Controladores PID

Los controles automáticos son muy necesarios en muchos procesos ya sean en la industria manufactura, en la robótica, naves aeroespaciales, etc.

Para entender un poco mejor esto es necesario conocer algunos terminos elementales como son los siguientes:


Señal de salida u(t): Es la variable que se desea controlar.

Señal de referencia: Es la valor que se desea que  tenga la señal de salida (conocida tambien como set point).

Error: Es la diferencia de la señal de referencia a la señal de real.

Planta: Es el elemento fisico que se desea controlar., ya se un motor un tanque de agua etc,

Hay distintos tipos de controladores pero el más usado es el PID ya que cumplen con características de cada uno de los controladores.

Control  P: La salida que da es proporcional al error:

 u(t)= Kp e(t)

Control I: La salida es  que da es proporcional al error “acumulado”, por lo tanto su estabilización es mas lenta    

         

Control PD: Este tipo de control  es proporcional derivativa y se define con:

donde Td es una constante denominada tiempo derivativo, tiene el caracter de prevision l cual lo hace mas rapido  la estabilizacion pero tiene la desventaja de amplifica als señales de ruido.

Control PI: En el PI es de tipo proprocional derivativa y se define con:

donde Ti se denomina tiempo integral, y es quien ajusta la accion integral

Control PID: Este tipo de controlador es el mas utlizado por la misma razon de que posee las caracteristicas de los demas controladores  lo cuakl lo vuelve mas completa y mas funcoinal.

La ecuaicon de este controlador es una combinacion de las tres

Para el optimo funcionamiento de un controlador PID se requiere que por lo menos el sistema cuenta con un sensor (para determinar el estado del sistema), un controlador (generar la señal que gobierna el acutador) y unn actuador (que modifique la señal de manera controlada).




 la forma de funcionar que el sensor proporciona ya sea una señal digital o analogica la que representa la posicion actual en que se encuentre el sistema, luego el controlador lee una señal externa la cual es el punto a alcanzar  (punton de referencia) y la compara con la señal de de la posicion actual y dicha restos valores y este diferencia es la señal de error.

La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, si no que debe ser transformada para ser compatible con el actuador que usemos.






Para entender mejor este tipo de controlador  se puede dar el clasico ejemplo de una llave de agua. en el cual se quiere que salga agua tibia , por o tanto se abre la llave de agua caliente y comienza a elevarse al temperatura del agua hasta que se caleinta pero como se requiere que este tibia entonces se abre un poco la llave del agua fria hasta que se enfrie un poco, se gulan las llaves del aguas hasta que se alncance el nivel de temperatura deseado

En el siguiente link se puede apreciar  un videoo de una grafica en la cual se va estabilizando una señal de PID

http://www.youtube.com/watch?v=cUxCl0bJOg4&feature=related

algunos trabajos en clase

Esta clase no solo trata acerca de robotica como tal, de términos y formulas que momento causan trabajo comprender ya que son nuevas, sino tambien aqui se muestra una parte de la robotica en su mas simple expresión y de que nos referimos????...claro a los primeros diseños construidos con cualquier objeto común que aparentemente resultan cosas de niños pero en su momento esa creatividad  e imaginacion es un elemento realmente fundamental  ya que sin ella la mayoria de lo inventos que existen no se hubieran logrado

Contruccionde robot cartesiano

Maqueta de robot terminado

Aparte de la creatividad otro factor de gran importancia es el trabajo en equipo , ya que no todos tienen la mismas cualidades , y en lugar de observar las diferencias como limitantes, ayudan mcuho pra complementar las cosas y si poder dar al diseño mejorías que seran de gran beneficio en un apartado anterior se mostró un poco de análisis cinemático el cual pertenece en especifico a este diseño.

