viernes, 22 de abril de 2016
Concepto de robótica
La Robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la informática.
De forma general, la Robótica se define como: El conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poli articuladas, dotados de un determinado grado de "inteligencia" y destinados a la producción industrial o al sustitución del hombre en muy diversas tareas.
Un sistema Robótico se puede describirse, como "Aquel que es capaz de recibir información, de comprender su entorno a través del empleo de modelos, de formular y de ejecutar planes, y de controlar o supervisar su operación". La Robótica es esencialmente pluridisciplinaria y se apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica y de la informática, así como en los de nuevas disciplinas tales como el reconocimiento de patrones y de inteligencia artificial.
La historia de la Robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", muchas veces por obra de genios autodidactas que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer trasbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.
Si algún autor ha influido sobre manera en la concepción del universo de los robots de ficción, éste ha sido sin duda alguna Isaac Asimos. Muchos otros, desde luego, han escrito sobre robots, pero ninguno ha relatado tan minuciosamente las actitudes y posibilidades de estas máquinas como lo ha hecho él.
Tanto es así, que el Oxford English Dictionary reconoce a Asimos como inventor de la palabra "robótica" y, aunque todos conocemos la facilidad de los anglófonos para inventar palabras nuevas, no por ello tiene mucho mérito.
Cuando tenía 22 años, Asimos escribió su cuarto relato corto sobre robots. El círculo vicioso. En boca de unos de sus personajes planteó lo que consideraba axiomas básicos para el funcionamiento de un robot. Los llamó las Tres reglas fundamental de la robótica y dicen así:
Ningún robot puede hacer daño a un ser humano, o permitir que se le haga daño por no actuar.
Un robot debe obedecer las órdenes dadas por un ser humano, excepto si éstas órdenes entran en conflicto con la primera ley.
Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que está protección no sea incompatible con las leyes anteriores.
En definitiva, las famosas leyes de Asimos son aplicables a un universo donde los robots son seres inteligentes, pero quedan relegadas a una cartilla de parvulario al enfrentarse con la dura realidad. Pero esto son sólo anécdotas.
Historia De La Robotica
Historia de las tres leyes de robótica
Los primeros Robots construidos, en la tierra, eran modelos poco avanzados. Era una época en donde la Robopsicología no estaba muy bien desarrollada. Estos Robots podían ser enfrentados a situaciones en las cuales se vieran en un conflicto con sus leyes. Una de las situaciones más sencillas se da cuando un Robot debe dañar a un ser humano para evitar que dos o más sufran daño. Aquí los Robots decidían en función de un criterio exclusivamente cuantitativo, quedando luego inutilizados, al verse forzados a violar la primera ley.
Posteriores desarrollos en la Robótica, permitieron la construcción de circuitos más complejos, y por ende, con una mayor capacidad de autorreflexión. Una peculiaridad de los Robots es que pueden llegar a redefinir su concepto de "daño" según sus experiencias e incluso, llegar a determinar niveles de éste. Su valoración de los seres humanos también puede ser determinada por el ambiente.
Es así que un Robot puede llegar a dañar a un ser humano por proteger a otro que considere de más valía (su amo por ejemplo). También podría darse el caso de que un Robot dañara físicamente a un ser humano para evitar que otro sea dañado psicológicamente, pues llega a ser una tendencia el considerar los daños psicológicos más graves que los físicos.
Estas situaciones nunca se hubieran dado en Robots más antiguos. Asimov plantea en sus historias de Robots las más diversas situaciones, siempre considerando las posibilidades lógicas que podrían llevar a los Robots a tales situaciones.
Uno puede llegar a encariñarse con los Robots de Asimov, él que nos muestra en sus historias Robots cada vez más "humanos". En El hombre bicentenario, Asimov nos narra la historia de Andrew Martín, nacido Robot, y que luego de una vida de lucha, logró morir como un ser humano. Están también R. Daneel Olivaw y R. Giskard Reventlov, los cuales tienen un papel fundamental en la segunda expansión de los seres humanos y la posterior fundación del imperio galáctico. Estos dos personajes son importantes en la medida en que, siendo los Robots más complejos jamás creados, fueron capaces de desarrollar la ley cero de la Robótica (Zeroth law):
"Un Robot no puede hacer daño a la humanidad o, por inacción, permitir que la humanidad sufra daño."
