos
de sensores
Los sensores constituyen
el sistema de percepción del robot. Es decir, se encargan de medir o detectar los cambios que se producen en el entorno
respecto a diferentes situaciones o magnitudes. Por ejemplo cambios en la
temperatura o iluminación, presencia o movimiento de un objeto, etc.
Una vez que detectan o
miden el entorno suministran esa información a la unidad de control para que la
procese y actué en consecuencia.
5.1. Sensores de posición y movimiento
Detectan la posición de
un cuerpo u objeto para a partir de ella realizar una acción determinada.
Se utilizan mucho como
elementos de protección en cadenas de producción automatizadas, en los ascensores,
en la apertura automática de puertas, etc.
Pueden ser de contacto
(un pulsador de un ascensor), de proximidad (detector de movimiento de un
pasillo) o de larga distancia (un radar de un
pesquero).
5.2. Sensores de fuerza y de presión
En ocasiones, los
sistemas automáticos incorporan sensores capaces de medir la fuerza o la
presión que se ejerce sobre un cuerpo.
Por ejemplo un sensor de presión:
En
las instalaciones de aire comprimido, depósitos de gas o instalaciones
de agua y otros líquidos, la presión se mide utilizando un manómetro.
Por ejemplo, en los manómetros de membrana el fluido deforma una pequeña membrana metálica y una aguja marca la presión ejercida.
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5.3. Sensores de
temperatura
El control de la temperatura se hace necesario en
procesos químicos o metalúrgicos, en instalaciones de calefacción o en la conservación de alimentos. Para ello,
utilizamos diferentes tipos de sensores de temperatura.
Termostato:
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Inicialmente, la temperatura de la
habitación es de 15 ºC. Al situar el termostato a 22 ºC, la caldera
empieza a funcionar y el radiador comienza a calentar la habitación.
Cuando la habitación alcanza los 22 ºC, la caldera se para y el
radiador deja de calentar.
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Termoresitencias
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La termorresistencia es un sensor fabricado con material conductor, generalmente platino o níquel. Como la resisencia del metal varía con la temperatura, esta variación produce diferentes señales eléctricas que actuarán sobre el sistema.
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Termopar:
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El termoar es un sensor formado por
dos metales distintos que se unen por uno de sus extremos. Cuando esta
unión se calienta, se genera una diferencia de potencial entre sus
extremos libres. Esta diferencia de potencial cambiará según las
variaciones de temperatura.
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Termistores
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Es un metal semiconductor; existen dos tipos PTC y NTC.
Dependiendo de si aumenta la resistencia del termistor con el aumento
de la temperatura, o si disminuye su resistencia ante ese aumento
térmico.
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5.4. Sensores de
luz
La luz produce cambios en
la resistencia o conductividad eléctrica de algunos materiales semiconductores
como fotorresistencias (LDR), fotodiodos y fototransistores.
Estos dispositivos se
utilizan para medir el nivel de luz de una sala o de un recinto.
5.4.1. Fotorresistencias (LDR): Disminuyen su resistencia eléctrica
cuando reciben luz, por lo que se
emplean en circuitos de
interrupción automática sensibles a la luz.
5.4.2. Fotodiodos y fototransistores: Tienen mayor sensibilidad y emiten
señales eléctricas proporcionales a la intensidad
luminosa.
6. Tipos
de actuadores
Un
actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica,
neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad
de generar un efecto sobre un proceso automatizado. Éste recibe la
orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden
para activar un elemento final de control, como por ejemplo una
válvuloa. Son los elementos que influyen directamente en la señal de
salida del automatismo, modificando su magnitud según las instrucciones
que reciben de la unidad de contro.
7. Robótica
Podemos definir la Robótica como:
El diseño, fabricación y
utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas
repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras
actividades. Según Isaac Asimmov, la Robótica es la tecnología aplicada a los
robots.
7.1.1. Características de un robot.
Los robots pueden ser de
diferentes diseños al igual que programas, todo depende de la función que vayan
a realizar. Lo que si se conoce son las diferentes características que pueden
poseer, entre estas encontramos:
* La precisión que tienen a la hora de realizar una acción o movimiento.
* La capacidad de carga, en kilogramos
que el robot puede manejar.
* El grado de libertad que tienen con
sus movimientos. Suele coincidir con el nº de articulaciones que tiene el robot.
7.1.2. Clasificación de robots.
Desde un punto de vista
muy general los robots pueden ser de los siguientes tipos:
Androides:
Los androides son
artilugios que se parecen y actúan como seres humanos. Los robots de hoy en día
vienen en todas las formas y tamaños, pero a excepción de los robots que
aparecen en las ferias y espectáculos, no se parecen a las personas y por tanto
no son androides. Actualmente, los androides reales sólo existen en la imaginación
y en las películas de ficción.
Móviles:
Los robots móviles están
provistos de patas, ruedas u orugas que los capacitan para desplazarse de
acuerdo a su programación. Elaboran la información que reciben a través de sus
propios sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de instalaciones
industriales, sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de
producción y almacenes. También se utilizan robots de este tipo para la
investigación en lugares de difícil acceso o muy distantes, como es el caso de
la exploración espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.
Industriales:
Los robots industriales
son artilugios mecánicos y electrónicos destinados a realizar de forma
automática (sin la intervención
humana) determinados procesos de fabricación o
manipulación. Los robots
industriales, en la actualidad, son
con mucho los más frecuentemente encontrados. Japón y Estados Unidos lideran la fabricación y consumo de robots
industriales siendo Japón el número uno.
Los robots industriales
surgen por la necesidad de:
* Fabricar productos de manera económica.
* Que los productos sean de calidad.
* Que de un mismo producto se puedan
elegir muchas opciones.
8. Programación
La programación robótica es un tipo de
procedimiento que nos ayuda a preparar ciertos dispositivos para que en base a
una serie de factores, se puedan comportar de una forma u otra.
8.1. Organigramas
8.2. Software de programación.
Trabajaremos con dos programas muy diferentes con el que
realizaremos varias prácticas en el taller de informática. Estos son:
MSW Logo
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Scratch
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9. Ejercicios
1. ¿Cuáles son las tres
formas de la evolución del trabajo? Descríbelas.
2. Define los términos de
mecanismos y automatización.
3. ¿Qué son los sistemas
automáticos de control y qué componentes tienen?
4. Describe los dos tipos
de sistemas automáticos de control existentes.
5. ¿Qué unidades
funcionales tiene un robot? Descríbelas.
6. Enumera los tipos de
sensores que existen y descríbelos muy brevemente.
7. ¿Qué tipos de
actuadores existen?
8. ¿Qué es la robótica?
9. ¿Qué tipos de robots
podemos encontrar? Descríbelos brevemente.
10. ¿Qué es la programación robótica?
11. Define procedimiento y
algoritmo en programación robótica.
12. Realiza un pequeño
organigrama donde introduzcamos dos números A y B, los sume y nos muestre el
resultado.
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