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Desarrollo de modelos
robóticos en primaria con
WeDO + XO
Unidad 1: Introducción a la Robótica
Autor: Mauricio Galvez Legua
09/09/2011

El curso de “Desarrollo de modelos robóticos en primaria con WeDO + XO” está dirigido a los docentes
del nivel primario que laboren en instituciones educativas que cuenten con el kit de robótica educativa
WeDo.

Cursos Virtuales DIGETE 2
Desarrollo de modelos robóticos en primaria con WeDO + XO

Tabla de contenido
INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ......................................................................................................................3
LA TECNOLOGÍA ............................................................................................................................................4
EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS ...........................................................................................6
Edad de piedra...........................................................................................................................................6
Edad de los metales...................................................................................................................................6
Las Revoluciones Industriales....................................................................................................................8
Primera Revolución Industrial ...................................................................................................................9
Segunda Revolución Industrial ............................................................................................................... 11
Mecanización...................................................................................................................................... 12
Tercera Revolución Industrial................................................................................................................. 13
Automatización .................................................................................................................................. 13
Robotización ....................................................................................................................................... 14
ROBÓTICA .................................................................................................................................................. 15
¿Qué es un robot? .................................................................................................................................. 15
¿Cómo trabaja un robot? ....................................................................................................................... 17
¿Qué es la Robótica? .............................................................................................................................. 17
ESQUEMA GENERAL DE UN ROBOT .......................................................................................................... 19
Subsistema de Sensores ......................................................................................................................... 19
Subsistema de Control ........................................................................................................................... 20
Subsistema de Actuadores ..................................................................................................................... 20
Subsistema Eléctrico............................................................................................................................... 21
Subsistema Mecánico ............................................................................................................................. 21
Elementos Terminales ............................................................................................................................ 21
Ejemplo: Identificación de un robot ....................................................................................................... 22

2


INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

La robótica educativa, es un medio de aprendizaje que esta
impactando positivamente en la educación de nuestro país y
es por ello necesario conocer cómo ha evolucionado. Su
aplicación en la educación tiene enormes beneficios porque
permite al estudiante desarrollar su creatividad,
característica indispensable en la nueva sociedad del
conocimiento. Construir representaciones de las cosas que
rodean al estudiante, ayuda a motivarlos por entender cómo
funcionan y facilita la adquisición de conocimientos (un
mejor entendimiento del mundo real).

En esta labor, la acción docente debe estar enmarcada por
un conocimiento de la robótica educativa, su empleo
transversal (en todas las áreas del DCN) y el desarrollo de
habilidades que le permitan orientar y aplicar la robótica
educativa a su quehacer educativo.

La presente unidad hace un repaso sobre la evolución de los sistemas automáticos hasta llegar a la
robotización, se define diversos conceptos sobre la robótica y se hace una descripción detallada sobre
las fases de la robótica educativa: Diseñar, Construir, Programar, Probar, Documentar y Compartir.

Los objetivos son:

Conocer la evolución de los sistemas automáticos.
Describir las características de un robot e identificarlos.
Entender el funcionamiento de un robot y describir sus principales partes.
Entender la robótica educativa y su aplicación en la educación.
Describir las fases de la robótica educativa y su aplicación en los procesos de aprendizaje.

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LA TECNOLOGÍA

El término tecnología se refiere a todas las diversas “formas” que utilizamos para modificar nuestro
ambiente. Cuando hablamos de tecnología incluimos tanto a objetos físicos como a técnicas; por
ejemplo, la labranza del campo. Desde los inicios de la agricultura o desde fines de la Edad del Hierro
hasta la actualidad, la cultura humana ha producido tecnología, es decir, la capacidad de modificar la
naturaleza en un grado u otro.

Vamos a citar la definición de tecnología que se hace referencia en el curso virtual “Integración de las
TIC en la Educación”:

La tecnología es una actividad social humana que mejora u optimiza procesos para realizar dos
valores fundamentales: la eficiencia y la eficacia. Para lograr esto, tiene una relación de
retroalimentación con el entorno, sea "imaginando posibilidades" (virtualización) o "realizando ideas"
(concretización). Para hacer posible estos procesos, la tecnología tiene como marco conceptual la
ciencia.

