Conceptos basicos

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD PRIVADA RAFAEL BELLOSO CHACÍN
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE ELECTRONICA: MENCION AUTOMATIZACION Y CONROL
CÁTEDRA: ROBOTICA INDUSTRIAL
SECCIÓN: O-923
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
PRESENTADO POR:
Br. REIDER TROCONIS, 24261455
Maracaibo, julio de 2017

2. INTRODUCCION
En el presente trabajo se mostrarán los fundamentos básicos de la robótica,
ya que es muy importante conocer los conceptos básicos, su estructura
básica, los tipos de articulaciones y configuraciones, y los sensores
utilizados en la robótica. También se conocerá las características de la
telerobótica y la teleoperación.
El tema de la Robótica es relevante en el plan de estudios de ingeniería hoy
en día debido a la capacidad de los robots para realizar trabajos incesantes y
peligrosos. Un robot sólo tiene sentido cuando su intención es la de relevar
a un trabajador humano de una labor aburrida, desagradable o demasiado
precisa. Normalmente, un robot es diseñado para que asista a un trabajador
humano. Al contrario de lo que por lo general se cree, en realidad no es más
rápido que los humanos en la mayoría de las aplicaciones, pero es capaz de
mantener su velocidad durante un largo periodo. De esto resulta que la
productividad aumenta si la can- tidad de piezas que se va a producir es muy
grande. Además, la inteligencia de los robots más avanzados de la
actualidad no se acerca a la humana. Por lo tanto, la introducción de un
robot en un proceso sin el entendimiento real de los benefi cios que puede
proporcionar sería desastrosa y no es aconsejable.

3. INTRODUCCION A LA ROBOTICA.
1.- DEFINA:
a) Robótica. El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es,
por lo tanto, la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del
estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots.
Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de
máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas
como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades.
Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo
cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos
neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc.
b) Robot. El robot se define, de manera formal en la organización
internacional para la estandarización (ISO), como un manipulador
multifuncional reprogramable, capaz de mover materiales, piezas,
herramientas o dispositivos especiales, a través de movimientos variables
programados, para el desempeño de tareas diversas.
Según el Robotics Institue of America (RIA), la Japan Industrial Robot
Association (JIRA), la British Robot Association (BRA) y otras. Todas ellas
coinciden en dos puntos: la capacidad de reprogramación y la
multifuncionalidad de los robots.
c) Control Supervisado. El hombre dirige y monitoriza las actividades de un
sistema semiautónomo de control.
d) Control Compartido. El control compartido consiste en una combinación
de autonomía y telecontrol para controlar una función dada.
2.- CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS SEGÚN: LAS GENERACIONES DE
DESARROLLO; EL NIVEL DE CONTROL Y SU ARQUITECTURA.
Según las generaciones de desarrollo.
a) 1º Generación: Sistema de control basado en “paradas fijas”
mecánicamente (mecanismos de relojería que mueven las cajas musicales
o los juguetes de cuerda)
b) 2º Generación: El movimiento se controla a través de una secuencia
numérica almacenada en disco o cinta magnética (industria automotriz)
c) 3º Generación: Utilizan las computadoras para su control y tienen cierta
percepción de su entorno a través del uso de sensores. Con esta
generación se inicia la era de los robots inteligentes y aparecen los
lenguajes de programación

