Simulacion Sistemas Automatizados Y Robotica

UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

INVESTIGACION OPERATIVA I Simulación de Sistemas Automatizados y Robotica

SECCION:

34G

PROFESOR:

JOSE VILLANUEVA

AMBIA MONTOYA NATALY

2000103182

2008

INDICE

INTRODUCCION............................................................................................................3 I.SIMULACION DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS.................................................4 1.Objetivo de la simulación de sistemas............................................................................. ...4 2.Clasificación de los modelos de simulación................................................ .......................4 3.¿Cuando es necesario simular y cuando no es necesario simular?..................................5 4.Criterios a tomar para que un modelo de simulación sea bueno...................... ...............5 5.Pasos a seguir para la construcción de modelos de simulación................................. .......6

II.APLICACION .............................................................................................................8 A.Un Sistema De Simulación Como Alternativa En El Entrenamiento De Habilidades Deportivas........................................................................................................................ .......8 a)Lógica del sistema de simulación en su conjunto........................................................... ...8 b)Elementos que lo integran:................................................................................................ .8 c)Conclusión de la simulación.................................................................. ...........................11

III.ROBOTICA...............................................................................................................12 1.Clasificación de los robots según su arquitectura.......................................... .................13 2. Arquitectura de un robot................................................................................ .................15

IV.Complementación de Simulación de Sistemas y Robótica......................................17 A.Aplicaciones Industriales................................................................................. ................17

OPINION PERSONAL..................................................................................................18 CONCLUSIONES..........................................................................................................19

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INTRODUCCION

El presente trabajo esta hecho con la finalidad de que podamos entender el concepto de Simulación de sistemas y sus diversas aplicaciones en las que se pueda implementar, y la relación que existe con la robótica. Esto nos dará una visión muchísimo más amplia ya que nosotros como futuros ingenieros debemos estar a la vanguardia que nos exige nuestra carrera ya que la tecnología avanza a cada instante Con la tecnología reducimos la mano de obra, simplificando el trabajo para que así se de prioridad a algunas maquinas de realizar las operaciones de manera automática; por lo que indica que se va dar un proceso más rápido y eficiente.

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I. SIMULACION DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS

Es un modelo, la simulación de un sistema o de un organismo es la operación de un modelo lo cual se va a llamar simulador el cual es una representación del sistema. Este modelo o simulador estará sujeto a diversas manipulaciones, las cuales serían imposibles de realizar, demasiado costosas o imprácticas. La operación de un modelo puede estudiarse y con ello conocer las propiedades concernientes al comportamiento del sistema o subsistema real – costoso.

1.

Objetivo de la simulación de sistemas

 Descubrir el comportamiento de un sistema  Postular teorías o hipótesis que expliquen el comportamiento observado  usar esas teorías para predecir el comportamiento futuro del sistema, es decir mirar los efectos que se producirían en el sistema mediante los cambios dentro de él o en su método de operación (tiempo en minutos)

2.

Clasificación de los modelos de simulación

Dentro de los modelos de simulación están: 1. Modelos Deterministicos Ni las variables endógenas y exógenas se pueden tomar como datos al azar. Aquí se permite que las relaciones entre estas variables sean exactas o sea que no entren en ellas funciones de probabilidad. Este tipo determinístico quita menos de cómputo que otros modelos Ejemplo: Modelos Estocásticos 2. Modelos Estocasticos Cuando por lo menos una variable es tomada como un dato al azar las relaciones entre variables se toman por medio de funciones probabilísticas, sirven por lo general para realizar grandes series de muestreos, quitan mucho tiempo en el computador son muy utilizados en investigaciones científicas 3. Modelos Estaticos Es que en ellos no se toma en cuenta el tiempo dentro del proceso, por ejemplo: los modelos de juegos, modelos donde se observa las ganancias de una empresa

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Ejemplo: Arquitectónicos: líneas de teléfono, tubos de agua 4. Modelos Dinámicos Si se toma en cuenta la variación del tiempo, ejemplo: la variación de la temperatura, del aire durante un día, movimiento anual de las finanzas de una empresa. Ejemplo: Laboratorio de química: reacción entre elementos En estos modelos físicos podemos realizar modelos a escala o en forma natural, a escala menor, e escala mayor, sirven para hacer demostraciones de procesos como para hacer experimentos nuevos. 5. Modelos A Escala Son los modelos sencillos de maquetas -> casa -> baño, cuartos, etc. También se pueden tener a tamaño natural a menor o mayor escala, bidimensional, tridimensional.

