Robótica Robótica InteligenteInteligente

El cybercafé

Robótica InteligenteRobótica Inteligente

Intenciones educativasIntenciones educativas ObjetivosObjetivos MetodologíaMetodología TemarioTemario PolíticasPolíticas

¿Qué es un robot?¿Qué es un robot?

Un robot es ...Un robot es ...

““manipulador programable y manipulador programable y multifuncional diseñado para multifuncional diseñado para mover materiales, partes, mover materiales, partes, herramientas o dispositivos herramientas o dispositivos específicos mediante movimientos específicos mediante movimientos programados para realizar programados para realizar diferentes tareas” [Instituto de diferentes tareas” [Instituto de Robótica de América]Robótica de América]

Un robot es ...Un robot es ...

““agente activo artificial cuyo agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico” ambiente es el mundo físico” [Russell y Norvig][Russell y Norvig]

““conexión inteligente de percepción conexión inteligente de percepción a acción” [Jones y Flynn]a acción” [Jones y Flynn]

““una máquina programable capaz una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía” [Sucar]con cierta autonomía” [Sucar]

Tipos de RobotsTipos de Robots

Robots manipuladores (brazos)Robots manipuladores (brazos) Robots móvilesRobots móviles Robots “híbridos” (móviles con Robots “híbridos” (móviles con

manipulación)manipulación) Vehículos autónomosVehículos autónomos Robots caminantesRobots caminantes

– 2 patas (2 patas (humanoideshumanoides))– 4/6 patas (4/6 patas (insectosinsectos))

Un poco de historia ...Un poco de historia ... La palabra La palabra robotrobot proviene del checo proviene del checo

““robotarobota” (labor,trabajo) y “” (labor,trabajo) y “robotnikrobotnik” ” (trabajador). Fue introducida por el (trabajador). Fue introducida por el escritor Karel Kapek en la obra “R.U.R.”escritor Karel Kapek en la obra “R.U.R.”

Los primeros robots aparecen en la Los primeros robots aparecen en la mitología griega y en obras de ficción:mitología griega y en obras de ficción:– TalosTalos, gigante de bronze que vigilaba Creta, gigante de bronze que vigilaba Creta– GolemGolem, protector de los judíos en Praga, protector de los judíos en Praga– FrankesteinFrankestein– ““I Robot”, Asimov (leyes de la robótica)I Robot”, Asimov (leyes de la robótica)– Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2,

......

Un poco de historia ...Un poco de historia ... Primeros robots:Primeros robots:

– 1890, Tesla: vehículos radio controlados1890, Tesla: vehículos radio controlados– 1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo– 1950: 1950: tortugatortuga electrónica electrónica– 1966, S.R.I: 1966, S.R.I: ShakeyShakey (primer robot móvil con (primer robot móvil con

IA)IA)– 1960s, G.E., 1960s, G.E., QuadrupedQuadruped (primeros robots de (primeros robots de

patas)patas)– 1973, Stanford: 1973, Stanford: CartCart– 1975, Francia: 1975, Francia: HilareHilare I I– 1980, C.M.U.: 1980, C.M.U.: RoverRover– 1985 1985 explosiónexplosión de robots en universidades de robots en universidades

y compañíasy compañías

AplicacionesAplicaciones

Manufactura y manejo de materialesManufactura y manejo de materiales Ambientes hostilesAmbientes hostiles Exploración espacial e interplanetariaExploración espacial e interplanetaria Robots de servicioRobots de servicio Telepresencia y realidad virtualTelepresencia y realidad virtual Mililtares y operaciones de rescateMililtares y operaciones de rescate Ambientes submarinosAmbientes submarinos Estudios fisiológicos y cognitivosEstudios fisiológicos y cognitivos Entretenimiento y juegosEntretenimiento y juegos

Sensores

Comunicación

“Inteligencia”

Control

Potencia

Actuadores

Partes de un RobotPartes de un Robot

ActuadoresActuadores

Dispositivos que permiten al robot Dispositivos que permiten al robot modificarmodificar el medio ambiente el medio ambiente