4. d) 4º Generación: Robots altamente inteligentes con más y mejores
extensiones sensoriales, para entender sus acciones y captar el mundo que
los rodea. Incorporan conceptos “modélicos” de conducta.
e) 5º Generación: Actualmente se encuentran en desarrollo. Basarán su
acción principalmente en modelos conductuales establecidos.
Según el nivel de control.
1) Nivel de inteligencia artificial, donde el programa aceptará un comando
como "levantar el producto" y descomponerlo dentro de una secuencia de
comandos de bajo nivel basados en un modelo estratégico de las tareas.
2) Nivel de modo de control, donde los movimientos del sistema son
modelados, para lo cual se incluye la interacción dinámica entre los
diferentes mecanismos, trayectorias planeadas, y los puntos de asignación
seleccionados.
3) Niveles de servo-sistemas, donde los actuadores controlan los parámetros
de los mecanismos con el uso de una retroalimentación interna de los datos
obtenidos por los sensores, y la ruta es modificada sobre la base de los
datos que se obtienen de sensores externos. Todas las detecciones de
fallas y mecanismos de corrección son implementadas en este nivel.
Según su arquitectura.
En base a su arquitectura se pueden dividir en:
1) Poliarticulados: son sedentarios y están estructurados para mover sus
elementos terminales en un determinado espacio de trabajo con un número
limitado de grados de libertad (manipuladores y algunos robots
industriales).
2) Móviles: Cuentan con gran capacidad de desplazamiento, basados en
carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante.
Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de
su entorno a través de sus sensores.
3) Androides: intentan reproducir total o parcialmente la forma y el
comportamiento cinemático del ser humano. Uno de los aspectos más
complejos de estos robots es la locomoción bípeda (controlar
dinámicamente el movimiento y mantener el equilibrio del robot).

5. 4) Zoomórficos: imitan los sistemas de locomoción de los diversos seres
vivos • No caminadores: basados en segmentos cilíndricos biselados
acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de
rotación.
5) Caminadores: multípedos capaces de evolucionar en superficies muy
accidentadas.
6) Híbridos: aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en
combinación con alguna de las anteriores (un carro móvil con un brazo,
robot personal antropomorfo, etc).
3.- ELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS ROBOTS.
Cualquier robot, serial o de otro tipo, consiste en varios subsistemas, por ejemplo,
subsistema de movimiento, subsistema de reconocimiento, etc.
un sistema robótico consiste por lo general en tres subsistemas: subsistema de
movimiento, subsistema de reconocimiento y subsistema de control. Sus funciones
se describen a continuación.
1) Subsistema de movimiento. El subsistema de movimiento es la estructura
física del robot que realiza un movimiento deseado parecido al de los
brazos humanos.
Los elementos del subsistema de movimiento son los siguientes:
i) Manipulador. Se trata de la estructura física, la parte que se está
moviendo. Ésta incluye eslabones (también llamados “cuerpos”) y
articulaciones (que también se denominan “pares cinemáticos”),
normalmente conectadas en serie. Los eslabones están hechos de
acero o de aluminio. También pueden usarse otros materiales,
dependiendo de los requerimientos. Las articulaciones son por lo
general del tipo “rotatorio” o de “traslación”. En el estudio de la
robótica y de los mecanismos, a estas articulaciones se les conoce
respectivamente como “revolutas” y “prismáticas”. Un ejemplo de una
articulación revoluta es la bisagra de una puerta; una articulación
prismática es el arreglo pistón/cilindro del motor de combustión
interna que se utiliza en automóviles.
A semejanza del conjunto que forman el brazo, la muñeca y la mano
del ser humano, el manipulador del robot también tiene tres partes, el
brazo, la muñeca y la mano. La función de un brazo es la de colocar
un objeto en una determina- da ubicación en el espacio cartesiano
tridimensional, donde es orientado por la muñeca.
ii) Efector final. Ésta es la parte instalada en el extremo del
manipulador. Es equivalente a la mano humana. Un efector final