Se deja una muestra de un robot industrial construido con herramienta y materiales profesionales

Hemos elaborados ciertos programas para picaxe para empezzar a aprender la programacion los cuales se mostraran posteriormente funcionando, por lo mientras se muestra el diseño de la tarjeta

ensayo de 1unidad

La robótica tiene sus orígenes desde el comienzo de la humanidad ya que el ser  humano se ha empeñado en dar vida de manera artificial, para que estas creaciones cumplieran las tareas de los hombres ya fuera para tener mayor efectividad a tarea repetitiva y/o para realizar trabajos peligrosos; es de aquí de donde se deriva la palabra robot ya que provienen de un vocablo checo,  robota que significa “esclavo” o “trabajo forzado”. La  cual fue utilizada por primera vez por el escritor Karel Capek en su comedia R.U.R.


Principales automatas

Ya en términos industriales el primer robot fue un telecomunicador que su función era manipular material radiactivo sin que el operador estuviera en peligro y esto consistió en que el maestro (operador) permanecía seguro detrás de un cristal demasiado grueso por seguridad y el cual movía directamente al esclavo (manipulador) para que trabajara con el material radiactivo.

A estos telemanipuladores se le unió la industria submarina en los años 60 y después en los 70 la industria espacial.

Los primeros robots eran de configuración esférica. Este tipo de configuración consta de dos articulaciones de rotación y una en forma de lineal por lo tanto cuenta con tres grados de libertad.

La definición de un robot varia bastante de acuerdo al lugar pero al fin todos llevan la misma finalidad. Entre las definiciones que destacan están la de de Asociación Francesa de Normalización (AFNOR) en la que primero define lo que es un manipulador y después lo que es un robot ya que no considera que sean lo mimo.

“Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, artículados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es  multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lógico”

“Robot: manipulador automático, servocontrolado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectorias variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno.  Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.”

Y según la Federacion internacional de Robotica (IFR) describe que

Un  robot industrial de manipulación es maquina de reprogramación programable y multifuncional con tres o  mas ejes  que pueden posicionar o orientar materias piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en la diferentes etapas de producción industrial, ya sea en posición fija o movilizas

Clasificación de los robots según AFRI

Tipo A: Manipulador con control manual o telemando.

Tipo B: Manipulador automático con ciclos pre ajustados: regulación mediante fines de carrera o topes; control por PCL; accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico.

Tipo C: Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece de conocimientos sobre su entorno.

Tipo D: Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de éstos.






Clasificación de los robots industriales en generaciones

1 Generación: Repite la tarea programada secuencialmente. No toma en cuenta las posibles alteraciones de su entorno.
2 Generación: Adquiere información limitada de su entorno y actúa en consecuencia. Puede localizar, clasificar y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en consecuencia.

3 Generación: Su programación se realiza mediante el empleo de un lenguaje natural. Posee capacidad para la planificación automática de tareas.

Robot industrial: como un brazo mecánico con capacidad de manipulación y que incorpora un control más o menos complejo.

Un sistema robotizado: engloba todos aquellos dispositivos que realizan tareas de forma automática en sustitución de un ser humano y que pueden incorporar o no a uno varios robots.

Clasificación de los robots  según la IFR

Robot secuencial.

Robot de trayectoria controlable.

Robots adaptativo.

Robot telemanipulador

Robots de servicio: Dispositivos electromecánicos móviles o estacionarios, dotados normalmente de uno a varios brazos mecánicos independientes, controlados por un programa de ordenador y que realizan tareas no industriales de servicio. En este tipo de robots se excluyen los telemanipualdores ya que estos son controlados directamente por el operador

Robots teleoperados: Dispositivos robóticos con brazos manipuladores y sensores y cierto grado de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera directa o a través de un ordenador .Por ejemplo

Funcionoides

Humanoides

Insectoides

Robots domésticos Robots submarinos

  

CINEMATICA

Cinematica

La cinemática es la ciencia que trata el movimiento de los objetos sin tener en cuenta las fuerzas o momentos que lo producen. Estudia la posición, velocidad, aceleración y otras derivadas, con respecto al tiempo o cualquier otra/s variables. Con la cinemática de un manipulador se estudian las relaciones entre la posición y orientación cartesiana del efector final del manipulador y variables de junta (o de las articulaciones).

