Cuestionario resuelto Tema 4.- Control y Robótica.
1.- ¿Qué es la mecanización?Mecanización es el uso de máquinas para reemplazar parcial o totalmente el trabajo humano o animal Es importante mencionar que a diferencia de la automatización que depende totalmente de un operador humano, la mecanización requiere la participación de una persona para proporcionar información o instrucción.1 Otra acepción hace referencia a todo aquello que requiere un poder de movimiento y un objeto sujeto a la operación, el cual debiese terminarse para que el trabajo esté hecho.2
Consiste en proveer a operadores humanos con maquinaria para ayudarles con los requerimientos físicos del trabajo. También puede referirse al uso de máquinas para reemplazar la labor manual o el uso de animales. El siguiente paso de la Mecanización es la Automatización.
El término es principalmente usado en el ámbito industrial. Con la aparición de Herramientas mecanizadas, como el torno propulsado por vapor se redujo drásticamente el tiempo necesario para llevar a cabo diversas tareas, mejorando la productividad. Hoy en día, muy pocas de las labores de construcción se llevan a cabo con herramientas manuales.
Dentro de las diferentes ramas que involucra la mecanización se encuentran:
La Mecanización agrícola
La Mecanización industrial
La Mecanización automotriz
La Mecanización marítima
2.- ¿En qué consiste la automatización?
La automatización industrial (automatización: del griego antiguoauto, ‘guiado por uno mismo’) es el uso de sistemas o elementos computarizados y electromecánicos para fines industriales. Como una disciplina de la ingeniería más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales. (Fuente Wikipedia).
El término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y procesos que operan con mínima, incluso sin intervención, del ser humano. Un sistema automatizado ajusta sus operaciones en respuesta a cambios en las condiciones externas en tres etapas: mediación, evaluación y control.
Esta tecnología incluye:
- Herramientas automáticas para procesar partes
- Máquinas de montaje automático
- Robots industriales
- Manejo automático de material y sistemas de almacenamiento
- Sistemas de inspección automática para control de calidad
- Control de reaprovechamiento y control de proceso por computadora
- Sistemas por computadora para planear colecta de datos y toma de decisiones para apoyar las actividades manufactureras
Las causas de la automatización son:
- Liberación de los recursos humanos para que realicen tareas que requieran mayores conocimientos
- Eliminación de trabajos desagradables – peligrosos
Los inconvenientes de la automatización es el incremento de costes fijos, incremento de mantenimiento, Reducción de flexibilidad de los recursos.
3.- ¿Qué es la robotización?
El objetivo principal de la robotización es la construcción de dispositivos que funcionen de manera automática y que realicen trabajos dificultosos o imposibles para los seres humanos. Es el paso siguiente a la automatización. Pasamos de sistemas automatizados a entes o máquinas autónomas capaces de desarrollar tareas que antes realizaban las personas. Estos robots disponen de un cierto grado de inteligencia artificial que les permite interactuar con el entorno y tomar decisiones en función de su programación.
4.- ¿Qué es un sistema de lazo abierto?
Se dice que un sistema esta a lazo abierto cuando las entradas no son afectadas o modificadas por los valores en las salidas de la planta. Son sistemas en los que la salida no afecta a la acción de control. En general son sistemas que siguen un programa establecido hasta terminar el proceso sin comprobar los resultados intermedios o los diferentes estados por los que pasa el sistema.
En un sistema en lazo abierto no se mide la salida ni se realimenta para compararla con la entrada. En cualquier sistema de control en lazo abierto, la salida no se compara con la entrada de referencia. Por tanto a cada entrada de referencia le corresponde una condición operativa fija; como resultado, la precisión del sistema depende de la calibración. Ante la presencia de perturbaciones, un sistema de control en lazo abierto no realiza la tarea deseada. En la práctica, el control en lazo abierto sólo se utiliza si se conoce la relación entre la entrada y la salida y si no hay perturbaciones internas ni externas. Es evidente que estos sistemas no son de control realimentado.
ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE LAZO ABIERTO
1. Elemento de control: Este elemento determina qué acción se va a tomar dada una entrada al sistema de control.
2. Elemento de corrección: Este elemento responde a la entrada que viene del elemento de control e inicia la acción para producir el cambio en la variable controlada al valor requerido.
3. Proceso: El proceso o planta en el sistema en el que se va a controlar la variable.
5.- ¿Qué es un sistema de lazo cerrado?
Los sistemas de control realimentados se denominan también sistemas de control de lazo cerrado. En la práctica, los términos control realimentado y control en lazo cerrado se usan indistintamente.
En un sistema de control en lazo cerrado, se alimenta al controlador la señal de error de actuación, que es la diferencia entre la señal de entrada y la salida de realimentación (que puede ser la señal de salida misma o una función de la señal de salida y sus derivadas o/y integrales) a fin de reducir el error y llevar la salida del sistema a un valor conveniente. El término control en lazo cerrado siempre implica el uso de una acción de control realimentando para reducir el error del sistema.
ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE LAZO CERRADO
1. Elemento de comparación: Este elemento compara el valor requerido o de referencia de la variable por controlar con el valor medido de lo que se obtiene a la salida, y produce una señal de error la cual indica la diferencia del valor obtenido a la salida y el valor requerido.
2. Elemento de control: Este elemento decide que acción tomar cuando se recibe una señal de error.
3. Elemento de corrección: Este elemento se utiliza para producir un cambio en el proceso al eliminar el error.
4. Elemento de proceso: El proceso o planta, es el sistema dónde se va a controlar la variable.
5. Elemento de medición: Este elemento produce una señal relacionada con la condición de la variable controlada, y proporciona la señal de realimentación al elemento de comparación para determinar si hay o no error.