3. ¿Cuando es necesario simular y cuando no es necesario simular?  Cuando no se tiene el modelo matemático definido  Formulación exacta del sistema  Cuando se tienen las fórmulas analíticas y se necesita un modelo para ponerlas a funcionar  El costo o la corrida de un modelo no es costosa  Cuando al ver un proceso físico, el cual nosotros queremos conocer, la simulación es la única forma (posibilidad) que tenemos para conocer el comportamiento de un proceso real, ejemplo: fenómeno del niño (climático)  Cuando se requiere acelerar o retrazar el tiempo de los procesos dentro de un sistema  cuando se quiere por medio de la simulación encontrar o hacer estudios y/o experimentos

4.

Criterios a tomar para que un modelo de simulación sea bueno

 Fácil de entender por el usuario  Tenga el modelo metas y objetivos  Modelo no me de respuestas absurdas  Que sea fácil de manipular, la comunicación entre el usuario y la computadora debe ser sencilla

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 Que sea completa, tenga por lo menos las partes o funciones mas importantes del sistema  Sea adaptable que podamos modificar, adaptarlo, actualizarlo

 Que sea evolutiva que al principio sea simple y poco a poco empezamos a volverla compleja dependiendo de las necesidades de los usuarios.

5.

Pasos a seguir para la construcción de modelos de simulación

FORMULACION DEL PROBLEMA

Está sucedido, observamos que tipo de sistema estamos viendo 1

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DEFINICION DEL SISTEMA

USO DE LA SIMULACION

NO

SI FORMULACI ON DEL MODELO

Se toma al sistema real, lo analizamos y hacemos abstracc, quitando lo más importante

PREPARACION DE DATOS

Encontrar algunas de las desventajas

TRASLACION DEL MODELO

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Malo

VALIDACION DEL MODELO

1

2

BUENA PLANEACION ESTRATEGICA

Diseñar un experimento para buscar una nueva información deseada

PLANEACION TACTICA

Determinar como se va ha realizar casa una de las corridas de prueba del diseño experimental 2

Tomar esos resultados y buscar la sensibilidad del modelo como afecto al cambio de una determinada variable o condición al modelo

EXPERIMENTACION

Empezar a inferir con base en los datos generados a que clase de sistema diferido Podemos atribuir lo que pasa con este

INTERPRETACION 2

UTIL

Combinar a unas con otras situaciones, se va a explicar para que sirve, datos de entrada, etc

DOCUMENTACION

NO

Volver al sitio donde más le gustó al usuario

GUSTO

SI

IMPLEMENTACION

Se toma el modelo y se lo implementa donde se va a funcionar, aquí se trabaja con los datos

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II.

APLICACION

A. Un Sistema De Simulación Como Alternativa En El Entrenamiento De Habilidades Deportivas

a) Lógica del sistema de simulación en su conjunto. La tecnología desarrollada se basa en la integración de sistemas de control de información y de registro de la respuesta motora del deportista. Requiere la relación de diferentes estructuras cada una de ellas con una función específica pero colaboradoras en los objetivos generales del sistema. La finalidad de este desarrollo de instrumental es la de poder recrear la situación deportiva en un laboratorio en el que el deportista pueda ser estudiado con precisión y al que se le pueda dar información relevante sobre su acción y las evoluciones de su entorno. Esto permite una aproximación al entrenamiento de deportistas en disciplinas como el tenis o la esgrima o en situaciones específicas de deportes colectivos como la acción ante un lanzamiento de penalty en fútbol o un bloqueo ante un remate en voleibol. Para poder afrontar este objetivo se parte de la idea de simulación en laboratorio de la situación deportiva. No se trata únicamente de un simulador sino de una metodología de entrenamiento de habilidades motoras abiertas por medio de una tecnología que aproxima al deportista su entorno. b) Elementos que lo integran: Podemos diferenciar tres elementos estructurales claramente diferenciados que nos recuerdan los modelos de servosistemas en el procesamiento de la información dentro del aprendizaje de habilidades deportivas. - Estructura de información inicial. - Estructura de simulación y registro. - Estructura de feedback o retroalimentación. Sobre estos tres niveles secuenciales en el tiempo y dentro de un ciclo cerrado se sitúa una unidad de control o centro de procesamiento que se encarga de sincronizar en el tiempo la función de cada estructura y de integrar y gestionar los datos que o bien aportan cada uno o bien que requieren en cada momento.

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Esquema de los elementos que integran el sistema de simulación.

