Robótica

Ing. En sistemas computacionales

Erik Manuel Perera González

Universidad de Sotavento

ALUMNO:

CARRERA:

M A T E R I A:

Unidad 1: Fundamentos1.1 Conceptos básicos1.2 Tipos de automatización1.3 Clases de automatización

Fundamentos y conceptos básicos

MecanizaciónConsiste en proveer a operadores humanos con maquinas para ayudarles con los requerimientos físicos del trabajo

Control AutomáticoEs un control que actúa sólo, sin intervención humana. La mayoría de los actuales sistemas de control industrial no podrían funcionar si dependieran de operadores humanos.

AutomatizaciónEs el desempeño de operaciones automáticas dirigidas por medio de comandos programados con una medición automática de la acción, retroalimentación y toma de decisiones.

Robot: Es un conjunto de mecanismos y componentes electrónicos para realizar tareas especificas.

Robótica:Es la que se encarga de crear tecnológicamente robot para realizar tareas en áreas de aplicación donde el ser humano no puede interactuar

Mecánica: Es una rama de la física que estudia los movimientos y la fuerza que interactúa

Maquina: Conjunto de mecanismos que realiza un trabajo especifico ya sea mecánico o eléctrico

Virtual: Es lo que no se representa físicamente o no es real pero se puede visualizar pero no tocar

Programación: Ordenador de secuencia automática para realizar instrucciones especificas

Sistema: Es el que procesa una entrada de datos para darme un resultado de salida

Diseño: Se defina como la creación de un boceto para el fin deseado

Aparato: Conjunto de piezas mecánico eléctrica que realizan un trabajo

Inteligencia Artificial: Algo que se realiza que no existe que puede realizar una tarea (que funcione)

Tecnología: Es la utilización de los elementos mas avanzados y sofisticados que se utilizan en diferentes áreas que aplica los conocimientos utilizados científicamente

Tipos de Automatización.

Existen cinco formas de automatizar en la industria moderna, de modo que se deberá analizar cada situación a fin de decidir correctamente el esquema más adecuado.Los tipos de automatización son:

Control Automático de Procesos

El Procesamiento Electrónico de Datos

La Automatización Fija

El Control Numérico Computarizado

La Automatización Flexible.

Clases de automatización

Automatización fija: Se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas.

Automatización programable: Se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).

Automatización flexible: Es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora.

Ramas de la informáticaOrientada a la creación de maquinas (robot) que realiza funciones mecánicas

- La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots.

- Es una ciencia que se encarga de crear maquinas capaces de imitar al hombre en la realización de diversas actividades o trabajos principalmente a través de la I.A.

Ramas de la robótica

Áreas de robóticaSe ha descubierto un gran campo de aplicación para esta rama de la tecnología. Se sabe que aun quedan muchos avances por dar en esta rama.

Tenemos oportunidades en los campos de:

Medicina ÓpticaAeronáutica TelecomunicacionesAutomotrizAutomatización

Robótica Industrial

La robótica industrial hace uso de robots para la ejecución de procesos industriales, y tareas repetitivas (la automatización cabe dentro de esto).

Forma mas común de los

robots industriales

Robótica de Exploración

Sus principal objetivo: Llegar a donde el hombre no puede.

Robots para explorar las superficies de otros planetas.

Peces robóticos con cámaras integradas.

Aviones auto teledirigidos

Robótica de Servicio

Robots creados con la finalidad de servir o ayudar apersonas en sus labores.

Existen una gran variedad de robot de servicio ya que dentro de este

campovuelven a entrar los robots

espaciales de exploración etc., pero estos tienen como finalidad

solo servir. Están dotados normalmente de uno o mas brazos

independientes Van desde: robots aspiradora para uso doméstico, robots quirúrgicos y de asistencia quirúrgica; robots para personas discapacitadas etc.

Robótica Humanoide

La robótica humanoide no es más que la

construcción de Robots con formas iguales o

Muy similares a las humanas que puedan

desempeñar funciones como caminar, manipular

objetos entre muchas otras funciones propias de los humanos.

Ramas o clasificación de la robótica

1ª GeneraciónManipuladores: son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control bien manual, de secuencia, fija o variable.

2ª GeneraciónRobots de aprendizaje: Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano.

3ª GeneraciónRobots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

4ª GeneraciónRobots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.

Leyes de la robótica

0.- Un robot no puede causar daño a la humanidad o, por inacción, permitir que la humanidad sufra daño.

1.- Un robot no debe dañar a un ser humano o por su inacción dejar que un ser humano sufra dañado.

