Fundamentos de Control por Ordenador: Algoritmos, Lenguajes y Robótica

Control por Ordenador

El Algoritmo

Un algoritmo es una secuencia ordenada de operaciones y procedimientos que se deben seguir para resolver una tarea o un problema.

Organigrama o diagrama de flujo: Es la representación gráfica de los diferentes algoritmos.

Estructuras Algorítmicas Básicas

Secuencial

Los pasos se ejecutan uno detrás del otro (ejemplo: bombilla).

Condicional

La ejecución depende del estado de cierta acción.

• Simple: Si se cumple una condición, se ejecuta una acción; si no, no se ejecuta nada.
• Doble: Si se cumple una condición, se ejecuta una acción; si no, se ejecuta otra acción diferente.

Iterativa

Se ejecuta mientras se cumple una condición.

• Hasta que: Se ejecuta hasta que se cumple una condición.
• Mientras: Se ejecuta mientras se cumple una condición.

Lenguaje de Programación

Programa: Es una secuencia de instrucciones ejecutadas por un ordenador con el fin de realizar una acción.

Lenguaje de programación: Es una notación, de acuerdo con una sintaxis determinada, que se utiliza para escribir instrucciones que serán ejecutadas por un ordenador.

Niveles de Lenguaje

• Bajo Nivel
  • Máquina: El que el ordenador entiende directamente, se expresa en 0 y 1. No funciona con un ordenador de CPU diferente.
  • Ensamblador: Depende del hardware, pero utiliza mnemotécnicos, que son palabras asociadas a cada instrucción.
• Alto Nivel: La sintaxis se parece al lenguaje humano y son más fáciles de escribir. Requieren ser traducidos a lenguaje de máquina.

LOGO

• Las instrucciones se llaman primitivas.
• Diferentes versiones: WINLOGO y MSWLOGO.
• Primitiva: Orden que se transmite al ordenador y se ejecuta inmediatamente.
• Procedimiento: Conjunto de órdenes agrupadas con el fin de resolver un problema.

BASIC

• Versiones: SmallBasic, QBasic, Visual Basic.
• INPUT: Introduce un mensaje y una variable de entrada.
• PRINT: El ordenador muestra un mensaje o una frase.
• END: Final del programa.

Interfaces de Control

Es un elemento que sirve de intermediario entre sensores y actuadores.

La interfaz de control cumple la función de adaptar señales entre el ordenador y los dispositivos que se deben controlar.

Ejemplos: Fischer Technik, Enconor, Lego, etc.

Chasis

Parte que soporta los elementos que componen el robot, formado por motores, sensores, placa de control y grupo de alimentación.

Para que el robot siga una trayectoria precisa:

• El centro de gravedad tiene que estar lo más cerca posible de la tracción, que es la parte más pesada. También tiene que estar lo más bajo posible.
• Los sensores deben instalarse en la parte delantera, avanzados respecto al eje de tracción.
• En la parte de atrás se coloca una rueda loca para que no domine sobre la tracción.
• Normalmente, en los concursos de robots seguidores se han de tener en cuenta unas normas sobre dimensiones.

Sensores

Son los elementos que se encargan de detectar la línea blanca y enviar la información al dispositivo de control para que sea procesada y poder efectuar la acción programada de avance. Lo normal es que haya dos sensores en cada robot. Los sensores más utilizados en robots rastreadores son los CNY70, que tienen un precio económico, son simples y tienen un buen funcionamiento.

Motores

Son los elementos que realizan el movimiento del robot. Reciben la señal de alimentación de la placa de control para poder avanzar y seguir la línea blanca. El motor más utilizado en robótica didáctica es el servomotor, que incorpora un motor de corriente continua, un sistema de reducción mecánica y un circuito electrónico que permite hacerlos girar el ángulo deseado.

Placa de Control

Es la parte del robot en la que se implementa el algoritmo de control gracias al cual, mediante los sensores y los motores que tiene conectados, el robot es capaz de seguir la línea. El PICAXE es un elemento de control que se programa con un PC fácilmente.

Alimentación

El robot necesita energía para alimentar los diferentes componentes del circuito: placa de control, sensores y motores. Para que el robot se pueda mover de forma autónoma, se usa un lote portapilas de cuatro unidades de 1,5 V LR-AA.

Tecnologías de Control

Tipos de elementos que utilizaremos para implementar el circuito o algoritmo que controla el robot. Se pueden dividir en dos grandes grupos: técnica cableada y programada. Esta división de técnicas de desarrollo tiene en cuenta si el circuito que se implementa es permanente o programable y flexible.

Técnica Cableada

Dos tipos: digital y con relés.

• Digital: Se utilizan puertas lógicas electrónicas; es decir, se conectan los cables o se sueldan los integrados de forma que siga el esquema.
• Relés: En este caso, el circuito se implementa con contactos y relés. El circuito ha de cablearse con dispositivos electromecánicos como los relés. Un relé es un dispositivo que dispone de una bobina y contactos NA y NC. Cuando aplicamos tensión a la bobina, los contactos se accionan: los abiertos (NA) se cierran y los cerrados (NC) se abren. Si se deja de aplicar tensión a la bobina, los contactos vuelven al reposo. Un contador es un dispositivo parecido al relé, pero se diferencia en que este dispone de 3 contactos de potencia.

Técnica Programable

El algoritmo que se ha realizado para que el robot rastreador siga la línea se programa, y la única parte que se ha de cablear son las entradas (sensores) y salidas (motores) al dispositivo de control programable. Elementos de control programables: autómata programable (PLC) y microcontrolador (PICAXE).

• Microcontrolador: Para procesar el algoritmo se emplea un pequeño chip (microprocesador). Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene las tres funciones fundamentales de una computadora: CPU, memoria y unidades.
• Microprocesador: Es un circuito integrado que dispone de todos los elementos de una unidad central de proceso (CPU). Es el componente que interpreta las instrucciones y procesa los datos que contiene el programa.