La tecnología se encuentra en una constante evolución; los objetos que no se adaptan a este proceso
simplemente desaparecen. Es decir, a medida que las necesidades son mayores y más complicadas, se
necesita crear un objeto que pueda llenar el vacío para reemplazar el anterior.

En un inicio la tecnología estaba orientada al trabajo manual (en las fábricas, las máquinas facilitaron el
trabajo de los obreros, por ejemplo.), sin embargo, poco a poco esto comenzó a cambiar. Con el avance
de la ciencia, la tecnología tuvo un gran aliado y la industria comenzó a girar hacia un trabajo más
intelectual. Es en estos momentos que aparece la sociedad de la información.

Una sociedad de la información es aquella en la cual las tecnologías que facilitan la creación,
distribución y manipulación de la información juegan un papel importante en las actividades sociales,
culturales y económicas.

La sociedad de la información hace referencia a la creciente capacidad tecnológica para almacenar cada
vez más información y hacerla circular cada vez más rápidamente y con mayor capacidad de difusión.

La sociedad de la información surge a partir del uso e innovaciones intensivas de las Tecnologías de la
Información y las Comunicaciones (TIC). El incremento en la transferencia de información modificó la
forma en que se desarrollan muchas actividades en la sociedad moderna. La sociedad de la información
es vista como la sucesora de la sociedad industrial.

“En la Sociedad de la Información los trabajadores del conocimiento serán los nuevos artesanos
creativos.”
Peter Drucker

Sin embargo, la información no es lo mismo que el conocimiento, ya que la información es un
instrumento del conocimiento, pero no el conocimiento mismo. El conocimiento obedece a aquellos
elementos que pueden ser comprendidos por cualquier mente humana razonable.

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Para la UNESCO el concepto de sociedades del conocimiento va más allá de la sociedad de la
información ya que apunta a transformaciones sociales, culturales y económicas que promueven el
desarrollo sustentable. Los pilares de las sociedades del conocimiento son el acceso a la información
para todos, la libertad de expresión y la diversidad lingüística.

5


EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS

Edad de piedra
La Edad de Piedra es el primer periodo de la prehistoria durante el
cual los hombres fabricaron herramientas de piedra, tecnología que
fue la más avanzada en ese entonces. La madera, los huesos y otros
materiales también fueron empleados (cuernos, cestos, cuerdas,
etc.).

Edad de los metales
La edad de los metales se caracteriza por el trabajo metalúrgico que
fue trascendental para el progreso humano.

El primer metal que trabajaron los hombres fue el cobre que
paulatinamente sustituyó a la piedra. Cuando el ser humano
descubre que al aliar el cobre con el estaño se produce el bronce, accedió a un material más resistente y
de mejor calidad al ser trabajado. Así llegó un momento en que la mayoría de los instrumentos y
recipientes utilizados por el hombre se hacen con este material, de esta manera nace la Edad del
Bronce.

Más tarde, al conocerse el hierro y emplearlo en producir utensilios y armas, surge la llamada Edad del
Hierro, que se distingue por el auge económico, social y cultural que experimentaron las poblaciones
que emplearon el hierro.

Un metal sometido a altas temperaturas se hace líquido y por lo tanto, maleable. En este estado
puede ser vertido sobre un molde. Luego, al solidificarse, el metal adoptará la forma del recipiente. A
esta forma de trabajar el metal se le denomina sistema de fundición. Así se fabricaban herramientas
cada vez más fuertes y resistentes como las espadas.

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Hasta finales del siglo XVIII el hombre solamente había utilizado herramientas, instrumentos inertes
cuya eficacia dependía por completo de la fuerza y la habilidad de la persona que los manejaba.

