Robótica (Mecánica y Mecatrónica)

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Profesor: Miguel Grassi
Cuatrimestre: 3
Aula: Taller
Encuentros: 10

Fundamentación

El sonido, la imagen y la mecatrónica, constituyen las salidas físicas de las artes electrónicas. Son la conexión final entre la obra y el público, entre el mundo virtual y el real, entre la idea y los sentidos.

La robótica, en particular, convierte a los bits en átomos y a los electrones en fuerzas y movimiento. Resulta la herramienta imprescindible para formalizar el tercer eje de trabajo de la carrera, vinculando definitivamente lo programático con lo electrónico y a éste con lo cinético.

Metodología de Trabajo

  • Clases teórico-prácticas con apoyo audiovisual y ejemplos físicos reales funcionales. 
  • Se pondrá especial énfasis en el carácter participativo de las clases, centrando el trabajo en el proyecto individual de cada alumno, que se discutirá en conjunto con la clase alentándose el aporte colectivo de carácter interdisciplinario.
  • Propuesta de lectura y análisis de proyectos de carácter obligatorio que serán objeto de debate en el encuentro siguiente.
  • Ingeniería inversa de proyectos de artes electrónicas propuestos por los alumnos.

Metodología de Evaluación

  • Asistencia y participación activa en clase y en los debates sobre los proyectos, obras y textos propuestos por la cátedra, así como en los temas que surjan de la discusión conjunta de los proyectos individuales.
  • Evaluación clase a clase mediante ejercitación y sondeos generales a lo largo de todo el curso.
  • Como parte de la evaluación se requiere verificar la aplicación de los conceptos en una instancia práctica a través de un dispositivo robótico. Éste puede conformar o ser parte tanto del proyecto cuatrimestral (Eje Movimiento) como el de tesis, si ya hubiera un adelanto o prototipo. Si no fuera el caso, se solicitará la entrega de un trabajo práctico aparte.

Requisitos de aprobación de la asignatura

  • Asistencia como mínimo al 75% de las clases dictadas. Las llegadas tardes se computarán como media inasistencia.
  • Aprobación del todos de los trabajos prácticos propuestos.
  • Participación en clase.

Criterios de evaluación del dispositivo robótico

  • Se verificará la correcta implementación de los aspectos mecatrónicos en el dispositivo.
  • Se valorará la dedicación y la creatividad.

Objetivos Generales

Proveer al alumno de un conjunto de habilidades y conocimientos prácticos destinados a la implementación concreta de dispositivos robóticos y/o interactivos simples, sobre diferentes plataformas. Dotarlo de lenguaje y elementos técnicos que posibiliten su interacción con profesionales de la ingeniería y la industria en proyectos complejos e interdisciplinarios.

Objetivos Específicos

  • Conocer distintos tipos de materiales de ingeniería modernos y sus características físicas y mecánicas.
  • Conocer herramientas y metodologías de trabajo necesarias para el desarrollo de piezas y mecanismos.
  • Analizar la factibilidad de desarrollar proyectos desde cero con materiales industriales de baja y media tecnología, disponibles en el mercado local.
  • Descubrir y reflexionar sobre las distintas soluciones disponibles para el desarrollo de proyectos robóticos.
  • Brindar soluciones de control automático y enfoque robótico, aplicables a proyectos de arte electrónico de todo tipo, principalmente aquellos alineados con el eje “Movimiento”.
  • Analizar las relaciones Hombre-Máquina y su implementación efectiva.

Contenidos

UNIDAD 1
Los robots en el arte. Historia. Antecedentes. Autómatas mecánicos y autómatas programables. El arte robótico. Artistas referentes: Stelarc, Marcel.li Antúnez Roca, E. Kac. Definición de robot. Asimov y las leyes de la robótica.

UNIDAD 2
Introducción al concepto de control. La realimentación. El governor de Watt Sistemas automáticos y sistemas robóticos. Algoritmos de control. Lazos abierto, cerrado y PID.

