EXPECTATIVA DE UN ROBOT (SOFTWARE)

Chasis o esqueleto del robot

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,  atmósferas 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.

 Sensores o receptores de estimulos

Todo robot debe tener un desenvolvimiento  adecuado gracias a los estímulos  externos que recibe del exterior. Para estos los sensores deben ser adecuado a la tarea a realizar y colocados de manera estratégica sobre la estructura. Los principales tipos de sensores son:

• Sensor infrarrojo.- Mide distancia, basado en un sistema de emisión/recepción de radiación en el espectro de los infrarrojos (menor que las ondas de radio y mayor que la luz).
• Sensor de proximidad (Rango).- Se utilizan para la detección de presencia de obstáculos sin necesidad de contacto y se utilizan para medir distancias. Esta información es de vital importancia en los robots, especialmente si se mueven en entornos no estructurados que requieran de la capacidad para construir mapas del entorno y evitar obstáculos cercanos.
• Sensor de ultrasonido.- Son muy frecuentes en los robots móviles (particularmente) y de forma significativa en los AUVs (Vehículos autónomos bajo el agua) por sus buenas propiedades de medición en entornos acuáticos y sirven para detectar objetos y medir distancias. Se utilizan para construir mapas del entorno y evitar obstáculos.
• Sensor de telemetrìa.- Esta basado en la tecnología LIDAR (de los términos «light» y «radar»). El sensor emite un rayo láser, que rebota sobre objetos de manera no especular para calculara distancia a un objeto. El receptor (dentro del propio sensor) recibe el rayo devuelto, y mediante el tiempo de vuelo se calcula la distancia al objeto apuntado.Dada la gran velocidad de la luz, el rayo es devuelto en muy poco tiempo, lo que permite hacer un barrido 2D o 3D para obtener más datos del entorno.

Tarjeta de control o cerebro del robot

Para que exista el movimiento o acción del robot por parte de los estímulos externo, se hace a través de un lógica de control que rije el comportamiento de la maquina. Por lo general se trata de sistemas basado en microcontroladores que programados de manera conveniente resuelven de forma optima los objetivos de una aplicacion. Hoy en dia ya viene insertados en tarjetas de desarrollo de múltiple propósito como por ejemplo las tarjetas Arduino que no es mas que una placa compuesta por microcontroladores y microprocesadores.

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

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.

El programa del robot realiza entonces el calculo de esta medida para medir la cercanía de la fuente de luz, el programa también determina si el robot debe girar a la derecha o la izquierda, avanzar o retroceder.

Esta es la función del programa, determinar con base en la información que le llega de los sensores, cual debe ser el movimiento del robot enviando señales de control a los actuadores o motores.

Dependiendo el tipo de controlador empleado (Arduino, microcontrolador o similares), se cuentan con diferentes entornos de desarrollo, que son los que permiten realizar la creación del programa que se almacenará en el controlador, para manejar las diferentes partes del robot.

Cada programa se diseña dependiendo de la utilidad y funcionalidad del proyecto o del robot especifico.