Control i robotica 2016

Introducció

Aquesta wikipedia s'explica que són els robots, com funcionen, els tipus de controls de robòticaque hi ha, els usos que presenten, la historia de la robòtica per exemple que a mitjan segle XVIII Jacques de Vauncansos va construir prototips de diversos robots amb el propòsit de divertir. Els components d'un robot i les seves utilitats per fer activitats que amb humans serien molt dificils: laboratoris d'investigació, en la medicina, l'exploració a grans profunditats o en llocs difícils d'accedir, etc... Esta elaborat per alumnes de 4º ESO d'una manera col·lectiva a l'assignatura de tecnologia. Descriurem el seu funcionament i utilitat, incloent enllaços d'interès a pagines especialitzades, vídeos i imatges per aclarir la informació del treball.

Què és un robot?

De l'anglès robot, que deriva del txec robota ( " prestació personal " ), un robot és una màquina programable que pot manipular objectes i realitzar operacions que abans només podien fer els éssers humans.

Un robot és un dispositiu o mecanisme articulat que desenvolupa moviments o funcions automàtiques seguint instruccions externes o unes regles que li han estat incorporades. Les instruccions i regles li poden ser donades per supervisió humana directa, mitjançant un programa informàtic predefinit o seguint un conjunt de regles generals, utilitzant tècniques d'intel·ligència artificial. Els robots actuals no tenen molt que veure amb els humanoides, i la majoria dels experts en robòtica dirien que es complicat oferir una definició tan acertada.

Robot humanoide

Coincideixen a brindar la sensació de comptar amb capacitat de pensament o resolució, encara que en realitat es limiten a executar ordres dictades per les persones.

Malgrat que no hi ha una definició precisa del concepte, se sol considerar que un robot té la capacitat d'imitar el comportament dels humans o d'animals.

Es sol entendre que un robot posseeix un elevat grau d'autonomia i d'auto-planificació encara que fa el que li programen la persona que el posseeix, demanant les decisions oportunes a partir de la informació que reben els seus sensors, gracies al programa d'emmagatzemament a la seva memòria.

La paraula robot pot referir-se tant a mecanismes físics com a sistemes virtuals de programari, encara que sol al·ludir als segons amb el terme de bots.

Hi ha robots humanoides, sorgits a partir de la segona meitat del segle XX, que poden caminar, moure un braç mecànic, manipular el seu entorn o fins respondre als estímuls.

Què és la tecnologia del control i la automàtica?

La tecnologia o sistema de control és qualsevol Tecnologia que permet controlar, de forma automàtica, una màquina, es a dir, no necessita el control humà. La tecnologia de control abasta tots els procediments i dispositius que permeten automatitzar les màquines i els processos.

L'objectiu d'un sistema de control és aconseguir un funcionament correcte sense que hagi d'intervenir directament un operari sobre ells. Hi ha sistemes semiautomàtic, en els quals cal la intervenció humana en alguns dels aspectes dels processos.

Hi ha dos tipus de sistemes de tecnologia de control:

• Sistemes de control de llaç obert: Són sistemes que no necessiten sensors, ja que no modifiquen el seu funcionament en funció de les condicions de l'entorn i segueixen una seqüència d'operació prefixada.

• Sistemes de control de llaç tancat: Són sistemes que requereixen sensors i actuen en funció de la informació enviada per ells. Modifiquen el seu funcionament en funció de la informació recollida per aquests.

Història dels robots

Robot ELSIE. 1953

El robot lunar rover

L'any c.1495 es va crear en disseny d'un robot humanòide per Leonardo da Vinci.

A mitjan segle XVIII Jacques de Vauncansos va construir prototips de diversos robots amb el propòsit de divertir. L'any 1805 Henri Maillardert va construir una pepa mecànica, que era capaç de fer dibuixos.

La paraula robot: va ser utilitzada per primera vegada en l'any 1921, quan l'escriptor txec Karel Capek va estrenar en el teatre nacional de Praga la seva obra Rossum's Universal Robot.

Varen tractar de materialitzar el desig humà de crear éssers a la seva semblança i que ho traguessin del treball. L'enginyer espanyol Leonardo Torres Quevedo (que va construir el primer comandament a distància per al seu automòbil mitjançant telegrafia sense fil, l'escaquista automàtic, el primer transbordador aeri i molts altres enginys) va encunyar el terme "automàtica" en relació amb la teoria de l'automatització de tasques tradicionalment associades.

