Esqueleto o chasis de un robot
Chasis o esqueleto de los robots
Esta parte del robot es la base para soportar las otras partes de un robot; de forma similar a un vehículo, un robot necesita una estructura rígida donde se puedan ubicar las diferentes piezas, como sensores, servomotores, controlador, baterías de alimentación y demás componentes.
Dependiendo de la utilidad del robot cambia la forma de su esqueleto, por ejemplo, es muy diferente el chasis de un robot aspirador que tiene una forma circular, al chasis de un robot militar.
De acuerdo con el uso del robot también el chasis debe contar con ciertas características especiales; por ejemplo, el esqueleto de un robot rescatista debe lograr inclinarse en ángulos elevados, soportar choques con objetos resistentes y aguantar vibraciones.
Si se trata de un robot de exploración en otro planeta el chasis del robot debe lograr soportar temperaturas extremas, atmosferas corrosivas y el contacto con diferentes materiales.
Cuando se realiza la elección del esqueleto de un robot se deben tener en cuenta diferentes características como son:
El tamaño: dependiendo la cantidad de componentes, piezas y tarjetas que se piensen ubicar en el chasis.
Peso: dependiendo principalmente del tamaño de las baterías de alimentación de los actuadores o motores se selecciona un chasis, con mayor o menor peso.
La flexibilidad: algunos robots requieren que se puedan adaptar nuevos componentes o cambiar los que ya se tienen, por lo que se requiere un esqueleto que ofrezca esta funcionalidad.
La resistencia de los materiales: dependiendo del uso del robot se pueden seleccionar diferentes materiales, por ejemplo, el aluminio que es de bajo peso y de alta resistencia, pero de un precio considerable.
Diferentes tipos de esqueletos de robots
Diferentes tipos de chasis de robot
En otros casos se puede emplear diferentes plásticos de un costo más bajo, pero de baja resistencia a golpes.
Algunos de los chasis para robots educativos están compuestos por diferentes capas donde se pueden ubicar las diferentes partes y componentes.
Estos esqueletos para robots educativos cuentan por lo general con dos ruedas motrices y una rueda de apoyo o rueda loca. El material del que se elaboran muchos de estos esqueletos o chasis es el aluminio.
Por lo general estos chasis cuentan ya con dos motores de corriente continua que controlan las ruedas traseras.
Para los robots tipo oruga los chasis están elaborados por plástico ABS de alta resistencia; estos esqueletos cuentan con espacios para ubicar las baterías y los motores, además tienen gomas de silicona para las respectivas orugas.
Sensores
Sensores de los robots
Sensores ultrasonidos, infrarrojo y de gas
Los sensores son los elementos que permiten que el robot obtenga la información necesaria de su entorno. Por ejemplo, los sensores de obstáculos permiten detectar si el robot tiene contacto con algún objeto externo.
Entre los tipos de sensores más empleados en la robótica se encuentran:
Sensores ultrasonidos o ultrasónicos:
Estos sensores envían una señal que al rebotar con los posibles obstáculos y regresar, permiten calcular la distancia a la cual se encuentra el objeto que se encuentra al frente.
Por lo general estos sensores permiten detectar objetos situados en una distancia entre 0 y 6 metros. La señal recibida se envía al controlador del robot quien es el que realiza el calculo de la distancia con base en el tiempo de ida y vuelta de la señal ultrasónica enviada.
Sensores de temperatura o térmicos:
Estos sensores son capaces de medir la temperatura de objetos que se encuentre a una distancia de incluso 2 metros.
Por lo general estos sensores cuentan en su interior con una matriz de varios sensores (entre 4 y 8 sensores). Una de las ventajas de estos sensores es que permiten detectar personas por ejemplo sin necesidad de que se tenga movimiento.
Estos sensores permiten realizar mediciones en promedio 100 veces por segundo.
El rango de medición de estos sensores varia dependiendo su costo y precisión, por lo general tienen un rango de medición de 180 grados centígrados.
Sensores infrarrojos:
Estos sensores permiten la medición de distancias con una precisión mayor que los ultrasonidos; se emplean para medir distancias de objetos a menos de 80 cms.
Los sensores infrarrojos permiten que se estén continuamente realizando la medición de la distancia; para ser más exactos cada 50 mili segundos.
Sensores de contacto o toque:
Estos sensores permiten detectar obstáculos por contacto cuando los demás sensores han fallado.
Estos sensores se utilizan como detectores de final de carrera para detectar posiciones de piezas motorizadas, objetos y palancas. Permiten que los robots tengan una medida de seguridad para prevenir golpes y averías ante eventuales choques.
Sensores de gas, monóxido de carbono y humo:
Estos sensores permiten detectar si hay una presencia de humo o de gas combustible en concentraciones entre 10 y 12.000 ppm (partículas por millón), para el caso de humo y gas; y para el caso de monóxido de carbono permiten detectar concentraciones entre 10 y 1200 ppm.
