Fundamentos de Programación, Automatización y Robótica

1. Fundamentos de la programación. Los algoritmos solucionan muchos problemas, por tanto, hay que aprender a programar algoritmos. Un programa es una secuencia de instrucciones entendibles por un ordenador que permiten la realización de las acciones para las que ha sido creado. Para escribir un programa se utilizan los lenguajes de programación. Un lenguaje de programación es un conjunto de símbolos y palabras que el usuario tiene a su disposición para elaborar un programa. Los programas se escriben en código fuente. Este código no lo puede entender directamente el ordenador y debe ser traducido al lenguaje máquina o código binario. Para esta transformación del código se usan los compiladores e intérpretes. Estos convierten las instrucciones del programador en instrucciones comprensibles por un ordenador y generan el código objeto.

Formas de Traducir los Programas

1. Intérprete: Traduce línea a línea el código fuente a código máquina y para si hay error.
2. Compilador: Traduce todo el archivo fuente a código objeto y muestra posibles errores.

Lenguaje máquina: Lo entiende directamente el ordenador. Utiliza el código binario, que consiste en una serie de ceros y unos que forman cadenas binarias con las que se elaboran instrucciones que el ordenador procesa.

Software de programación / IDE (Integrated Development Environment): Conjunto de herramientas y lenguajes que permiten crear y modificar programas informáticos usando lenguajes de programación. Facilita programar porque permite crear o modificar código fuente, compilar, depurar errores y corregirlos.

Algoritmos y Diagramas de Flujo

2. Algoritmos. Diagramas de Flujo.

Algoritmo: Sucesión de pasos que se deben llevar a cabo para resolver un problema.

Diagramas de flujo u organigramas: Gráficos utilizados para representar un algoritmo. Los diagramas de flujo utilizan símbolos que permiten reflejar cada uno de los pasos que se deben seguir para diseñar un programa.

• Terminal: Comienzo o fin del desarrollo de un algoritmo.
• Proceso: Representa cada una de las acciones que hay que realizar para desarrollar el algoritmo.
• Decisión: Cuando es necesario decidir entre 2 o más opciones.
• Entrada/Salida de Información: Cuando es necesario presentar datos o resultados.
• Pantalla: Se usa cuando la información está en pantalla.
• Línea de Flujo: Orden en que se desarrollan las acciones.

Sistemas Automáticos

8. Sistemas Automáticos

Automatismo: Mecanismo o máquina que realiza una tarea concreta, su funcionamiento no se puede modificar.

Robot: Máquina automática programable capaz de captar información de su entorno, procesarla y actuar en consecuencia.

Opciones para Controlar Procesos que Realizan los Robots

• Con un ordenador:
  • Dispone de mucha memoria.
  • Coste elevado.
  • Consume y ocupa mucho.
  • Es necesario añadirle una tarjeta de adaptación de las señales que pueda adaptar dichas señales del ordenador al sistema controlado y viceversa.
• Con un microcontrolador: Circuito integrado programable que en un solo chip reúne todas las funcionalidades básicas.
  • Coste menor que un ordenador.
  • Consume poco.
  • Podemos conectar sensores y actuadores.
  • El microcontrolador suele ir montado sobre una tarjeta controladora para realizar las conexiones de las entradas y salidas.

Sistemas de Control

9. Sistemas de Control

Sistema de control: Regula y controla el funcionamiento de un proceso para que funcione de manera prevista.

Tipos de Sistemas de Control

• Lazo abierto: No se tiene en cuenta la señal de salida en la acción de control. entrada → controlado → Actuador → Salida
• Lazo cerrado: La señal de salida se compara con la de entrada para corregir posibles errores y ajustar la acción de control al valor deseado. señal de entrada → comparador → controlador → Actuadores → Señal Salida → sensor

Elementos que Intervienen en un Proceso de Lazo Cerrado

Sensor | Comparador | Controlador | Actuador

Actuadores

Los principales elementos sobre los que actúa un microcontrolador son luces (LEDs, en la mayoría de los casos) y motores.

• Los motores de corriente continua convierten la energía eléctrica en mecánica y provocan el giro de un eje. Según la polaridad, éste girará en un sentido u otro.
• Los servomotores (o servos) son motores CC de precisión que tienen en su interior un motor con reductora de velocidad y un pequeño circuito de control que solamente permite el giro desde los 0 hasta los 180°.
• Los LEDs (o diodos LED) tienen polaridad, por lo cual han de conectarse correctamente el ánodo y cátodo. Necesitan una resistencia en serie de un valor aproximado de 220 Ω para poder soportar la corriente. Suelen conectarse uno a masa y el otro a una salida analógica o digital a través de la resistencia de protección.
• Un display de 7 segmentos es un componente electrónico que se utiliza para representar números. Cada segmento se conecta a un pin digital, de forma que para representar un número hay que encender la combinación de segmentos correspondiente.
• Una pantalla de cristal líquido o LCD (Liquid Crystal Display) es un dispositivo que sirve para presentar imágenes o caracteres. El número de pines y la conexión varían según el tipo de pantalla y lo que se quiera representar.
• Un zumbador es un transductor electroacústico que produce un sonido (zumbido) continuo o intermitente de un mismo tono. Se suele conectar a las salidas digitales y tiene polaridad.

Robótica

11. Robótica.

Clasificación en Función de su Uso:

• Industrial: Soldadura, movimiento de piezas, montaje y ensamblado, etc.
• Medicina: Técnicas médicas para tratar enfermedades y lesiones, prótesis, etc.
• Robótica marítima y aérea: Desarrollo de vehículos autónomos y no tripulados submarinos, drones aéreos, etc.
• Seguridad y defensa: Detección y desactivación de explosivos, vigilancia, etc.

Los grados de libertad de un robot son el número de movimientos independientes que puede realizar. Cuantos más grados de libertad tenga un robot, más difícil resultará programar sus movimientos, pero también más fácil será reproducir una trayectoria o llegar a una determinada posición. Las aplicaciones industriales normalmente requieren de seis grados de libertad como mínimo.

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