Més tard, entre els anys 1939 i 1940, Westinghouse Electric Corporation va exhibir un robot humanòdide a la Exposició Universal anomenat Elektro.

Amb l'objectiu de dissenyar una màquina flexible, adaptable a l'entorn i de fàcil maneig, George Devol, va patentar el 1948, un manipulador programable que va ser el germen del robot industrial. El 1948 R.C. Goertz, va desenvolupar, amb l'objectiu de manipular elements radioactius sense risc per a l'operador, el primer tele-manipulador. Aquest consistia en un dispositiu mecànic mestre-esclau. El manipulador mestre reproduïa fidelment els moviments d'aquest. L'operador, a més de poder observar a través d'un gruix vidre el resultat de les seves accions, sentia a través del dispositiu ,les forces que l'esclau exercia sobre l'entorn.

El primer robot mòbil de la història, malgrat les seves capacitats molt limitades, va ser ELSIE (Electro-Light-Sensitive Internal-External), construït a Anglaterra el 1953. ELSIE es limitava a seguir una font de llum utilitzant un sistema mecànic realimentat sense incorporar intel·ligència addicional.

La robòtica ha evolucionat cap als sistemes mòbils autònoms, que són aquells que són capaços de desenvolupar-se per si mateixos en entorns desconeguts i parcialment canviants sense necessitat de supervisió.

En l'actualitat, la robòtica és debat entre models summament ambiciosos, com és el cas del IT, dissenyat per expressar emocions, el COG, també conegut com el robot de quatre sentits, el famós SOUJOURNER o el LUNAR ROVER, vehicle de turisme amb control remots, i altres molt més específics com el Cypher, un helicòpter robot d'ús militar, el guàrdia de trànsit japonès TARO o els robots mascotes de Sony.

En general la història de la robòtica la podem classificar en cinc generacions:

• Les dues primeres generacions, (ja aconseguides en els vuitanta), inclou la gestió de tasques repetitives amb autonomia molt limitada.

• La tercera generació, inclouria una visió artificial, en la qual cosa s'ha avançat molt en els vuitanta i en els noranta.

• La quarta generació, inclou mobilitat avançada en exteriors i interiors.

• La cinquena generació entraria en el domini de la intel·ligència artificial, en la qual cosa s'està treballant actualment.

Elements d'un robot

Un robot està format pels següents elements: estructura mecànica, transmissions, actuadors, sensors, elements terminals i controlador. Encara que els elements emprats en els robots no són exclusius d'aquests (màquines eines i moltes altres màquines fan servir tecnologies semblants), les altes prestacions que s'exigeixen als robots han motivat que en ells es facin servir elements amb característiques específiques. La constitució física de la major part dels robots industrials són semblants a la anatomia de les extremitats del cos humà, per això les parts del cos humà fan referencia a les parts del robot (braços, cintura, etc.).

Els elements que formen part de la totalitat del robot són:

• L'estructura - l'estructura mecànica (les baules, base, etc.). Això exigeix ​​molta massa, per proporcionar la rigidesa bastant estructural per assegurar l'exactitud mínima sota les càrregues útils variades.
• Actuadors - Els motors, els cilindres, etc., les juntures del robot. Això també podria incloure els mecanismes per a una transmissió, etc.,
• Control a l'Ordinador - Aquest ordinador uneix amb l'usuari, i al seu torn els comandaments les juntures del robot.
• L'extrem de Braç que labora amb eina (EOAT) - La programació que proporciona l'usuari es dissenya per a les tasques específiques.
• Ensenyi el pendent - Un mètode popular per programar el robot. Això és que una mà petita conté un dispositiu que pot dirigir moviment del robot, els punts de registre en les successions de moviment, i comença la repetició de successions. Els pendents més prolongades inclouen més funcionalitat.

Estructura d'un robot

Articulació d'un robot (braç)

Articulació simple

Articulació rotatoria

Mecànicament, un robot està format per una sèrie d'elements, units mitjançant articulacions que permeten un moviment relatiu, entre cada dos elements consecutius. La constitució física de la major part dels robots industrials guarda certa similitud amb l'anatomia del braç humà, pel que en ocasions, per a fer referència als diferents elements que componen el robot, s'usen termes com: el cos, el braç, el colze i el canell. En la següent taula apareixen tots les configuracions possibles per els robots.

