CIRCUITO INTEGRADOS

Pequeño circuito electrónico utilizado para realizar una función electrónica específica, como la amplificación. Se combina por lo general con otros componentes para formar un sistema más complejo y se fabrica mediante la difusión de impurezas en silicio mono cristalino, que sirve como material semiconductor, o mediante la soldadura del silicio con un haz de flujo de electrones.La fabricación de estos es compleja, ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido, en ocasiones llegando a ser microscópicos, clasificándose en dos grandes grupos, lo analógicos y los digitales.

CIRCUITO INTEGRADOS ANALOGICOS

Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta dispositivos completos como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos. 

Circuitos integrados digitales.Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y, O, NO) hasta los más complicados microprocesadores. 

Éstos son diseñados y fabricados para cumplir una función específica dentro de un sistema. En general, la fabricación de los CI es compleja ya que tienen una alta integración de componentes en un espacio muy reducido de forma que llegan a ser microscópicos. Sin embargo, permiten grandes simplificaciones con respecto los antiguos circuitos, además de un montaje más rápido. 

CIRCUITO INTEGRADO DIGITAL

Pueden ser desde básicas puertas lógicas (And, Not, Or, Xor) hasta los más complicados microprocesadores. Existen muchos catálogos de diferentes fabricantes, en los cuales suelen estar especificadas las aplicaciones de cada circuito integrado. Pero uno de los factores más importantes, que raramente viene reflejado en estos catálogos, es el tipo y cantidad de dispositivos externos que vamos a necesitar para realizar la función que deseemos con el circuito integrado.

Operaciones con circuitos digitales

Un calculador digital debe contener, evidentemente, circuitos que efectúen operaciones aritméticas, por ejemplo suma, resta, multiplicación y división. Las operaciones básicas son la suma y la resta, ya que la multiplicación es fundamentalmente, una suma repetitiva y la división una resta encadenada.

Codificadores

Al diseñar un sistema digital es necesario representar o codificar en forma binaria la información numérica y alfanumérica que se obtiene de dicho sistema y, para ello, existen los circuitos combinatorios denominados codificadores.

Decodificadores

En el tema de los codificadores se mostró en qué consistía un codificador, es decir, se explicó cómo pasar una información utilizada usualmente a una forma codificada que pueda entender al ordenador. Seguidamente, se describirá el modo de realizar la función opuesta mediante los llamados decodificadores.

Multiplexores

Los multiplexores son circuitos combinacionales con varias entradas y una salida de datos, y están dotados de entradas de control capaces de seleccionar una, y sólo una, de las entradas de datos para permitir su transmisión desde la entrada seleccionada a la salida que es única.

COMPUERTAS LOGICAS

Las computadoras digitales utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las computadoras digitales en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.La información binaria se representa en un sistema digital por cantidades físicas denominadas señales, Las señales eléctricas tales como voltajes existen a través del sistema digital en cualquiera de dos valores reconocibles y representan una variable binaria igual a 1 o 0. Por ejemplo, un sistema digital particular puede emplear una señal de 3 volts  para representar el binario "1" y 0.5 volts  para el binario "0". La siguiente ilustración muestra un ejemplo de una señal binaria.

Como se muestra en la figura, cada valor binario tiene una desviación aceptable del valor nominal. La región intermedia entre las dos regiones permitidas se cruza solamente durante la transición de estado.  Los terminales de entrada de un circuito digital aceptan señales binarias dentro de las tolerancias permitidas y los circuitos responden en los terminales de salida con señales binarias que caen dentro de las tolerancias permitidas.

Compuerta negadora o NOT

Se trata de un amplificador inversor, es decir, invierte el dato de entrada y lo saca sobre una salida de baja impedancia, que admite la carga de varias compuertas en paralelo, o de un display de baja impedancia; por ejemplo si se pone su entrada a 1 (nivel alto) se obtiene una salida 0 (o nivel bajo), y viceversa. Esta compuerta dispone de una sola entrada que llamaremos A. Su operación lógica genera una salida S igual a la entrada A invertida.

