Fundamentos de Robótica: Sensores, Control, Electrónica y Mecánica Esencial

Sensores y Captadores en Robótica

Los sensores o captadores son dispositivos esenciales en robótica que tienen la función de percibir estímulos del entorno o del propio robot y transformarlos en una señal electrónica interpretable. Se clasifican principalmente en:

• Sensores Externos

  Detectan información del ambiente circundante al robot:

  • Sensores de Contacto: Para detectar colisiones o presencia física.
  • Sensores de Ultrasonidos: Utilizados para medir distancias y detectar obstáculos.
  • Sensores Ópticos: Incluyen fotodiodos, fototransistores o cámaras para visión artificial, detección de luz o seguimiento de líneas.
  • Potenciómetros: Miden la posición angular o lineal.
  • Termistores: Detectan variaciones de temperatura.

• Sensores Internos

  Monitorizan el estado interno del robot o sus componentes:

  • Sensores de Fuerza: Miden la presión o la fuerza aplicada.
  • Sensores de Luz Visible: Como fotodiodos o fototransistores, para percibir la intensidad lumínica.
  • Sensores de Visión: Cámaras que proporcionan datos visuales para navegación, reconocimiento de objetos o mapeo.

Sistemas de Control Robótico

El sistema de control es el cerebro del robot, encargado de procesar las señales recibidas del entorno y generar respuestas de acuerdo con la programación establecida. Su funcionamiento se basa en un ciclo continuo:

1. Recepción de Señales

   Los sensores captan las "sensaciones" del entorno y las convierten en señales electrónicas.

2. Comparación con Referencia (Punto de Tarado)

   Esta señal de entrada es comparada con una señal de referencia preestablecida, conocida como punto de tarado. Este punto define el estado deseado o el valor objetivo.

3. Generación de Señal de Error

   Si la diferencia entre la señal de entrada y la de referencia es significativa, se genera una señal de error. Esta señal indica una desviación del estado deseado.

4. Activación del Sistema

   La señal de error activa los actuadores o subsistemas del robot para corregir la desviación y acercar el sistema al punto de tarado.

Coordenadas de Posición y Movimiento

La posición de un robot en el espacio se define mediante coordenadas, comúnmente expresadas como una función F(x, y, z). Cada variable independiente (x, y, z, o ángulos de rotación) es controlada por un actuador y representa un grado de libertad del robot. El movimiento de cada actuador se configura y gestiona a través de una tarjeta controladora.

Los tipos de movimiento y sus mecanismos de control incluyen:

• Movimiento de Traslación

  La traslación lineal se regula frecuentemente mediante un sistema de piñón-cremallera, que convierte el movimiento rotatorio en lineal.

• Giros en el Plano XY

  Las rotaciones en el plano horizontal (XY) se controlan mediante un motor eléctrico, que puede acoplarse a sistemas de engranajes o a un sistema de tornillo sinfín y corona para transmitir y modificar el movimiento.

• Giros en los Planos ZX o ZY

  Las rotaciones en los planos verticales (ZX o ZY) suelen gestionarse con dispositivos neumáticos o hidráulicos, que ofrecen alta potencia y precisión para movimientos angulares.

Componentes Electrónicos Fundamentales

La electrónica es el corazón de cualquier robot, proporcionando la energía y la lógica de control. Los aspectos clave incluyen:

• Alimentación Eléctrica

  El circuito principal se alimenta con una tensión de 9 V. Para la gestión de los motores de accionamiento de las ruedas, se considera:

  • Un circuito secundario que utiliza un relé para permitir la inversión del sentido de giro de los motores.
  • La inclusión de un condensador de 100 nF de capacidad en el circuito principal es crucial para evitar picos de tensión y estabilizar el suministro eléctrico.

• Control de Actuadores

  El control de los actuadores, como los motores, se realiza mediante un par Darlington (NPN), que proporciona una alta ganancia de corriente para manejar cargas significativas.

• Tipos de Sensores Electrónicos

  Los sensores utilizados son típicamente de tipo infrarrojo (IR) o de luz visible, adecuados para diversas aplicaciones de detección y percepción.

Mecánica de un Robot No Programable

La estructura mecánica de un robot no programable, como un robot móvil básico, a menudo presenta las siguientes características:

• Sistema de Propulsión

  Se compone de dos ruedas motrices delanteras, cada una accionada por un motor independiente. Esta configuración permite un control diferencial del movimiento.

• Reducción de Velocidad

  Para adaptar la velocidad del eje del motor a los requisitos de movimiento del robot, se emplean mecanismos de reducción. Los más comunes son:

  • Un sistema de tornillo sinfín y corona.
  • Un tren de engranajes de tres ejes.

  Estos sistemas permiten aumentar el par motor y reducir la velocidad de rotación, optimizando el control y la fuerza del robot.