6. podría ser una mano mecánica que manipula un objeto o que lo
sostiene antes de que sea movido por el brazo del robot. También se
consideran como efectores finales algunas herramientas
especializadas, como un electrodo de soldadura, un soplete
oxiacetilénico, una brocha de pintura o una muela abrasiva montada
en el extremo de un brazo manipulador para la ejecución de tareas
específicas.
iii) Actuador. Los actuadores de un robot proporcionan el movimiento
para el manipulador y para el efector final. Se clasifican como
neumáticos, hidráulicos o eléctricos, según su principio de operación.
iv) Transmisión. Como lo sugiere el término, estos elementos
transmiten el movimiento de motores y de actuadores a los
eslabones del manipulador. En el caso de motores eléctricos, estos
elementos, junto con el motor eléctrico, forman un actuador. Los
siguientes son elementos de transmisión típicos:
a) Transmisión por banda y cadena. Los accionamientos por
banda se utilizan mucho en la robótica, especialmente la banda
síncrona, Sin embargo, su vida útil es breve, ya que dependen de
la tensión de la banda para producir agarre a través de la polea.
Las cadenas, por otro lado, son por lo general más económicas.
Tienen una mayor capacidad de carga y una vida útil más larga
en comparación con las transmisiones por banda, aunque menor
en comparación con los engranajes.
b) Engranajes. Entre todas las transmisiones mecánicas, los
diferentes tipos de engranajes más confiables y duraderos son:
engranajes de dientes rectos, engranajes helicoidales, engranaje
cónico recto, engranaje cónico de dientes curvos, engranaje de
tornillo tangente, engranaje de piñón y cremallera. Aunque el
juego entre los dientes tendrá que tomarse en cuenta
cuidadosamente durante la fase de diseño.
c) Mecanismos de eslabones. A fi n de reducir el peso y exceso de
flexibilidad de los elementos de transmisión, se emplean los
mecanismos de eslabones.
Una serie de eslabones, por lo general rígidos, acoplados por
articulaciones que permiten movimientos relativos entre
cualquiera de dos eslabones, forman un mecanismo.

7. 2) Subsistema de reconocimiento. El elemento más importante en el
subsistema de reconocimiento es el sensor, el cual puede compararse con
nuestros ojos o nuestra nariz. La inclusión de sensores en un robot cambia
su naturaleza de estúpida a inteligente. A fi n de procesar la señal
detectada, en su mayoría análoga, por medio de un controlador digital, se
requiere un convertidor analógico digital (Analog-to-Digital Converter, ADC).
De esta manera, un subsistema de reconocimiento consiste normalmente
en los siguientes dos elementos:
i) Sensores. La mayoría de los sensores son esencialmente
transductores, que convierten la forma de una señal en otra. Por
ejemplo, el ojo humano convierte patrones de luz en señales
eléctricas. Los sensores forman parte de una de varias áreas
generales: visión, tacto, detección de rango y proximidad,
navegación, reconocimiento del habla, etc. Cada una de estas áreas
es en sí un área de investigación individual.
ii) Convertidor analógico digital (ADC). Este dispositivo electrónico
se comunica con los sensores y con el controlador del robot. Por
ejemplo, el ADC convierte el voltaje creado por una deformación
unitaria en una galga extensométrica en una señal digital, es decir, 0
o 1, de manera que el controlador digital del robot pueda procesar
esta información. Físicamente se ve como cualquiera otra tarjeta de
interface de computadora dentro de la unidad de procesamiento
central (CPU).
3) Subsistema de control. El papel de un sistema de control en un mando
de robot principalmente consiste en los siguientes dispositivos:
i) Controlador digital. El controlador digital es un dispositivo
electrónico especial que tiene un CPU, memoria y, a veces, un disco
duro para almacenar los datos programados. En sistemas de
robótica, estos componentes se mantienen dentro de una caja
sellada que se denomina controlador. Se usa para controlar los
movimientos del manipulador y del efector final. Un controlador de
robot es como un supervisor en una fábrica. Puesto que una
computadora tiene las mismas características que un controlador
digital, también se utiliza como un controlador de robot. Un
controlador procesa los comandos programados por el usuario y
transmite señales apropiadas a los actuadores a través de los
convertidores analógicos digitales (DAC). Los lenguajes de
programación pueden ser los mismos que se usan en la
computación, es decir, BASIC, Fortran, C y C++. Para los robots
comerciales, sin embargo, los lenguajes son generalmente distintos.
Por ejemplo, Fanuc de Japón usa el lenguaje de programación de
robots “Karel”. Esto sirve principalmente para la introducción de