Cinemática de robots paralelos
La cinemática del robot estudia el movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. La cinemática se interesa por la descripción analítica del movimiento espacial del robot como una función del tiempo, y en particular por las relaciones entre la posición y la orientación de la herramienta del robot con los valores que toman sus coordenadas de sus articulaciones.
La cinemática se dividen en dos tipos: cinemática directa y cinemática inversa (Gogu,2008)

Cinemática Directa
La cinemática directa determina la posición de la plataforma móvil a partir de las coordenadas articuladas conocidas

Cinemática Inversa
Resuelve la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación conocidas del extremo

EJEMPLO CON  MANIPULADOR PPP

Análisis Directo

Conociendo      a, b, c, h                                                        Incógnitas  x=?

                        S1, S2 ,S3                                                                      y=?

                                                                                                               z=?

x= S₁  + a

y= S₂  +  b

z= h – ( S₃ + c)

Análisis Inverso

Conociendo     a, b, c                                                            Incógnitas: S₁=?

                        x, y ,z                                                                             S₂=?

                                                                                                              S₃=?

De ecuación 1 se despeja S₁

S₁= x - a

De ecuación 2 se despeja S₂

S₂= y - b

De ecuación 3 se despeja S₃

S₃= h – z – c

sensores

sensores

Todos las personas tiene la necesidad de comunicarse entre si y con el medio, esto lo hacen por medio de señales, emisores y receptores, así a su vez los robots para poder desempeñarse necesitan saber en que condiciones se encuentran y para lograr conocer esto necesitan dispositivos que le digan las condiciones del medio en el cual están y esto lo consiguen por medio de sensores para dar la respuesta mas adecuada.

Y que es un sensor?
Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo:
• Luz (con su gama de espectro: visible, infrarroja, ultravioleta)
• Sonido y ultrasonido
• Gravedad (inclinación, posición)
• Temperatura
• Humedad
• Presión y/o fuerza
• Velocidad
• Magnetismo
• Ubicación
• Proximidad
• Distancia

Jerk

Jerk:
El jerk conocido también conocido como la derivada de la aceleración es muy utilizado en el estudio de la cinematica de los robots debido al efecto que provoca en dichos mecanismos, ya que no solamente basta con conocer la posición, velocidad y la aceleración sino tambien el jerk.
Y nos preguntaremos que es el jerk?
El jerk es conocido como el “tiron” que sufre un mecanismo cualquier objeto debido al cambio brusco de aceleración, esto aparentemente podría no tener efectos perjudiciales pero resulta lo contrario.

Protocolo usb

Protocolo usb

Descripción del sistema USB
El USB es un bus punto a punto: dado que el lugar de partida es el host (PC o hub), el destino es un periférico u otro hub. No hay más que un único host (PC) en una arquitectura USB. Los PC estándar tienen dos tomas USB, lo que implica que, para permitir más de dos periférico simultáneamente, es necesario un
hub. Algunos periféricos incluyen un hub integrado, por ejemplo, el teclado USB, al que se le puede conectar un Mouse USB.

Los periféricos comparten la banda de paso del USB. El protocolo se basa en el llamado paso de testigo (token). El ordenados proporciona el testigo al periférico seleccionado y seguidamente, éste le devuelve el testigo en su respuesta. Este bus permite la conexión y la desconexión en cualquier momento sin necesidad de apagar el equipo.