La tabla de verdad nos indica que la salida S siempre es el estado contrario al de la entrada A. La ecuación matemática binaria indica que la salida S es siempre igual a la entrada negada lo que se representa con la rayita sobre la A.

Compuerta AND ó “Y”

Una compuerta AND tiene dos entradas como mínimo y su operación lógica es un producto de ambas entradas. El lector no se debe confundir porque las operaciones lógicas pueden no concordar con las aritméticas, aunque en este caso particular coincidan. Su salida será alta si sus dos entradas están a nivel alto.

El nombre aclara la función. Deben estar altos A y B para que se levante S. Una aplicación de esta compuerta puede ser un sistema de seguridad para un balancín. Para evitar que las manos del operario estén dentro de la zona de presión, se colocan dos pulsadores que ponen un uno en cada entrada. Los pulsadores están bien separados entre si. Recién cuando el operario los pulse aparece un uno en la salida que opera el relay del motor.

Compuerta OR ó “O”

Al igual que la anterior posee dos entradas como mínimo y la operación lógica, será una suma entre ambas. Aquí podemos ver que la operación aritmética no coincide con la lógica ya que la ultima condición de la tabla de verdad es 1+1=1 y en la operación aritmética seria 1+1=2. La operación lógica O es inclusiva; es decir que la salida es alta si una sola de las entradas es alta o inclusive si ambas lo son. Es decir, basta que una de las entradas sea 1 para que su salida también lo sea. Deben ser altas A “o” B o ambas al mismo tiempo, para que la salida sea alta.

Compuerta OR-EX ó XOR ó “O exclusiva”

En nuestro caso la OR Exclusiva tiene dos entradas (pero puede tener más) y lo que hará con ellas será una suma lógica entre “A” por “B”invertida y “A”invertida por “B”. Todo un lío si consideramos su fórmula pero su tabla de verdad es muy sencilla y su descripción también, ya que la salida será alta solo si una de las entradas lo es, pero no lo es, si lo son las dos al mismo tiempo.

Compuertas lógicas combinadas

Al agregar una compuerta NOT a la salida de cada una de las compuertas anteriores los resultados de sus respectivas tablas de verdad se invierten, y dan origen a tres nuevas compuertas: NAND, NOR y NOR-EX. Veamos ahora sus características y cual es el símbolo que las representa.

La compuerta NAND responde a la inversión del producto lógico de sus entradas, en su representación simbólica se reemplaza la compuerta NOT por un círculo sobre su salida.

Una compuerta NOR se obtiene conectando una NOT a la salida de una OR. El resultado que se obtiene a la salida de esta compuerta resulta de la inversión de la operación lógica “o inclusiva” es como un “no a y/o b”. Igual que antes, solo se agrega un círculo a la compuerta OR y ya se obtiene el símbolo de una NOR.

La compuerta NOR-EX, es simplemente la inversión de la compuerta OR-EX, los resultados se pueden apreciar en la tabla de verdad en donde la columna S es la negación de la anterior. El símbolo que la representa se obtienen agregando un circulo a la salida de una OR-EX.

Las compuerta “buffer” sería una compuerta negadora detrás de otra negadora lo cual no parece tener sentido ya que la tabla de verdad seria una repetición de la entrada en la salida. Pero sin embargo existen y tienen un uso muy importante aclarado por su nombre que significa expansora o reforzadora. Se usan para alimentar a un conjunto de compuertas conectadas sobre su salida. El buffer en realidad no realiza ninguna operación lógica, su finalidad es amplificar la señal (o refrescarla para decirlo de otra manera ya que no se incrementa su amplitud sino su capacidad de hacer circular corriente. Como puede ver en la figura 12 la señal de salida es la misma que la de entrada.

CONEXIÓN Y COMUNICACIÓN

conexión y la comunicación de datos son aspectos que preocupan a las personas que necesitan reunir grandes cantidades de datos de pesada, realizar investigaciones más eficaces y conseguir costes más reducidos a través del control de áreas de producción, o que quieran que sus datos se encuentren más localizables para así cumplir la normativa de calidad. 