Actuadors

Un actuador o accionament són els últims elements del sistema de control i actuen directament sobre el procés. Es capaç de transformar energia hidràulica, pneumàtica o elèctrica en energia mecànica . El seu principi de funcionament és la conversió d'energia generada normalment per l'aire, l'aigua o l'electricitat i transformar-la en algun tipus d'acció motriu.

Els seus elements son els següents:

• Sistema d'accionament: Es l'encarregat de produir el moviment.
• Sistema de transmissió: Es l'encarregat de transmetre el moviment de l'actuador a altres elements.
• Sistema reductor: Encarregat d'adequar la velocitat de l'actuador als valors requerits.
• Sistema de control: Encarregat d'enviar les ordres al actuador per que es mogui de certa manera.

Actuador Hidràulic

Tipus d'actuadors

Hidràulic. La transmissió de la força es realitza a partir de l’utilització de fluids incomprimibles, com per exemple els olis.

Avantatges:

• Elevada potència en relació al seu tamany.
• Possibilitat de generar grans forces transmitint pressions.
• Utilitzable en ambients perillosos ja que necessiten de molt poca electrònica i el fluid pot ser no inflamable.
• Poden manipular carregues de major pes que els sistemes pneumàtics o elèctrics.
• Petit temps de resposta a sobtats canvis de potència
• Més robust a colisions que els equips elèctrics.
• Més fàcils de ser controlats que els equips pneumàtics.

Desavantatges:

• Perdues de fluid poden contaminar l’entorn.
• Sorollós.
• Canvis de temperatura en l’ambient modifiquen la viscositat del fluid de manera que a baixes temperatures la viscositat augmenta provocant moviments a batzegades.
• El preu econòmic dels components no decrementen proporcionalment al seu tamany.
• El control es més complexe que l’elèctric.

Actuador Pneumàtic

Pneumàtic. La transmissió es realitza a menors pressions utilitzant fluids gasosos (comprimibles), com per exemple l’aire comprimit.

Avantatges:

• Són els actuadors més barats.
• Disposa d’un menor número de parts en moviment, reduint-se els costos i augmentant l’eficiència.
• El més ràpid de resposta permeten cicles de treball de periòdes molt curts de temps.
• Segurs en ambients perillosos.
• Són sistemes molt compactes al permetre molta connectivitat entre elements individuals.

Desavantatges:

• Determinats moviments molt sofisticats i el control de velocitat esdevenen sistemes molt i molt complexes de realitzar amb pneumàtica.
• No massa útils per manipular carregues pesades amb precisió degut a la compressió d’aire.
• El canvis de temperatura de l’aire, al ser comprimit, pot provocar condensació i una determinada humitat dins dels conductes i actuadors. Aquesta aigua al ser més densa pot provocar problemes en la transmissió de pressions, obligant el sistema a ser drenat. El problema s’atenua ubicant apropiadament refredadors i drenadors d’aigua.

Actuador Elèctric

Elèctric. La transmissió es realitza a partir de la força generada per camps electromagnètics.

Avantatges:'

• Els elements bàsics, en aquest cas el motor elèctric, es molt mes lleuger que l’hidràulic.
• La precisió és més elevada que els hidràulics o pneumàtics.
• Nets i poc sorollosos.
• Poc manteniment i fàcilment reparables.
• El lligam entre l’actuador i l’electrònica de control és molt simple.
• En constant evolució.
• Fàcilment controlables.

Desavantatges:

• No utilitzable en entorns perillosos. Tot i així el recent motor sense escombretes permet l’utilització en entorns inflamables al no produir-se guspires per fregament.

Mecànics. Son dispositius que transformen el moviment rotatiu a l'entrada, en un moviment lineal a la sortida.

Actuador Mecànic

Exemples d'actuadors

• cilindres neumàtics o hidràulics.
• Motors neumàtic o hidràulics.
• Valvules.
• Motors elèctrics.
• Bombes, compressors i ventiladors.