Las principales características del bus son :
• Banda de paso, disponibilidad desde algunos kilobits a varios megabits;
• Transferencia isócrona y asíncrona en el mismo bus
• Varios tipos de periféricos en el mismo bus
• Posibilidad de conectar hasta 127 perifericos
• Tiempo de respuesta garantizado (para audio y vídeo)
• Flexibilidad a nivel de banda de paso
• Fiabilidad, control de errores
• Coste reducido en la versión de baja velocidad (1,5 Mbits/s)
• Posible expansión del bus

Tipos de transferencias
El enlace virtual (pipe) puede ser de cuatro tipos:
Control: Modo utilizado para realizar configuraciones: existe siempre sobre el Punto terminal 0 (EndPoint 0). Todos los dispositivos USB deben soportar este tipo de transferencia.
Los datos de control sirven para configurar el periférico en el momento de conectarse al USB. Algunos drivers específicos pueden utilizar este enlace para transmitir su propia información de control. Este enlace no tiene pérdida de datos, puesto que los dispositivos de detección de recuperación de errores están activos a nivel USB.
Bulk: Este modo se utiliza para la transmisión de importantes cantidades de información. Como el tipo control, este enlace no tiene pérdida de datos. Este tipo de transferencia es útil cuando la razón de transferencia no es critica como por ejemplo , el envió de un archivo a imprimir o la recepción de datos desde un escáner.
En estas aplicaciones, la transferencia es rápida, pero puede espera si fuera necesario.
Solo los dispositivos de media y alta velocidad utilizan este tipo de transferencia.
Interrupt, modo utilizado para transmisiones de pequeños paquetes, rápidos, orientados a percepciones humanas (ratón, punteros).
Este tipo de transferencia son para dispositivos que deben recibir atención periódicamente y lo utilizan los dispositivos de baja velocidad. Este tipo de transmisión garantiza la transferencia de pequeñas cantidades de datos. El tiempo de respuesta no puede ser inferior al valor especificado por la interfaz. El ratón o cualquier otro dispositivo apuntador es una aplicación típica de este modo de transmisión.
Isochronous o Flujo en tiempo real: modo utilizado para la transmisión de audio o video comprimido. Este tipo de transmisión funciona en tiempo real. Este es el modo de mayor
prioridad.
La transmisión de la voz es un ejemplo de esta aplicación. Si ésta no se transmite correctamente, pueden llegar a oírse parásitos (glich) y la aplicación puede detectar ciertos errores de los llamados underruns


Referencia
www.i-micro.com/pdf/articulos/usb.pdf

Tipos de robots

Los robots se han clasificado de diferentes maneras como por ejemplo. por el tipo de energía que emplee o por si arquitectura, por la generación , según sea considerado
Atendiendo al primer tipo de clasificacion tenemos que:
Son considerados ELECTRICOS aquellos robots los cuales utilicen de la energía eléctrica para alimentar los motore que dan movimientos a sus partes moviles o alguno otro dispositivo eléctricos.. Este tipo de robots son los mas comunes que existen en la industria pueden ser de corriente alterna (motores síncronos o asincronos) o corriente directa directa. Una gran ventajea de los robots eléctricos es que también utilizan comúnmente motores de gran precisión como pueden ser servomotores o motores a pasos
Ventajas:
Precisos
Fiables
Fácil control
Sencilla instalación
Silenciosos

Desventajas:
Potencia limitada

Los robots los cuales se sirven de aire comprimido para obtener su energía son los llamado de tipo NEUMATICO. Estos robots utilizan lo que se le conocen como actuadores para hacer sus movimientos por medio de aire comprimido la cual operan regularmente entre los 5 y 10 bares.Los motores mas usados con este tipo de energía son los motores de pistones axiales y los motores de aletas rotativas
Ventajas:
Baratos
Robustos
Rápidos
Sencillos

Desventajas:
Dificultad de control continuo
Instalación especial
Ruidoso
La otra categoría de robots son los HlDRAULICOS los cuales emplean algún liquido comúnmente aceite para hacerlos funcionar su funcionamientos es muy parecido a los neumáticos, este tipo de robots operan con presiones 10 veces mayores que los hidráulicos por lo cual estaremos hablando de 50 a 100 bares y en ocasiones superiores a estas presiones. Debido a esta gran presion que tiene permiten obtener de ellos elevadas fuerzas de trabajo.
Ventajas:
Rápidos
Alta relación potencia-peso
Estabilidad frente a cargas estáticas
Autolubricantes
Alta capacidad de carga