Se supone que la Ley Cero sería el resultado de la reflexión filosófica por parte de estos Robots más sofisticados.
R Giskard muere luego de tener que dañar a un ser humano en virtud de la ley cero. El problema fundamental de esta ley está en el problema para definir "humanidad", así como para determinar qué "daña" a la humanidad. R. Daneel logró asimilar la ley cero gracias al sacrificio de Giskard, convirtiéndose desde entonces en el protector de la humanidad. Daneel se convierte en uno de los personajes más importantes del ciclo de Trántor (formado por los cuentos y novelas de Robots, las novelas del imperio, y la saga de las fundaciones: 17 libros) siendo además el punto que le da continuidad.
La Robótica abre una nueva y decisiva etapa en el actual proceso de mecanización y automatización creciente de los procesos de producción. Consiste esencialmente en la sustitución de máquinas o sistemas automáticos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos de uso general, dotados de varios grados de libertad en sus movimientos y capaces de adaptarse a la automatización de un número muy variado de procesos y operaciones.
La Robótica se ha caracterizado por el desarrollo de sistemas cada vez más flexibles, versátiles y polivalentes, mediante la utilización de nuevas estructuras mecánicas y de nuevos métodos de control y percepción.
La Robótica ha alcanzado un nivel de madurez bastante elevado en los últimos tiempos, y cuenta con un correcto aparato teórico. Sin embargo, algunas cosas que para los humanos son muy sencillas, como andar, correr o coger un objeto sin romperlo, requieren una potencia de cálculo para igualarlas que no esta disponible todavía.
Sin embargo se espera que el continuo aumento de la potencia de los ordenadores y las investigaciones en inteligencia artificial, visión artificial y otras ciencias paralelas nos permitan acércanos un poco más cada vez a los milagros soñados por los primeros ingenieros y también a los peligros que nos adelanta la ciencia ficción.
La prehistoria
La palabra Robot surge con la obra RUR, los "Robots Universales de Rossum" de Carel Capee, es una palabra checoslovaca que significa trabajador, sirviente. Sin embargo podemos encontrar en casi todos los mitos de las diversas culturas una referencia a la posibilidad de crear un ente con inteligencia, desde el Popol-Vuh de nuestros antepasados mayas hasta el Golem del judaísmo.
Desde la época de los griegos se intentó crear dispositivos que tuvieran un movimiento sin fin, que no fuera controlado ni supervisado por personas, en los siglos XVII y XVIII la construcción de autómatas humanoides fabricados con mecanismos de relojería por Jacques de Vaucanson, Pierre Henri-Louis, Jaquet- Droz, como el escribiente, the Draughtsman, el músico Henri Maillar det (1800), Olimpia de la ópera de Offenback de Hoffman, fortalecieron la búsqueda de mecanismos que auxiliaran a los hombres en sus tareas.
Estos autómatas desataron controversias alrededor de la posible inteligencia que pudieran tener estos dispositivos pesadas y en la búsqueda de la posibilidad de crear vida artificialmente. El escribiente hacía mofa de la frase de Descartes de "Pienso luego existo parafraseándola al escribir "Escribo luego existo". Los fraudes surgieron como en el caso del ajedrecista, en el que un muñeco mecánico daba respuesta a jugadas de ajedrez, comprobándose más tarde que era un enano encerrado en la caja del muñeco el que daba las respuestas y movía el muñeco. Todos estos mitos anteceden a la obra Kapec, en la que se plantea la construcción de Robots para liberar a las personas de la carga pesada de trabajo. Sin embargo, esta ficción y la creada por Asimov, junto con los desarrollos mecánicos de máquinas como el telar de Thaillard, motiva a George Devol a crear el origen de los Robots industriales, un manipulador que sería parte de una célula de trabajo.