Herramientas de uso manual
Nombre Herramienta Fuerza + Habilidad manual

Martillo

Lima

Berbiquí

Desarmador

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Luego consigue utilizar la energía de la naturaleza para generar movimiento circular:

Molino de viento
Elemento: Aire
Tipo de energía: Eólica

Las Revoluciones Industriales
La revolución industrial es el cambio en la producción y consumo de bienes debido a la utilización de
máquinas herramientas, las cuales son la unión de una herramienta y un motor.

La aparición y aplicación de la máquina de vapor a los transportes, tanto terrestres como marítimos,
tuvo una inmediata repercusión no solo en procesos de comercialización, sino también en la calidad de
la vida al permitir el desplazamiento rápido y cómodo de personas a gran distancia. Esto produjo un
cambio profundo de los métodos de trabajo y en la propia sociedad, en general.

Las Revoluciones Industriales surgieron con el Se busca la mecanización, reemplazar el trabajo
fin de conseguir que la producción fuese más manual del hombre por una máquina que realizará la
rápida y abundante. misma función.

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Primera Revolución Industrial
Lo que conocemos como Primera Revolución Industrial se inició en Inglaterra durante la segunda mitad
del siglo XVIII. Fue posible gracias a una serie de transformaciones en las estructuras:

Económicas: Producción en serie, desarrollo del capitalismo, aparición de las grandes empresas
(sistema fabril), etc.
Demográficas: Traspaso de la población del campo a la ciudad (éxodo rural), migraciones
internacionales, crecimiento sostenido de la población, etc.

En este contexto, la agricultura enfrentó diversos cambios, los modelos demográficos sufrieron
alteraciones y los esquemas sociales experimentaron modificaciones sustanciales.

El carbón constituyó el principal recurso energético y el ferrocarril se convirtió en el medio de transporte
emblemático de esta era.

El carbón

El petróleo

El algodón

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Las máquinas más importantes empleadas en esta etapa son:

La Máquina de Vapor que influyó en los transportes, los modelos de fabricación, etc.

El Telar Mecánico o Lanzadera Volante cuyo uso fue común en el mundo textil.

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Segunda Revolución Industrial
En esta etapa se desarrollan materias primas derivadas del petróleo y otras que no provienen de la
naturaleza. Se comienzan a producir materias primas químicas como el plástico (empleado en la
industria textil). A pesar de que el carbón se seguía empleando, porque era el combustible de la
máquina de vapor, fue sustituido paulatinamente por nuevas fuentes energéticas como el agua (energía
hidráulica), el viento (energía eólica), electricidad (energía eléctrica), entre otras. Esta revolución
industrial estuvo marcada por la búsqueda de la mecanización.

A lo largo de esta etapa se siguen realizando grandes inventos:

Dinamo: Transforma la energía mecánica en
energía eléctrica.

Motor de explosión: Extrae la energía a partir de la
combustión del petróleo. Fue el responsable de la
invención del automóvil.

Cinematógrafo: Permite filmar y proyectar
imágenes en movimiento. Fue la primera máquina
capaz de grabar y proyectar películas de cine.

Teléfono: Es un dispositivo de telecomunicación
diseñado para transmitir señales acústicas por
medio de señales eléctricas a distancia.

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Mecanización
La mecanización aparece en la Primera y Segunda Revolución Industrial.
Promueve la obtención de piezas mediante el empleo de las máquinas.

Se llama mecanización a la incorporación de máquinas en la realización
de determinadas tareas.

Se habla de la mecanización del campo la realización de las tareas
agrícolas han incorporado máquinas por todos conocidas, como el
tractor, el arado o la cosechadora.
Se habla del mecanizado de piezas en un taller cuando para la fabricación de un determinado
producto se utilizan máquinas como tornos o fresadoras, es decir, cuando se abandona la
fabricación manual y se sustituye por procesos mecanizados que permiten mejores acabados y
mayor rapidez en la confección de elementos.

La creación de las máquinas facilitó notablemente la obtención de piezas con mayor precisión, en menor
tiempo y por menor costo. Algunas de las técnicas utilizadas en la fabricación de piezas son:

Torneado Fresado

Las máquinas empleadas en la mecanización son el torno, la fresadora, el taladro, la sierra, etc.

