Fundamentos y Conceptos de la

Robótica

Concepto de grados de libertad.

Reseña historica de la robotica.

Conceptos de robot y robot industrial.

Cuando escuchamos la palabra Robot, algunas ocasiones pensamos en esas películas que nos han sorprendido por presentarnos Robots que realizan acciones superiores a las capacidades del ser humano.

Quizás los modelos más famosos de robots han sido los creados por George Lucas en su película Stars Wars a quienes conocimos como C3PO y R2D2. y otros como Robocop.

Introducción

Sin embargo, la idea que nos presentan las películas se encuentra bastante alejada de la aplicación industrial de los robots, a los cuales se les considera como un tipo de máquinas-herramientas.

El siglo XVIII constituye la época del nacimiento de la robótica industrial. Hace ya más de doscientos años se construyeron unas muñecas mecánicas, del tamaño de un ser humano, que ejecutaban piezas musicales.

Sin duda, hoy se puede afirmar que el desarrollo de las máquinas-herramientas ha sido sumamente acelerado.

El concepto actual de robot industrial no se aplica a aquellas antiguas muñecas sino a lo que aquí aprenderemos es un robot industrial.

Definición de Robot

¿Que es un Robot?• Robots –se consideran máquinas con capacidades

sensoriales, inteligencia y movilidad-.

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

1. Obtener información del entorno (sensores).2. Realizar diferentes tareas físicas- tal como mover

o manipular objetos.3. Re-programable, puede realizar diferentes cosas.4. Funcionamiento autónomo e interctuar con seres

humanos.

Conceptos Básicos

• Robots móviles con ruedas.

• Robots con piernas.• Robots aereos.• Robots acuaticos.• Robots

humanoides.

Robots móviles. Conceptos Básicos

Robots manipuladores [Brazos Robots].

CRSROBOTICS

MECATRÓNICA

CRSROBOTICS

Conceptos BásicosRobots “híbridos” [Móviles con manipulación

autónomos].

MECATRÓNICA

Vehículos autónomos

Robótica. 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.

Conceptos Básicos

•Puede definirse como el estudio, diseño y uso de robots para la ejecución de procesos industriales.

campo de la robótica industrial

MECATRÓNICA

Estos procesos industriales pueden ser muy variados:

Fabricación.

Ensamblaje.

Soldadura.

Paletizado.

Almacenaje.

Y más …

MECATRÓNICA

Un robot es ...

“manipulador programable y multifuncional diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos específicos mediante movimientos programados para realizar diferentes tareas”

[Instituto de Robótica de América]

“agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico”

[Russell y Norvig] “conexión inteligente de percepción a

acción” [Jones y Flynn] “una máquina programable capaz de

percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía”

[Sucar]

Un robot es ...

Robot Industrial

Definición de Robot Industrial

Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad capaz de manipular materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.

[ISO]

Otra Definición de Robot Industrial

Mikell Groover, en su libro Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing, define al robot industrial como "...una máquina programable, de propósito general, que posee ciertas características antropomórficas, es decir, con características basadas en la figura humana..."

Cabe destacar que la característica antropomórfica más común en nuestros días es la de un brazo mecánico, el cual realiza diversas tareas industriales.

Definición de ManipuladorMecanismo 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 móviles Robots “híbridos” [Móviles con

manipulación autónomos] Vehículos 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 cinemática abierta formada por un conjunto de eslabones interrelacionados mediante articulaciones. Las articulaciones permiten el movimiento relativo entre los sucesivos eslabones.

C0

C1

Cn

Cadena cinemática abierta.

Brazo Robots

CRSROBOTICS

Robot industrial KUKA KR1000 Titan.

Video

fordsaarlois

Robots MóvilesEl desarrollo de los robots móviles responde a la necesidad de extender el campo de aplicación de la Robótica, tratando incrementar la autonomía y limitar todo lo posible la intervención humana.

Robots “híbridos”Móviles con manipulación.

Vehículos autónomosLos vehículos con ruedas son la solución mas simple y eficiente para conseguir la movilidad suficientemente duros y libres de obstáculos, permitiendo conseguir velocidades relativamente altas. La locomoción mediante ruedas es poco eficiente en terrenos blandos.

NAVLAB 2

obteniendo una velocidad máxima de 32km/h (NavLAB 1) pasando a 88 km/h (NavLAB 2) y finalmente el importante logro de la “Expedición sin manos” realizada en 1996 por el NavLAB 5 que procesa la información bajo el principio de Redes Neuronales manejando automáticamente el 98,8% del recorrido realizado por la ruta entre Washington y California.

Boss un vehículo-robot, Chevrolet 4x4, completó 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 respectivamente.

Robots caminantes

4/6 patas [Insectos]

Permiten aislar el cuerpo del terreno empleando unicamente puntos de soporte para mantener la estabilidad y pasar sobre obstaculos.

2 patas [Humanoides]

Advanced Step in Innovative Mobility http://www.honda.co.jp/ASIMO/technology/history/

Grados de libertad

Sin duda, una de las principales características que definen a los robots lo constituye los "grados de libertad" que posea. Hablar de "grados de libertad" equivale a decir número y tipo de movimientos del manipulador.

Observando los movimientos del brazo y de la muñeca, podemos determinar el número de grados de libertad que presenta un robot.

Generalmente, tanto en el brazo como en la muñeca, se encuentra una variación que va desde uno hasta los tres grados de libertad.

A la muñeca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate), elevación (wrist flex) y desviación (wrist rotate) como se muestra enseguida.

Cabe hacer notar que existen muñecas que no pueden realizar los tres tipos de movimiento.

Júpiter Amatrol

Las muñecas, del robot Júpiter, muestran únicamente un grado de libertad de giro.

Robot Scara

la muñeca del robot MoveMaster Mitsubishi está diseñada para realizar movimientos de giro y de elevación. Es decir, presenta dos grados de libertad.

MoveMaster Mitsubishi

Definicion

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 articulación representa un GDL.

La elección del numero de GDL necesarios viene determinada por el tipo de aplicación.

En general hay que considerar que el aumento del numero de GDL va aparejado con un considerado aumento en el costo del robot.

Video