Fundamentos y

Conceptos de la

Robtica

Concepto de grados de

libertad.

Sensores.

Conceptos de robot y robot

industrial.

Inteligencia artificial

Lenguajes de programacin

Introduccin

Cuando escuchamos la

palabra Robot, algunas

ocasiones pensamos en

esas pelculas que nos

han sorprendido por

presentarnos Robots

que realizan acciones

superiores a las

capacidades del ser

humano.

Quizs los modelos ms

famosos de robots han

sido los creados por

George Lucas en su

pelcula Stars Wars a

quienes conocimos como

C3PO y R2D2. y otros

como Robocop.

Introduccin

Sin embargo, la idea que nos presentan las pelculas se

encuentra bastante alejada de la aplicacin industrial de los

robots, a los cuales se les considera como un tipo de

mquinas-herramientas.

El siglo XVIII constituye la poca del nacimiento de la robtica

industrial. Hace ya ms de doscientos aos se construyeron

unas muecas mecnicas, del tamao de un ser humano, que

ejecutaban piezas musicales.

Sin duda, hoy se puede

afirmar que el desarrollo

de las mquinas-

herramientas ha sido

sumamente acelerado.

El concepto actual de

robot industrial no se

aplica a aquellas antiguas

muecas sino a lo que

aqu aprenderemos es un

robot industrial.

DEFINICIN DE ROBOT

QUE ES UN ROBOT?

Robots se consideran mquinas con capacidades sensoriales, inteligencia y movilidad-.

Para ser calificado como un robot, la mquina tiene que ser habilitado para:

1. Obtener informacin del entorno (sensores).

2. Realizar diferentes tareas fsicas- tal como

mover o manipular objetos.

3. Re-programable, puede realizar diferentes

cosas.

4. Funcionamiento autnomo e interactuar con

seres humanos.

Conceptos Bsicos

Robots mviles con ruedas.

Robots con piernas.

Robots areos.

Robots acuaticos.

Robots humanoides.

Robots mviles. Conceptos Bsicos

Robots manipuladores [Brazos Robots].

CRS

ROBOTICS

CRS

ROBOTICS

Conceptos Bsicos

Robots hbridos [Mviles con manipulacin autnomos].

Vehculos autnomos

Robtica.

Ciencia o rama de la tecnologa, que estudia el diseo y construccin de mquinas capaces de

desempear tareas realizadas por el ser humano

o que requieren del uso de inteligencia.

Conceptos Bsicos

Puede definirse como

el estudio,

diseo y uso

de robots para

la ejecucin

de procesos

industriales.

Campo de la

robtica industrial

Estos procesos industriales

pueden ser muy variados:

Fabricacin.

Ensamblaje.

Soldadura.

Paletizado.

Almacenaje.

Y ms

UN ROBOT ES ...

manipulador programable y multifuncional diseado para mover

materiales, partes, herramientas o

dispositivos especficos mediante

movimientos programados para

realizar diferentes tareas

[Instituto de Robtica de Amrica]

UN ROBOT ES ...

agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo fsico

[Russell y Norvig]

conexin inteligente de percepcin a accin

[Jones y Flynn]

una mquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo

con cierta autonoma

[Sucar]

Robot Industrial

Definicin de Robot

Industrial

Manipulador multifuncional reprogramable

con varios grados de libertad capaz de

manipular materias, piezas, herramientas, o

dispositivos especiales segn trayectorias

variables programadas para realizar tareas

diversas.

[ISO]

Otra Definicin de Robot

Industrial

Mikell Groover, en su libro Automation,

Production Systems and Computer

Integrated Manufacturing, define al robot

industrial como "...una mquina

programable, de propsito general, que

posee ciertas caractersticas

antropomrficas, es decir, con

caractersticas basadas en la figura

humana..."

Cabe destacar que la caracterstica

antropomrfica ms comn en nuestros das

es la de un brazo mecnico, el cual realiza

diversas tareas industriales.

Definicin de Manipulador

Mecanismo formado generalmente por

elementos en serie, articulados entre si,

destinado al agarre y desplazamiento de

objetos. Es multifuncional y puede ser

gobernado directamente por un operador

humano o mediante dispositivo logico.