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Tercera Revolución Industrial
Se emplea la fibra óptica, nuevas cerámicas, aluminio, acero, cobre, mercurio, etc. En cuanto a las
energías empleadas, en esta etapa se siguen usando las mismas que en la Segunda Revolución, pero se
le añade: la energía atómica, así como energías alternativas (la eólica, la solar, etc.) Todas estas energías
tienen en común que son naturales, inagotables y limpias.

Se busca la automatización y la robotización.

Automatización
La automatización tiene sus inicios en el empleo de los autómatas. El término griego "automatos" alude
a un objeto mecánico que se mueve por sí mismo. Durante el siglo XX, la automatización logra un gran
auge debido a la electrónica. Consigue abaratar aún más los costos de fabricación. Los autómatas son un
caso muy conocido de control, que se ha venido aplicando a aquella clase de máquinas en las que una
fuente de energía acciona un mecanismo, que permite imitar los movimientos de los seres vivos. Uno de
los autómatas más conocidos fue el Pato de Vaucanson (Grenoble 1709-París 1782) construido en 1738,
que era un pato artificial capaz de batir las alas, zambullirse, nadar, tragar grano e incluso expeler una
sustancia parecida al excremento.

http://www.flickr.com/photos/rightwing/164057076/

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La automatización, es considerada como la supresión parcial o total de la intervención humana en la
realización de tareas productivas, como las tareas agrícolas, industriales o administrativas.

La automatización es un sistema donde se trasfieren tareas de producción, realizadas habitualmente
por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos. Se busca compatibilizar objetivos
de eficiencia y flexibilidad en los sistemas productivos mediante la integración de computadoras y
máquinas.

Antes, para manejar una máquina solo requeríamos de nuestra habilidad física. Ahora… ¡¡¡debemos
programarlas!!!

Robotización
La robotización es una automatización de procesos pero sin intervención humana. Ella involucra
desplazamiento de cargas, manipulación de objetos y un fuerte componente de realimentación. Es
decir, este tipo de automatización permite la manipulación automática y programable de acciones y
objetos.

Finalmente, podemos resumir estos tres “peldaños” de la tecnología de la siguiente forma:

Proceso Características
Mecanización Incorporación de máquinas:
Realizan procesos repetitivos.
Reemplazan el esfuerzo humano.
Son manejadas por operadores humanos.
Automatización Sustitución parcial de intervención humana.
Sistemas capaces de autorregulación.
Robotización Reprogramación informática.
Coordinación de automatismos.
Adaptabilidad a diversas tareas (polivalencia).

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ROBÓTICA

¿Qué es un robot?
Según el Diccionario de la RAE, un robot es una máquina o ingenio electrónico programable, capaz de
manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas.

Máquina:
Conjunto de piezas acopladas entre sí que transforma una forma de energía en otra para hacer un
trabajo determinado.
Es un conjunto de piezas que con su funcionamiento puede dirigir, regular, transformar energía
para realizar un trabajo determinado.

¿Solo las máquinas capaces de manipular objetos son robots?
¿Qué pasa con los robots bípedos o cuadrúpedos que no manipulan nada? ¿No son robots?

BigDog: Este robot ya lleva algún tiempo desarrollándose. Es un robot electro-
hidráulico todoterreno. Camina, corre, escala y carga hasta 150 kilos. Posee visión
estereoscópica (3D) lo que le permite calcular las distancias exactas para realizar sus
movimientos. Está diseñado para misiones de reconocimiento en terreno hostil.

http://www.technofreakz.es/2009/08/bigdog-el-robot-mas-avanzado-para-
terrenos-accidentados/

Un robot es un dispositivo electromecánico que desempeña tareas automáticamente, de acuerdo a un
programa.

Dispositivo: Mecanismo o artificio dispuesto para producir una acción prevista.
Mecánico: Ejecutado por un mecanismo o máquina.
Electromecánico: Dicho de un dispositivo o de un aparato mecánico accionado o controlado por
medio de corrientes eléctricas.
Mecanismo: Conjunto de las partes de una máquina en su disposición adecuada. Estructura de un
cuerpo natural o artificial y combinación de sus partes constitutivas.
Automático: No requiere de un operador para realizar sus tareas.