Desarrollo histórico
Desde los primeros autómatas hasa las sondas espaciales han pasado varios siglos, pero al hablar de inteligencia sólo podremos mirars unos treinta años atrás. Han sido pocos años, pero muy intensos y el interés que ha despertado en todo el mundo es superior a cualquier previsión que se pudiera formular en su nacimiento y concepción inicial, siguiendo un proceso paralelo a la introducción de las computadoras en las actividades cotidianas de la vida humana, aunque si bien los Robots todavía no han encontrado la forma de inserción en los hogares pero sí son un elemento ya imprescindible en la mayoría de las industrias.
Podemos contemplar la Robótica como una ciencia que, aunque en ella se han conseguido grandes avances, ofrece aun un amplio campo para el desarrollo y la innovación tecnológica y es precisamente este aspecto el que motiva a muchos investigadores y aficionados a los Robots a seguir adelante planteando Robots cada vez mas evolucionados y complejos.
Los aficionados a los Robots también juegan un papel muy importante en el desarrollo de la Robótica, ya que son éstos los que, partiendo de una afición firme, con sus particulares ideas y al cabo de un cierto tiempo de pruebas y progresos, han podido desarrollar sus teorías y, con ello, crear precedentes o mejorar aspectos olvidados, así como solucionar problemas no previstos inicialmente.
Definición de robot
Definición de robot
Dar una definición concreta de robot no es sencillo. Resulta tan complicado como intentar definir por ejemplo, la diversión o el aburrimiento; se conoce si algo es divertido o aburrido, pero es largo explicarlo con palabras.
Un Robot es un dispositivo generalmente mecánico, que desempeña tareas automáticamente, ya sea de acuerdo a supervisión humana directa, a través de un programa predefinido o siguiendo un conjunto de reglas generales, utilizando técnicas de inteligencia artificial. Generalmente estas tareas reemplazan, asemejan o extienden el trabajo humano, como ensamble en líneas de manufactura, manipulación de objetos pesados o peligrosos, trabajo en el espacio, etc.
Un Robot también se puede definir como una entidad hecha por el hombre con un cuerpo y una conexión de retroalimentación inteligente entre el sentido y la acción (no bajo la acción directa del control humano). Usualmente, la inteligencia es una computadora o un microcontrolador ejecutando un programa. Sin embargo, se ha avanzado mucho en el campo de los Robots con inteligencia alámbrica. Las acciones de este tipo de Robots son generalmente llevadas a cabo por motores o actuadores que mueven extremidades o impulsan al Robot.
La RIA (Robot Industries Association) lo define así: un robot es un manipulador reprogramable y multifuncional, diseñado para mover cargas, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variadas y programadas. En resumen se puede decir:
* Su característica fundamental es poder manejar objetos (o sea, manupulador). Un robot se diseña con este fin, teniendo en cuenta que ha de ser muy versátil a la hora de utilizar herramientas y manejarlas.
* La segunda pecularidad que a diferencia de otras máquinas automáticas es su capacidad para realizar trabajos completamente diferentes adaptándose al medio, e incluso pudiendo tomar decisiones. A eso es a lo que se refiere lo de multifuncional y reprogramable.
Los Web bots son conocidos como Robots, pero existen solamente en código, y se mueven a través de páginas Web obteniendo información. Tales entidades son normalmente llamadas agentes de software para ser distinguidos de un Robot que posee cuerpo.
Esta definición está muy abierta, ya que hasta una secadora de cabello satisface este criterio. Por lo tanto, los robotistas han extendido la definición añadiendo el criterio de que los Robots deben ser entidades que lleven a cabo más de una acción. Por lo tanto, las secadoras de cabello y entidades similares de una sola función son reducidas a una Control de problemas.
Así mismo, el término Robot ha sido utilizado como un término general que define a un hombre mecánico o autómata, que imita a un animal ya sea real o imaginario, pero se ha venido aplicado a muchas máquinas que reemplazan directamente a un humano o animal en el trabajo o el juego. Esta definición podría implicar que un Robot es una forma de biomimetismo.
