Tipos de microcontroladores para robótica
Un microcontrolador para robótica es una máquina informática compacta que se puede integrar en máquinas u objetos pequeños, lo que les permite ser programables. Esto permitirá que el microcontrolador controle las funciones y reciba entradas de los sensores. Un microcontrolador consta de memoria, un procesador y periféricos de entrada o salida, todos integrados en un solo chip. Se prevé que el mercado mundial de microcontroladores crecerá de 32B en 2023 a 50B para 2028.
El mejor microcontrolador para robótica se presenta en diferentes variedades:
- AVR: Los microcontroladores AVR se basan en la arquitectura RISC, que utiliza registros grandes e instrucciones eficientes. Esto permite que el microcontrolador ejecute muchas instrucciones con un solo ciclo de reloj, lo que resulta en un alto rendimiento de velocidad. La primera generación de AVR es EEPROM, mientras que la segunda tiene características mejoradas como bajo consumo de energía y arquitectura de 8/16 bits. El microcontrolador se programa utilizando el lenguaje ensamblador o los lenguajes C. Un programador o un Atmel-ST se utiliza para cargar el código en el microcontrolador.
- PIC: Los microcontroladores PIC tienen una arquitectura de conjunto de instrucciones de 16 bits. Son simples debido a que su conjunto de instrucciones reducido es fácil de aprender e implementar. La potencia del pin periférico permite usar los primeros cuatro pines de cualquier microcontrolador PIC para realizar, simultáneamente con el resto de los pines. Esto permite la lectura de voltaje diferencial en sus canales ADC. Se utilizan principalmente en sistemas integrados.
- ARM: Los microcontroladores ARM tienen una arquitectura informática de conjunto de instrucciones reducido que les ayuda a ejecutar comandos más rápido y eficientemente que otras arquitecturas. La mayoría de los ingenieros de Robiotre prefieren usar microcontroladores ARM porque ofrecen un buen rendimiento a un costo más bajo. Los niveles de latencia son excepcionales, ya que el tiempo de ejecución para cada instrucción es un ciclo.
- Arduino: Los microcontroladores Arduino son una plataforma de hardware y software de código abierto diseñada dentro del microcontrolador. Forma un puente entre una computadora y una placa Arduino. El microcontrolador Arduino más popular es ATmega328. Las bibliotecas de Arduino amplían la funcionalidad del microcontrolador, simplificando el código y la función para que uno no tenga que escribir todo desde cero.
Funciones y características de la mejor robótica de microcontroladores
El mercado global de la robótica superó recientemente los $ 38 mil millones y se espera que crezca, lo que indica una fuerte demanda de robótica en numerosas industrias. La robótica clásica utiliza sistemas hidráulicos y neumáticos, mientras que la mejor robótica de microcontroladores utiliza sistemas controlados electrónicamente para volverse más adaptable e inteligente. Factores como la adaptabilidad robótica mejorada, la mayor productividad de la fuerza laboral y los menores costos operativos impulsarán el crecimiento del mercado de la robótica.
Los robots creados utilizando microcontroladores tienen diversas capacidades y características.
- Velocidad: Los microcontroladores robóticos pueden ofrecer sistemas de control de robots simples o de alta velocidad en función de los requisitos. Consiste en un circuito de control del motor que controla directamente el movimiento y la velocidad del motor del robot.
- Control remoto: Los robots se pueden controlar manualmente a través de controles remotos, o los controladores de robots pueden recibir señales de control de sensores remotos.
- Control automático: Los robots pueden trabajar de forma independiente y automática en un entorno específico sin intervención humana. El controlador recopila información a través de sensores, que pueden incluir varios parámetros ambientales y operativos, y luego ejecuta comandos. Utiliza actuadores como motores, cilindros neumáticos o hidráulicos para llevar a cabo las instrucciones del controlador.
- Operación fija: Algunos robots se utilizan en líneas de montaje porque tienen una posición de trabajo fija. Sin embargo, otros robots pueden trabajar en diferentes ubicaciones y se pueden clasificar como robots portátiles.
- Intervalo de trabajo: Dependiendo del microcontrolador utilizado, el controlador de robótica puede funcionar continuamente durante mucho tiempo o manejar intervalos más cortos con pausas intermedias.
- Entorno de trabajo: Los robots trabajan en diversos entornos, como fábricas, zonas peligrosas, el espacio exterior, el mar profundo e incluso dentro del cuerpo humano. Varios factores, incluida la temperatura, la presión, la humedad, el brillo y la radiación, caracterizan los entornos de trabajo.
- Capacidad de carga: Todos los robots tienen una cierta capacidad de carga que debe tenerse en cuenta durante su diseño y uso.
Aplicaciones del microcontrolador en robótica
La evolución global de la robótica ha llevado a diversas industrias y campos a utilizar aplicaciones robóticas para mejorar la productividad y la eficiencia. Si bien el microcontrolador juega un papel fundamental en el desarrollo de sistemas robóticos, comprender sus aplicaciones en diversas industrias proporciona información sobre su contribución a los avances tecnológicos modernos.