Sensors

Un sensor és un dispositiu capaç de mesurar magnituds físiques o químiques, anomenades variables d'instrumentació i transformar-les en variables elèctriques, és a dir, simplement és un dispositiu que experimenta un canvi en resposta a un canvi a la variable de mesura.

La gran característica que tenen els sensors, és que són sensibles a determinats estímuls que, en captar-los o valorar-los, es transmeten com a senyal, a un altre dispositiu o sistema, que els utilitza com a informació, bé per a efectuar algun control, algun accionament, etc. Bé per elaborar alguna taula, algun gràfic, etc. Alguns exemples de variables d'instrumentació són: temperatura, distància, acceleració, pressió, força, Torsió, humitat... Els sensors són utilitzats en objectes quotidians com els botons d'ascensors sensibles al tacte, les pantalles d'ordinador i en alguns llums que podem augmentar o atenuar una llum.

Les senyals dels sensors es poden classificar en dos tipus:

1. Senyals analògiques: Que a grans trets té més qualitat que els digitals però també resultarà molt més car.
2. Senyals digitals: El donar la informació en estats és clar que perdem informació però surt més econòmic.

Sensors de moviment de control i robotica

Els sensor els utilitzam cada dia sense adonar-nos compte, per exemple quan tocam la pantalla tàctil del nostre mòbil esteim tocant un sensor tàctil. Avui en dia els sensors estan inclosos en el nostre dia a dia.

Hi ha diversos tipus de sensors, segons el lloc on actuen, i poden ser:

1. Sensors de moviment i posició dels motors: Determinen la rotació angular del motor i, per tant, si estan o no en moviment.
2. Sensors de posició lineals: Determinen la posició lineal d'un objecte.
3. Sensors de força: Permeten conèixer les forces exercides sobre els elements terminals quan realitzem una tasca.
4. Sensors de velocitat: S'anomenen també tacòmetres, poden ser mecànics o elèctrics.
5. Sensors d'acceleració: S'utilitzen també com a detectors d'inclinació.
6. Sensors de proximitat: És un sensor capaç de detectar la presència d'objectes propers sense que hi hagi contacte físic.
7. Sensors de pressió: És un dispositiu que mesura la pressió de gasos i líquids.

Unitat de control

Una unitat de control és aquella que fa la funció de coordinar els sistemes dels robots, perquè a terme una funció.

La unitat de control ha de ser capaç de codificar els codis de operació, els modes de direccionament de les instruccions i actuar de forma diferent per a cada un d'elles.

Seqüència de les operacions: s'encarrega de la temporització de les distintes operacions necessàries per la excussió de cada una de les instruccions. També controla el seqüènciament de les instruccions en funció de la evolució del registre contador del programa.

unitat de control cablejada

S'anomena senyals de control a les variables binaries que controlen les entrades i sortides de la informació dels registres i el funcionament de les unitats funcionals.

La execussió de una instrucció es divideix en varies etapes que es realitzen segons la seqüència en molts precisos senyals de control que estableix la senyal de control.

Hi ha dues formes bàsiques per implementar la unitat de control

• Unitat de control cablejada: Què és aquella que realitza les seves funcions mitjançant elements de hardware.
• Unitat de control microprogramada: És més lenta que l'anterior, però permet implementar instruccions més potents i flexibles.

Classificació dels robots

• 
• 
• 

Els robots es poden utilitzar en els següents àmbits

• En laboratoris d'investigació es va aconseguir crear un robot "amb coneixement científic" capaç de realitzar centenars d'experiments repetitius sense avorrir-se.

• En medicina s'utilitzen en els laboratoris en el transport de mostres biològiques i químiques.

• En exploració és on els robots estan reemplaçant als humans, s'utilitzen especialment en l'exploració del fons oceànic i en exploració espacial. Per a aquestes tasques se sol recórrer a robots del tipus artròpode.

Aquests son els tipus de robots

• Robots mòbils: Els robots mòbils no es troben fixats a un punt físic i tenen la capacitat de moure's.

• Robots industrials: És una màquina proveïda de mecanismes i dispositius que la capaciten per realitzar automàticament determinades operacions industrials que intervenen en el procés de fabricació. Dins aquest robot es poden trobar diferents tipus.

• Robots industrials manipuladors.

• Robots d'aprenentatge.

• Robots de control numèric.

• Robots intelligents.

• Robots de combat, com els de la competició de Battlebots.