8. características específi cas en los sistemas robóticos con el fin de
que se distingan los productos.
ii) Convertidor digital analógico (DAC). Un DAC convierte la señal
digital del controlador del robot en una señal análoga para accionar
los actuadores; por ejemplo, un motor eléctrico de CD. El controlador
digital también está acoplado a un DAC para reconvertir su señal en
una señal análoga equivalente, es decir, el voltaje eléctrico para el
motor de CD.
iii) Amplificador. Puesto que los comandos de control del controlador
digital convertidos en señales análogas por el ADC son muy débiles,
requieren de amplificacion para realmente accionar los motores
eléctricos del manipulador de robot.
4.- NOMBRE LOS DIFERENTES TIPOS DE:
a) articulaciones para robots.
 La articulación de rotación. Suministra un grado de libertad consistente
en una rotación alrededor del eje de la articulación. Esta articulación es, con
diferencia, la más empleada.
 En la articulación prismática. El grado de libertad consiste en una
traslación a lo largo del eje de la articulación.
 En la articulación cilíndrica existen dos grados de libertad: una rotación y
una traslación.
 La articulación Planar. Está caracterizada por el movimiento de
desplazamiento en un plano, existiendo, por lo tanto, dos grados de
libertad.
 Por último, la articulación. Esférica combina tres giros en tres direcciones
perpendiculares en el espacio.
b) configuraciones de los robots.
 Configuración cartesiana. La configuración tiene tres articulaciones
prismáticas.
 Configuración cilíndrica: la configuración tiene dos articulaciones
prismáticas y una de rotación.

9.  Configuración polar o esférica. Esta configuración se caracteriza por dos
articulaciones de rotación y una prismática.
 Configuración angular. Esta configuración es una estructura con tres
articulaciones de rotación.
 Configuración scara. Esta configuración está especialmente diseñada
para realizar tareas de montaje en un plano. Está constituida por dos
articulaciones de rotación con respecto a dos ejes paralelos, y una en
sentido perpendicular al plano.
5.- CARACTERÍSTICAS DE LA TELEROBOTICA Y LA TELEOPERACION.
Se entiende por teleoperación la extensión de capacidades sensoriales y destreza
humanas a una localización remota.
La telerobotica puede considerarse como una forma evolucionada de
teleoperacion, caracterizada por un aumento de autonomía (capacidad de decisión
y actuación) en el sistema remoto manteniendo una intervención significativa del
operador humano para supervisión y teleoperacion directa.
Principales características:
a) Un sistema teleoperado permite gobernar un robot slave (controlar su
movimiento y la fuerza ejercida) ubicado en una zona remota (puede que
el slave esté realmente muy lejos o puede que esté en un entorno hostil del
que haya que proteger al operador).
b) Se compone básicamente de un robot master gobernado por un operador y
un robot remoto o slave cuyo cometido es interaccionar con el entorno de
una manera que resulte útil en el desempeño de tareas concretas.
c) Las diferentes arquitecturas de teleoperación existentes proporcionan
distintos grados de telepresencia que para el operador son fácilmente
comparables y evaluables (enseguida se da cuenta de cuál es el algoritmo
que le permite trabajar mejor).
6.- DEFINA:
a) Realidad Virtual. La realidad virtual no es más que una interfaz hombre-
máquina avanzada donde la comunicación entre la maquina y el usuario se
establece a través de varios sentidos.
b) Telesensorizacion. Se habla de telesensorizacion para referirse a la
captación y visualización de información sensorial en la localización remota.