2.- Un robot debe obedecer las ordenes que le son dadas por un ser humano, excepto cuando estas ordenes están en oposición con la primera ley

3.- Un robot debe proteger su propia existencia. Hasta donde esta protección no este en conflicto con la primera y segunda ley

Robótica

Mecánica

Mecanismo

Resistencia de materiales

Actuadores

Electrónica

Electricidad

Circuitos electrónicos

Dispositivos electrónicos

Diseño eléctrico

Informática

Lenguaje de programación

Sistemas operativos

Calculo numérico

Metodología e ingeniería de

software

Matemáticas

Todas

Inteligencia Artificial

Software

Hardware

Ramas de la Mecánica

Mecánica clásica. Es la rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el movimiento de los cuerpos. Microscopio a velocidades muy pequeñas en comparación de la velocidad de la luz.

Mecánica del continuo. Tarata la física de los solidos, de formación, ecuaciones de onda

Mecánica Cuántica: Trata la física de lo pequeño.. Por ejemplo de un electrón.

Mecánica Relativista: Trata la física de grandes velocidades (cercanas a la luz) 

Mecánica Estadística: Ve la relación cuando hay "muchas partículas". Explica la termodinámica, y el comportamiento de las partículas en conjunto como fotones, electrones, gases, etc.

Mecánica analítica: es una formulación matemática abstracta sobre la mecánica, nos permite desligarnos de esos sistemas de referencia privilegiados y tener conceptos mas generales al momento con el uso del calculo de variaciones.

Ramas de la Electrónica

Domótica: Es el conjunto de sistemas capaces de automatizar una vivienda, aportando servicios de gestión energética, seguridad, bienestar y comunicación, y que pueden estar integrados por medio de redes interiores y exteriores de comunicación.

Electrónica digital: Se encarga de sistemas electrónicos en los cuales la información está codificada en dos únicos estados. A dichos estados se les puede llamar "verdadero" o "falso", o más comúnmente 1 y 0.

Electro medicina: Es la especialidad de las Ciencias de la Salud que estudia y analiza el cuidado de la Salud desde el punto de vista de la Tecnología sanitaria.

Micro controlador: Es un circuito integrado que incluye en su interior las tres unidades funcionales de una computadora.

Ramas de la Matemáticas

Aritmética: Que es la rama que estudia los números y las situaciones modeladas por ellos.

Álgebra: Estudia las cantidades generales, es decir, es una ampliación considerable a los estudios realizados por la aritmética.

Geometría plana y del espacio: Estudia las figuras y sus propiedades, basado en las mediciones, y caracterizaciones de su partes a través de la construcción.

Geometría analítica: Estudia las curvas y sus propiedades a través de su caracterización algebraica correspondiente en un plano o espacio cartesiano.

Lógica: Estudia los valores de verdad de situaciones y sus equivalencias.

Cálculo: Que es quien estudia las funciones y las consecuencias de los cambios en ellas.

Matemática aplicada: Hace referencia a todos los métodos y herramientas matemáticas que pueden ser utilizados en el análisis o solución de problemas pertenecientes al área de las ciencias aplicadas o sociales

Ramas de la Inteligencia Artificial

Sistemas Expertos (Sistemas basados en Conocimiento). Programas computacionales que resuelven problemas que normalmente requieren del conocimiento de un especialista o experto humano. Es un sistema capaz de tomar decisiones inteligentes interpretando grandes cantidades de datos sobre un dominio específico de problemas.

Aprendizaje y Razonamiento Automático. Máquinas capaces de planificar, tomar decisiones, plantear y evaluar estrategias, aprender a partir de la experiencia, auto reprogramables, etc.

Robótica. Artefactos autónomos capaces de llevar a cabo diversas tareas mecánicas de manera flexible e inteligente, cumpliendo con un objetivo y ajustándose al entorno cambiante.

Procesamiento de Lenguaje Natural. Sistemas capaces de reconocer, procesar y emular el lenguaje humano.

Visión por Computadora (Reconocimiento de patrones). Reconoce y procesa señales, caracteres, patrones, objetos, escenas.

Unidad 2: Elementos de automatización• 2.1 Sensores internos y externos, actuadores • 2.2 Maquinas convencionales• 2.3 Maquinas automáticas• 2.4 Maquinas de control numérico• 2.5 Almacenes• 2.6 Sistemas de trasportación• 2.7 Sistema de control de calidad• 2.8 Controles lógicos programables

Sensores internos y externos, actuadores

Sensor: Dispositivo que detecta una determinada acción externa, temperatura, presión, etc., y la trasmite adecuadamente.

Actuadores: Genéricamente se conoce con el nombre de actuadores a los elementosfinales que permiten modificar las variables a controlar en una instalación automatizada.

Se trata de elementos que ejercen de interfaces de potencia, convirtiendo magnitudes físicas, normalmente de carácter eléctrico en otro tipo de magnitud que permite actuar sobre el medio o proceso a controlar.

Al mismo tiempo aíslan la parte de control del sistema de las cargas que gobiernan el proceso.

Maquinas convencionales

Entre las maquinas convencionales tenemos:

Torno: Es una de las maquinas mas antiguas y trabajan mediante el arranque de materiales mediante una herramienta cortante y brocas.

