¿Qué debes saber antes de empezar esta unidad?
Este tema es continuación de la unidad Robótica, de 2º de ESO. En esa unidad aprendimos algunos conceptos fundamentales que deberías recordar:
- Qué tipos de robots existen.
- Cuáles son las principales partes de un robot: sensores, actuadores y controladores.
- Los principales tipos de sensores que existen.
- Los principales tipos de actuadores que existen.
Clase 1:
¿Qué es la automática?
La automática es la parte de la tecnología que se dedica a fabricar máquinas que realizan tareas de manera autónoma sustituyendo a las personas bien en parte del trabajo o en su totalidad. A las máquinas que realizan una tarea de manera automática se les suele llamar robots, aunque también se utiliza un término más genérico: sistemas automáticos. Para poder diseñar un sistema automático hay que tener conocimientos de varias ramas de la tecnología:
- Es necesario saber cómo funcionan los mecanismos (engranajes, poleas, biela-manivela…) porque la gran mayoría de los sistemas automáticos disponen de partes móviles.
- También es necesario diseñar circuitos eléctricos que activen los diferentes componentes eléctricos (motores, bombillas, zumbadores…) que serán necesarios para llevar a acabo las tareas de manera automática.
- Por último, es necesario saber programar dicho sistema. Programar un robot o un sistema automático consiste en escribir las órdenes que este debe cumplir. Al conjunto de órdenes se le denomina programa. Sin embargo, los programas deben estar escritos en un lenguaje específico, denominado lenguaje de programación, que la máquina sea capaz de comprender. En la imagen de abajo se puede ver un ejemplo de programa:
Aprender a escribir programas que controlen sistemas automáticos será el objetivo de las prácticas de este tema. Dichas prácticas seguirán la siguiente guía:
Las partes de un sistema automático.
Este punto ya se trató en detalle en la unidad Robótica de 2º de ESO. Sin embargo, se va a hacer un breve repaso para poder entender mejor el resto del tema.
Sensores.
Los sensores son los sentidos (vista, tacto, oído…) de un robot. Se trata de pequeños dispositivos electrónicos que se utilizan para medir diferentes magnitudes físicas. Así pues, existen sensores que miden:
- Distancia.
- Temperatura.
- Presión.
- Velocidad.
- Inclinación.
- Fuerza.
- Intensidad luminosa.
Abajo se muestran algunos ejemplos de sensores ampliamente utilizados:
Sensor de humedad 
Sensor de color 
Sensor de inclinación 
Sensor de deformación
Sensor de luz 
Sensor de presión 
Sensor de temperatura 
Sensor de distancia
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.
Actuadores.
Si los sensores eran los sentidos de un robot, los actuadores son sus extremidades (piernas, brazos, manos…). 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.
Motor de rotación continua 
Servomotor 
Bombilla incandescente 
Bomilla LED
Zumbador pequeño 
Zumbador grande 
Resistencia de una vitrocerámica 
Resistencia de una cafetera
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.
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 (ArduinoUno):
Tipos de sistemas automáticos:
Sistemas en lazo abierto.
De los dos tipos de sistemas automáticos que vamos a ver, los sistemas en lazo abierto son los más sencillos, pero vamos a ver cómo en ocasiones son insuficientes. en el siguiente esquema se pueden ver sus partes:
Veamos un ejemplo concreto de un sistema en lazo abierto para entender mejor la función de cada parte. Imagina un sistema de riego que cada dos días se activa y riega un jardín durante una hora. Pasado ese tiempo el sistema se apaga y espera hasta que pasen otros dos días. En ese caso las diferentes partes del sistema serían las siguientes:
- La señal de entrada sería la frecuencia con la que se desea que se active el sistema de riego. En nuestro caso una hora cada dos días..
- El actuador sería un servomotor que abriría el grifo para dejar que el agua salga por los aspersores.
- El controlador sería el encargado de dar al servomotor la orden de abrir y cerra la válvula cuando correspondiera.
- La señal de salida sería la humedad del suelo del jardín.
Este tipo de sistemas pueden ser una buena solución en ciertos casos, sin embargo, resultan insuficientes la mayoría de las veces. Imagina que ocurriría si cae una gran tormenta sobre el jardín del ejemplo anterior justo en el mismo momento en que está programada la apertura del grifo. En ese caso se juntaría el agua de la lluvia y la del riego, lo que podría causar una inundación. También podría ocurrir justo lo contrario, si se produjera una sequía podría llegar a ser insuficiente abrir el grifo durante una hora cada dos días, ya que en ese caso el agua se evaporaría mucho más rápido y las plantas podrían no retener la humedad suficiente.
Como puedes ver, este tipo de sistema podría cumplir su función en una zona en la que, a lo largo de todo el año, las temperaturas fueran más o menos estables y no se produjeran grandes precipitaciones ni sequías. Sin embargo, en la mayoría de los casos esto no es así y se necesita añadir al sistema un componente que proporcione información acerca de lo que ocurre en el entorno: un sensor.
Sistemas en lazo cerrado (con realimentación).
Para solucionar las deficiencias del sistema anterior, como se ha dicho, es necesario incorporar un sensor al sistema. Como se puede ver en el esquema de abajo el sensor proporcionar información al controlador acerca de lo que ocurre en el entorno y gracias a esta información el controlador puede decidir si activar o no el actuador de una manera más eficiente.
Volviendo al sistema de riego automático de arriba, se podría mejorar su funcionamiento si se añade un sensor de humedad. En ese caso, el esquema del sistema sería el siguiente:
Páginas: 1 2