ROBOTICA EDUCATIVA

Índice Sobre los autores Preámbulo Capítulo 1. ¿Qué es la robótica? 1.1 Antecedentes 1.1.1 Autómatas 1.1.2 Máquinas automáticas 1.2 Historia de la robótica 1.2.1 UNIMATE: El primer robot industrial (1954) 1.2.2 Stanford Cart (1960) 1.2.3 Stanford Arm (1969) 1.2.4 Shakey (1970) 1.2.5 Lunokhod I (1970) 1.2.6 Primer robot de accionamiento directo (1981) 1.2.7 Robots humanoides de Honda (1986) 1.2.8 Genghis (1989) 1.2.9 International Aerial Robotics Competition (1990-) 1.2.10 RoboTuna (1996) 1.2.11 Sojourner (1997) 1.2.12 AIBO (1999) 1.2.13 Canadarm2 (2001) 1.2.14 Retos DARPA (2004-) 1.3 Aplicaciones actuales 1.3.1 Robótica industrial 1.3.2 Robótica de servicios 1.3.3 Problemática 1.3.4 Aplicaciones 1.3.5 Expectativas 1.4 Elementos de un sistema robótico 1.4.1 Alimentación. 1.4.2 Percepción (sentir) 1.4.3 Manipulación/Locomoción (actuar) 1.4.4 Comunicaciones 1.4.5 Planificación (pensar) Capítulo 2. Morfología de los robots 2.1 Introducción 2.2 Robots manipuladores 2.2.1 Tipos de articulaciones 2.2.2 Grados de libertad 2.2.3 Cadena cinemática abierta y cerrada 2.2.4 Variables de estado 2.2.5 Espacio de trabajo 2.2.6 Tipos de manipuladores 2.2.7 Muñecas 2.2.8 Elementos terminales o herramientas 2.3 Robots móviles 2.3.1 Robots móviles con patas 2.3.2 Robots móviles con ruedas Capítulo 3. Sensores 3.1 Definición de sensor 3.2 Clasificación de sensores 3.3 Características generales 3.3.1 Características estáticas 3.3.2 Características dinámicas 3.4 Descripción de sensores utilizados en robótica 3.4.1 Sensores de contacto 3.4.2 Sensores de proximidad 3.4.3 Sensores de posición o desplazamiento 3.4.4 Sensores de velocidad 3.4.5 Sensores de fuerza. 3.4.6 Sensores de aceleración 3.4.7 Sensores de sonido Capítulo 4. Actuadores 4.1 Definición de actuador 4.2 Características que definen a un actuador 4.3 Clasificación y descripción de los actuadores 4.3.1 Actuadores eléctricos 4.3.2 Actuadores neumáticos 4.3.3 Actuadores hidráulicos Capítulo 5. Microcontroladores 5.1 Introducción 5.1.1 Microcontroladores en robótica educativa 5.1.2 Definición de microcontrolador 5.2 Microprocesadores 5.2.1 Clasificación según su acceso a memoria 5.2.2 Clasificación según su juego de instrucciones 5.2.3 Ancho de palabra 5.2.4 ACTIVIDAD: Simulación de un procesador Von Neumann 5.3 Memorias 5.3.1 Principios físicos de funcionamiento 5.3.2 Tipos de memoria 5.3.3 Buses de memoria 5.3.4 Tamaño de memoria direccionable 5.4 Periféricos 5.4.1 Puertos paralelos 5.4.2 Puertos serie 5.4.3 Protocolos serie 5.4.4 Comunicaciones serie inalámbricas 5.4.5 Otros periféricos 5.4.6 Dispositivos específicos de los microcontroladores 5.4.7 Métodos de atención a periféricos 5.5 Ejemplo de lo visto en un microcontrolador: El ATMega 328p 5.5.1 Ancho de palabra 5.5.2 Juego de instrucciones 5.5.3 Frecuencia de reloj 5.5.4 Arquitectura 5.5.5 Entrada/Salida para periféricos Capítulo 6. Programación de robots 6.1 Programación a bajo y a alto nivel 6.2 Lenguajes visuales 6.2.1 Lego NXT-G y Ev-3 6.2.2 BITBLOQ 6.2.3 APPINVENTOR 6.3 Lenguajes textuales 6.3.1 Lenguaje de programación de Arduino Capítulo 7. Cinemática 7.1 Introducción 7.1.1 ¿Qué es la cinemática? 7.1.2 La cinemática de un robot 7.1.3 Dos cinemáticas 7.2 Fundamentos matemáticos básicos 7.2.1 Ángulos. 7.2.2 Funciones trigonométricas básicas 7.3 Sistemas de referencia y coordenadas 7.3.1 Coordenadas cartesianas 7.3.2 Coordenadas polares 7.4 Cambios de sistema de referencia 7.5 Movimiento del robot 7.5.1 Movimientos lineales 7.5.2 Movimientos circulares 7.6 Velocidades en el robot 7.7 Cálculos de cinemática 7.7.1 Ejemplo con un robot móvil: El monociclo 7.7.2 Ejemplo con un robot móvil de dos ruedas: Robot diferencial 7.7.3 Ejemplo con un robot manipulador 7.8 Trayectorias Índice alfabético

Los robots están llamados a revolucionar el siglo XXI, al igual que lo hizo la Información en el siglo XX. De hecho, están cada vez más presentes en todos los aspectos sociales/económicos de la humanidad. Existen, entre otros, robots industriales (p.ej. un robot de pintura) que mejoran la calidad y la productividad de l as empresas, robots cirujanos (p.ej. robot Da Vinci) que permiten operaciones muy delicadas y poco invasivas, robots militares (p. ej. drones) que realizan acciones de vigilancia y ataques precisos, robots espaciales (p.ej. Curiosity) que realizan operaciones de exploración de otros mundos. Pero también existen robots que interactúan a diario con las personas, como pueden ser los robots aspiradora (p.ej Roomba), o incluso los robots o coches autónomos, con los que están apostando fuertemente compañías tan importantes como Google. Los robots educativos permiten a los jóvenes introducirse a este nuevo mundo tecnológico y, además, son la mejor herramienta didáctica para la enseñanza de las disciplinas académicas STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). Por eso, la robótica es una materia que se está empezando a implantar, a nivel mundial, en los planes docentes de cursos de todas las edades. En este libro hemos incluido los contenidos básicos de un curso introductorio a la robótica que sirva de base teórica tanto al profesor como al alumno de enseñanza secundaria. En él se ilustran conceptos básicos con explicaciones didácticas y actividades, incluyendo también contenidos matemáticos más avanzados para complementar los conocimientos del profesor y para aquellos alumnos de últimos cursos especialmente motivados. Como complemento a este volumen teórico los estudiantes y profesores tienen disponible otro libro donde se reúnen todas las actividades prácticas propuestas en este, utilizando robots educativos basados en Arduino, Lego y Android. Además, en la página web www.automaticayrobotica.es el lector tendrá disponible el siguiente material adicional: • Presentaciones de cada tema que pueden ser utilizadas por los profesores en clase • Más ejercicios y problemas resueltos • Instrucciones de montaje de robots educativos basados en Lego y Arduino • Programas ejemplo para Arduino, Lego y AppInventor • Soporte