Taladro: Maquina herramienta donde se mecaniza la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos.

Fresadora: Es utilizada para realizar mecanizado por arranque de viruta mediante el movimiento de una herramienta rotativa de varios filos de corte denominada fresa

Tipos de fresadoraHorizontal vertical, universalFresadora especial, circularesFresadora copiadoras, de pórticoFresadora de puente móvil, para madera

Maquinas Automáticas

Una instalación, sistema o maquina automática es la que es capaz de funcionar sin la intervención de ninguna persona, es decir, la que actúa por un hecho determinado

En 1738 Jacques Vaucanson construyo una maquina con partes automáticas, era un telar donde las hebras de hilo se colocaban gracias a una lamina de papel agujereadas.

Maquinas de control numérico

Es un sistema de automatización de maquinas, herramientas que son operadas mediante comandos programados en un medio de almacenamiento en comparación con el mando manual mediante volantes o palancas.

Sistema de Control de Calidad

El sistema de control de calidad son todos los mecanismos, acciones, herramientas que realizamos para detectar la presencia de errores.

La función del control de calidad existe primordialmente como una organización de servicio, para conocer las especificaciones establecidas por la ingeniería del producto y proporcionar asistencia al departamento de fabricación, para que la producción alcance estas especificaciones.

Como tal, la función consiste en la recolección y análisis de grandes cantidades de datos que después se presentan a diferentes departamentos para iniciar una acción correctiva adecuada.

Controles Lógicos Programables

Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller), es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la maquinaria de la fábrica en líneas de montaje o atracciones mecánicas.

Los PLCs son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto.

Los programas para el control de funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no producirá el resultado deseado.

Sistemas Neumáticos

La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

El aire es un material elástico y por tanto, al aplicarle una fuerza, se comprime, mantiene esta compresión y devolverá la energía acumulada cuando se le permita expandirse, según la ley de los gases ideales.

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS NEUMATICOS

El aire está prácticamente disponible en todas partes y en cantidades ilimitadas.

El aire puede ser transportado fácilmente en tuberías, inclusive a grandes distancias.

El aire comprimido puede ser almacenado en un depósito y usado cuando se requiera. También el recipiente puede ser movible.

El aire comprimido es relativamente insensible a las fluctuaciones con la

temperatura. Esto asegura una buena operación, incluso en condiciones extremas.

El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de chispas.

El aire sin lubricante es limpio. Cualquier aire sin lubricación que escape a través de las conexiones o componentes no causa ninguna contaminación.

DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS NEUMATICOS

El aire comprimido requiere buena preparación. Suciedad y condensación no deben de estar presentes.

No siempre es posible mantener, en el pistón, una velocidad uniforme y constante con el aire comprimido.

Altos niveles de ruido generado por la descarga del aire hacia la atmósfera. Este problema ha sido ahora resuelto, con el uso de materiales con absorción de ruido y silenciadores.

En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas considerables.

Las presiones a las que trabajan normalmente, no permiten aplicar grandes fuerzas.

El aire comprimido es económico hasta ciertos requerimientos de fuerza.

Sistemas Hidráulicos

La palabra "Hidráulica" proviene del griego "hydro" que significa "agua", y "aulos" que significa cañería o entubamiento, cubrió originalmente el estudio del comportamiento físico del agua en reposo y en movimiento.

Fundamentos físicos de la hidráulica.

Fluido: Elemento en estado líquido o gaseoso, en estas páginas utilizaremos en los sistemas neumáticos "aire comprimido y en los sistemas hidráulicos "aceites derivados de petróleo".

Objetivo del fluido:Transmitir potenciaLubricarMinimizar fugasMinimizar pérdidas de cargaFluidos empleados:Aceites minerales procedentes de la destilación del petróleoAgua – glicolFluidos sintéticosEmulsiones agua – aceite

VENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS

REGULACIÓN: las fuerzas pueden regularse de manera continua.

SOBRECARGAS: se puede llegar en los elementos hidráulicos de trabajo hasta su total parada, sin riesgos de sobrecarga o tendencia al calentamiento.

FLEXIBILIDAD: el aceite se adapta a las tuberías y transmite fuerza como si fuera una barra de acero.

ELEMENTOS: los elementos son REVERSIBLES además de que se pueden FRENAR en marcha.

SIMPLICIDAD: hay pocas piezas en movimiento como por ejemplo: bombas, motores y cilindros.

MULTIPLICACIÓN DE FUERZAS: visto en la prensa hidráulica.

DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS HIDRÁULICOS

VELOCIDAD: se obtienen velocidades bajas en los actuadores.

LIMPIEZA: en la manipulación de los aceites, aparatos y tuberías, como el lugar de la ubicación de la maquina; en la practica hay muy pocas maquinas hidráulicas que extremen las medidas de limpieza.

ALTA PRESION: exige un buen mantenimiento.

COSTE: las bombas, motores, válvulas proporcionales y servo válvulas son caras.