Sistemas de control, sensores y actuadores en robótica: resumen

Resumen

El documento presenta los fundamentos de los sistemas de control, distinguiendo entre lazo abierto y lazo cerrado, y explica los tipos de sensores (digitales y analógicos) y de entradas del sistema. Describe también el control programado y la arquitectura de un robot, con su controlador, alimentación, entradas y salidas. Finaliza con una revisión de los principales actuadores: motores paso a paso, de corriente continua, servomotores y sensores de ultrasonidos.

Puntos clave

Un sistema de control reúne sensores, circuitos, motores y mecanismos para automatizar una máquina o proceso.
En lazo abierto la acción de control no tiene en cuenta el estado de la salida; en lazo cerrado la salida se compara con la entrada para corregir errores.
Los sensores digitales solo tienen dos estados (activado o desactivado) y necesitan circuitos auxiliares; los analógicos incluyen termistores, LDR y sensores de humedad.
En el control programado, cambiar el funcionamiento solo requiere modificar el programa, no el circuito.
Las entradas digitales responden con 1 o 0, mientras que las analógicas leen un valor entre 0 y 1023.
Los servomotores son motores de corriente continua con engranajes, controlador y sensor de posición.

Ponte a prueba

1. Sistemas de Control

Un sensor es un dispositivo que capta información en forma de magnitudes. Un circuito eléctrico activa un motor y un mecanismo; estos elementos interconectados entre sí permiten automatizar una máquina o un proceso y reciben el nombre de sistema de control.

2. Tipos de Sistemas de Control

Existen dos tipos principales:

Lazo abierto: No se tiene en cuenta el estado de la salida para la acción de control.
Lazo cerrado: La salida se compara con la entrada a fin de corregir posibles errores.

2.1. Clasificación según su tecnología

Electromagnéticos: Se basan en la activación de dispositivos por medio del desplazamiento de piezas móviles.
Electrónicos: Se basan en el empleo de transistores y de circuitos integrados que operan como controladores.

3. Sensores

Los sensores permiten obtener información del entorno y se clasifican en:

3.1. Digitales: Estos pueden estar en dos estados. Cuando se activan, dejan pasar la corriente eléctrica y, desactivados, se comportan como un circuito abierto. Estos necesitan estar conectados a circuitos auxiliares.
3.2. Analógicos: Incluyen dispositivos como termistores, resistencias LDR y sensores de humedad.

4. Control Programado

Utilizan dispositivos que pueden almacenar un programa en su interior. Así, para cambiar su funcionamiento no es necesario alterar ningún circuito, basta con cambiar las instrucciones del programa. Para ello se necesita:

Tarjeta controladora: Permite comunicar el ordenador con el robot.
Programa: Determina el funcionamiento del sistema.

5. Entradas del Sistema

5.1. Entrada digital: Permiten obtener datos del exterior. A estas conectaremos sensores digitales que responden únicamente con 1 o 0.
5.2. Entradas analógicas: Su funcionamiento es idéntico a la entrada digital, con la diferencia de que ahora leeremos un valor comprendido entre 0 y 1023.

6. Arquitectura de un Robot

El robot recibe información de su entorno mediante sensores: los que miden el estado interno y los que recogen información sobre el entorno exterior.

Actuadores: Reciben como entrada las órdenes desde el controlador y como salida proporcionan movimiento.
Alimentación: Facilita la energía para el trabajo de todo el sistema.
Controlador: Su función es dirigir el trabajo de los actuadores del robot.
Entrada: Es la información recibida de los sensores.
Salida: Consta de órdenes eléctricas que se envían a los actuadores.

7. Actuadores

Motores paso a paso: Es un motor eléctrico que gira un ángulo determinado.
Motores de corriente continua (DC): Giran a gran velocidad.
Servomotores: Son motores de corriente continua con un sistema de engranajes, un controlador y un sensor de posición.
Ultrasonidos: Se emite sonido y calcula el tiempo que tarda en recibir el eco.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un sistema de lazo abierto y uno de lazo cerrado?

En el lazo abierto la acción de control no tiene en cuenta el estado de la salida. En el lazo cerrado, la salida se compara con la entrada para corregir posibles errores.

¿Qué diferencia hay entre un sensor digital y uno analógico?

Los sensores digitales pueden estar en dos estados y necesitan circuitos auxiliares. Los analógicos, como termistores, LDR o sensores de humedad, ofrecen valores continuos.

¿Cómo funciona un sensor de ultrasonidos?

Emite sonido y calcula el tiempo que tarda en recibir el eco.