La comunicación de datos es la solución autónoma para dispositivos que se conecten directamente a un ordenador, mientras que las redes de conexión se utilizan para dispositivos integrados en la red de la empresa.

CONEXIÓN ALAMBICA

Las redes alámbricas son la mejor tecnología cuando es necesario mover grandes cantidades de datos a altas velocidades, tales como multimedia de calidad profesional. Los beneficios de tener una red alámbrica:

• Costos bajos
• Ofrecen el mejor rendimiento
• Velocidades de hasta 100Mbps

Lo mas importante de contar con una red es que todas sus terminales puedan compartir y utilizar los recursos que se encuentran en esta.

CONEXIÓN INALAMBRICA

Las Wireless LAN son la solución para una red de área local rápida y sin problemas. En si una red inalambrica (WLAN) cumple con los mismos objetivos que una red alambica (LAN), solo con la gran ventaja de que la red inalambrica no necesita estar conectada físicamente a ningún tipo de cable.Existen grandes ventajas al instalar una red inalambricas, una de ellas es que permiten a sus usuarios acceder a información y recursos en tiempo real sin necesidad de estar físicamente conectados a un determinado lugar.Con las redes inalambricas la red, por sí misma, es móvil y elimina la necesidad de usar cables y establece nuevas aplicaciones añadiendo flexibilidad a la red, y lo más importante incrementa la productividad y eficiencia en las empresas donde está instalada. Un usuario dentro de una red inalambrica puede transmitir y recibir voz, datos y vídeo dentro de edificios o fuera de ellos a velocidades de 11 Mbit/s, o superiores.

COMUNICACIÓN TELEFÓNICA

El teléfono es un medio de comunicación que consiste en la transmisión de sonidos, generalmente de voz, al ser transformados en impulsos eléctricos por medio de un micrófono, después de que los impulsos eléctricos llegan a su destino, un altavoz se encarga de volver a transformar los impulsos en sonidos, haciendo que el receptor comprenda lo que quiere decir el emisor.

El teléfono fue inventado por Alexander Graham Bell, quien presentó en Pensilvana en el año 1876 el modelo final de este aparato, después de haber hecho muchos ensayos a partir del telégrafo. A partir de ese momento se empezaron a tender las redes telefónicas bajo tierra en todo el mundo.La telefonía celular es un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, en este caso los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite.

ORIGEN DEL ROBOT

   El 1774, Pierre Jaquet-Droz, describió una máquina autómata, es decir, con movimientos propios. Pero casi 150 años más tarde, en 1920, la idea se transformó en una realidad, gracias al checo Karel Capek, que llamó a su máquina robata, palabra que en el idioma checo que significa trabajo.En 1956, los ingenieros Engelberger y Devol, habían comprobado que la mitad del trabajo ejecutado por los obreros consistía en llevar materiales de un lugar a otro. Decidieron asociarse con el ingeniero Minks, que era un destacado experto entre quienes experimentaban en máquinas inteligentes. En 1960, nació Shakey, un robot montado sobre ruedas, provisto de una cámara de televisión y de un micro- procesador. Shakey estaba dotado de la capacidad de trasladar objetos pesados de un lugar a otro. Entonces, los fabricantes del robot, predijeron que los hombres del futuro dispondrían de una mayor cantidad de horas libres para el ocio, puesto que serían reemplazados por las máquinas automáticas. Al comienzo debieron vencerse varias dificultades. Las primeras máquinas tenían un costo entre 40 y 100 mil dólares y la operación-hora del artefacto era de 6 dólares, cantidad superior al salario de un obrero medio. Defendiendo su posición, decían los fabricantes, que desaparecía la necesidad de capacitar al personal: bastaba dotarlo con un nuevo programa.Además, adujeron, que los robots trabajaban siempre a igual ritmo. No necesitaban vacaciones. No requerían jubilaciones. No sufrían ataques nerviosos. No sufrían accidentes. No perdían tiempo tomando café o yendo al baño.No necesitaban horarios de descanso. No se quejaban ni del frío ni del calor. No sufrían con la radiactividad ni con los gases malignos. Y, sobre todo, no se declaraban en huelga.

