Sensores y Actuadores en Robótica
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Questions and Answers

¿Cuál de los siguientes sensores se clasifica como exteroceptivo?

  • Acelerómetro
  • Encoder
  • Sensor de fuerza (correct)
  • Giroscopio

    • Un sensor que emite energía y mide la reacción de la misma para determinar la distancia a un objeto, ¿cómo se clasifica?

  • Pasivo
  • Activo (correct)
  • Interno
  • Propioceptivo

    • ¿Qué tipo de sensor se utiliza para medir la aceleración de un robot?

  • Giroscopio
  • Tacómetro
  • Acelerómetro (correct)
  • Galgas extensiométricas

    • ¿Cuál de los siguientes sensores no se basa en el tiempo de vuelo (ToF) para medir la distancia?

    <p>Triangulación óptica (D)</p> Signup and view all the answers

    Un robot necesita determinar su orientación e inclinación, ¿qué sensor sería más adecuado utilizar?

    <p>Brújula (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de actuador convierte la presión de un fluido en energía mecánica?

    <p>Actuadores hidráulicos. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes NO es una ventaja de los actuadores hidráulicos?

    <p>Bajo costo y facilidad de miniaturización. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de actuadores son más comúnmente utilizados en robótica?

    <p>Actuadores eléctricos. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones describe una desventaja de los actuadores eléctricos?

    <p>Sobrecalentamiento en condiciones estáticas al mantener una carga. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes es usado comúnmente en robots aéreos como quadcopters?

    <p>Motores DC brushless. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función principal de la transmisión en un sistema robótico?

    <p>Transmitir la potencia del motor al eje de la articulación. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de motor se utiliza comúnmente en robots industriales?

    <p>Motores AC. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una característica de los actuadores neumáticos?

    <p>Funcionan de manera similar a motores neumáticos. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes NO es un componente fundamental de un robot?

    <p>Antenas (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué describe mejor la exactitud en un sistema de medición?

    <p>La concordancia entre las mediciones y un valor de referencia ideal. (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿De qué factores depende principalmente la repetibilidad de un robot?

    <p>Ruido en los sensores y actuadores y resolución de los mismos (D)</p> Signup and view all the answers

    En un sistema de medición, ¿qué representa el error de offset?

    <p>La medida cuando la entrada es cero. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué describe el error lineal en un sistema de medición?

    <p>La desviación máxima con respecto a la línea que mejor se ajusta a los datos. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones es un ejemplo de no linealidad en un sistema de medición?

    <p>Un sistema donde la salida no corresponde a la entrada de forma proporcional. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué implica un factor de escala en un sistema de medición?

    <p>La relación de la variación de salida por la variación de entrada. (A)</p> Signup and view all the answers

    Si un sistema de medición tiene una 'zona muerta', ¿qué significa esto?

    <p>La salida del sistema no cambia dentro de un cierto rango de la entrada. (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se entiende por 'cuantización' en un sistema de medición?

    <p>La representación de un valor continuo como un número discreto. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes NO es una propiedad deseable en un sistema de medición?

    <p>Alta no linealidad (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones describe correctamente cómo un sensor de velocidad Doppler calcula la velocidad?

    <p>Determina la diferencia entre la frecuencia de la onda transmitida y la recibida. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de sensor de orientación utiliza el principio de mantener la orientación con respecto a un sistema de referencia?

    <p>Giroscopio (A)</p> Signup and view all the answers

    Un acelerómetro piezoeléctrico no sería capaz de medir:

    <p>la presión estática de un objeto sobre una superficie. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el principio fundamental detrás de los giroscopios mecánicos?

    <p>El mantenimiento estable del eje debido al momento angular de la rueda giratoria. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de sensor se utiliza comúnmente en robots submarinos para registrar su velocidad?

    <p>DVL (Doppler velocity logger) (B)</p> Signup and view all the answers

    Si un robot necesita medir la inclinación pero no requiere una orientación absoluta, ¿qué sensor sería más adecuado?

    <p>Inclinómetro (B)</p> Signup and view all the answers

    Un acelerómetro piezoresistivo sería más apropiado que uno piezoeléctrico en cuál de las siguientes aplicaciones:

    <p>Medir la aceleración debido a la gravedad. (A)</p> Signup and view all the answers

    En la medición de velocidad con efecto Doppler, ¿qué representa la variable $f_t$ en la fórmula proporcionada?

    <p>La frecuencia transmitida de la onda (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función principal de un actuador en un robot?

    <p>Efectuar el movimiento de las partes del robot. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué componente del sistema de actuación se encarga de adaptar la potencia de la fuente al actuador?

    <p>El amplificador de potencia (D)</p> Signup and view all the answers

    En un sistema de actuación hidráulico o neumático, ¿qué tipo de fuente de energía se utiliza?

    <p>Compresores hidráulicos o neumáticos (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor las características de una batería LiPo?

    <p>Son ligeras, tienen alta densidad de energía y su voltaje es consistente durante la descarga. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se varía el flujo de fluido en un actuador hidráulico o neumático a través del amplificador de potencia?

    <p>Ajustando la cantidad de fluido de manera proporcional a la señal de control. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de señal se utiliza comúnmente para controlar la dirección de giro de un motor DC en un puente H?

    <p>PWM (modulación por ancho de pulso) (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la función principal de un ESC (Control Electrónico de Velocidad) en un sistema de actuación?

    <p>Convertir la señal DC en una señal AC trifásica. (B)</p> Signup and view all the answers

    Según el texto, ¿cuál es la diferencia fundamental entre un motor y un servomotor?

    <p>Un servomotor es un motor cuyo movimiento es controlado (con un controlador). (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de energía es utilizada por los actuadores hidráulicos?

    <p>Energía hidráulica (fluido: aceite) (D)</p> Signup and view all the answers

    Si un motor DC requiere un voltaje específico, ¿qué rol cumple el amplificador de potencia?

    <p>Adaptar el voltaje de la fuente de poder al voltaje requerido por el motor. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de fuente de alimentación es común para robots manipuladores que usan motores AC?

    <p>Toma de corriente (monofásica o trifásica) (D)</p> Signup and view all the answers

    En el esquema general de un sistema de actuación, ¿qué componente se encuentra entre la fuente de poder y el actuador?

    <p>El amplificador de potencia (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué componentes se requieren para alimentar un motor DC en un robot manipulador?

    <p>Transformador, rectificador y filtros (C)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el propósito de la transmisión en un sistema de actuación?

    <p>Llevar el movimiento del actuador hacia la articulación del robot. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué significa que una batería LiPo tenga una relación Voltaje/Potencia 'consistente' durante la descarga?

    <p>Mantienen un voltaje similarmente alto casi hasta agotarse. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un acelerómetro MEMS basado en capacitancia?

    <p>Funciona como un sistema masa-resorte-amortiguador donde el movimiento varía la capacitancia debido a cambios en la distancia. (C)</p> Signup and view all the answers

    En un acelerómetro, ¿cómo se obtiene la aceleración debida al movimiento?

    <p>Restando la gravedad del valor medido. (D)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de mediciones realizan los acelerómetros?

    <p>Aceleración lineal. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de los siguientes NO es un uso típico de un acelerómetro en robótica?

    <p>Medición de la velocidad angular de un robot. (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué componentes principales integran una Unidad de Medición Inercial (IMU)?

    <p>Acelerómetros y giroscopios (A)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una limitación de las IMUs al realizar la estimación de la posición y la orientación a largo plazo?

    <p>Presentan errores acumulativos y requieren referencia externa para corregirlos. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la base de los sensores de fuerza mencionados en el texto?

    <p>Galgas extensiométricas que miden la deformación por fuerza o torque. (B)</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué mide un sensor basado en galgas extensiométricas?

    <p>La deformación de un material como respuesta a una fuerza. (C)</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Actuadores

    • Actuadores son componentes que permiten el movimiento de partes de un robot.
    • Funcionan siguiendo un esquema general: fuente de poder (eléctrica, hidráulica o neumática), amplificador de potencia, actuador (motor), y transmisión.
    • La fuente de poder proporciona energía al actuador.
    • Actuadores hidráulicos utilizan fluido (aceite), y neumáticos, aire comprimido.
    • En robots móviles, las baterías NiMH y LiPo son frecuentes.
    • Motores AC toman corriente directamente o a través de un transformador.
    • Motores DC se usan con transformadores, rectificadores y filtros.
    • Los amplificadores de potencia modulan la potencia de la fuente de poder según la señal de control.
    • Para actuadores hidráulicos o neumáticos, el flujo de fluido varía según la señal de control.
    • Para motores eléctricos se ajusta el voltaje o corriente proporcionalmente a la señal de control.
    • Los inversores o conversores DC-AC se utilizan para motores DC sin escobillas.
    • Actuadores se clasifican por funcionamiento: eléctricos, neumáticos, hidráulicos y otros tipos (termicos, magnéticos).
    • "Servo" implica un sistema controlado (con controlador). Ejemplos incluyen servomotores.
    • Actuadores neumáticos convierten presión de aire en energía mecánica. Tipos incluyen cilindros de simple y doble efecto.

    Actuadores Neumáticos

    • Los actuadores neumáticos convierten presión de aire comprimido en energía mecánica.
    • Tipos: lineales (cilindros de simple y doble efecto), de giro (motores de paletas).
    • Características: dificultad con posicionamiento preciso y no se usan para seguimiento de trayectoria.
    • Usos comunes en robótica: efectores finales (abrir, cerrar). Ej: uso en músculos artificiales McKibben.
    • Ventajas: precisión, fuerza, torque elevados, seguridad (sin chispas), y auto lubricación.
    • Desventajas: poco compresible, alto costo, dificultad en miniaturización, y potencial contaminación del ambiente de trabajo .

    Actuadores Hidráulicos

    • Los actuadores hidráulicos convierten presión de fluido (aceite mineral) en energía mecánica.
    • Funcionamiento similar a los actuadores neumáticos.
    • Ventajas: precisión (fluido poco compresible), fuerza y torque elevados, estabilidad con cargas estáticas, y son inherentemente seguros.
    • Desventajas: alta costo y dificultad para miniaturizar, contaminación del ambiente de trabajo, necesitan estación de potencia hidráulica.

    Actuadores Eléctricos

    • Convierten energía eléctrica en energía mecánica.
    • Los motores AC (usualmente en robots industriales), DC de imán permanente, y DC brushless (sin escobillas) son comunes.
    • En robots pequeños se utilizan motores paso a paso (stepper) y servomotores.
    • Ventajas: abundancia de fuentes de alimentación (toma de corriente, baterías), bajo costo, gran variedad de productos, alta eficiencia en conversión de potencia, y no contaminación del ambiente de trabajo.
    • Desventajas: sobrecalentamiento en condiciones estáticas (necesidad de frenos), y requieren protección especial en ambientes inflamables.

    Transmisión

    • Transmite la potencia del motor al eje de la articulación.
    • Reduce la velocidad y aumenta el torque del motor, optimizando la transferencia de torque.
    • Transforma el torque y la velocidad (e.g. alta velocidad angular, bajo torque a baja velocidad angular, alto torque).
    • Ejemplos de Transmisión incluyen: engranajes rectos, engranajes helicoidales, fajas dentadas, cadenas, y accionamiento directo, y transmisiones armónicas.
    • Se evalúa en relación a la reducción de velocidad y la relación del torque de entrada y salida.

    Sensores

    • Los sensores son esenciales en robots para detectar información del mundo exterior o internal.
    • Se clasifican en:
    • Propioceptivos: detectan información interna del robot (posición, velocidad, torque, temperatura, aceleración del robot).
    • Exteroceptivos: detectan información del entorno del robot (fuerza, torque, distancia a objetos, intensidad de luz, inclinación).
    • Se clasifican como pasivos o activos.
    • Pasivos: usan la energía del ambiente (ej. cámara).
    • Activos: emiten energía y detectan la reacción (ej. sensor de ultrasonido).
    • Ejemplos de sensores incluyen: sensores de contacto (bumpers), acelerómetros, giroscopios, brújulas, sensores de proximidad (sonar, radares, láser, infrarrojos), cámaras, sensores de posición (GPS), sensores de fuerza, sensores de torque, y encoders.

    Propiedades de un sistema de Medición

    • Exactitud: concordancia con referencia (valores reales/ideales).
    • Precisión: similaridad en diferentes mediciones.
    • Estabilidad: mantenimiento de mediciones similares a través del tiempo .
    • Error lineal: máxima desviación respecto a línea que mejor ajusta datos.
    • Error de offset: medida cuando la entrada es cero.
    • Error de resolución: mínima variación en la medición/salida relacionada con la entrada.
    • Asimetría: no-linealidad en la gráfica de entrada vs. salida.
    • Factor de escala: relación entre cambios en la entrada y cambios en la salida.
    • Cuantización: representación de la salida con valores discretos (no-lineal).
    • Zona muerta: rango de entrada donde no hay salida.

    Odometría

    • Estimación de la posición del robot integrando movimientos de las ruedas.
    • Problemas comunes incluyen terreno irregular y deslizamiento de las ruedas.
    • Es estimada para movimientos cortos.

    Sistemas de posicionamiento Global (GPS)

    • Sistemas que usan satélites para determinar la posición de un objeto en la Tierra.
    • Se requiere de recepción de señales de por lo menos 4 satélites.
    • Algunas características incluyen la sincronización de tiempo, tiempos de vuelo y interferencia de señales.
    • Precisión aproximadamente 3 metros.
    • Limitación: no funciona en interiores.

    Balizas

    • Guías (objetos) con posición conocida que sirven como referencia para la localización.

    Sensores de Velocidad: Efecto Doppler

    • Miden la velocidad usando el cambio en la frecuencia de una señal medida por el movimiento relativo.

    Sensores de Orientación

    • Determinan la orientación e inclinación del robot.
    • Usos: Giroscopio, Acelerómetro, Brújula, e Inclinómetro.

    Inclinómetro

    • Un sensor que detecta cambios en la inclinación.

    Giroscopio

    • Un sensor que detecta la velocidad angular.

    Acelerómetro

    • Un sensor que detecta la aceleración.

    Unidad de medida inercial (IMU)

    • Un sensor que combina acelerómetros y giroscopios para determinar la orientación, velocidad lineal y posición del cuerpo del robot.

    Sensores de Fuerza

    • Detectan la fuerza/torsión a través de la tensión o deformaciones que se producen.
    • Usan galgas extensiométricas, sensores de torque en ejes y sensores de fuerza en efectores finales (6D).
    • Uso en robots con articulaciones para medir torque y en robots con efectores finales para medir fuerza.

    Sensores RCC

    • Introducen complianza pasiva al efector final mediante elementos que absorben el impacto y reducen el error.

    Otros Sensores

    • Piezas mecánicas o electrónicas para adquirir información adicional en los robots.
    • Se usan en robots: piel artificial para medir presión, sensores de toque, y sensores basados en tecnologías infrarrojas, ultrasonidos, láser, cámaras.

    Cámaras

    • Arreglos de elementos fotoresistivos que convierten la energía luminosa en eléctrica.
    • Usos frecuentes: procesar datos de imágenes en bajo nivel (ej. obtener imagen completa) o alto nivel (ej. reconocer características), visión computacional.
    • Tipos de tecnología utilizados: CCD y CMOS.

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    Este cuestionario explora diversas preguntas sobre sensores y actuadores utilizados en robótica. Se abordarán temas como la clasificación de sensores, tipos de actuadores y sus aplicaciones. Pon a prueba tus conocimientos sobre tecnologías cruciales en el campo de la robótica.

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