Fundamentos de robótica: componentes, programación y desarrollo de programas

Resumen

Este apunte resume los fundamentos de la robótica: cómo funciona un robot a partir de sensores, controlador y actuadores, y qué estructuras de programación se usan (secuencial, condicional y cíclica). Incluye las fases para desarrollar un programa, algunos parámetros técnicos de motores y componentes, y conceptos básicos de cinemática como articulaciones, eslabones y grados de libertad.

Puntos clave

Un robot funciona con sensores (entrada), un controlador (procesamiento) y actuadores (salida).
Las estructuras básicas de programación son secuencial, condicional y cíclica.
El desarrollo de un programa consta de ocho fases: definición, análisis, diseño, codificación, depuración, documentación, implementación y mantenimiento.
Los motores de robots educativos suelen trabajar entre 1.5 V y 12 V, con velocidades de 100 a 600 rpm.
La cinemática estudia el movimiento de los mecanismos en el espacio, y los grados de libertad son el número de movimientos independientes del robot.
La instrucción delay hace que el procesador espere un tiempo definido antes de ejecutar la siguiente acción.

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Funcionamiento de un robot

Sensores: Permiten al robot percibir su entorno y enviar información al controlador.
Controlador: Procesa la información recibida y la transforma en acciones.
Actuadores: Permiten al robot comunicarse e influir en su entorno.

Funcionamiento básico

Dispositivos de entrada: A través de los sensores.
Dispositivos de procesamiento: Computadoras, CPU y controladores robóticos.
Dispositivos de salida: Actuadores como motores, servomotores, luces LED, bocinas, etc.

Estructuras de programación

Programación secuencial: Indicar al robot las acciones que debe ejecutar en orden.
Programación condicional: Evaluación de una condición como falsa o verdadera.
Programación cíclica: Permite que una parte del programa se repita varias veces.
Programa: Conjunto de instrucciones, comandos, órdenes o procedimientos escritos en un lenguaje de programación.
Programación: Proceso para construir un programa.

Desarrollo de programas

Fase 1. Definición del problema: Delimitar el problema que se va a resolver.
Fase 2. Análisis del problema: Identificar los datos de entrada, proceso y salida que tendrá el software.
Fase 3. Diseño: Elaborar el algoritmo, diagrama de flujo y prueba de escritorio (secuencial, condicional o cíclica).
Fase 4. Codificación: Escribir el código con la sintaxis adecuada según el lenguaje de programación.
Fase 5. Depuración: Corrección de errores.
Fase 6. Documentación: Realización del manual de usuario y manual técnico.
Fase 7. Implementación del programa: Carga o descarga de los programas en el hardware.
Fase 8. Mantenimiento del programa: Adecuación y actualización de los programas.

Parámetros técnicos y componentes

Voltaje de operación: En robots educativos, generalmente entre 1.5V y 12V.
Velocidad: Motores con velocidades entre 100 rpm y 600 rpm.
Torque: Fuerza que el motor ejerce sobre la carga.
Control de velocidad: En entornos como Rogic, se utiliza una escala de 0 a 15.
Motor DC: Permite controlar la velocidad y dirección de giro.
Delay: Instrucción que hace al procesador esperar un tiempo definido antes de ejecutar la siguiente acción.

Movimiento y cinemática

Cinemática: Estudio del movimiento de los mecanismos en el espacio; la magnitud utilizada es el desplazamiento.
Articulaciones: Elementos que permiten el movimiento:
- Rotacional: Movimiento angular producido por motores.
- Lineal: Desplazamiento en una sola dirección.
Eslabón: Estructura rígida que da amplitud a los movimientos de las articulaciones.
Grados de libertad: Número de movimientos independientes del robot.

Componentes periféricos

Servomotor: Motor de corriente continua con control de posición.
LED: Dispositivo emisor de luz.
On: Comando para encender dispositivos.
Off: Comando para indicar el fin de una acción o apagado.
Buzzer: Dispositivo para emitir sonidos (beep).

Preguntas frecuentes

¿Qué función cumplen los sensores en un robot?

Permiten al robot percibir su entorno y enviar esa información al controlador. El controlador la procesa y la transforma en acciones.

¿Qué es un grado de libertad en un robot?

Es el número de movimientos independientes que puede realizar el robot. Se relaciona con las articulaciones y los eslabones de su estructura.

¿Cuáles son las fases para desarrollar un programa?

Son ocho: definición del problema, análisis, diseño, codificación, depuración, documentación, implementación y mantenimiento del programa.