Desde el punto de vista de las disciplinas que intervienen en cada uno de ellos, podemos decir que en una simple máquina es un conjunto de dispositivos mecánicos o mecanismos que realizan una función.
Un autómata está compuesto por dispositivos mecánicos y electrónicos combinados de forma que los dispositivos electrónicos controlan el movimiento de los mecanismos.
En los robot intervienen dispositivos mecánicos, electrónicos y una parte fundamental que es la informática mediante programas de inteligencia artificial que dotan al robot de un cierto grado de inteligencia y de autonomía.
Podemos decir pues que los robots son máquinas evolucionadas que han incorporado los nuevos avances en mecánica, electrónica, informática e inteligencia artificial. Entre ellos tenemos robots con capacidad de movimiento, con visión artificial, con sensibilidad táctil y otras capacidades.
7.- ¿Cúal es la definición de robótica?
Técnica que se utiliza en el diseño y la construcción de robots y aparatos que realizan operaciones o trabajos, generalmente en instalaciones industriales y en sustitución de la mano de obra humana.
La robótica es la rama de la Ingeniería mecatrónica, de la Ingeniería eléctrica, de la Ingeniería electrónica, de la Ingeniería mecánica, de la Ingeniería biomédica y de las ciencias de la computación que se ocupa del diseño, construcción, operación,disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.
La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, lainformática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física. Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables, la animatrónica y las máquinas de estados.
El término robot se popularizó con el éxito de la obra R.U.R. (Robots Universales Rossum), escrita por Karel Čapek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra la palabra checa robota, que significa trabajos forzados o trabajador, fue traducida al inglés como robot.
La palabra robot se usó por primera vez en 1921 en la obra de teatro R.U.R. Robot proviene de la palabra checa robota que significa trabajador. Nos empeñamos en construir robots por que son maquinas capaces de realizar tareas repetitivas con precisión.
9. ¿Cuáles son los componentes de los robots?
Los sensores,la unidad de control y los actuadores.
10.¿Qué son los actuadores?
Los actuadores que son aquellos elementos encargados de proporcionar la fuerza necesaria para dotar de movimiento a las articulaciones y extremidades del robot. Pueden ser hidráulicos, neumáticos o eléctricos, dependiendo de la fuerza y precisión que se quieran conseguir.
11. ¿Qué son los sensores?
Son los elementos encargados de captar información del exterior y transmitirla a la controladora para que realice las operaciones necesarias. Los sensores pueden ser de muchos tipos: de presión, de temperatura, de infrarrojos, de nivel de líquido, de ruido, etc. Los sensores nos permiten captar información del medio físico que nos rodea. Se encargar de medir las magnitudes físicas y transformarlas en señales eléctricas que pueden ser interpretadas por un microcontrolador que las convierte en valores discretos con los que realizar las operaciones y los cálculos necesarios.
12. ¿Qué es la unidad de control?
Es la que se ocupa de procesar la información que recibe de los sensores y tomar decisiones de acuerdo con ella. Generalmente es un ordenador el que se encarga de controlar los diferentes componentes del robot para que ejecute las acciones previstas. Dicho ordenador sueles ir unido a una controladora que dispone de una serie de entradas y salidas a través de las cuales recibe las señales de los sensores y envía instrucciones a los actuadores.
13.¿Qué son los actuadores neumáticos?
Los actuadores neumáticos son la fuente de energía es el aire comprimido. Ofrecen poca precisión en el posicionamiento y se usan en circunstancias en las que es suficiente el posicionamiento de dos estados, como en la apertura y el cierre de unas pinzas.
14.¿ Qué son los actuadores hidráulicos ?
Los actuadores hidráulicos. La fuente de energía es el aceite mineral a alta presión. Se emplean en robots de gran envergadura en los que se precisa una velocidad alta y la manipulación de cargas pesadas.
15.¿Cuál es la 1ª generación de robots?
Los robots manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.
16.¿Qué son los robots móviles?
Son Robots 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. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación.
17.¿Que son los robots industriales?
Los robots industriales componen una gran gama de tamaños y configuraciones. La configuración hace referencia a la forma física que le ha sido dada a los brazos. Podemos encontrar las siguientes configuraciones.
18.¿Qué son los robots cartesianos?
Este tipo de robot utiliza tres dispositivos deslizantes perpendiculares entre si, para generar movimientos de acuerdo a los tres ejes cartesianos X, Y y Z.
19.¿Qué son los robots cilíndricos?
Se basa en una columna vertical que gira sobre la base. También tiene dos dispositivos deslizantes que pueden generar movimientos sobre los ejes Z e Y.
20.¿Qué son los robots androides?
Son artilugios se parecen y actúan como si fueran seres humanos. Este tipo de robots ya existen en la realidad, aunque empezaron en el cine y la ficción.
- No servo-controlados. Son aquéllos en los que cada parte móvil tiene un número fijo de posiciones con topes, normalmente dos, y sólo se desplazan hasta situarse en ellos. Suelen ser de tipo neumático y resultan considerablemente rápidos y precisos.
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Servo-controlados. Cada elemento móvil cuenta con un sensor de posición, lineal o angular. La señal de éste se envía al sistema de control, que genera la orden de movimiento adecuada para el motor. Pueden ser detenidos en cualquier punto.
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Servo-controlados punto a punto. Para controlarlos únicamente se les indican las posiciones inicial y final de la trayectoria. El sistema de control calcula la trayectoria necesaria con unos algoritmos diseñados a tal efecto. Son capaces de memorizar posiciones.
22.- ¿Cuál es el sensor que puede recibir y emitir rayos infrarrojos y detectar su reflejo?
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