- Industria manufacturera: Los robots en la fabricación realizan tareas repetitivas como soldadura, ensamblaje y manipulación de materiales. Los robots industriales basados en microcontroladores mejoran la precisión, la eficiencia y la consistencia en los procesos de fabricación.
- Sector sanitario: Los robots basados en microcontroladores, como los robots quirúrgicos y los robots de rehabilitación, se utilizan en el campo médico. Estos robots realizan cirugías intrincadas con la orientación adecuada, mejorando la capacidad y la eficiencia del personal médico. Además, los robots de rehabilitación están diseñados para ayudar a las personas con discapacidades promoviendo la movilidad.
- Robots agrícolas: Los microcontroladores y la robótica en general han tenido un impacto significativo en la productividad y la eficiencia en el campo agrícola. Los robots para fines agrícolas se utilizan para la siembra, la cosecha y el monitoreo de cultivos, entre otras tareas. Además, los drones agrícolas con integración de microcontroladores se utilizan para la fumigación de cultivos e imágenes aéreas.
- Robots de exploración: La robótica de microcontroladores se utiliza con fines de exploración, ya sea a través del espacio exterior o la exploración marina. Robots como el rover marciano Opportunity de la NASA o curiosamente explora varios terrenos en el espacio para recopilar datos sobre la composición del planeta.
- Robots domésticos: La integración de microcontroladores en robots con aplicaciones para fines domésticos ha aumentado la eficiencia general del hogar. Los robots aspiradores, los robots lavavajillas y otros robots de ayuda doméstica pueden realizar varias tareas menores y liberar tiempo para que los propietarios de viviendas completen otras tareas esenciales o disfruten del tiempo libre.
- Industria de la construcción: Los robots basados en microcontroladores se utilizan en la construcción para llevar a cabo tareas peligrosas y repetitivas. La colocación de ladrillos, el vertido de concreto, la demolición y la elevación de cargas pesadas son algunas de las tareas que se asignan a los robots en la construcción.
Cómo elegir el mejor microcontrolador para robótica
Al seleccionar un microcontrolador para un proyecto de robótica, es esencial considerar factores como los requisitos de energía, la potencia de procesamiento, las necesidades de entrada/salida (E/S), las opciones de conectividad, las habilidades/experiencia de programación, el factor de forma, el precio y la disponibilidad.
Otra cosa vital a considerar es si la placa del microcontrolador puede alimentarse con baterías o un adaptador CA/CC. Los requisitos de energía del microcontrolador y otros componentes deben estar alineados con las opciones de suministro de energía disponibles en el proyecto de robótica.
El microcontrolador debe tener suficiente potencia de procesamiento para manejar las tareas complejas del robot, como el procesamiento de datos, la toma de decisiones y el control. También es esencial considerar el número de entradas/salidas (E/S) digitales y analógicas necesarias para los sensores, actuadores y otros periféricos en el proyecto de robótica.
Las opciones de conectividad son otro factor a considerar al elegir placas de microcontroladores para proyectos de robótica. Si el robot necesita comunicarse con otros dispositivos o sistemas a través de una red, es crucial seleccionar un microcontrolador que admita las interfaces de conectividad requeridas.
La elección de un microcontrolador depende de las habilidades y la experiencia de programación. Es esencial seleccionar un microcontrolador con una arquitectura y un lenguaje de programación con el que el desarrollador se sienta cómodo trabajando.
El factor de forma del microcontrolador es otra cosa a considerar al elegir uno para un proyecto de robótica. Es esencial seleccionar un microcontrolador que quepa físicamente en el factor de forma del proyecto.
El precio y la disponibilidad son otros factores a considerar al elegir el microcontrolador adecuado para un proyecto de robótica. Es esencial seleccionar un microcontrolador que se ajuste al presupuesto del proyecto y que esté disponible para su compra.
Preguntas y respuestas
P1: ¿Cómo se selecciona un microcontrolador para un robot?
A1: Hay muchas maneras de elegir un microcontrolador. La habilidad del diseñador, los requisitos del proyecto, el presupuesto y la línea de tiempo juegan un papel en la selección de un controlador. Las restricciones de diseño, como el tamaño, la energía y el costo, ayudarán a reducir las opciones. Luego, las habilidades de los miembros del equipo influirán en qué controlador se elige. Finalmente, el cronograma y el presupuesto determinarán si se puede seleccionar una opción más cara o más rápida.
P2: ¿Cuáles son las aplicaciones de los microcontroladores en robótica?
A2: Las aplicaciones robóticas impulsadas por microcontroladores cubren varias industrias, desde la fabricación hasta la atención médica. Los brazos robóticos para líneas de montaje, los robots quirúrgicos para operaciones mínimamente invasivas y los robots móviles para la automatización de almacenes son solo algunos ejemplos de la gran expansión de los sistemas robóticos. Los microcontroladores permiten los movimientos y tareas necesarios de estos robots a través de su control de motores, sensores y actuadores.
P3: ¿Cómo funciona un microcontrolador?
A3: El funcionamiento preciso del microcontrolador es muy importante para las aplicaciones robóticas. Una señal de entrada entra en el controlador y se procesa de acuerdo con las instrucciones programadas. Luego, la señal de salida ejecuta la tarea requerida. Los robots necesitan este tipo de controlador para realizar su trabajo.