• Robots zoomorfes: Imiten diferents animals i es pot dividir-los en Marxadors i no caminants. Aquests últims són encara molt poc

desenvolupat mentre que els Marxadors són útils per l'exploració espacial.

Els robots a la xarxa

Enllaços de tendes robòtiques:

• http://economia.elpais.com/economia/2015/10/28/actualidad/1446050489_761507.html Aquesta pagina presenta un robot capaç de conduir una moto.

• http://kungbufanda.wordpress.com/2012/01/20/el-primer-robot-de-la-historia/ A n'aquesta pagina podem trobar el primer robot de l'historia.

• http://www.juguetronica.com/robots Aquesta tenda online està dedicada a juguetes per a nins.

Aquesta tenda està dedicada a robòtica educativa per nins petits:

• http://www.ro-botica.com/

• http://tdrobotica.co/categoria/3

• http://www.kuka-robotics.com/spain/es/ Els robots d'aquesta pàgina web estan més dedicats a treballs industrials, a més ofereix serveis tècnics les 24 hores del dia.

• http://www.andorobots.com/ Aquesta pàgina ofereix un àmplia diversitat de robots de tot tipus, com per exemple, robots dedicats a la neteja, a la educació o impressores 3D.

Aquestes tendes online venen tot tipus de peces robòtiques:

• http://www.electronicaembajadores.com/Subfamilias/Index/31/RO/robotica

• http://www.superrobotica.com/Default.htm

Enllaços de informació robòtica:

• http://es.wikipedia.org/wiki/Robot En aquesta pagina ens explica el que es un robot

• http://www.juguetronica.com/robots En aquesta pagina és allà on podem comprar un robot

• http://es.gizmodo.com/como-seria-un-futuro-sin-empleo-por-culpa-de-los-robot-1759831599 En aquesta pagina ens explica el que passaria en un futur amb els robots

• http://es.gizmodo.com/a-este-ritmo-en-2030-la-mitad-de-los-empleados-de-japo-1746010921 En aquesta pagina ens explica que els robots estan substituint a les persones

• http://es.wikipedia.org/wiki/Robot_humanoide En aquesta pagina ens explica com son els robots humanoides

• http://es.wikipedia.org/wiki/Robot A aquesta pàgina pots trobar la informació bàsica sobre robots.

• http://www.monografias.com/trabajos88/evolucion-inteligencia-artificial-aplicada-robotica/evolucion-inteligencia-artificial-aplicada-robotica.shtml Aquesta web parla de la evolució dels robots des del començament.

• http://www.todofp.es/todofp/que-como-y-donde-estudiar/que-estudiar/familias/electricidad-electronica/automatizacion-y-robotica-industrial.html Aquest enllaç, du a la pàgina del govern d'Espanya, per poder estudiar Técnic Superior en Automatització i Robòtica Industrial.

• http://www.educ.ar/sitios/educar/blogs/ver?id=122836 Aquest enllaç conté informació clara sobre temes de robòtica bàsics.

• http://www.monografias.com/trabajos6/larobo/larobo.shtml En aquesta pàgina pots trobar una extensa informació sobre la robòtica.

• http://robotiica.blogspot.com.es/2007/10/historia-de-la-robtica.html En aquesta pàgina pots trobar un resum de tota l'historia de la robòtica.

• http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r63/r63.htm Podem trobar la informació sobre l'origen i el desenvolupament sobre la robòtica.

Enllaços a vídeos de robots:

• http://www.youtube.com/watch?v=zFAOeJ5NfB8 El vídeo tracta dels 10 robots més avançats del món.

• http://www.youtube.com/watch?v=8wCap2KaHls Al vídeo apareix un dels millors robots humanoides, el NAO.

• http://www.youtube.com/watch?v=C5TWifECjMQ Es tracta d'un video sobre els robots més avançats a una convenció al Japó.

• http://www.youtube.com/watch?v=TVTvOT-2GTI Es tracta d'un video que explica alguns exemples de robòtica educativa.

• http://www.google.es/search?client=ubuntu&channel=fs&q=robots+de+cocinas&ie=utf-8&oe=utf-8&gfe_rd=cr&ei=ZmzNVtmfJIWt8wfSp6rACA. Aquí podem trobar robots de tots tipus per a la cuina.