Robótica

¿Qué es un robot?

Un robot es una máquina capaz de realizar un trabajo de manera automática siguiendo una serie de órdenes que se denominan programa. Dependiendo del programa que se graba en un robot este actuará de una manear u otra, esto hace que los robots puedan realizar diferentes trabajos sin más que realizar ciertos cambios en sus programas.

El hecho de que los robots sigan un programa los diferencia de otros mecanismos, que simplemente ejecutan una serie de acciones predeterminadas, que no pueden ser alteradas: una batidora, un microondas…

¿Qué tipos de robots existen?

Existe una gran variedad de robots que nos facilitan la vida en diferentes ámbitos. Puede que algunos de ellos te sorprendan porque no tienenla apariencia que esperas de un robot, sin embargo son robots que cumplen los requisitos que hemos visto arriba:

Un brazo robótico que coloca piezas en una cadena de montaje.

Una impresora 3D.

Un coche de conducción autónoma.

Robots médicos, que realizan operaciones con cierta asistencia de una persona.

Un sistema de calefacción, que ajusta automáticamente la temperatura de una estancia.

Un sistema de apertura atomática de puertas que detecta la presencia de personas y actúa en consecuencia.

Robots de exploración espacial.

Partes de un robot.

A continuación vamos a ver cómo los robots se pueden asemejar al cuerpo humano, o de cualquier otro animal. Al igual que las personas disponemos de sentidos (vista, tacto, oído…), extremidades (brazos, piernas, manos…) y de un cerebro que transmite información entre ambos, los robots disponen de componentes que realizan esas mismas acciones.

Sensores.

Los sensores son como los sentidos de un robot. Se trata de pequeños dispositivos electrónicos que pueden medir diferentes magnitudes físicas. Así pues, existen sensores que miden:

Distancia.
Temperatura.
Presión.
Velocidad.
Inclinación.
Fuerza.
Intensidad luminosa.

Existe tal variedad de sensores que para cualquier cosa que desees medir seguro que puedes encontrar un sensor adecuado. Abajo se muestran algunos ejemplos:

El funcionamiento de todos los sensores es muy similar. Todos ellos transforman una magnitud física en una corriente eléctrica que es proporcional al valor de la magnitud física. Midiendo el valor de la corriente eléctrica de salida del sensor (el voltaje o la intensidad) podemos saber el valor de la magnitud que estamos midiendo.

Veamos un ejemplo concreto para entender mejor cómo funcionan los sensores:

Una forma de medir la cantidad de luz que hay en una estancia es usando un tipo especial de resistencia denominado LDR (del inglés, light dependent resistor). Una LDR, como la de la imagen de abajo, es un ejemplo de sensor:

Su funcionamiento es el siguiente, una LDR es una resistencia cuyo valor varía con la cantidad de luz de la siguiente manera:

Cuando recibe mucha luz su resistencia disminuye y por lo tanto la intensidad aumenta.
Por el contrario, cuando no recibe luz, su resistencia es muy grande y por tanto la intensidad disminuye.

De esta manera, midiendo el valor de la intensidad electrica que circula por una LDR podemos saber la cantidad de luz de luz que le está llegando. La gráfica de abajo muestra la relación entre la intensidad de luz que recibe una LDR y la intensidad:

Actuadores.

Si los sensores eran los sentidos de un robot, los actuadores son sus extremidades. Se trata de componentes que son capaces de ejercer alguna acción sobre su entorno. Los actuadores más utilizados son:

Motores: que pueden desplazar objetos del entorno o impulsar al propio robot.
Bombillas: que pueden iluminar una estancia.
Zumbadores: que pueden emitir un sonido audible hasta una cierta distancia.
Resistencias: que permiten calentar el aire de un local o el agua de un depósito, por ejemplo.

Como ya hemos visto en el tema Circuitos eléctricos, los actuadores (también llamados receptores) son basicamente componentes que transforman la energía eléctrica de una corriente en otro tipo de energía. Cuanto mayor es la corriente eléctrica que circula por un actuador mayor será el efecto que tiene sobre su entorno. Por ejemplo:

Cuanto mayor es la corriente que circula por un motor más rápido girará.
Cuanto mayor es la corriente que circula por una resistencia más calor emitirá.
Cuanto mayor es la corriente que circula por una bombilla más luz emitirá.

Todo esto con ciertas excepciones, por ejemplo, si se hace circular demasiada corriente por una bombilla esta puede llegar a fundirse y dejará de emitir luz. Y lo mismo puede ocurrir con cualquier otro actuador. En la gráfica de abajo se puede ver la relación entre la intensidad que circula por una resistencia y el calor que esta emite:

Controlador.

Por último, llegamos al cerebro del robot. El controlador suele consistir en una placa compuesta de circuitos electrónicos que es capaz de enviar la información desde los sensores hasta los actuadores. Es decir, transmite las lecturas de los sensores hasta los actuadores para que estos puedan actuar en consecuencia.

Imagina por ejemplo un robot que tiene que recoger objetos de una cinta transportadora. En ese caso, un sensor de presencia será el encargado de detectar los objetos de la cinta a medida que van pasando. Cuando un objeto sea tetectado el sensor enviará una señal eléctrica (una corriente) al controlador, el cual decidirá qué motores deben ponerse en marcha y a qué velocidad, de tal manera que el objeto pueda ser retirado de la cinta. En el siguiente vídeo se puede ver un ejemplo de este tipo de robot recogiendo cucharillas de plástico de una cinta transportadora:

Hemos dicho que el controlador decide qué ordenes dar a los actuadores en función de las lecturas de los sensores. Sin embargo, como puedes imaginarte, un monton de cables y componentes electrónicos no tienen inteligencia. Entonces ¿cómo decide de qué manera actuar?

La respuesta es: con un programa. Un programa es un conjunto de órdenes que se graban en un controlador para que un robot actúe como queremos que actue. Un ejemplo sería el siguiente:

1. Cuando un sensor detecte la presencia de un objeto:

– Bajar el brazo.

– Abrir la pinza.

– Cerrar la pinza para agarrar el objeto.

– Subir el brazo.

– Mover el brazo hacia el depósito.

– Dejar caer el objeto en el depósito.

2. Cuando el sensor no detecte la presencia de ningún objeto:

– Dejar el brazo quieto.

Lo que ocurre, es que en la realidad los programas se deben escribir en un lenguaje especial, conocido como lenguaje de programación. Existen diferentes lenguajes de programación: Java, VisualBasic, Fortran, C… Abajo se muestra un ejemplo de programa escrito en un lenguaje de programación. Como puedes ver, al igual que ocurre con cualquier idioma, no es posible entender lo que significa si no se conoce el lenguaje:

Existen muchos tipos de controladores, dependiendo del número de sensores y actuadores que pueden controlar al mismo tiempo, de si pueden enviar información a través de WiFi o Bluetooth, en función de la velocidad con la que transmiten la información… Pero nosotros vamos a trabajar con un controlador en concreto. Se trata de la placa que puedes ver en la imagen de abajo:

A través del botón de abajo puedes acceder a una guía en la que aprenderás cómo funciona ese controlador, llamado ArduinoUno, y cómo se puede programar para conseguir controlar los diferentes sensores y actuadores de un robot.

Guía de Arduino

Chasis y otras partes.

Por último, como te puedes imaginar, dependiendo del modelo de robot, serán necesarias otras partes auxiliares que le ayuden a realizar sus funciones: