Engranajes : tipos de engranajes y relaciones

Qué es un engranaje?

Es una rueda dentada que encaja con otros engranajes

Para qué sirven?

Los engranajes sirven para cambiar:

•velocidad
•torque (fuerza de rotación)
•dirección de los ejes.

Diferentes tipos de engranajes

Engranaje RECTO





Engranajes LIBRES o INTERMEDIOS




Engranaje GUSANO o SIN FIN



Uso del engranaje GUSANO o SIN FIN



Engranaje CÓNICO o BISELADO


BANDAS Y POLEAS



PIÑON Y CREMALLERA

Relaciones de engranajes

La relación de engranaje es la relación entre el número de dientes en un engranaje respecto al número de dientes en otro.

Engranaje chico con 8 dientes (eje de entrada)
y engranaje grande con 40 dientes (eje de salida)

Por ejemplo:
La relación de engranaje en el ejemplo de arriba es de 40 a 8 o, simplificando 5 a 1.
Esto significa que le lleva 5 revoluciones (vueltas) al engranaje más pequeño alcanzar 1 revolución del engranaje más grande.

La relación de engranaje proporciona el cambio en la velocidad y torque de los ejes de rotación.
Si le lleva 5 vueltas al engranaje de 8 dientes por cada vuelta del engranaje de 40 dientes, significa que el engranaje de 40 dientes girará 5 veces más lento que el de 8 dientes.
Pero, también significa que el eje del engranaje de 40 dientes tiene 5 veces el torque
(fuerza de rotación) del eje con el engranaje de 8 dientes

Quiere decir que si en en el eje de engranaje chico (engranaje de entrada) pusieramos el motor; y en el eje de engranaje grande (engranaje de salida) pusieramos la rueda; lo que estariamos logrando en nuestro robot es que sea 5 veces más fuerte en la rotación de la rueda pero a su vez 5 veces más lento!

Comunicando NXT en forma inalámbrica

Como lo hablamos en clase, la forma de comunicarse en forma inalámbrica en los robots mindstorms NXT es a través del dispositivo BLUETOOTH.
Antes de que podamos enviar mensajes de un robot a otro, hay que configurarlos.
En el robot "maestro" que configuraremos para enviar mensajes a otro, debemos entrar al menú bluetooth de la pantalla, y elegir "search" para que busque otros robots con bluetooth habilitados. Una vez encontrados le tenemos que asignar al robor "exclavo" un número de conexión (1, 2 o 3).
La primera vez que la conexión es establecida entre dos NXT, un aviso para ingresar el PASSWORD será presentado en las pantallas, y deberá ser aceptados por ambos.
Ahora cuando navegamos por la categoría "conection" del robot "maestro" NXT, el nombre del robot "esclavo" debe ocupar el número de conexión establecida.
Es necesario pasar por este proceso una única vez, el NXT de recepción pondrá al día automáticamente su conexión cuando el robot "maestro" NXT esté fijando su número de conexión.

Para saber como enviar y recibir mensajes entre robots, debemos ir al link MANUAL DEL PROGRAMADOR NXT - COMUNICACIONES NXT disponible en este blog.
Los ejercicios para comunicaciones son los del 3er NIVEL.

EJERCICIOS DE PROGRAMACIÓN - COMUNICACIONES NXT

Los ejercicios deben ser hechos por equipos de a 2, en el que el primer grupo programa el ROBOT MAESTRO y el segundo el ROBOT ESCLAVO

Programar los robots para:

1)
ROBOT MAESTRO
Cuando el sensor de movimiento sense algún objeto a menos de treinta centímetros, debe enviar al otro robot el mensaje “ataque”. Si no sensa objeto alguno debe enviar el mensaje “quieto”
ROBOT ESCLAVO
Cuando se reciba el mensaje “ataque” el escorpión debe atacar con el motor B. Si se recibe el mensaje “quieto” debe permanecer inmóvil.

2)
ROBOT MAESTRO
Cuando el sensor de sonido sensa un grito, este debe enviar el mensaje “moverse”. Si no sensa ningún sonido este debe enviar el mensaje “quieto”.
ROBOT ESCLAVO
Cuando se recibe el mensaje “moverse” el robot debe moverse durante 3 segundos hacia delante y luego dar media vuelta. Si recibe el mensaje “quieto” debe permanecer inmóvil.

3)
ROBOT MAESTRO
Mover el robot hacia adelante.
Si el sensor de ultrasonido sensa algún obstáculo a menos de 40 cm el robot debe detenerse, atacar con su defensa y enviar el mensaje “auxilio”.
ROBOT ESCLAVO
Mover el robot hacia adelante.
Si se recibe el mensaje “auxilio” el robot debe detenerse y reproducir la voz grabada ATTENTION 3 veces.

4)
ROBOT MAESTRO
PRogramación libre
ROBOT ESCLAVO
Debe copiar todos los movimientos del ROBOT MAESTRO.

MISIONES 3er NIVEL NXT

Ejercicios de programación 3er nivel nxt
ROBOT ROBOARM T-56

Vamos a simular que estamos tomando muestras de rocas en el Planeta Marte. Para ello hemos enviado nuestro robot a este planeta, del cual tenemos que tomar como muestras, todas las piedras rojas que encontremos. Comenzamos haciendo unos ejercicios simples por tiempo, para acalcular tiempos de movimientos y luego programaremos con sensores para poder cumplir nuestra misión.

Ejercicios por tiempo

Programar el robot para que:

1) Baje el brazo y cierre la tenaza para poder tomar la pelota (inlcuida en el kit). El brazo debe volver a su lugar y dejar abierta la tenaza.
2) Igual al anterior, girando a su derecha diez segundos para arrojar la pelota. El brazo debe volver a su lugar y dejar abierta la tenaza.

Consideraciones para tener en cuenta antes de programar el robot:
- El brazo debe estar lo mas alto posible
- La tenaza debe estar abierta
- El tiempo aproximado que le lleva al brazo bajar es de aprox. 10 segundos a máxima velocidad
- El tiempo para cerrar la tenaza es de 0,5 segundos a una velocidad de 30.
- La pelota la pondremos arriba de dos ruedas acostadas, una sobre otra.

Ejercicios con sensores
Sensor de contacto.

1) Bajar el brazo y si el sensor de contacto es presionado, tomar la pelota, subir el brazo y girar a la derecha 10 segundos para luego arrojar la pelota. El brazo debe volver a su lugar y la tenaza debe quedar abierta.

Sensor de contacto y de luz.
1) En forma continua: bajar el brazo para detectar alguna pelota, si la pelota es azul debemos girar el brazo hacia la derecha y soltarla; si es azul debemos girar hacia la izquierda y arrojarla en un vaso.

Sensor de contacto, luz y ultrasonido.
Primero ubicamos arriba del brazo un sensor de ultrasonido, que nos va a servir para controlar la presencia de extraños.
1) El robot debe estar programado para cumplir con la misión anterior, pero debe detenerse si encuentra alguna presencia a menos de 40 cm. Si no encuentra nada cerca, debe continuar su trabajo.

MISIONES 2do NIVEL NXT

PROGRAMACION DEL ROBOT CON DIFERENTES SENSORES

ROBOT TRIBOT

Programar el Robot para que:

Ejercicios por tiempo

1) Se mueva hacia adelante durante 5 segundos, de medio giro, y se mueva por otros 10 segundos más a máxima velocidad
Utilizar para mover los motores, la opcion ROTACIÓN de ruedas calculando cuantas vueltas se necesita de una rueda para cumplir el medio giro

2) Se mueva hacia adelante a velocidad intermedia. Si sensa algún obstáculo con el sensor de ultrasonido a menos de 30 cm, hacer que el Robot se detenga.

Uso de la herramienta LOOP y SWITCH

3) Se mueva hacia adelante a velocidad intermedia. Si sensa algún obstáculo con el sensor de ultrasonido debe dar 1/4 de vuelta y continuar su camino. Este proceso se debe hacer indefinidamente.
Utilizar en el motor la herramienta GRADOS para calcular el cuarto de giro del Robot

4) Se mueva hacia adelante a velocidad máxima. Utilizando el sensor de sonido debemos hacer que el robot de medio giro en cuanto se produzca un aplauso.
Este proceso se debe repetir indefinidamente.

5) Utilizando el sensor de luz debemos programar al robot para que no caiga de la mesa

6) Utilizando el sensor de luz hacer un seguidor de linea negra usando el PAD provisto por el profesor.

Uso de la herramienta LOOP y SWITCH dentro de otro SWITCH

7) Manteniendo el robot sin que caiga de la mesa, hacer que el mismo agarre las pelotas con sus pinzas al producirse un aplauso.

8) Manteniendo el robot sin que caiga de la mesa, hacer que el mismo esquive obstaculos que se encuentran a menos de 10 cm de distancia, haciendo que el robot de 1/4 de giro y continuando su marcha.

9) Hacerlo seguir la linea negra que se detenga cuando tenga un obstaculo a menos de 15 cm.

10) Hacer que el robot ubique las pelotas y las arroje fuera de la mesa. Con un aplauso el programa debe finalizar.

MISIONES 1er NIVEL NXT

EJERCICIOS DE PROGRAMACION CON ROBOTS TEMPORIZADOS
ROBOT TRIBOT (sin las tenazas)

Programar el robot para que:

1) Se mueva hacia delante durante 10 segundos (a máxima velocidad)
2) Se mueva hacia delante durante 5 segundos y luego de marcha atrás durante 15 segundos.
3) Se mueva hacia atrás durante 5 segundos a la velocidad más lenta y luego durante 5 segundos hacia adelante a máxima velocidad.
4) A velocidad baja, calcular cuánto tarda el robot en recorrer 1 metro.
5) Se mueva hacia delante durante 4 segundos, de media vuelta y avance otros 5 segundos.
6) Se mueva a hacia a delante durante 3 segundos, de media vuelta y avance 2 segundos y de otra media vuelta para avanzar durante 5 segundos.
7) El robot recorra en forma de “S” la distancia de un metro aproximadamente.
8) Resolver el laberinto propuesto por el profesor.

Sensores

Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual está interactuando, al computador (cerebro) del robot. El programa computacional del robot decide que hacer basándose en esa información y en sus propias instrucciones de tareas de alto nivel. En el kit MindStorms NXT encontrarás hasta 4 tipos de sensores.

Sensor de contacto: dispone de un interruptor que al ser presionado envia una señal al NXT. Este sensor es útil para detectar obstáculos.

Sensor de ultrasonido: al igual que los murciélagos, este sensor emite un ultrasonido imperceptible para el oido humano, que hace rebotar en los objetos más proximos y con el cuál calcula la proximidad de los mismos.

Sensor de Luz: se utiliza para sensar la luz ambiente o para medir el rebote de su propia luz como por ejemplo contra el piso. Tambien se lo utiliza para sensar colores en un piso ya que cada color emite un reflejo diferente.

Sensor de sonido: se lo utiliza para reaccionar a sonidos del ambiente. Por ejemplo para que accione sus motores cuando percibe un aplauso.

Clasificación de robots

Una clasificación un tanto general, de acuerdo a la utilidad social de los robots sería la siguiente:

Robots manipuladores para uso industrial:
Por ejemplo en la industria automotriz. Por lo general tienen forma de brazo mecánico al que se le agrega una herramienta. Sirven para pintar, soldar, cortar, etc.

Vehículos a control remoto:
Que se usan para transportar herramientas o acceder a lugares de difícil o imposible acceso para el hombre. Construyen túneles, apagan incendios, recorren superficies de un planeta, etc.

Robots didácticos:
Son los utilizados para el aprendizaje de la robótica, como el mindstorms nxt

Cuales son las partes de un robot

Qué partes componen un robot

La estructura
Es el esqueleto o chasis del robot. Le da forma y sostiene al resto de las partes.

Los mecanismos
Son los elementos que permiten transmitir el movimiento entre sus partes. Los movimientos de giro, de desplazamiento.
Por ejemplo los engranajes, las poleas, las correas, las ruedas, etc.

Las fuentes de energía
Aquí podemos distinguir la energía eléctrica, que en nuestro caso serán las baterías, y la energía mecánica, que es entregada al robot por el motor.

El motor convierte energía eléctrica en energía mecánica

Los elementos de control:
Son los elementos que permiten controlar las acciones del robot, existen diferentes modelos.
El nuestro es el ladrillo NXT

Los sensores:
Son lo elementos que le entregan información al robot para que éste pueda conocer la situación exterior.
Por ejemplo sensores de tacto, de luz, de temperatura, etc.

La programación:
El programa (software) le indica al elemento de control que debe hacer. Existen varios lenguajes de programación.
Nosotros utilizamos el MINDSTORMS NXT

Generalidades

Cómo se creó la palabra Robot

La palabra “robot” la utilizó por primera vez el escritor Karel Capek quien, en 1917 denominó a unas máquinas construidas por el hombre y dotadas de inteligencia. Deriva de “robotnik” que define al “esclavo de trabajo”.

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Cuáles son las leyes robóticas

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En su libro “I ROBOT” en el año 1950, el escritor Isaac Asimov enuncia las TRES LEYES ROBÓTICAS:
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 cuando estas órdenes están en oposición con la primera Ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no esté en conflicto con la primera o segunda Ley.

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Cómo se define hoy un Robot

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El Instituto Norteamericano de Robótica define Robot de la siguiente forma: Manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas tareas

MANUAL DEL PROGRAMADOR NXT

Qué es un programa

Es una secuencia de “órdenes” que debemos organizar lógicamente para que cumplan determinado propósito. En nuestro caso, para que el Robot cumpla con la función que queremos.

A continuación te vamos a explicar cómo se agrupan estas órdenes (en nuestro caso gráficas) para que el robot se mueva y reaccione al ambiente de acuerdo a los enunciados dados.

Ejemplos de programas en el MINDSTORMS NXT

Que el robot:

1) Se mueva hacia delante durante 2 segundos y luego se detenga.

Debemos hacer mover los motores conectados en los puertos A y B y pasados los dos segundos hacer que se detengan.

La dirección, los puertos y el tiempo se indican en el panel de abajo


Debemos tildar los puertos en los que están los dos motores, indicar la dirección y el tiempo

2) Se mueva hacia delante durante 2 segundos y luego de marcha atrás durante 4 segundos y se detenga.

En el bloque de la derecha le cambiamos la dirección y el tiempo

1) Se mueva hacia delante durante 4 segundos, de media vuelta y avance otros 6 segundos y se detenga. (Atención: para hacer dar media vuelta al robot, debes hacer girar a un solo motor en dirección contraria y estimar cuanto tardaría en completar el medio giro. La otra forma de dar medio giro es hacer girar los dos motores en sentido contrario durante un tiempo determinado)

EJERCICIOS DE PROGRAMACIÓN DE ROBOTS CON SENSORES para reaccionar al ambiente

4) Semueva hacia delante a velocidad media y cuándo el sensor de contacto sea presionado, retroceda un segundo y luego de media vuelta


Como último paso se mueve el motor “A” hacia atrás durante 1 segundo para dar medio giro.

Uso de la herramienta LOOP y SWITCH

La herramienta Switch se utiliza para tomar decisiones en base a los resultados de los sensores que pusimos. Si por ejemplo utilizamos el sensor de luz para saber si es de dia o de noche, debemos ubicar qué órdenes queremos que se cumplan cuando es de día y qué órdenes queremos que el robot cumpla cuando es de noche. De esta forma estaremos tomando una decision cuando se sensa oscuridad y otra decision cuando se sensa luz. De la misma manera estaremos tomando siempre diferentes decisiones para los demas sensores (sonidos, ultrasonido y contacto)

La herramienta LOOP la utilizaremos siempre que necesitemos repetir muchas veces o indefinidamente órdenes. Si por ejemplo, nuestro robot debiera evitar caer al vacio arriba de una mesa, debemos repetir indefinidamente la rutina en la que el sensor de luz sense el piso para no caernos (el piso siempre da un reflejo de luz superior al vacio), y sólo se podría mover cuando encuentre determinado reflejo en el piso.

Ejemplo de la herramienta LOOP y SWITCH

En el ejercicio siguiente el robot debe responder al sensor de sonido. Si el sensor de sonido sensa algun ruido este debe retroceder con 1/4 de giro con el motor C. Si no sensa ningun ruido debe seguir avanzando con los motores A y C.