10. c) Sensor. Un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte
magnitudes físicas (luz, magnetismo, presión, etc.) en valores medibles de
dicha magnitud.
d) Transductor. El transductor es un dispositivo que tiene la misión de
traducir o convertir una señal física en otra distinta entendible por el
sistema, es decir convierte una señal no interpretable por el sistema, en
otra variable interpretable por dicho sistema.
7.- DIFERENCIAS ENTRE SENSOR Y TRANSDUCTOR.
Un sensor es una especie de transductor, mientras que un transductor es un
dispositivo que convierte un tipo de energía en otro para varios propósitos, incluida
la medición de parámetros físicos como posición, velocidad, etcétera.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en
contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que
es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la
señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.
8.- ELEMENTOS DE LA ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SENSOR.
Lo primero y más importante es el elemento sensitivo, esto es normalmente
seguido por algún tipo de procesador de señales. El más simple puede ser una
resistencia pull-up o algún tipo completamente analógica o digital de compensar
cualquier pico sea temperatura, presión o cualquier error sea. Esto será seguido
por un acondicionador de señal de salida.
Esto son los elementos básicos de un sensor, aunque claro, esto se puede hacer
mucho más complicado dependiendo de los requerimientos que necesite el
individuo
9.- NOMBRE DIEZ (10) TIPOS DE SENSORES UTILIZADOS EN ROBOTICA.
Los sensores en los robots son como nuestros ojos, nariz, oídos, boca y piel. A
semejanza de los órganos humanos, por ejemplo, los ojos o la piel, términos como
visión, táctil, etc., han surgido en la jerga de los sensores de robots. Tal como los
seres humanos, los robots tienen que recabar amplia información sobre su
ambiente a fi n de funcionar de manera efectiva. Tienen que recoger un objeto y
saber que lo han recogido. Cuando el brazo del robot se mueve a través del
espacio cartesiano, tiene que evitar obstáculos y acercarse a los objetos con una
velocidad controlada. Algunos objetos son pesados; otros, frágiles; y algunos más,
demasiado calientes para ser manejados. Estas características de los objetos y
del ambiente tienen que reconocerse e introducirse en la computadora que
controla los movimientos del robot. Por ejemplo, para mover el efector final de un
robot, con o sin carga, a lo largo de una trayectoria deseada y ejercer una fuerza
definida sobre un objeto, el efector final y los sensores (que normalmente se
ubican en las articulaciones) trabajan en coordinación con el controlador del robot
(microprocesador, computadora o microcontrolador, cualquiera que fuere el caso).

11. Los sensores que se utilizan en los robots se clasifican en internos y externos.
Sensores internos. Como lo sugiere el nombre, los sensores internos se emplean
para monitorear el estado interno de un robot, es decir, su posición, velocidad,
aceleración, etc., en un momento de- terminado. Basado en estas informaciones,
el controlador decide acerca del comando de control. Dependiendo de las
diferentes cantidades que miden, los sensores se denominan como de posición,
velocidad, aceleración o fuerza.
Sensores externos. Los sensores externos se utilizan principalmente para saber
más acerca del ambiente del robot, especialmente sobre los objetos que se va a
manipular. Los sensores externos pueden dividirse en las siguientes categorías:
tipo de contacto y tipo sin contacto.
A continuación, se nombran algunos sensores utilizados en la robótica:
1. Sensores de posición.
i) Encóder.
a) Encóder linear absoluto.
b) Encóder rotativo incremental.
c) Encóder rotativo absoluto.
ii) Potenciómetro.
iii) LVDT El transformador diferencial lineal variable.
iv) Sincronizadores y resolvers.
2. Sensores de velocidad.
i) Todos los sensores de posición.
ii) Tacómetro.
iii) Sensor de efecto hall.
3. Sensores de aceleración.
4. Sensores de fuerza.
i) Galgas extensometricas.
ii) Sensor piezoeléctrico.
iii) Detección con base en la corriente.
5. Tipo de contacto.
i) Interruptor de limite.
6. Tipo sin contacto.
i) Sensor de proximidad.