AUTOMATAS

máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado​ es un equivalente tecnológico en la actualidad; serían los robots autónomos. Si el robot es antropomorfo se conoce como androide.​Históricamente los primeros autómatas se retoman en la prehistoria donde las estatuas de algunos de sus dioses o reyes despedían fuego de sus ojos, como fue el caso de una estatua de Osiris, otras poseían brazos mecánicos operados por los sacerdotes del templo, y otras, como la de Memon de Etiopía emitían sonidos cuando los rayos del sol los iluminaba consiguiendo, de este modo, causar el temor y el respeto a todo aquel que las contemplara. Esta finalidad religiosa del autómata continuará hasta la Grecia clásica donde existían estatuas con movimiento gracias a las energías hidráulicas.

CONTROL POR COMPUTADOR

Hoy en día es posible controlar todos los componentes de un robot desde nuestro PC de forma que el robot incluya los sensores, los controladores y los motores, y el PC pone la "inteligencia" que controla todo el robot y lo mejor de todo es que podemos hacerlo incluso sin cables, vía radio y con tan solo una conexión USB. Lo primero que hay que tener claro es que lo que tratamos de hacer es un ejemplo de como controlar diferentes circuitos y sensores desde nuestro PC, para ello hemos seleccionado algunos de los componentes mas populares en los robots y hemos realizado un programa modular en que se muestra como se controla todo.La forma y cantidad de circuitos empleados en cada robot depende de cada uno y de sus necesidades, lo que significa que los elementos son opcionales y solo se incluyen a modo de ejemplo. Por ejemplo es posible hacer un robot que solo tenga un controlador de motores MD23 y un sensor de ultrasonidos, o bien que tenga 8 sensores de ultrasonidos y 2 sensores térmicos y nada mas, etc. En nuestro caso hemos puesto los necesario para que nuestro prototipo esté lo mas completo posible. 

INTRODUCCIÓN AL CONTROL DEL SISTEMA

Según el diccionario del robot Institute of América, un robot es un "manipulador multifuncional reprogramable". Las funciones de un robot son muchas y muy diversas, desde manipuladores de sustancias nocivas para el ser humano, hasta dispositivos que realizan tareas domésticas. En los siguientes desarrollos se centrará el estudio en los robots industriales, aquellos destinados a realizar tareas de la industria y que evitan mucho trabajo al operario que de otra manera sería imposible realizar debido al gran nivel de producción que se ha alcanzado en nuestros días.Las aplicaciones más importantes de la robótica son la soldadura y la manipulación. Una tarea de manipulación muy usual es la de pintura, aunque también hay otros tipos. Aunque estos dos sectores son en los que más se usan robots, quedarían por nombrar otros como mecanizado, montaje, formación e investigación, etc. Un brazo robot típico como el que se va a usar está formado por una serie de elementos básicos:

• Sistema de control: Está integrado por una memoria que almacena los datos, un soporte físico de la lógica de control, y la lógica de control propiamente dicha (el software).
• Sistema manipulador: Compuesto del brazo mecánico, accionamientos y decodificadores.
• Sistema de herramienta: Extremo activo o pasivo del manipulador.

Los robots frecuentemente tienen 4 o más grados de libertad, entendidos estos en el sentido ingenieril como el número mínimo de parámetros que se necesita especificar para determinar completamente la velocidad de un mecanismo o el número de reacciones de una estructura. A raíz de este concepto se puede entrar en la definición de las coordenadas que se usan para definir el movimiento del robot. Hay dos tipos que se van a estudiar:

• Coordenadas robot: Son aquellas referidas a cada una de las articulaciones del robot. Son las asociadas a los pares angulares o rotativos.
• Coordenadas cartesianas: Están referenciadas a un triedro rectángulo situado en la base del robot 
• pueden ser expresadas en dimensiones geométricas lineales o angulares.