UD04 · Ejercicios¶

A. Métodos y aplicaciones de la robótica (RA4-a)¶

1. Define qué es un robot y en qué se diferencia de una máquina automática simple.
2. Clasifica los robots por tipo (manipulador, móvil con ruedas, con patas, aéreo o submarino, cobot) y pon un ejemplo real de cada uno.
3. Según la IFR (World Robotics 2025): ¿cuántos robots industriales se instalaron en 2024? ¿Cuál es el país líder en densidad y cuál en volumen de mercado?
4. ¿Qué posición ocupa España en el mercado europeo y qué sector la impulsa?
5. Explica el ciclo percibir → procesar → actuar con el ejemplo de un brazo que coge una pieza de un transportador.
6. Pon un ejemplo real con cifras de un robot de cada fabricante (KUKA, FANUC, Universal Robots, Amazon Robotics), indicando carga útil y alcance.
7. La unidad dice que un manipulador de una tonelada y un brazo de asistencia en silla de ruedas se diferencian en más que el tamaño. Explica en qué, y por qué payload y seguridad son criterios que a menudo se oponen.

B. Sensores y actuadores (RA4-a)¶

8. Diferencia sensor pasivo y activo, con un ejemplo de cada uno. ¿Qué dos inconvenientes tienen los activos?
9. Clasifica estos sensores según qué miden (entorno, ubicación o configuración interna): lidar, encoder de eje, GPS, giroscopio, sensor de par, baliza wifi, cámara de tiempo de vuelo.
10. Compara lidar, cámara de tiempo de vuelo y radar en alcance, precisión y condiciones en las que cada uno gana.
11. ¿Por qué el GPS no sirve dentro de un almacén? ¿Qué se usa en su lugar?
12. Explica por qué la odometría solo es precisa en distancias cortas, y qué se combina con ella para corregirla.
13. Un manipulador de una tonelada tiene que enroscar una bombilla sin romperla. ¿Qué sensores lo hacen posible y por qué la frecuencia de medida es la clave?
14. Diferencia actuador eléctrico, hidráulico y neumático, e indica para qué se usa cada uno.
15. La Shadow Dexterous Hand tiene 20 actuadores y la mayoría de la industria usa pinzas de dos dedos con uno. Explica el compromiso, y por qué «más grados de libertad» no es automáticamente mejor.

C. Qué problema resuelve la robótica (RA4-a)¶

16. Justifica por qué el entorno de un robot es no determinista, parcialmente observable y multiagente, con un ejemplo de cada propiedad.
17. Explica el ejemplo del pasillo estrecho: ¿en qué colaboran el robot y la persona y en qué compiten? ¿Qué le pasa a un robot «demasiado educado»?
18. ¿Por qué se dice que la función de recompensa de un robot asistencial está en el usuario y no en el robot? ¿Qué problema práctico crea eso?
19. Describe la jerarquía planificación de tareas → planificación de movimiento → control con un ejemplo propio, indicando qué decide cada nivel.
20. La unidad avisa de que partir el problema en niveles renuncia a algo. Explica con un ejemplo cómo la acción podría ayudar a la percepción si no estuvieran separadas.