TIPOS DE ROBOTS

Robots manipuladores [Brazos]

Robots mviles

Robots hbridos [Mviles con manipulacin autnomos]

Vehculos

Robots caminantes

2 patas [Humanoides]

4/6 patas [Insectos]

Robots manipuladores

[Brazo Robot]

Los robots manipuladores son, esencialmente,

brazos articulados. Un manipulador

industrial convencional es una cadena

cinemtica abierta formada por un conjunto

de eslabones interrelacionados mediante

articulaciones. Las articulaciones permiten el

movimiento relativo entre los sucesivos

eslabones.

C0

C1

Cn

Cadena

cinemtica

abierta.

Brazo Robots

CRS

ROBOTICS

Robot industrial

KUKA KR1000 Titan.

Robots Mviles

El desarrollo de los robots mviles responde a la

necesidad de extender el campo de aplicacin de la

Robtica, tratando incrementar la autonoma y

limitar todo lo posible la intervencin humana.

Robots hbridos

Mviles con manipulacin.

Vehculos autnomos

Los vehculos con ruedas son la solucin mas simple y

eficiente para conseguir la movilidad suficientemente

duros y libres de obstculos, permitiendo conseguir

velocidades relativamente altas. La locomocin mediante

ruedas es poco eficiente en terrenos blandos.

NAVLAB 2

obteniendo una velocidad

mxima de 32km/h (NavLAB 1)

pasando a 88 km/h (NavLAB 2) y

finalmente el importante logro

de la Expedicin sin manos realizada en 1996 por el

NavLAB 5 que procesa la

informacin bajo el principio de

Redes Neuronales manejando

automticamente el 98,8% del

recorrido realizado por la ruta

entre Washington y California.

Boss un

vehculo-

robot,

Chevrolet

4x4,

complet un

recorrido

urbano de

100 km en 6

horas por un

pueblo

fantasma de

California.

En el

segundo y

tercer

puesto se

situaron un

Volkswagen

Passat

modificado y

un 4x4 de

Ford

respectivame

nte.

Robots caminantes

4/6 patas

[Insectos]

Permiten aislar el cuerpo del terreno

empleando nicamente puntos de soporte para

mantener la estabilidad y pasar sobre

obstculos. 2 patas

[Humanoides]

http://www.honda.co.jp/ASIMO/technology/history/

Grados de libertad

Sin duda, una de las principales

caractersticas que definen a los robots lo

constituye los "grados de libertad" que

posea. Hablar de "grados de libertad"

equivale a decir nmero y tipo de movimientos

del manipulador.

Observando los movimientos del brazo y de la

mueca, podemos determinar el nmero de

grados de libertad que presenta un robot.

Generalmente, tanto en el brazo como en la

mueca, se encuentra una variacin que va

desde uno hasta los tres grados de libertad.

A la mueca de un manipulador le

corresponden los siguientes movimientos o

grados de libertad: giro (hand rotate),

elevacin (wrist flex) y desviacin (wrist

rotate) como se muestra enseguida.

Cabe hacer notar que existen muecas que no

pueden realizar los tres tipos de movimiento.

Jpiter

Amatrol

Las muecas, del robot Jpiter, muestran

nicamente un grado de libertad de giro.

Robot Scara

La mueca del robot MoveMaster Mitsubishi

est diseada para realizar movimientos de

giro y de elevacin. Es decir, presenta dos

grados de libertad.

MoveMaster

Mitsubishi

Definicin

Cada uno de los movimientos independientes

que puede realizar cada articulacion con

respecto al anterior, se denomina grados de

libertad (GDL).

El numero de grados de libertad con que

cuenta un robot determina la accesibilidad de

este y su capacidad para orientar su

herramienta terminal. Es relativamente

frecuente que el numero de GDL de los

robots comerciales coincida con el numero de

articulaciones, es decir, que cada

articulacin representa un GDL.

La eleccin del numero de GDL necesarios

viene determinada por el tipo de aplicacin.

En general hay que considerar que el

aumento del numero de GDL va aparejado

con un considerado aumento en el costo del

robot.

Sensores

Los robots utilizan sensores para as

obtener informacin acerca de su entorno.

En general, un sensor mide una

caracterstica del ambiente o espacio en el

que est y proporciona seales elctricas.

