Prologo Agradecimientos 1. INTRODUCCION 1.1. Inicios y desarrollo de la Cibernética 1.2. La Teoría de Sistemas de Control Autorregulados 1.2.1. La definición de sistema y su modelado 1.2.2. Componentes de un sistema de regulación 1.3. Disciplinas relacionadas con la Cibernética 2. CONCEPTOS BASICOS DE ROBOTICA 2.1. ¿Qué es un robot? 2.2. Robots estacionarios 2.2.1. Caracteríisticas de los robots manipuladores industriales 2.2.2. Aplicaciones de los robots industriales 2.2.3. Nuevos sectores de aplicación 2.3. Robots móviles 2.3.1. Vehículos AGV 2.3.2. Robots móviles autónomos 3. SISTEMAS DE LOCOMOCION DE ROBOTS 55 3.1. Métodos de locomoción de robots terrestres 3.1.1. Locomoción mediante patas 3.1.2. Locomoción mediante ruedas 3.1.3. Locomoción mediante orugas 3.1.4. Sistemas híbridos de locomoción 3.2. Sistemas de locomoción con ruedas 3.2.1. Sistema motriz diferencial 3.2.2. Sistema motriz Ackerman 3.2.3. Sistema motriz síncrono 3.2.4. Sistema motriz diferencial dual 3.3. La estructura mecánica de los robots 3.4. Cinemática de robots móviles 3.4.1. Problema cinemático directo e inverso 3.4.2. Cinemática directa de un robot con sistema motriz diferencial 3.4.2.1. Análisis de casos singulares 3.4.2.2. Odometría 3.4.2.3. Consideraciones finales sobre el modelo 3.4.3. El problema cinemático inverso 4. HARDWARE DE CONTROL 85 4.1. Lógica cableada vs. lógica programada 4.1.1. Lógica cableada 4.1.2. Lógica programada 4.2. Microcontroladores 4.2.1. Criterios de selección de microcontroladores 4.2.2. Microcontroladores empleados en Robótica móvil 4.3. Computadores en placa 4.3.1. La Intelligent Interfaz de fischertechnik 4.3.2. PC-104 4.4. Computadores de propósito general 5. CONTROL DE ROBOTS MOVILES 105 5.1. El control global de robots autónomos 5.1.1. El entorno de trabajo de los robots autónomos 5.1.1.1. Entornos estructurados 5.1.1.2. Entornos semiestructurados 5.1.1.3. Entornos no estructurados 5.1.2. Características del control de un robot móvil 5.2. Programación: robots vs. proceso de datos 5.3. Arquitectura de controladores en un robot autónomo 5.3.1. Control continuo de velocidad en bucle abierto 5.3.2. Control continuo proporcional en bucle cerrado 5.3.3. Control continuo mediante el controlador PID 5.3.4. Controladores continuos ((todo/nada)) 5.3.5. Saturación, zona muerta y holgura 5.4. Paradigmas de control global de robots autónomos 5.4.1. Paradigma Funcional 5.4.2. Paradigma Basado en Comportamientos 5.4.2.1. Ventajas de las arquitecturas reactivas 5.4.2.2. Debilidades de las arquitecturas reactivas 5.4.3. Arquitecturas de control híbridas o de tres capas 6. PROGRAMACION DE ROBOTS MOVILES 6.1. Introducción 6.2. Métodos de programación de robots 6.2.1. Programación de robots industriales de manipulación 6.2.2. Programación de robots móviles 6.2.3. Sistemas Operativos empleados en Robótica 6.2.3.1. Robots con SO multitarea de propósito general y RTOS 6.2.3.2. Sistemas Operativos específicos de robots 6.2.3.3. Arquitecturas software para control de robots 6.3. El robot educativo Edubot 6.3.1. Actuadores en el robot Edubot 6.3.2. Sensores en el robot Edubot 6.3.3. Los comportamientos primitivos de Edubot 6.4. Los comportamientos como módulos de control 6.5. El módulo de arbitraje 6.6. Tolerancia a fallos 6.7. Concurrencia en el control de robots móviles 6.8. Programación de comportamientos 6.8.1. Implementación de comportamientos continuos 6.8.2. Implementación de comportamientos secuenciales 6.8.3. Implementación del módulo de arbitraje 6.9. Programación textual de robots con Interactive C 6.9.1. El programa principal del robot 6.9.2. El comportamiento ((avanzar)) 6.9.3. El comportamiento ((polilla)) 6.9.4. El comportamiento ((escapar)) 6.9.5. El módulo de arbitraje 6.10. PBC de robots con LLWin 6.10.1. Características principales de LLWin 6.10.2. Programación de un robot Zombi mediante LLWin 6.10.3. Programación secuencial de control basado en comportamientos con prioridad