D. Modelado y control cinemático (RA4-a)¶

21. Define grado de libertad y explica por qué hacen falta ≥ 6 para posición y orientación libres en 3D.
22. Diferencia articulación de revolución y prismática, e indica cuál es su variable.
23. Explica la diferencia entre espacio articular y espacio cartesiano.
24. ¿Qué son los parámetros de Denavit-Hartenberg y para qué sirven? Enumera los cuatro.
25. Dado un brazo plano 2R con l₁ = l₂ = 1 m y θ₁ = θ₂ = 45°, calcula la posición del efector con las fórmulas de cinemática directa (cos 45° ≈ 0,707).
26. La cinemática directa tiene una única solución y la inversa puede tener 16. Explica a qué se debe esa asimetría.
27. ¿Qué es una singularidad? Nombra tres tipos frecuentes en robots de 6 ejes.
28. ¿Por qué en una singularidad de muñeca las velocidades articulares tienden a infinito, y qué se ve en la célula cuando ocurre?
29. Explica el desacoplamiento cinemático (muñeca esférica) y cómo simplifica la IK.
30. Diferencia control de posición, resolved-rate y control de impedancia, con un ejemplo de uso de cada uno.
31. Ordena de menos a más los controladores P, PD, PID y par calculado, diciendo qué aporta cada término nuevo.
32. ¿Por qué los robots industriales usan servomotores con encoder y no motores paso a paso en lazo abierto?
33. Diferencia jtraj y ctraj, y di cuál usarías para mover una herramienta de corte en línea recta.

E. Problemas y soluciones (RA4-b)¶

34. Diferencia precisión y repetibilidad (ISO 9283). ¿Por qué la precisión es crítica en programación offline y no tanto con teach pendant?
35. ¿Qué es la calibración de un robot y en qué orden de magnitud puede mejorar la precisión?
36. Explica la redundancia cinemática: cuándo aparecen infinitas soluciones y qué se hace en el espacio nulo del jacobiano.
37. Para ensamblar una pieza de 1,5 kg con pinza de 0,5 kg a 700 mm con ±0,1 mm, ¿elegirías un UR5e (5 kg / 850 mm) o un KUKA KR AGILUS (6 kg / 726 mm)? Justifica con los cuatro pasos del ejemplo guiado.
38. Si el layout de una célula obliga a cruzar una singularidad, la unidad recomienda cambiar el layout antes que el controlador. Explica por qué.

F. Espacio de configuración y planificación (RA4-b)¶

39. Explica qué es el espacio de configuración y cuántas dimensiones tiene para: un brazo de 6 ejes, un robot móvil en un plano, y un brazo de 7 ejes.
40. Enuncia formalmente el problema de planificación de movimiento (los cinco elementos) y explica por qué se llama «el problema de la mudanza del piano».
41. Compara grafo de visibilidad y diagrama de Voronoi: qué optimiza cada uno y en qué se paga esa elección.
42. ¿Por qué la descomposición celular deja de ser viable al aumentar las dimensiones, y qué se usa en su lugar para un brazo de 6 ejes?
43. Explica la diferencia entre un plan y una política, e indica cuál de los dos son las leyes de control del §6.4.
44. La robótica real planifica en cinemática y luego convierte el plan en política. Nombra las dos suboptimalidades que introduce eso y di qué técnica ataca ambas a la vez.
45. Un robot lleva una taza de café llena. ¿Cómo se expresa eso en el problema de planificación?

G. Percepción (RA4-b)¶

46. Ordena por dificultad los problemas de localización, mapeo y SLAM, explicando qué se conoce en cada uno.
47. ¿Por qué SLAM parece un problema circular imposible, y cómo lo rompe el enfoque probabilístico?
48. Describe las tres fases de la localización de Monte Carlo con filtro de partículas. ¿Qué representa el robot en la fase intermedia que no podría representar si eligiera una sola respuesta?
49. La unidad dice que quedarse con «el estado más probable» es un atajo que a veces se rompe. Explica en qué situación concreta falla y por qué es peligroso.
50. Explica el ejemplo de entrar de la calle a una habitación con fluorescentes: qué cambia en las medidas y por qué un robot que no se readapte «creerá que ha cambiado de mundo».

H. Aprendizaje en robótica (RA4-b)¶

51. ¿Por qué el aprendizaje por refuerzo funciona en simulación y falla en un robot real? Da las dos razones.
52. Explica el problema sim-to-real y por qué los sistemas prácticos incorporan conocimiento previo del robot y de la tarea.