Sensores de vibración:
Estos sensores permiten detectar tanto la vibración como el movimiento, ya no requieren el uso de mercurio. Su funcionamiento permite pasar de abierto a cerrado o viceversa cuando se desequilibra por vibración o golpe.
Sensores de aceleración lineal:
Esto sensores permiten detectar cuando ocurre una velocidad o un impacto que genera fuerza mayor a 5 G +/- 1.5 G. Ayudan a detectar diferentes golpes e impactos de los robots; está conformados por una cápsula hermética que tiene un contacto normalmente abierto y se cierra si se realiza la aceleración suficiente.
Sensores de temperatura:
Los sensores de temperatura permiten generar un cambio en el voltaje en un pin del mismo sensor, cuando ocurre un cambio de temperatura. En la mayoría de sensores se tiene una precisión de +/- 1 grados centígrados en temperatura entre 0 y 70o.
Sensores de visión:
Estos sensores están conformados por una cámara que captura imágenes en formato digital, junto con un programa de reconocimiento de código abierto.
Sus costos han disminuido permitiendo incorporarlos en diferentes robots, que requieren detección de colores y reconocimiento de formas y objetos, para realizar aplicaciones como el seguimiento de objetos que están en movimiento.
Actuadores o motores
Actuadores de los robots
Motores de los robots
Motores de corriente continua:
Estos motores son los más usados en aplicaciones de robótica, funcionan gracias al alineamiento de dos campos magnéticos. Entre las características para realizar la selección del motor adecuado se encuentran:
Las revoluciones por minuto o rpm: corresponde al número de vueltas o rotaciones en cada minuto.
Fuerza nominal: es la cantidad de fuerza que se debe aplicar a un eje que gira sobre si mismo a cierta velocidad.
Los motores empleados en robótica generalmente son moto reductores, estos son motores que tienen un reductor de velocidad directamente conectados.
Los motorreductores generalmente contienen un engranaje en la entrada del reductor ubicado directamente en la flecha del motor.
Cerebro del robot o controlador
Controladores de los robots
Cerebros de un robot
Los controladores de los robots, son los cerebros que recogen toda la información del exterior recogida por los sensores y dependiendo del programa, realizan diferentes tareas, controlando el movimiento de los motores y definiendo el funcionamiento de los diferentes dispositivos de salida.
Los principales tipos de controladores empleados en la actualidad son:
Arduino:
Es una plataforma que esta conformado por una tarjeta electrónica que tiene un microcontrolador que se puede reprogramar con código abierto.
Al contar con diferentes pines de entrada y salida, es fácil la conexión entre los sensores, los actuadores y el microcontrolador.
Otra de las ventajas de Arduino es que tiene un diseño de hardware abierto lo cual permite que diferentes fabricantes puedan diseñar sus propias tarjetas, ya que el acceso a la información sobre sus diferentes partes es abierta.
Las placas de Arduino cuentan con un microcontrolador ATMEL; aunque debido a su éxito en la actualidad se tienen diferentes tipos de placas, que se pueden seleccionar dependiendo de las necesidades del proyecto.
Microcontroladores:
Son dispositivos reprogramables, está compuesto por diferentes partes, una unidad central de procesamiento (CPU), unas memoras RAM y ROM y unos puertos de entrada y salida.
Mediante el programa almacenado se logra definir las funciones que realiza, controlando la información de los puertos de entrada (en el caso de la robótica sensores) y enviando información a los actuadores (generalmente motores y motorreductores).
En la memoria se almacena el programa y en la CPU es en donde se procesan paso a paso las diferentes instrucciones del programa.
Dependiendo del uso del dispositivo se tienen diferentes características como la velocidad del procesador, el número de puertos de entrada y salida y la capacidad de la memoria.
Entre las marcas y referencias de microcontroladores más usados se encuentran: Microchip, Atmel, Freescale, Motorola y Texas Instruments.
Raspberry Pi:
Es una tarjeta con microcontrolador y memoria, de un tamaño pequeño, se puede considerar un ordenador de pequeño tamaño.
Es reprogramable, lo que permite que se pueda utilizar en diferentes aplicaciones, entre estos la robótica. Una de las ventajas de esta tarjeta es que ya tiene incluida dos puestos USB, un puerto Ethernet y una salida HDMI, lo que permite conectar la placa a otros dispositivos y a internet.
Programa o software de control del robot
Programas de control en un robot
Programación de los robots
El programa de un robot es el conjunto de instrucciones que permite que el robot realice diferentes tareas o labores de forma autónoma. Para lograr el funcionamiento un robot tiene algo similar a un cerebro, esto corresponde al controlador, el cual en su memoria contiene un programa, elaborado dependiendo de la función del robot.
Por ejemplo, un robot que tiene como función la búsqueda de una luz intermitente, debe tener un sensor de luminosidad que envíe al cerebro o controlador, la información sobre la cantidad de luminosidad, en la medida que el robot se mueva, esta información irá cambiando.
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