Robótica, estructura y movimientos

Explica con tus palabras qué es un robot y qué tres capacidades lo definen (moverse mecánicamente, ser programable y actuar sobre su entorno). Razona por qué un brazo robotico industrial es un robot pero una cinta transportadora fija, aunque se mueva, no lo es.

Relaciona cada descripción con su tipo de robot: (1) brazo fijo al suelo que suelda carrocerías, (2) máquina con ruedas que transporta cajas por un almacén y (3) brazo ligero que trabaja junto a personas sin valla de seguridad, con: (a) robot móvil, (b) robot colaborativo y (c) robot manipulador industrial.

Un robot colaborativo puede compartir mesa de trabajo con una persona. Explica qué dos medidas de seguridad lo hacen posible (limitar su fuerza y velocidad, y detenerse al detectar un contacto inesperado) y por qué un robot industrial convencional necesita, en cambio, una jaula o valla.

Explica qué es un grado de libertad (GDL) de un robot: cada movimiento independiente que puede hacer una articulación. Pon dos ejemplos: una puerta con bisagras (un solo GDL) y tu propio brazo, que tiene muchos, y razona por qué más GDL significan más posturas posibles.

Las articulaciones de un robot pueden ser de rotación (giran, como un codo) o lineales, también llamadas prismáticas (se estiran, como un cajón). Explica la diferencia y pon un ejemplo cotidiano de cada tipo de movimiento.

Un brazo robot tiene una base que gira sobre sí misma, una articulación en el «hombro», otra en el «codo» y una muñeca que rota. (a) Cuenta sus grados de libertad. (b) Explica qué movimiento aporta cada articulación a la posición y orientación del efector final. (c) Razona por qué no podría orientar la pinza en cualquier dirección sin la muñeca rotatoria.

Entre el motor y la articulación de un robot casi siempre hay una reductora. Explica por qué: los motores eléctricos giran muy rápido con poco par, y las articulaciones necesitan justo lo contrario (poca velocidad y mucho par), y la reductora hace esa conversión.

La articulación de un robot la mueve un motor de $3000\ \text{rpm}$ a través de una reductora de relación $50:1$. (a) Calcula la velocidad de giro de la articulación. (b) Si el motor da un par de $0{,}2\ \text{N} \cdot \text{m}$, calcula el par ideal a la salida de la reductora y el real con un rendimiento del $80\ \%$. (c) Explica qué se ha ganado y qué se ha perdido al intercalar la reductora.

El brazo horizontal de un robot mide $0{,}5\ \text{m}$ y sostiene una carga de $2\ \text{kg}$ en su extremo. (a) Calcula el par que debe resistir la articulación del hombro debido a la carga, $\tau = m \cdot g \cdot d$, con $g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$. (b) Razona qué ocurre con ese par cuando el brazo se pliega (la carga se acerca al eje de la articulación) y por qué la posición horizontal es la más desfavorable. (c) Explica qué dos datos del motor y la reductora comprobarías para saber si la articulación puede con esa carga.

Explica qué es el efector final de un robot (la «herramienta» que lleva en la muñeca y que realiza la tarea) y nombra tres efectores distintos con la tarea que realiza cada uno: pinza, ventosa y antorcha de soldar.

Los sensores de un robot pueden ser propioceptivos (informan del propio robot) o exteroceptivos (informan del entorno). Clasifica estos sensores: (a) el encoder que mide el ángulo de una articulación, (b) una cámara, (c) un sensor de contacto en la pinza y (d) el giroscopio que mide la inclinación del chasis.

Para cada tarea de un robot móvil, elige el sensor adecuado y justifícalo: (a) seguir una línea pintada en el suelo (sensores ópticos de reflexión); (b) no chocar con personas ni estanterías (ultrasonidos o láser de distancia); (c) coger un objeto sin aplastarlo (sensor de presión en la pinza). Indica en cada caso si es propioceptivo o exteroceptivo.