12. a) Sensor de proximidad inductivo.
b) Sensor de proximidad capacitivo.
ii) Sensor de desplazamiento semiconductor.
7. Sistemas de visión.
10.- EXPLICAR TRES (3) SENSORES DE:
 Posición.
1. Potenciómetros. Actúan como divisores de potencial. Se mide el
desplazamiento mediante la variación de una resistencia.
2. Resolvedores. Se emplean para medición precisa del desplazamiento
angular. Son maquinas síncronas en las que los devanados adoptan
una disposición especial.
3. Codificadores ópticos. Estos sensores convierten un desplazamiento
rotacional en una señal digital sin necesidad de convertidor analógico-
digital.la medida del desplazamiento se realiza contando las interrupciones
de un haz de luz.
 Presencia.
1. Si el objeto es metálico se utilizan sensores inductivos basados en el
cambio de inductancia que se produce por la presencia de un objeto de
material ferromagnético en un campo creado por una bobina arrollada
situada junto a un imán permanente. La presencia del objeto modifica el
campo induciendo en la bobina una corriente que se detecta midiendo la
tensión en la bobina.
2. Otros sensores para detectar la presencia de objetos de materiales
ferromagnéticos son los basados en el efecto Hall, que relaciona la
tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con
un campo magnético a través del material.
3. Si el objeto no es de material ferromagnético, pueden emplearse
sensores capacitivos, que permiten detectar cambios de capacidad
inducidos por superficies cercanas.
 Localización.
1. GPS: Si bien nos puede parecer demasiado lujo para nuestros
experimentos, lo cierto es que un sistema de posicionamiento global

13. (GPS, Global Positioning System) aporta una serie de datos que pueden
ser muy útiles para un robot avanzado. Un ejemplo de este servicio es el
módulo DS-GPM, fabricado por Total Robots, que entrega datos de
latitud, longitud, altitud, velocidad, hora y fecha y posición satelital. Estos
datos se comunican desde los registros del módulo a través de
interfaces I2C y RS232.
2. Receptores de radiobalizas: Por medio de un grupo de emisores de
radiofrecuencia codificados, ubicados en lugares conocidos por el
sistema, es posible establecer con precisión la posición de un robot, con
sólo hacer una triangulación. Al efecto el robot debe poseer una antena
de recepción direccional (con reflector parabólico, o similar) que pueda
girar 360°, y así determine la posición de las radiobalizas. En el robot es
posible usar receptores integrados muy pequeños y de bajo costo, como
el RWS-433, o el RXLC-434, y otros similares, que trabajan en
frecuencias de entre 303 y 433 Mhz. Las elecciones de los transmisores
dependerán de la distancia a que se ubiquen las radiobalizas, pero si se
trata de áreas acotadas es posible utilizar los módulos transmisores
hermanados con los anteriores, como el TWS-433 y el TXLC-434.
 Táctiles.
1. El sensor táctil óptico consta de una serie de orificios por los que actúan
una serie de detectores ópticos por reflexión.
2. Otro sensor de tacto es el elastómetro conductivo. Consiste en una
lamina de goma conductora que al ser presionada hace contacto con
una base que dispone de zonas metalizadas.
3. Sensores de barras de silicona. Constan de un retículo de barras de
silicona dispuestas perpendicularmente sobre barras metálicas.
 Temperatura.
1. Las termocuplas son los sensores de temperatura eléctricos más
utilizados en la industria. Una termocupla se hace con dós alambres de
distinto material unidos en un extremo, al aplicar temperatura en la unión
de los metales se genera un voltaje muy pequeño, del orden de los
milivolts el cual aumenta con la temperatura. Este sería un esquema de
ejemplo de una termocupla cualquiera.
2. Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura
tanto en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño
tamaño, se los encuentra normalmente montados en sondas o
alojamientos especiales que pueden ser específicamente diseñados

14. para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cualquiera sea el
medio donde tengan que trabajar.
3. Los termómetros Infrarrojos pueden medir la temperatura de un objeto
sin tocarlo. Hay muchos casos en los que la medida de temperatura sin
contacto es crítica: cuando el objeto medido es pequeño, movible o
inaccesible; para procesos dinámicos que requieren respuesta rápida; o
para temperaturas >1000°C