UNIDAD 3
Sensores. Sistemas propioceptivos, exteroceptivos, activos y pasivos. Bumpers, Rangers ultrasónicos y lumínicos. Sensores de luz, de presencia, de sonido, ultrasonido, encoders, PIR y AIR, barreras infrarrojas. Interfaces de entrada con Arduino, PC y microcontroladores.

UNIDAD 4
Plataformas y microcontroladores 8, 16 y 32 bits para uso en robótica. Microcontroladores Atmel, Microchip, ARM. Placas Arduino, Mbed, PCExpress, BeagleBoard, Raspberry Pi, Intel Atom, etc. Comparación de lenguajes de desarrollo: sketching, Python, C, Processing. Versiones de Arduino disponibles. Arduino ADK y su relación con Android

UNIDAD 5
Robots comerciales. Robosapiens. Aibo. Roomba, Asimo. Escala de robots. Kits y Sistemas Constructivos: Mecanismos bio-inspirados. Biónica. Robótica distribuida. Robots auto-organizativos y cooperativos. Ética y modelos de conducta robótica. Conciencia. Robots letales. Humanoides y Actroides. The Uncanny valley. Dispositivos Android como plataformas robóticas.

UNIDAD 6
Entornos gráficos y de programación para robots. Programación gráfica para dispositivos Android: AppInventor. Processing para Android. Interacción de Android con Arduino vía cable e inalámbrica. Bluetooth.

UNIDAD 7
Máquinas simples. Vínculos y grados de libertad. Transmisión del movimiento. Poleas, correas, engranajes. Torque y velocidad angular. Reducción, multiplicación. Embrague. Freno. Manipuladores y su geometría.

UNIDAD 8
Cadenas cinemáticas de cuatro y seis barras clásicas. Levas y seguidores. Rodamientos y bujes. Tecnología de materiales. Propiedades de los materiales. Esfuerzos. Resortes. Tribología: Fuerzas de rozamiento, fricción y lubricación.

UNIDAD 9
Introducción al magnetismo y electromagnetismo. Bobinas y transformadores. Actuadores.. Solenoides. Motores. Moto-reductores. Motores PaP. Servos .Control de motores y actuadores. Ley de Ohm. Corriente. Diodos de protección Interruptores. Transistores. Inversión del sentido de giro de motores de CC. Control de velocidad. PWM. Puente H. Interfaces de control de potencia con Arduino y microcontroladores

Bibliografía Obligatoria

The Mechatronics Handbook, Robert H Bishop – CRC Press
Mechatronics: Electronic Control Systems in Mechanical Engineering, W. Bolton -Peachpit Press
Robots Mechanisms and Mechanical Devices Illustrated McGraw-Hill 2003

Bibliografía Recomendada

En castellano

Fundamentos de robótica, Barrientos, Peñín, Balaguer, Aracil – Ed. McGraw-Hill
Laboratorio De Practicas de Microelectrónica, Angulo, Jose Maria – Ed. McGraw-Hill

En inglés

Adaptive Control of Mechanical Manipulators. Craig, J., Addison-Wesley, Reading, MA., 1985.
Robotics Science, Edited by Michael Brady – MIT Press, 2006

Publicaciones periódicas

Automation Science and Engineering, IEEE Trans. On Mechatronics, IEEE/ASME Trans.
On Robotics & Automation Magazine, IEEE Technology & Society Magazine, IEEE Leonardo, MIT Press

Manuales y Handbooks

Mechanical Engineering Handbook, Ed. Frank Kreith – Boca Raton: CRC Press LLC, 1999
Mechanical Systems Design Handbook, CRC Press LLC
The Electrical Engineering Handbook, 2nd Edition Richard C. Dorf, CRC Press LLC
The Electronics Handbook, Jerry C. Whitaker, CRC Press LLC
The Engineering Handbook, Richard C. Dorf, CRC Press LLC Schaum
Mathematical Handbook Of Formulas And Tables, McGraw-Hill