Clasificación de los robots según su arquitectura
La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede se metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales.
Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.
Poliarticulados
Bajo este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad". En este grupo se encuentran los manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.
Moviles
Son Robots con grandes capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuentas, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Stranford.
Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.
Androides
Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación.
Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot.
Zoomorficos
Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos.
A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numeroso y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.
Hibridos
Estos Robots corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos.
De igual forma pueden considerarse híbridos algunos Robots formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los Robots industriales.
En parecida situación se encuentran algunos Robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como androides, tal es el caso de los Robots personales.
Las características con las que se clasifican principalmente
Propósito o función
Sistema de coordenadas empleado
Número de grados de libertad del efecto formal
Generación del sistema control.
La fuerza y movimiento del robot
Aunque C3PO tenía dos brazos y dos piernas y casi podía correr, nuestros robots actuales no tienen tanta suerte. Generalmente están formados por un brazo que utilizan para manejar las herramientas.
Este brazo y sus herramientas son movidos por dispositivos denominados actuadotes, que pueden ser de origen eléctrico,neumático o bien hidráulico.
8.1 El brazo o manipulador
La estructura mecánica del manipulador puede ser tan variada como los fabricantes que las hacen. Pero generalmente se pueden distinguir cuatro partes principales en el manipulador: el pedestal, el cuerpo, el brazo y el antebrazo. (Ilustración 8).
Las articulaciones entre las distintas partes rígidas del brazo pueden ser giratorias (como las del brazo humano) o deslizantes (si hay traslación de las partes). El número de elementos del brazo y sus articulaciones determinan una característica propia de cada robot. Al número de movimientos espaciales independientes entre sí se le denomina grados de libertad.
8.2 Campo de acción
Debido a la estructura de las articulaciones y al número de ellas existente, el brazo del robot puede llegar a alcanzar ciertos puntos del espacio, pero nunca todos. Al conjunto de los puntos del espacio que el robot puede alcanzar con su herramienta se le denomina campo de acción, y es una característica propia de cada robot.
Los fabricantes nos ofrecen en sus catálogos todo un montón de dibujitos en los que podemos ver las zonas que el robot alcanza y las que no.
8.3 Más características
Hay otras tres características que definen la calidad del movimiento de un robot:
Resolución (o precisión). Es el mínimo movimiento que puede realizar el robt expresado en milímetros.
Repetitividad. Es una medida estadística del error que comete un robot al colocarse repetidas veces en un mismo punto.
Exactitud. Es una medida de la distancia que hay entre el punto donde se ha colocado el extremo del brazo y el punto real donde debería haberlo hecho.
9. El sistema nervioso
Al igual que nuestro cerebro envía impulsos nerviosos a nuestros músculos para que éstos se muevan, el robot requiere que una computadora central decida qué pasos hay que seguir para llevar a cabo una tarea concreta.
La espina dorsal del robot son los reguladores. Dependiendo del actuador utilizado, el control se realizará a través de un programa o bien mediante programa y circuitos a la vez.
9.1 La función de los reguladores
La misión de los actuadotes es alcanzar un estado determinado cuya referencia le viene impuesta por la unidad de control. Ese estado puede ser bien alcanzar una posición determinada, o bien adquirir cierta velocidad. Si son actuadotes eléctricos (motores) esto se hará girando. Si son hidráulicos o neumáticos, se enviará mayor o menor presión al fluido compresor.
Al controlador principal le interesa que su orden se cumpla exactamente y en el menor tiempo posible, sin que tenga necesidad de ocuparse de ello. Y ésta es la misión de los reguladores.
10. El mercado de los robots
Ya puedes imaginarte que elegir un robot no es como ir al supermercado y meter en la cesta un kilo de peras. Es necesario conocer a la perfeccion el tipo de aplicaciones donde se van a emplear el robot y cuales han de ser sus caracteristicas.
