Algorismes, Programació i Robòtica: Conceptes Clau i Aplicacions
Algorismes i Llenguatges de Programació
Què és un Algorisme?
Un algorisme és la seqüència ordenada d'operacions i procediments que s'han de seguir per resoldre una tasca o problema. Un algorisme ha de detallar els diversos passos o accions que cal seguir i ha de tenir un nombre finit, és a dir, ha d'acabar d'executar-se.
Organigrama o Diagrama de Flux
Un organigrama o diagrama de flux és la representació gràfica dels diferents passos que conformen l'algorisme.
Símbols Comuns en Diagrames de Flux
- Rodó: Indica el principi i el final.
- Rectangle: Representa una operació o grup d'operacions.
- Rombe: S'utilitza per a una decisió lògica (pregunta"sí/n").
- Fletxa: Indica el flux de l'algorisme.
Estructures d'Algorismes
Estructura Seqüencial
És aquella en la qual els passos o accions s'executen l'un després de l'altre.
- Cada pas s'executa una única vegada.
- L'ordre d'execució dels passos és el mateix en què estan escrits.
- Quan s'acaba l'últim pas, finalitza l'algorisme.
Exemple: Canvi de bombeta.
Estructura Condicional
En aquesta estructura, la propera acció per executar depèn de l'estat d'una condició que s'ha d'avaluar.
Condicional Simple
Consisteix en què si es compleix una condició, s'executarà una acció; si no es compleix, no es farà res.
Exemple: Si vols entrar en una casa, llavors hauràs de tocar el timbre.
Condicional Doble
Consisteix en què si es compleix una condició, aleshores es duu a terme una acció; si no es compleix, s'executa una altra acció.
Exemple: Treure un bitllet d'avió (si és adult, una acció; si és nen, una altra).
Estructura Iterativa (Bucles)
Consisteix a fer una o diverses accions mentre s'està complint una determinada condició.
Bucle "Fins que"
Una acció o accions es repeteixen fins que es compleix una condició determinada, que es comprova al final de cada execució.
Exemple: Arrencar la moto ("accionar el polsador fins que arrenqui").
Bucle "Mentre"
L'acció es repeteix mentre s'està complint una condició determinada, que es comprova a l'inici de cada execució.
Exemple: Enganxar segells ("mentre queden cartes, enganxar segells").
Llenguatge de Programació
Perquè un ordinador faci una tasca determinada, necessitem donar-li una sèrie d'instruccions escrites en una notació específica.
Què és un Programa?
Un programa és una seqüència d'instruccions executades per un ordinador amb l'objectiu d'efectuar una tasca determinada.
Fases en la Confecció d'un Programa
Fonamentalment, en la confecció d'un programa podem considerar dues fases:
- Descripció de les diferents instruccions que componen el programa en un llenguatge intel·ligible per a les persones.
- Traducció de les diferents instruccions del programa a un llenguatge intel·ligible per l'ordinador.
Definició de Llenguatge de Programació
Un llenguatge de programació és una notació, d'acord amb una sintaxi determinada, que es fa servir per escriure instruccions que seran executades per un ordinador.
Classificació dels Llenguatges de Programació
Els llenguatges de programació es classifiquen en dos grans grups:
- Llenguatge de baix nivell:
- Llenguatge de màquina: És el que l'ordinador entén directament.
- Llenguatge assemblador: Depèn del maquinari, però utilitza mnemotècnics (paraules associades a cada instrucció) per facilitar la programació.
- Llenguatge d'alt nivell: La sintaxi s'assembla més al llenguatge humà i els programes són més fàcils d'escriure. L'ordinador no és capaç d'entendre un llenguatge d'alt nivell directament, ja que només entén el llenguatge de màquina. Per tant, cal traduir-lo al codi de màquina.
LOGO: Un Llenguatge Educatiu
LOGO és un llenguatge de programació senzill i molt adequat per fer servir en l'àmbit educatiu. Aquest llenguatge disposa d'unes instruccions determinades, anomenades Primitives, que es poden executar directament.