En primer lugar encontramos un sistema de control de la información inicial (o feedforward) sobre la acción que va a realizar el deportista incluyendo datos sobre las características del entorno o sobre la acción del oponente. Tiene como función aportar al deportista aquellos datos que se consideran relevantes sobre el gesto a realizar o sobre su entorno o adversario tales como los preíndices que debe observar, las estrategias de intervención en función de la acción del oponente o cualquier tipo de datos que el entrenador pueda considerar. En nuestro caso nos hemos centrado en informar sobre los preíndices que el sujeto debía reconocer en su oponente para de esta forma reaccionar lo antes posible ante su acción. Posteriormente e integrados en uno, ya que son simultáneos en el tiempo, encontramos el sistema de manipulación de la situación estimular y el sistema de registro. El primero de ellos, aunque se ha diseñado para reproducir situaciones deportivas que hagan experimentar al deportista sensaciones similares al juego real, puede presentar ante el sujeto cualquier serie de estímulos audiovisuales más o menos próximos a su disciplina deportiva en función de lo que se estime oportuno según los objetivos experimentales. El segundo elemento, de registro, se basa en los desarrollados anteriormente para habilidades cerradas y se compone de dispositivos electrónicos que permiten conocer la dimensión de la respuesta según los periféricos conectados. En nuestro caso tratamos de registrar los parámetros temporales de la respuesta de reacción y la eficacia reflejada en la elección de la respuesta correcta. En último lugar encontramos la retroalimentación o feedback, llevada a acabo

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por monitores que permiten una representación gráfica de los resultados obtenidos en los ensayos realizados así como su evolución durante las series de entrenamiento. Todos estos sistemas están controlados por la unidad central. Esta tiene la misión de elaborar el protocolo de información inicial, seleccionando los datos que se van a ofrecer por medio del sistema de feedforward, posteriormente dirige el comienzo de la secuencia estimular que lleva a cabo el sistema de simulación y recibe y almacena los datos procedentes de la unidad de registro. En función de los datos obtenidos y de las características de la situación estimular ordenada elabora los resultados que son mandados a la unidad de feedback para que estos sean accesibles para el deportista. Merece especial mención en nuestro caso un elemento que forma parte de la aplicación experimental. Para elaborar la información inicial y expresar posibles preíndices en la acción de un oponente nosotros hemos partido de un análisis del oponente concreto. Así, se podría entender como otro elemento del sistema aunque no ha sido desarrollado expresamente sino que se ha utilizado como una herramienta ya existente.

Organigrama lógico general.

El soporte lógico (software) surge de la adaptación de anteriores aplicaciones mencionadas y se ha aplicado específicamente para este trabajo incrementando su volumen de código e implementando otras aplicaciones ya comercializadas. Dentro del soporte lógico podemos dividir tres núcleos funcionales importantes: aquel que se ocupa de aportar la información inicial al deportista, el módulo encargado de la presentación de estímulos y el núcleo o programa central de registro y control.

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Los pasos previos para conseguir la manipulación de las imágenes finales son:

Diagrama de flujo de la rutina de animación perteneciente al programa de presentación de estímulos.

c)

Conclusión de la simulación

Esta simulación del sistema nos permite la mejora para la interacción del deportista. Esto es, conseguir que la computadora modifique la secuencia estimular en función de las evoluciones del sujeto entablándose una relación lógica entre el deportista y la recreación de la realidad frente a él. Esto no es ya ciencia ficción sino una posibilidad que debe ser estudiada calculando sus posibilidades como entrenamiento de la conducta motora, específicamente la deportiva.

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III.

ROBOTICA

El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es, por lo tanto, la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc. La robótica es una disciplina, con sus propios problemas, sus fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica. En el aspecto teórico se aúnan las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial. Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario. 

Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano.



El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley.



El robot debe autoprotegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley.

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1. Clasificación de los robots según su arquitectura La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede se metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.

 Poliarticulados Bajo este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad".

Poliarticulados - Robot industrial Puma

 Móviles Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuentas, fueron las

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precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Stranford. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.

 Androides Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot.

 Zoomorficos Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numeroso y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de

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verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.

Microbot con ruedas tipo tanque

 Hibridos Estos Robots corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos. De igual forma pueden considerarse híbridos algunos Robots formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los Robots industriales. En parecida situación se encuentran algunos Robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como androides, tal es el caso de los Robots personales.

2.