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Ejemplo: Una máquina autónoma es un automóvil que carga su propio combustible y tiene autonomía
para desplazarse por varios kilómetros, pero no es automático porque requiere de un conductor que lo
maneje.

Un cajero electrónico, también conocido como ATM (Automated Teller
Machine), cumple con la definición, pero… ¿es un robot?

En general, un robot, para ser considerado como tal, debería cumplir los
siguientes requisitos:

Ser un dispositivo electrónico mecánico: No es natural, sino que ha sido creado artificialmente.
Tener movimiento: Puede interactuar con su entorno.
Tener percepción: Reconocer lo que ocurre a su alrededor.
Ser automático: No requiere de un operador para realizar sus tareas. Trabaja en forma
independiente. Está dotado de sistemas internos (embebidos) y de inteligencia computacional,
de esta manera puede realizar sus tareas por sí solo.
Tener Inteligencia computacional: Es la implementación de algoritmos que doten al robot de
capacidades vinculadas con la inferencia, toma de decisiones, aprendizaje, evolución, etc.
Es programable: Programar es “dar órdenes”. Decimos que un robot es capaz de obedecer estas
órdenes y actuar en consecuencia con ellas. Estas órdenes deben ser dadas en un lenguaje que
tanto el programador como el robot entiendan. Un lenguaje artificial con esta característica se
conoce como lenguaje de programación.

Decir que un dispositivo es programable significa que tiene un
elemento inteligente llamado microprocesador (uP) o
microcontrolador (uC).

Un robot es un dispositivo electrónico mecánico con capacidad de movimiento y acción, con
cierto grado de autonomía, que desempeña tareas en forma automática y que demuestra
inteligencia computacional y es programable.

Entiéndase tarea a cualquier actividad física (que interactué con su entorno o la naturaleza).
Se dice en algunas definiciones, que un robot puede percibir su entorno, esto hace referencia a
que tiene sensores (electrónica).
Cuando se dice que es programable se puede entender que trabaja con un programa
predefinido o utilizando técnicas de inteligencia artificial.

La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos como a sistemas virtuales de software,
aunque suele aludirse a los segundos con el término de bots. En este curso emplearemos la palabra
robot para referirnos a mecanismos físicos.

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¿Cómo trabaja un robot?
Un robot trabaja realizando tres etapas:

Percibir: Es la manera en que el robot detecta lo que hay en su entorno.
Procesar: Procesa la información y, en función a su programación, toma decisiones.
Actuar: Medio por el cual realiza una acción física.

Procesar

Percibir Actuar

¿Qué es la Robótica?
La robótica es una ciencia aplicada que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots.
Una característica de la robótica es que es un área interdisciplinaria; es el resultado de la interacción de
varias disciplinas:

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La mecánica permite el diseño de los sistemas de transmisión de movimiento.
La electrónica le permite al robot recoger información, procesarla y actuar coordinando
impulsos eléctricos que hacen que el robot pueda efectuar sus movimientos. También es la que
le otorga la “inteligencia computacional”.
La informática provee de programas necesarios para el procesamiento de la información y
lograr la coordinación mecánica requerida en los movimientos del robot y otorgarle cierto grado
de inteligencia.

Actualmente, la mayoría de las aplicaciones de la robótica están materializadas en máquinas que
trabajan en una situación muy específica y controlada como, por ejemplo, recogiendo las piezas de una
cadena de montaje, soldando en un punto concreto de un automóvil, siempre del mismo modo exacto,
miles de veces al día.

Sin embargo, en lo que se refiere a la locomoción, los humanos y otros animales somos difíciles de
imitar. Usando una pequeña cantidad de energía podemos movernos con gran versatilidad sobre un
terreno accidentado y responder a éste con un sofisticadísimo equilibrio que exige un control muy
preciso de músculos y tendones. Tenemos diferentes maneras de manejar nuestras fuerzas, desde el
modo de actuar para mantener en un sitio fijo un objeto hasta la manera de lograr que no se vierta el
contenido de una taza de café sostenida entre las manos durante el trayecto de un automóvil por una
carretera con baches.

