Máquinas Automáticas y Sistemas de Control
Una máquina es un conjunto de piezas móviles unidas entre sí y capaces de transmitir una fuerza desde una fuente de energía hasta el punto donde es aplicada.
Máquina Automática
Es capaz de realizar por sí sola, sin intervención humana, determinadas acciones y repetirlas cuando se den condiciones específicas, las cuales son captadas por un sensor.
Sistemas de Control
Es una máquina automática capaz de captar una magnitud física de su entorno, compararla con un valor prefijado y poner en marcha los actuadores necesarios. Existen dos tipos:
- Lazo cerrado (con realimentación): Se toman continuamente muestras de la variable a controlar.
- Lazo abierto: Carecen de retroalimentación; se consideran sistemas simples y más automáticos.
¿Qué es un Robot?
Es un artilugio que capta información del mundo físico que le rodea a través de sensores, procesa los datos digitalmente siguiendo un programa y realiza las acciones pertinentes mediante actuadores.
Clasificación de Robots
- Androides: Tienen forma humana e imitan su comportamiento.
- Móviles: Pueden desplazarse mediante ruedas, patas o hélices.
- Poliarticulados: Poseen brazos articulados:
- Play-back: Controlados mediante mandos remotos (cadenas de montaje).
- Controlados por sensores: Funcionan en lazo cerrado.
- Adaptables: Pueden reprogramarse y calibrarse.
- Inteligencia Artificial: Toman decisiones y resuelven problemas complejos.
Electromagnetismo y Motores DC
Un electroimán es un hilo conductor enrollado sobre un núcleo ferromagnético. Un solenoide tiene varias capas de espiras, llamadas bobina. La intensidad de la corriente depende del número de espiras. Christian Oersted demostró que cuando una corriente eléctrica pasa por un conductor, este se comporta como un imán.
Funcionamiento de un Motor DC
Un motor de corriente continua convierte la energía eléctrica en energía mecánica de giro y consta de dos partes:
- Parte fija: Formada por un imán.
- Parte móvil: Recibe corriente a través de escobillas y el colector.
Para controlar estos motores se pueden utilizar:
- Transistores: Para controlar la corriente.
- Relés: Para encender o apagar aparatos de gran potencia.
Inversión del sentido de giro
Para cambiar el sentido de giro, se debe invertir la polaridad de la alimentación:
- Uso de un conmutador doble o relé de dos circuitos.
- Empleo de un puente en H (L293D), formado por 4 transistores.
Sensores y Componentes
Sensores de Proximidad
Incluyen finales de carrera y pulsadores. Son interruptores accionados por contacto mecánico. Se pueden conectar con resistencias de pull-up o pull-down. Poseen tres terminales: COM (común), NA (normalmente abierto) y NC (normalmente cerrado).
Sensores Magnéticos (Tipo Reed)
Consisten en un par de láminas metálicas que se unen en presencia del magnetismo de un imán. Detectan la posición sin contacto físico.
Sensores Capacitivos
Detectan fuerzas de origen eléctrico producidas por la proximidad de un objeto. Con Arduino, se pueden fabricar conectando una resistencia de 1MΩ entre dos pines y papel aluminio.
Sensores de Ultrasonidos
Utilizan señales acústicas (20 kHz – 400 kHz). Emiten un pulso que rebota en el objeto; midiendo el tiempo de ida y vuelta, calculan la distancia sin contacto.
Servomotores
Constituidos por un motor, engranajes reductores, un potenciómetro para determinar la posición del eje y una placa electrónica de control.
Relés
Dispositivo electromecánico que permite controlar un circuito de alta potencia mediante uno de baja potencia. Separan eléctricamente ambos circuitos. Debido a su consumo, a menudo requieren un transistor para ser activados por un microcontrolador como Arduino.
Señales Periódicas y Espectro Electromagnético
Las ondas electromagnéticas son generadas por la oscilación de partículas con carga eléctrica. Se propagan incluso en el vacío a la velocidad de la luz.
Parámetros de la onda
- Longitud de onda (λ): Distancia entre dos crestas.
- Amplitud (A): Distancia entre el punto más bajo y el más alto.
- Frecuencia (f): Número de oscilaciones en un segundo (Hercios).
- Período (T): Tiempo que tarda en completarse una oscilación (inversa de la frecuencia).
El espectro electromagnético está formado por todas las ondas electromagnéticas clasificadas según su frecuencia o longitud de onda.