Arquitectura de un robot Fijarse sólo en el brazo articulado de un robot sería como juzgar a alguien

única y exclusivamente por el tamaño de su nariz. Además del brazo, hay otras cuatro partes esenciales en un sistema robotizado que son las siguientes: el controlador, los actuadotes y reguladores, el elemento Terminal y los sensores.  Las partes de un sistema robotizado En definitiva, un robot ha evolucionado como una réplica de sus creadores, salvando las distancias. El conjunto guarda cierta similitud con nuestro propio cuerpo.

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Manos y brazos se ven reflejados en las partes mecánicas: el manipulador y la herramienta. Los músculos serían los actuadotes y las terminaciones nerviosas, los reguladores. Finalmente, la manera de pensar y actuar vendría determinada por el software de control residente en la computadora.  El sistema nervioso Al igual que nuestro cerebro envía impulsos nerviosos a nuestros músculos para que éstos se muevan, el robot requiere que una computadora central decida qué pasos hay que seguir para llevar a cabo una tarea concreta. La espina dorsal del robot son los reguladores. Dependiendo del actuador utilizado, el control se realizará a través de un programa o bien mediante programa y circuitos a la vez.  La función de los reguladores La misión de los actuadotes es alcanzar un estado determinado cuya referencia le viene impuesta por la unidad de control. Ese estado puede ser bien alcanzar una posición determinada, o bien adquirir cierta velocidad. Si son actuadotes eléctricos (motores) esto se hará girando. Si son hidráulicos o neumáticos, se enviará mayor o menor presión al fluido compresor. Al controlador principal le interesa que su orden se cumpla exactamente y en el menor tiempo posible, sin que tenga necesidad de ocuparse de ello. Y ésta es la misión de los reguladores.

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IV.

Complementación de Simulación de Sistemas y Robótica A. Aplicaciones Industriales

La parte más visible de la simulación de sistemas automatizados actual puede ser la robótica industrial Un Robot industrial es un manipulador automático reprogramable y multifuncional, que posee ejes capaces de agarrar materiales, objetos, herramientas mecanismos especializados a través de operaciones programadas para la ejecución de una variedad de tareas como se puede apreciar, estas definiciones se ajustan a la mayoría de las aplicaciones industriales de Robots salvo para las aplicaciones de inspección y para los Robots móviles (autónomos) o Robots personales. Un Robot industrial es una máquina que puede efectuar un número diverso de trabajos automáticamente mediante una programación informática previa. Se caracteriza por tener una estructura en forma de brazo mediante el cual puede usar diferentes herramientas o aprehensores situados como elemento terminal de éste. Además, es capaz de tomar decisiones en función de la información procedente del exterior. La fabricación en series pequeñas había quedado hasta ahora fuera del alcance de la automatización, debido a que requiere una modificación rápida de los equipos producción. El Robot, como manipulador reprogramable y multifuncional, puede trabajar de forma continua y con flexibilidad. El cambio de herramienta o dispositivo especializado y la facilidad de variar el movimiento a realizar permiten que, al incorporar al Robot en el proceso productivo, sea posible y rentable la automatización en procesos que trabajan con series más reducidas y gamas más variadas de productos.

CLP o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial. Son utilizadas frecuentemente para sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos.

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OPINION PERSONAL

Elegí este tema de la convención ya que me parece muy interesante lo rápido que avanza la tecnología, hoy en día ya no necesitamos de manos de obra para realizar nuestras labores, lo cual es muy bueno pero también malo ya que hay menos trabajo, pero fuera de todo esto la tecnología nos ahorra tiempo y esfuerzo. Resulta increíble como están avanzando con la creación de los robots, dentro de poco van a vivir entre nosotros como simples seres humanos. Cabe resaltar que a mi parecer los más beneficiados con la automatización son las empresas industriales ya que necesitan terminar sus productos en el menor corto posible y gracias a ello mayormente cumplen sus objetivos.

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CONCLUSIONES

 Si la automatización no es utilizada en la búsqueda de nuevas formas de trabajo para el hombre la situación económica de una gran mayoría de la población mundial estará en crisis.  Una gran parte de los seres humanos deben ser capacitados para poder tener acceso a uso de tecnología, sino no tendrán oportunidad de desarrollarse como personas. Algunas ventajas son:  Repetitividad

 Control de calidad más estrecho  Mayor eficiencia  Integración con sistemas empresariales  IIncremento de productividad  Reducción de trabajo. Y desventajas:

 Requerimientos de un gran capital  Decremento severo en la flexibilidad  Un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación.

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