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ESQUEMA GENERAL DE UN ROBOT

Motores Switches Pistones

Subsistema de
Actuadores

Subsistema
Subsistema de eléctrico
Control Subsistema
mecánico
Elemento
terminal
Subsistema de
Sensores

Inclinación Proximidad Presión Sonido

Subsistema de Sensores
El robot almacena información del medio ambiente donde se encuentra gracias a los sensores. Existen
diversos tipos de sensores: de proximidad, de presión, de temperatura, de inclinación, etc.

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas y transformarlas en
magnitudes eléctricas.

Las magnitudes físicas o química es una propiedad o cualidad de un objeto o sistema físico a la
que se le pueden asignar valores como resultado de una medición cuantitativa. Entre los
ejemplos de magnitudes físicas podemos nombrar: longitud, temperatura, intensidad luminosa,
distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc.
Una magnitud eléctrica es un tipo de magnitud física cuyo origen son las cargas eléctricas. Como
ejemplo podemos nombrar a la resistencia eléctrica, el voltaje y la corriente.
Existe una variedad de sensores:
o Sensores de proximidad
o Sensores de temperatura
o Sensores de humedad
o Sensores de presión
o Sensores de velocidad
o Sensores de caudal
o Sensores de nivel

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Subsistema de Control
Es la parte que le da “inteligencia” al modelo robótico. Es la que “lee” el estado de los sensores y en
función a ciertos parámetros (valores) decide qué hacer y envía las órdenes a los actuadores. El
elemento principal de este subsistema es la Unidad Central de Procesamiento (CPU), también
denominada microprocesador (uP). Para funcionar, el microprocesador requiere de otros elementos
como la memoria ROM (Read-only memory) y la memoria RAM (Random-access memory), así como de
las interfases respectivas para poder interactuar con el exterior. Actualmente se ha difundido el empleo
de un componente electrónico denominado microcontrolador (uC) en el cual se tiene integradas la
memoria ROM, RAM e interfases de entrada y salida (E/S).

uC = uP + RAM + ROM + Interfases de E/S

Subsistema de Actuadores
Son los que ejecutan las tareas u órdenes dadas por el subsistema de control; por ejemplo, los motores,
los pistones, etc.

Los actuadores son los elementos que dan movimiento a los modelos robóticos.

Se clasifican en tres grandes grupos según la energía que utilizan:

Neumáticos: Aire comprimido

La neumática es el empleo el aire comprimido como medio de transmisión de la
energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

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Hidráulicos: Agua o aceite

La hidráulica es el empleo de los fluidos como el aceite como medio de transmisión
de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

Eléctricos: Corriente eléctrica

Subsistema Eléctrico
Incluye todos los componentes eléctricos del robot.

La fuente de alimentación: encargada de transformar la corriente AC (alternating current) en
corriente DC (Direct current).
Componentes de seguridad: Como fusibles, interruptor de encendido, cables, etc.

Subsistema Mecánico
Incluye las partes mecánicas del robot, tales como las articulaciones y los elementos terminales.

Elementos Terminales
Son los encargados de interactuar directamente con el entorno del
robot. Pueden ser tanto elementos de agarre como herramientas tipo:
soplete, etc. Son diseñados específicamente para cada tipo de trabajo.
Son denominados TCP (Tool Center Point).

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Ejemplo: Identificación de un robot

Electrónico Movimiento Inteligencia Automático (no ¿Es
Equipo o dispositivo Programable
mecánico y acción computacional tiene operador) robot?

Sí Sí Sí Sí No No

Sí Sí No No No No

Sí Sí Sí Sí Sí Sí

Sí Sí No Sí Sí No

Sí Sí Sí Sí Sí Sí

Sí No Sí Sí Sí No

Autor: Mauricio Galvez Legua

mgalvezl@minedu.gob.pe
mgl10may62@hotmail.com

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