Desventajas:
Difícil mantenimiento
Instalación especializada
Frecuentes fugas
Costo elevado

ROBOTICA: haciendo una invitación a visitar el sitio de ROBOTICA

Amtes de empezar hay que hacer una pequeña introduccion acerca de lo que es ROBOTICA, asi que aqui les presento unos antecedentes


La robótica tiene sus orígenes desde el comienzo de la humanidad ya que el ser humano se ha empeñado en dar vida de manera artificial, para que estas creaciones cumplieran las tareas de los hombres ya fuera para tener mayor efectividad a tarea repetitiva y/o para realizar trabajos peligrosos; es de aquí de donde se deriva la palabra robot ya que provienen de un vocablo checo, robota que significa “esclavo” o “trabajo forzado”. La cual fue utilizada por primera vez por el escritor Karel Capek en su comedia R.U.R.( Angulo Jose Ma. 1995)
Entre los escritores de ciencia ficción Isaac Asimov contribuyo con narraciones de robots, donde destaca los algunos principios denominados como las tres leyes de la Robótica
1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño.
2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. (Critchlow Arthur J, 1997)
Entre los principales desarrollo que han sufrido los robots tenemos:
Herón de Alejandría (85 d.C.) Tenia mecanismos animados que se movían a través de dispositivos hidráulicos, poleas y palancas, y tenían propósitos meramente de diversión.
En los siglos VIII a XV existieron otros autómatas, de los que hasta la actualidad no han llegado más que referencias no suficientemente documentadas , como el Hombre de hierro de Alberto Magno (1204-1282) o la cabeza parlante de Roger Bacon (1214-1294).Otro ejemplo relevante de aquella época fue el Gallo de Estrasburgo (1352). Este que es el autómata mas antiguo que se conserva en la actualidad, formaba parte del reloj de la torre y la catedral de Estrasburgo y al dar la hora movía las alas y el pico.
Durante los siglo XV y XVI otros descritos y desarrollado por los griegos. Es conocido el León mecánico construido por Leonardo Da Vinci (1452-1519)para el rey Luís XII de Francia, que se abría el pecho con su garra y mostraba el escudo de armas del rey. En España es conocido el Hombre de palo, construido por Juanelo Turriano en siglo XVI para el emperador Carlos V. Este autómata con forma de monje, andaba y movía la cabeza, ojos, boca y brazos.
Durante los siglos XVII y XVIII se crearon con algunas de las características de los robots actuales. Estos dispositivos fueron creados en su gran mayoría por artesanos del gremio de la relojería. Su misión principal era la de entretener a las gentes de la corte y servir de atracción en las ferias. Estos autómatas representaban figuras humanas, animales o pueblos enteros.
Jacques Vaucanson (1709-1782), autor del primer telar mecánico, construyó varios muñecos animados, entre los que se destacan un flautista capaz de tocar varias melodías y un pato (1738) capaz de graznar, beber, comer, digerir y evacuar la comida. El relojero suizo Pierre Jaquet Droz (1721-1790) y sus hijos Jaquet y Henri-Louis construyeron muñecos capaces de escribir (1770), dibujar (1772) y tocar diversas melodías en un órgano (1773). Estos aún se conservan en el museo de Arte e Historia de Neuchastel, Suiza. Contemporáneo de los relojeros franceses y suizos fue Henry Maillardet, quien construyó, entre otros, una muñeca capas de dibujar y que aun se conserva en Filadelfia.
A finales del siglo XVIII y principios del XIX se desarrollaron invenciones mecánicas utilizadas generalmente en la industria textil, entre las que se destacan la hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785) y el telar de Jacquard (1801). Este último utilizaba una cinta de papel perforada como un programa para las acciones de la máquina. Es a partir de este momento cuando se empiezan a utilizar dispositivos automáticos en la producción, dando paso a la automatización industrial. (Barrientos Antonio. et al, 1997)

haciendo una invitación a visitar el sitio de ROBOTICA