La primer herramienta que envuelve a todo el programa es la herramienta LOOP. En este caso este programa se repetirá indefinidamente (como lo indica el símbolo infinito)
Luego se utiliza la herramienta SWITCH con el sensor de sonido, el cual toma dos caminos diferentes de acuerdo al sonido que sensa del ambiente. El camino de arriba es el que se toma si sensa ruido (un grito o aplauso) , haciendo girar hacia atras un cuarto de giro al motor C.
El camino hacia abajo es el que se toma cuando el sensor de sonido no sensa ningun ruido ambiente; haciendo que en este caso el robot avance hacia adelante con los motores A y C.
En definitiva este ROBOT hace lo siguiente: si sensa ruido retrocede desviándose un poco y si no sensa ruido, avanza.

En el ejercicio siguiente debemos hacer que el robot no caiga de la mesa utilizando en sensor de luz, y hacer cerrar las pinzas para agarrar objetos cuando el sensor de sonido sensa ruido.




Primero sensamos el rebote de luz que produce la lámpara del sensor para saber si estamos saliendo de la mesa.
Si sensa oscuridad (el sensor está fuera de la mesa y no recibe rebote de luz) seguimos los pasos de abajo: retrocedemos con los dos motores y hacemos un giro con un solo motor para desviarnos.
Si sensa luz (estamos dentro de la mesa ya que hay rebote de luz) seguimos los pasos de arriba: avanzamos y si sensa ruido detenemos los motores A y C , luego cierra la pinza con el motor B para agarrar el objeto, da un cuarto de giro con el motor A y abre las pinzas para soltar el objeto. Si no sensa ruido continua el camino.

Como todo está envuelto en un LOOP infinito, al terminar cualquiera de los dos caminos el programa vuelve a empezar.

MANUAL DEL PROGRAMADOR NXT - COMUNICACIONES POR BLUETOOTH

Una vez que los dos robots están conectados por bluetooth comenzamos con la programación de cada uno. Uno será el Robot MAESTRO, quién será el encargado de mandar los mensajes (órdenes) al robot esclavo, quién a su vez recibirá los mensajes y actuará de acuerdo a ellos. Recordemos que la manera de enviar órdenes es mediante mensajes de texto. Por ejemplo si el Robot MAESTRO envía el mensaje “movete”, en el Robot ESCLAVO deberemos programar para que cuando recibamos la palabra “movete” este mueva los motores para que realmente se mueva.

Vamos a mostrar la programación del ROBOT MAESTRO

Esta programación funciona de la siguiente manera:

Primero toda la programación está encerrada en un LOOP infinito, por lo que los comandos que están dentro, siempre vuelven a repetirse.
El primer comando es un SWITCH, el que nos permite saber si el sensor de contacto está o no siendo presionado. El dibujo nos muestra que la programación por la parte de arriba está hecha por si el botón está siendo presionado y la de abajo la hace cuando el botón no es presionado.
Si el sensor es presionado pone en funcionamiento el comando de bluetooth para ENVIAR MENSAJES, y envia el texto “movete”.
Cuando el sensor no es presionado envia el mensaje “quieto”

Ahora observemos la programación del ROBOT ESCLAVO

También en este caso, todos los comandos se encuentran dentro de un LOOP infinito.
El primer comando dentro del LOOP, es es comando RECIBIR MENSAJE en el cuál hacemos uso de una nueva herramienta de programación. En este casillero unimos el comando ENVIAR MENSAJE mediante una línea, con el comando SWITCH. Esta línea es la encargada de enviarle el texto que viene del ROBOT MAESTRO y transferirlo al SWITCH siguiente. Este SWITCH actúa de dos maneras. Si la palabra enviada desde el ROBOT MAESTRO es “movete” observemos que los comandos que actúan son los de los motores A y C en movimiento. Por el contrario, si desde el ROBOT MAESTRO el texto enviado es “quieto”, los motores se detienen.

En definitiva: si en el ROBOT MAESTRO es presionado es sensor de contacto, entonces el ROBOT ESCLAVO se mueve y por el contrario, si en el ROBOT MAESTRO no es presionado el sensor de contacto, entonces el ROBOT ESCLAVO detiene sus motores.