Entrada, salida y sistema en ejemplos robóticos
Sebastián Josué Caiza Muñoz, sebastian.caiza@est.ucacue.edu.ec
Mao Leonardo Jaramillo Tomala, mao.jaramillo@est.ucacue.edu.ec
Resumen—Este documento presenta una explicación introductoria sobre los conceptos de entrada, salida y sistema, aplicados
al ámbito de la robótica. Basado en los fundamentos teóricos
de señales y sistemas, el texto desglosa de manera sencilla
cómo interactúan estos elementos en componentes de hardware
comunes. Se analizan tres ejemplos especı́ficos, se ilustra un
diagrama de bloques del flujo de información y se establecen
las relaciones matemáticas básicas que rigen su funcionamiento,
sirviendo como una base sólida para futuros estudios en control
automático.
Index Terms—Entrada, robótica, salida, señales, sistemas.
I.
III.
I NTRODUCCI ÓN
El estudio de las señales y los sistemas es fundamental
en la ingenierı́a, ya que proporciona las herramientas para
comprender cómo se comporta el mundo fı́sico y cómo
podemos interactuar con él. En el área de la robótica, estos
conceptos son de vital importancia debido a que cualquier
robot, sin importar su nivel de complejidad, necesita recibir
información de su entorno, procesarla de forma coherente y
generar una respuesta o acción fı́sica. Este ciclo continuo de
lectura, análisis y ejecución es lo que dota de autonomı́a a las
máquinas. En el presente informe, se analizarán tres ejemplos
sencillos para comprender de manera práctica cómo funcionan
estos tres elementos.
II.
de las puertas. De igual forma, en un robot aspirador, si el
dispositivo choca contra una pared (entrada), su controlador
interno procesa esta información (sistema) y decide girar las
ruedas hacia otra dirección (salida). Incluso en un semáforo
inteligente, la detección de un automóvil esperando es la
entrada que el sistema evalúa para cambiar el estado de las
luces como salida. De esta manera, todo comportamiento
automatizado puede reducirse a este ciclo lógico.
C ONCEPTO PRINCIPAL
Para comprender cómo interactúa un robot con su entorno,
primero es indispensable definir con claridad qué es un sistema. En términos sencillos, un sistema es un conjunto de
partes o componentes fı́sicos que trabajan en conjunto para
cumplir un propósito especı́fico. No actúa de la nada, sino
que reacciona a los estı́mulos que provienen de su exterior.
A este estı́mulo que ingresa al sistema se le conoce como
entrada. La entrada puede ser cualquier tipo de información,
energı́a o señal fı́sica, como un cambio en el voltaje, la
detección de movimiento o la presión sobre un botón. Es, en
esencia, la manera en que el mundo exterior se comunica con
el sistema.
Por otro lado, la salida es la respuesta o el resultado que
el sistema entrega después de haber recibido y procesado la
entrada. Esta salida se manifiesta como una acción concreta,
por ejemplo, el giro de una rueda, el encendido de una luz o
la emisión de un sonido.
Estos tres elementos trabajan juntos de forma continua
dentro de un robot. Para facilitar su comprensión, podemos
imaginar situaciones cotidianas. En una puerta automática,
la entrada es la presencia de una persona detectada por un
sensor; el sistema es el circuito de control y el mecanismo de
los motores; y la salida es el movimiento fı́sico de apertura
E JEMPLOS ROB ÓTICOS
A continuación, se presenta en la Tabla I un resumen de tres
componentes ampliamente utilizados en el diseño de robots,
clasificando su entrada, salida y función dentro de un sistema.
Tabla I
C OMPONENTES ROB ÓTICOS Y SUS SE ÑALES
Sistema
Entrada
Salida
Función
Motor DC
Sensor ultrasónico
Servo motor
Voltaje eléctrico
Pulso de sonido
Señal PWM
Rotación mecánica
Señal de voltaje
Posición angular
Generar movimiento
Medir distancias
Posicionar con precisión
Motor DC: Este componente funciona como un sistema
de transformación de energı́a. Recibe como entrada un voltaje
eléctrico continuo proveniente de una baterı́a o controlador. Al
procesar esta energı́a a través de principios electromagnéticos
en sus bobinas internas, entrega como salida un movimiento
rotacional mecánico en su eje. Se considera un sistema porque
es un bloque fı́sico que toma una variable eléctrica y la
transforma en una variable mecánica útil para desplazar un
robot.
Sensor ultrasónico: Este dispositivo actúa como un sistema
de percepción. Su entrada real es el rebote de una onda de
sonido de alta frecuencia (el eco) que regresa tras chocar
contra un obstáculo fı́sico. El sensor procesa internamente
el tiempo que tardó el sonido en ir y regresar. Finalmente,
entrega como salida un pulso eléctrico cuya duración o valor
es interpretado por el microcontrolador como una distancia. Es
un sistema fundamental para que los robots eviten colisiones.
Servo motor: A diferencia del motor DC común, el servomotor es un sistema de posicionamiento. Recibe como
entrada una señal eléctrica pulsante (conocida como PWM). Su
circuito interno procesa el ancho de esos pulsos y lo compara
con la posición actual de su eje. Como salida, genera el torque
necesario para moverse y detenerse en un ángulo exacto. Es
considerado un sistema de lazo cerrado básico, ideal para
mover brazos robóticos o mecanismos de dirección.
IV.
E SQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO
VI-B. Sensor ultrasónico
El cálculo de la distancia se basa en la velocidad del sonido:
En la Figura 1 se ilustra de manera gráfica la interacción
vt
fundamental entre la señal que estimula al equipo y el resul(2)
d=
2
tado generado.
Como se muestra en la ecuación (2), d es la distancia al
obstáculo, v es la velocidad del sonido y t es el tiempo de
vuelo de la señal. Se divide para dos porque el tiempo medido
Salida
Entrada
Sistema
incluye el viaje de ida de la onda y su posterior rebote de
regreso.
Figura 1. Diagrama de bloques general de un sistema robótico.
Como se observa en el diagrama, la información o energı́a
fluye en una dirección lógica. La flecha de la izquierda
representa la entrada que ingresa y perturba el estado de
reposo. El bloque central representa el sistema fı́sico (ya sea
mecánico, eléctrico o de programación) que aplica una regla u
operación sobre lo que acaba de recibir. Finalmente, la flecha
de la derecha representa la salida, que es el resultado directo
de dicho proceso y que afectará al entorno exterior.
V.
R ELACI ÓN CON K AMEN Y H ECK
Este trabajo se fundamenta en los conceptos expuestos
en los capı́tulos 1 y 2 del libro Fundamentos de Señales
y Sistemas [1]. En dichos capı́tulos, los autores introducen
la idea de que las señales son variables que cambian o
evolucionan en el dominio del tiempo, y que los sistemas son
entidades fı́sicas o matemáticas creadas para interactuar con
estas señales.
En el contexto de nuestros ejemplos, la entrada y la salida
corresponden directamente a las señales continuas en el tiempo
descritas en el libro. El proceso por el cual el componente
robótico toma la entrada y genera la respuesta se define teóricamente como la ”transformación de señales”. Estos capı́tulos
iniciales sirven como la base indispensable para estudiar posteriormente disciplinas más avanzadas. Sin comprender primero
cómo aislar matemáticamente una entrada y una salida, serı́a
imposible adentrarse en el control automático (para corregir
errores de movimiento), el procesamiento digital de señales
(para limpiar el ruido de los sensores) o la robótica avanzada.
VI.
R ELACI ÓN MATEM ÁTICA B ÁSICA
Aunque este documento tiene un enfoque conceptual, es
pertinente presentar las relaciones fı́sicas básicas, citadas
mediante ecuaciones, que gobiernan las transformaciones de
señales en los sistemas analizados.
VI-A.
VI-C. Servo motor
El rango de operación del eje se define por sus lı́mites
fı́sicos:
0◦ ≤ θ ≤ 180◦
(3)
La ecuación (3) indica que la posición de salida θ está
restringida a un rango especı́fico. Esta posición es directamente
proporcional al ancho del pulso eléctrico (PWM) que ingresa
al sistema como entrada.
VII. A PLICACIONES DE LOS SISTEMAS ROB ÓTICOS
Los siguientes ejemplos visuales complementan los conceptos desarrollados anteriormente. Las figuras permiten relacionar la teorı́a de entrada, sistema y salida con componentes
reales utilizados en robótica, facilitando la comprensión del
funcionamiento de estos dispositivos.
Figura 2. Diagrama general de un sistema robótico (entrada, proceso y salida).
En la Figura 2 se esquematiza el proceso completo que
realiza una unidad de procesamiento robótico para transformar
datos en acciones fı́sicas.
Motor DC
La velocidad del motor se puede simplificar mediante la
relación de movimiento circular:
θ
(1)
t
En la ecuación (1), ω representa la velocidad angular de salida,
θ es el desplazamiento o giro realizado, y t es el tiempo que
ha transcurrido.
ω=
Figura 3. Robot móvil indicando sensores y actuadores.
La Figura 3 muestra la ubicación de los dispositivos en
un chasis móvil, diferenciando claramente qué partes capturan
información (entradas) y cuáles ejecutan movimiento (salidas).
Figura 4. Motor DC, sensor ultrasónico y servomotor utilizados en robótica.
Finalmente, la Figura 4 expone el aspecto fı́sico de los tres
sistemas explicados a lo largo del documento, mostrando sus
terminales de conexión para las señales analizadas.
VIII.
C ONCLUSIONES
El análisis de los conceptos de entrada, sistema y salida
permitió comprender que cualquier dispositivo robótico puede
representarse como un bloque capaz de recibir información,
procesarla y generar una respuesta útil.
Los ejemplos del motor DC, sensor ultrasónico y servomotor demostraron que sensores y actuadores trabajan de
forma complementaria. Mientras unos capturan información
del entorno, los otros ejecutan acciones que permiten al robot
interactuar con su ambiente.
Finalmente, los fundamentos presentados por Kamen y
Heck constituyen la base para asignaturas posteriores como
control automático, procesamiento digital de señales y robótica, ya que permiten comprender cómo una señal de entrada
se transforma en una salida mediante un sistema.
R EFERENCIAS
[1] E. W. Kamen y B. S. Heck, Fundamentos de Señales y Sistemas usando
la Web y MATLAB, 3ra ed. Pearson Prentice Hall, 2008.
[2] MIT OpenCourseWare. (2026). Signals and Systems. Instituto Tecnológico de Massachusetts. Disponible en la plataforma oficial del MIT.
[3] MathWorks Documentation. (2026). Control System Toolbox: Understanding Plant Models and Signals. Disponible en el portal de MathWorks.