fija 6.10.4. Programación con almacenamiento de estado 6.11. Sensores diferenciales y comportamientos asociados 6.11.1. Comportamientos ((home)) y ((rastrear)) 6.11.2. Comportamiento ((evitar)) 6.12. Otros comportamientos elementales 6.12.1. Escape ante un muro 6.12.2. Seguimiento de un muro 6.12.3. Confinamiento y evitaci´on de una región 6.12.4. Exploración de una región 6.12.4.1. Exploración determinista de un área 6.12.4.2. Exploración probabilística de un área 7. SISTEMAS SENSORIALES 7.1. Los sensores en los sistemas autorregulados 7.1.1. Detectores y transductores 7.1.2. Conversión Analógica/Digital 7.1.3. Interfaces de E/S 7.2. Características de los sensores 7.3. Detectores de contacto 7.3.1. Aplicaciones de los detectores 7.3.2. Interruptores gravitatorios 7.3.3. Circuitos de interfaz 7.4. Sensores ópticos y ultrasónicos 7.4.1. La fotorresistencia 7.4.2. El fotodiodo y el fototransistor 7.4.3. Detectores ópticos de proximidad 7.4.4. Sensores de movimiento 7.4.5. Sensores de ultrasonido 7.5. Codificadores de posición 7.5.1. Codificadores ópticos absolutos 7.5.2. Codificadores ópticos incrementales 7.6. Otros sensores empleados en robótica 7.6.1. Micrófonos 7.6.2. Cámaras de visión 7.6.3. Láser de rango 7.6.4. Brújulas e inclinómetros 7.6.5. GPS 8. DISPOSITIVOS DE ACTUACION 8.1. Actuadores en Robótica 8.1.1. Solenoides 8.1.2. Relés electromecánicos 8.2. Principios de funcionamiento de motores CC 8.2.1. Ley de Lorentz 8.2.2. Ley de Faraday 8.2.3. Funcionamiento de un motor CC?PM 8.3. Análisis del comportamiento de motores CC?PM 8.3.1. Intensidad y velocidad angular en función del par motor 8.3.2. Potencia mecánica y eficiencia en función del par motor 8.3.3. Influencia de la tensión de alimentación 8.4. Selección de motores eléctricos comerciales 8.5. Control de motores eléctricos y dispositivos de conmutación 8.5.1. El puente en H 8.5.2. Control de motores mediante PWM 8.6. Otros motores CC empleados en Robótica móvil 8.6.1. Motores servo RC 8.6.2. Motores ((paso a paso)) 9. SISTEMAS MECANICOS DE TRANSMISION DE POTENCIA 9.1. Acoplamientos entre motores y ejes motrices 9.2. Engranajes 9.3. Reductoras 9.3.1. Trenes de engranajes 9.3.2. Otras reductoras 9.4. Cadenas y correas de transmisión 9.5. Transformación entre movimiento lineal y de giro 10. ALIMENTACION ELECTRICA DE SISTEMAS AUTONOMOS 10.1. Introducción 10.2. Pilas eléctricas 10.2.1. Funcionamiento de una pila eléctrica 10.2.2. Características de las pilas eléctricas 10.2.3. Baterías para robots 10.3. Regulación de potencia 10.3.1. Reguladores lineales de tensión 10.3.2. Reguladores conmutados de tensión 10.4. Ruido eléctrico Bibliografía Páginas web Indice alfabético
Cuando a mediados de los años 40 del siglo XX Norbert Wiener publicó un libro sobre la Cibernética ya se intuía que la humanidad estaba ante una revolución tecnológica con una influencia sin parangón en la Historia, tanto sobre la vida cotidiana de las personas como en el modo de concebir la relación entre los seres humanos y las máquinas. En la actualidad la multitud de disciplinas relacionadas con la Cibernética como la Informática, Robótica, Control Automático, Inteligencia Artificial... hace imposible abarcar en una única obra tal extensión de conocimientos. En este texto el objetivo es el acercamiento a todas estas disciplinas desde una perspectiva práctica en la que se escoge uno de los problemas tratados por los primeros estudiosos del tema. Con este fin se ha elegido el trabajo con robots móviles educativos por tratarse de una aplicación que suscita motivación y grandes dosis de fascinación entre los interesados en áreas técnicas. A lo largo del texto se aborda la construcción de robots educativos empleándolos como plataforma de experimentación y estudio de los sistemas autorregulados. Con ello se ha pretendido ofrecer un texto introductorio para todo aquel estudiante interesado en el control de robots autónomos y áreas tecnológicas afines.