I. Técnicas de programación de robots (RA4-c)¶

53. Completa la tabla con la técnica de programación adecuada:

    Situación	Técnica
    Operario sin conocimientos de programación configura una trayectoria básica
    Célula industrial monomarca de alta cadencia
    Programar una geometría compleja sin parar la producción
    Robot móvil con navegación y sensores, en investigación
    Cobot que se guía tirando del brazo con la mano

54. Explica qué es el teach pendant y por qué su principal desventaja es parar la producción.

55. ¿Qué son RAPID, KRL y URScript? ¿Cuál se parece más a Python y cómo se envía al robot desde un cliente Python?
56. ¿Qué es ROS 2 y qué elementos lo componen? ¿Para qué tipo de robots se usa?
57. ¿Por qué los cobots permiten el guiado manual? ¿Qué mecanismo lo hace posible?
58. Un cobot lleva un cuchillo en la pinza. ¿Es una aplicación colaborativa? Justifica con la ISO 10218:2025.
59. Para los cuatro entregables que resuelven la navegación con cámara (EX2, EX3, EX5, EX6), rellena una tabla con: qué escribes tú, qué decide el programa, cuántos datos necesita y si puedes explicar por qué el robot actuó como actuó.
60. De esas cuatro técnicas, ¿cuál elegirías para una máquina que tiene que pasar una auditoría de seguridad, y cuál para una que tiene que resolver un problema que nadie sabe describir con reglas? Justifica las dos.

J. Humanos y robots (RA4-c, RA4-d)¶

61. ¿Por qué modelar a una persona como un obstáculo móvil no funciona? ¿Qué se gana al modelarla como un agente con objetivos?
62. Explica por qué el planteamiento como juego lleva al «¿qué crees que creo que crees?» y qué consecuencia tiene que las personas seamos subóptimas de forma predecible.
63. Describe la descomposición predicción → acción en la coordinación con personas.
64. Relaciona el problema de «aprender lo que la persona quiere» con el specification gaming de la UD06. ¿Por qué es más grave con un brazo de una tonelada?

K. Diseño e implementación (RA4-d)¶

65. Enumera los cinco criterios de selección de un manipulador y una pregunta guía para cada uno.
66. Explica por qué el payload debe incluir la herramienta y los cables, y qué son los momentos de inercia de la herramienta.
67. Un robot admite 10 kg en la brida pero no 6 kg en el extremo de una herramienta larga. Explica la aparente contradicción.
68. Diferencia sensores propioceptivos y exteroceptivos, con dos ejemplos de cada uno.
69. ¿Qué permite la visión en una célula que no permiten las posiciones fijas?
70. Describe el ciclo de vida de un proyecto robótico en sus seis pasos.
71. ¿Qué papel juegan el PLC y los protocolos OPC UA / MQTT en una célula de Industria 4.0? ¿Por qué el bus del PLC tiene que ser determinista?
72. ¿Qué es un gemelo digital y cómo se relaciona con el mantenimiento predictivo?
73. Relaciona cada norma con lo que regula: ISO 12100, ISO 10218-1/-2, ISO/TS 15066, ISO 10218:2025, ISO 9283.
74. ¿Qué dos cosas cambia la ISO 10218:2025 respecto a la situación anterior?
75. La norma obliga a auditorías de ciberseguridad industrial de la célula. Explica por qué un robot conectado a la red de planta es una superficie de ataque, enlazando con la UD06.

L. Simulación con Python (RA4-a, RA4-b)¶

76. Escribe el código con roboticstoolbox-python para cargar el robot Panda, calcular su cinemática directa y su inversa.
77. ¿Qué diferencia hay entre fkine, ikine_LM y jacob0?
78. Propón una forma de detectar si una configuración está cerca de una singularidad (pista: rango o número de condición del jacobiano).
79. Escribe con aitk.robots el código mínimo para crear un mundo con una imagen de fondo, colocar un robot con cámara y ejecutar 30 segundos de simulación con tu controlador.
80. Compara los dos simuladores de la unidad: para qué sirve cada uno y por qué no se puede usar el mismo para las dos cosas.

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