Diferència entre Primitiva i Procediment
Una primitiva és una ordre que es transmet a l'ordinador i que aquest executa immediatament, mentre que un procediment és un conjunt d'ordres agrupades amb la finalitat de resoldre un problema concret (un procediment és com un petit programa).
Robòtica i Automatismes
Què és un Sistema Automàtic?
Una instal·lació, màquina o sistema automàtic és aquell que és capaç de funcionar sense la intervenció de cap persona, és a dir, que actua en funció d'un fet determinat i no per voluntat de ningú.
Definició de Robot
Un robot és una màquina que té un cert grau de complexitat. És difícil definir-lo amb precisió. Actualment, els robots poden ser considerats màquines que duen a terme accions seguint unes instruccions que poden estar programades o definides per algun sistema de control (elèctric, electrònic, mecànic, pneumàtic, hidràulic, etc.).
Androide i Autòmat
- Androide: Además de imitar la apariencia humana, imita algunos aspectos de su conducta de manera autónoma.
- Autòmat: Máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado.
Aquestes màquines es diferencien pel seu tractament de la informació.
Classificació dels Robots
Nivells de Classificació
- Primer Nivell: Són els més simples, formats per màquines amb automatismes seqüencials que repeteixen moviments periòdicament.
- Segon Nivell: Es graven els moviments que el robot repetirà posteriorment. Exemple: Robots teledirigits.
- Tercer Nivell: Els robots segueixen instruccions prèviament programades utilitzant llenguatges de programació. Exemple: Robots industrials, sondes espacials.
- Quart Nivell: Robots intel·ligents, capaços de prendre decisions segons el seu estat i entorn. Exemple: Robots de companyia.
Funcionament Intern d'un Robot
El funcionament intern d'un robot es basa en la captació de senyals d'entrada mitjançant sensors. Amb un microprocessador i un programa específic, es realitza el tractament de les dades d'entrada perquè s'activin els senyals de control de sortida.
El procés general és: Captació de senyals d'entrada → Processament i interpretació de dades → Execució d'accions.
Parts del Robot
Components Clau d'un Robot
- Elements motors (Actuadors): Generen els moviments del robot. Solen ser motors elèctrics, sistemes pneumàtics o sistemes hidràulics.
- Estructura: De metall o plàstic, suporta tots els elements del robot i en possibilita els moviments.
- Elements executors o terminals: Són els que duen a terme els treballs finals per als quals el robot ha estat construït.
- Elements sensors: Detecten l'entorn del robot. Poden ser de posició, de so, de visió, de tacte, d'olfacte i de gust.
- Controladors: Són algun tipus d'ordinador i poden estar a l'interior o a l'exterior del robot.
- Elements que subministren energia: En cas que el robot sigui autònom.
Desplaçament dels Robots
Mecanismes de Desplaçament
Els robots es desplacen per terra mitjançant rodes, potes i erugues.
- Potes: Quan el desplaçament és amb potes, és millor que en portin tres per garantir l'estabilitat.
- Erugues: Són les més adequades quan el terreny presenta petits obstacles o pendents.
- Rodes: Ideals si el terreny és pla.
Les Interfícies en Robòtica
Funció de les Interfícies
Les interfícies s'utilitzen quan el controlador del robot és un ordinador i cal connectar-lo no tan sols amb el robot, sinó també amb els sensors. Es fa imprescindible interposar-hi aquestes interfícies, ja que adapten les dades dels sensors a l'ordinador i, al seu torn, de l'ordinador als motors del robot.
Un altre objectiu de les interfícies consisteix a evitar que els circuits de diferents elements repercuteixin entre si i causin pertorbacions.
Graus de Llibertat
Definició de Graus de Llibertat
Un grau de llibertat és cada possible moviment que pot fer un robot. Per poder-se moure, un robot ha de tenir elements rígids encaixats entre si amb unions o articulacions.
PLC (Controlador Lògic Programable)
Què és un PLC?
Un PLC (Controlador Lògic Programable) és un dispositiu programable que incorpora un microprocessador i una memòria en què s'emmagatzemen les instruccions del programa.