Para la robtica vienen en diferentes formas,

fotorresistencias, fotodiodos,

fototransistores, obteniendo todos estos el

mismo resultado, es decir cuando un haz de luz

es detectado ellos responden ya sea creando o

cambiando una seal elctrica la cual ser

analizada y el dispositivo tomar una decisin o

bien proveer la informacin. El uso de

sensores de luz le permite a los robots

ubicarse, muchos de ellos utilizan tambin

sensores infrarrojos para desplazarse,

emitiendo un rayo hacia un obstculo y midiendo

la distancia.

Sensores de Luz

Los robots tienen problemas para interpretar

sombras, cambio de luces o brillo, adems para

poder tener percepcin de la profundidad es

necesario que tengan visin estereoscpica al

igual que los humanos. Otro de los grandes

inconvenientes es el lograr resolver imgenes

tridimensionales para poder generar una imagen

tridimensional a partir de dos imgenes muy

similares en un tiempo corto se requiere de

grandes cantidades de memoria y de un

procesador muy poderoso.

Sensores de Visin

Los sensores de proximidad pticos son

similares a los sensores de luz en el sentido

de que detectan la proximidad de un objeto por

su influencia sobre una onda propagadora que

se desplaza desde un transmisor hasta un

receptor

Sensores de Proximidad

pticos

Estos sensores se utilizan en robtica para

obtener informacin asociada con el contacto

entre una mano manipuladora y objetos en el

espacio de trabajo.

Los sensores de contacto pueden subdividirse

en dos categoras principales: binarios y

analgicos Los sensores binarios son

esencialmente conmutadores que responden a

la presencia o ausencia de un objeto. Por el

contrario los sensores analgicos

proporcionan a la salida una seal

proporcional a una fuerza local.

Sensores de Tacto

Podemos definir la

Inteligencia artificial como

"el estudio de las maneras en

las cuales las computadoras

pueden mejorar las tareas

cognoscitivas, en las cuales,

actualmente, la gente es

mejor."

Inteligencia Artificial

La Inteligencia artificial tiene aplicacin en

la Robtica cuando se requiere que un robot

"piense" y tome una decisin entre dos o ms

opciones, es entonces cuando principalmente

ambas ciencias comparten algo en comn

Aplicaciones de la IA

Lenguajes de

Programacin

En las mquinas controladas por sistemas

informticos, el lenguaje es el medio que

utiliza el hombre para gobernar su

funcionamiento, por lo que su correcta

adaptacin con la tarea a realizar y la

sencillez de manejo, son factores

determinantes del rendimiento obtenido en los

robots industriales.

Hay varias maneras de comunicarse con un

robot, y tres soluciones generales para

lograrlo, que son reconocimiento de palabras

separadas, enseanza y repeticin y lenguajes

de programacin de alto nivel.

La enseanza y repeticin, tambin conocido como

guiado, es la solucin ms comn utilizada en el

presente para los robots industriales. Este

mtodo implica ensear al robot dirigindole los

movimientos que el usuario desea que realice.

La enseanza y repeticin se lleva a cabo

normalmente con los siguientes pasos:

1. Dirigiendo al robot con un movimiento lento

utilizando el control manual;

2. Reproduciendo y repitiendo el movimiento

enseado;

3. Si el movimiento enseado es correcto,

entonces se hace funcionar al robot a la

velocidad correcta en el modo repetitivo.

Lenguajes de

programacin

La programacin empleada en Robtica puede

tener un carcter explcito, en el que el

operador es el responsable de las acciones de

control y de las instrucciones adecuadas que

las implementan, o estar basada en la

modelacin del mundo exterior, cuando se

describe la tarea y el entorno y el propio

sistema toma las decisiones. La programacin

explcita es la utilizada en las aplicaciones

industriales y consta de dos tcnicas

fundamentales:

Programacin Gestual. Programacin Textual.

La programacin gestual consiste en

guiar el brazo del robot directamente a

lo largo de la trayectoria que debe

seguir. Los puntos del camino se graban

en memoria y luego se repiten. Este tipo

de programacin, exige el empleo del

manipulador en la fase de enseanza, o

sea, trabaja "on-line".

En la programacin textual, las acciones que

ha de realizar el brazo se especifican

mediante las instrucciones de un lenguaje.

En esta labor no participa la mquina

(offline). Las trayectorias del manipulador

se calculan matemticamente con gran

precisin y se evita el posicionamiento al

ojo, muy corriente en la programacin

gestual.