Campo de acción, grados de libertad, presición, repetitividad, velocidad de movimientos, fuerza, lenguajes de programación, tipos de accionamentos, capacidad de comunicación, mantenimiento y coste son algunas de las caracteristicas con las quenos obsequia un fabricante cuando le pedimos un catalogo. La elección no es fácil.
10.1 Unimation
Americana y fundadora por J. Engerber a principios de los 60, fue la empresa pionera en fabricación de robots industriales.
Los robots mas importantes patentados por Unimation han sido:
Unimate. Es un robot hidraulico, de estructura espacial de tipo polar, que en su version frande (Unimate 4000) es utilizado sobre todo en forja, fundicion y soldadura. Las versiones mas pequeñas (Unimate 1000 y 2000) se utilizan en alimentación de maquinaria y manipulación.
Puma. Los robots Puma son la version electrica de los Unimate. Son articulares y existen varias versiones (Puma 260,560,761 y 762), utilizdas todas ellas en ensamblaje y manipulación.
10.2 Cincinnati Milacron
Es el fabricante mundialmente conocido por sus máquinas herramienta. A partir de 1981 comenzo a fabricar robots eléctricos similares a los de Unimation pero de menor capacidad de carga.
Actualmente tiene dos modelos en el mercado, el T3 y el HT3 (el segundo algo mayor que el primero). Ambos son utilizados en aplicaciones de soldadura y manipulacion.
10.3 ASEA
Esta firma es un ejemplo de que las tecnologías europeas no es nada despreciable. Asea fue una empresa dedicada inicialmente a la construcción de maquinaria eléctrica que, a finales de los 60, desarrollo un robot eléctrico para automatizar sus propios procesos de producción.
Posee una amplia gama de modelos (IRB 60, IRB 90,IRB 1000, etc.), todos ellos de tamaño medio o grande y, por su versatilidad, utilizados en casi cualquier tipo de proceso (mercanizado, fundicion, soldadura, manupulacion, etcétera).
10.4 Hitachi
Esta es una firma japonesa dedicada a una gran variedad de productos, en su mayoría electrónicos. Su división de robótica tampoco se ha queda atrás.
El modelo A 4010 comercializado por esta casa es un robot pequeño, de tipo Scara (coordenadas cartesianas) que se utiliza para manipulación y emsablajes precisos. El modelo Process no es tampoco demasiado grande, es de tipo articulado y se utiliza en el mismo tipo de procesos que el anterior.
11. Aplicaciones industriales
Un Robot industrial es un manipulador automático reprogramable y multifuncional, que posee ejes capaces de agarrar materiales, objetos, herramientas mecanismos especializados a través de operaciones programadas para la ejecución de una variedad de tareas como se puede apreciar, estas definiciones se ajustan a la mayoría de las aplicaciones industriales de Robots salvo para las aplicaciones de inspección y para los Robots móviles (autónomos) o Robots personales.
Para Firebaugh un Robot es una computadora con el propósito y la capacidad de movimiento.
¿Qué es un Robot Industrial?
Un Robot industrial es una máquina que puede efectuar un número diverso de trabajos automáticamente mediante una programación informática previa. Se caracteriza por tener una estructura en forma de brazo mediante el cual puede usar diferentes herramientas o aprehensores situados como elemento terminal de éste. Además, es capaz de tomar decisiones en función de la información procedente del exterior.
El Robot industrial forma parte del progresivo desarrollo de la automatización industrial, favorecido notablemente por el avance de las técnicas de control por computadora, y contribuye de manera decisiva la automatización en los procesos de fabricación de series de mediana y pequeña escala.
La fabricación en series pequeñas había quedado hasta ahora fuera del alcance de la automatización, debido a que requiere una modificación rápida de los equipos producción.
El Robot, como manipulador reprogramable y multifuncional, puede trabajar de forma continua y con flexibilidad. El cambio de herramienta o dispositivo especializado y la facilidad de variar el movimiento a realizar permiten que, al incorporar al Robot en el proceso productivo, sea posible y rentable la automatización en procesos que trabajan con series más reducidas y gamas más variadas de productos.
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