Dos tipos principales:Dos tipos principales:– LocomociónLocomoción: cambiar la posición del : cambiar la posición del

robot respecto al medio ambienterobot respecto al medio ambiente– ManipulaciónManipulación: mover otros objetos en el : mover otros objetos en el

medio ambientemedio ambiente

LocomociónLocomoción

Existen dos formas básicas de Existen dos formas básicas de locomoción:locomoción:– Robots con ruedasRobots con ruedas– Robots con patasRobots con patas

Ruedas:Ruedas:– más simples y eficientes, fáciles de más simples y eficientes, fáciles de

controlarcontrolar– limitadas a terrenos planoslimitadas a terrenos planos

Patas:Patas:– complejas, inestables, difíciles de controlarcomplejas, inestables, difíciles de controlar– mayor flexibilidad para todo tipo de terrenomayor flexibilidad para todo tipo de terreno

ManipulaciónManipulación

Normalmente construidos en base a una Normalmente construidos en base a una serie de segmentos con articulaciones serie de segmentos con articulaciones entre ellos (como un brazo)entre ellos (como un brazo)

Tres tipos básicos de articulaciones:Tres tipos básicos de articulaciones:– RotacionalesRotacionales– CilíndricasCilíndricas– PrismáticasPrismáticas

Mayor número de articulaciones dan Mayor número de articulaciones dan mayor flexibilidad (grados de libertad), mayor flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más complejo el controlpero hacen más complejo el control

ManipulaciónManipulación

Los manipuladores tienen en el Los manipuladores tienen en el extremo un efector final que extremo un efector final que interactúa directamente con los interactúa directamente con los objetosobjetos

Existen diferentes tipos de Existen diferentes tipos de efectores dependiendo de la tarea:efectores dependiendo de la tarea:– pinzaspinzas– herramientas (desarmador. ...)herramientas (desarmador. ...)– pistola de pintura, soldadorapistola de pintura, soldadora– ““manos”manos”

SensoresSensores Dispositivos que Dispositivos que

permiten al robot percibir permiten al robot percibir el medio ambiente y su el medio ambiente y su estado internoestado interno

Principales tipos:Principales tipos:– ““propriceptionpropriception” – ” –

posición y movimiento:posición y movimiento: Codificadores en Codificadores en

uniones de uniones de manipuladoresmanipuladores

Odometría en robots Odometría en robots móvilesmóviles

– fuerza (fuerza (bumpersbumpers))– TáctilesTáctiles– Ultrasonido (sonares)Ultrasonido (sonares)

SensoresSensores

– CámarasCámaras– Foto-receptoresFoto-receptores– Apuntadores láserApuntadores láser– Telémetros láserTelémetros láser– Sensores de energíaSensores de energía– BrújulasBrújulas

PotenciaPotencia

Sistema de potencia que proporcionan Sistema de potencia que proporcionan la energía eléctrica para la operación la energía eléctrica para la operación de las diferentes partes: electrónica, de las diferentes partes: electrónica, motores, sensores, etc.motores, sensores, etc.

Los robots manipuladores se pueden Los robots manipuladores se pueden alimentar de las líneas eléctricas (fijos), alimentar de las líneas eléctricas (fijos), mientras que los robots móviles mientras que los robots móviles normalmente se alimentan de bateríasnormalmente se alimentan de baterías

ControlControl

Provee la interfaz entre el sistema de Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus procesamiento del robot y sus sensores y actuadoressensores y actuadores

Normalmente se realiza mediante Normalmente se realiza mediante una combinación de hardware y una combinación de hardware y softwaresoftware

Provee una serie de comandos Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (“inteligencia”)alto nivel del robot (“inteligencia”)

““Inteligencia”Inteligencia”

Programas que permiten que el robot Programas que permiten que el robot realice sus tareasrealice sus tareas

Dependiendo del tipo de robot y de Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las la complejidad y variedad de las tareas a realizar, se tienen diferentes tareas a realizar, se tienen diferentes tipos de programastipos de programas

““Inteligencia”Inteligencia” Algunas tareas de un robot móvil:Algunas tareas de un robot móvil:

– Integrar/interpretar la información de sus Integrar/interpretar la información de sus sensoressensores

– Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar - meta)lugar - meta)

– Planeación (decidir la serie de pasos para Planeación (decidir la serie de pasos para cumplir una o más metas)cumplir una o más metas)

– Construir modelos del ambiente (mapas)Construir modelos del ambiente (mapas)– Localizarse en el mundo (en el mapa)Localizarse en el mundo (en el mapa)– Reconocer lugares y/o objetosReconocer lugares y/o objetos– Manipular objetosManipular objetos– Comunicarse con otros agentes: Comunicarse con otros agentes:

computadoras, otros robots, personascomputadoras, otros robots, personas

““Inteligencia”Inteligencia”

Modelos del ambiente: mapaModelos del ambiente: mapa Un mapa es una representación del espacio Un mapa es una representación del espacio

que indica los lugares libres y ocupados que que indica los lugares libres y ocupados que ayudan a navegar al robot, y posiblemente ayudan a navegar al robot, y posiblemente objetos y lugares específicos (marcas)objetos y lugares específicos (marcas)

Tipos de mapas:Tipos de mapas:– Descomposición espacialDescomposición espacial– Representaciones geométricasRepresentaciones geométricas– Representaciones topológicasRepresentaciones topológicas

““Inteligencia”Inteligencia”

Ejemplos de integración sensorial, Ejemplos de integración sensorial, construcción de mapas y navegaciónconstrucción de mapas y navegación

Mapas de celdas probabilísticos

““Inteligencia”Inteligencia”

Ejemplo de robot construyendo Ejemplo de robot construyendo un mapaun mapa

ComunicaciónComunicación

En diversas aplicaciones es necesario En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros que el robot se comunique con otros agentesagentes

Tipos de comunicación:Tipos de comunicación:– TelecontrolTelecontrol: programación y control a : programación y control a

distanciadistancia– CoordinaciónCoordinación: comunicación con robots u : comunicación con robots u

otras máquinas para realizar tareas otras máquinas para realizar tareas conjuntasconjuntas

– Interacción humano-robotInteracción humano-robot: comunicación con : comunicación con personas para recibir comandos o dar personas para recibir comandos o dar informacióninformación

ComunicaciónComunicación Ejemplo de telecontrol via InternetEjemplo de telecontrol via Internet

Observador

Internet Servidor

Robot móvil

Ejemplo de interacción humano-robotEjemplo de interacción humano-robot WAMOEBA-3 ha sido desarrollado para investigar la WAMOEBA-3 ha sido desarrollado para investigar la

mente verdadera de los robots, especialmente la mente verdadera de los robots, especialmente la inteligencia HRIinteligencia HRI

ComunicaciónComunicación

Tipos de RobotsTipos de Robots

Desde el punto de vista de la tarea, Desde el punto de vista de la tarea, podemos clasificar a los robots en 2 podemos clasificar a los robots en 2 tipos principales:tipos principales:– robots industrialesrobots industriales– robots de serviciorobots de servicio

Robots industrialesRobots industriales

Tarea repetitivaTarea repetitiva Ambiente conocido y controladoAmbiente conocido y controlado No hay interacción con personasNo hay interacción con personas Poca flexibilidadPoca flexibilidad Poca movilidadPoca movilidad

Robots de Robots de servicioservicio

Ambientes desconocidos Ambientes desconocidos Ambientes dinámicosAmbientes dinámicos Necesidad de movilidadNecesidad de movilidad Interacción con personasInteracción con personas Ambientes exterioresAmbientes exteriores Necesidad de flexibilidadNecesidad de flexibilidad

Robots de servicioRobots de servicio

GuíasGuías – guiar en – guiar en un museo, un museo, explicar explicar exhibiciones, ...exhibiciones, ...

AyudantesAyudantes – – cortar pasto, cortar pasto, aspirar la casa, aspirar la casa, vigilar cuando no vigilar cuando no estoy, ayudar a estoy, ayudar a personas personas discapacitadas, ...discapacitadas, ...

Robots de Robots de servicioservicio

RescateRescate – localizar – localizar sobrevivientes en un sobrevivientes en un desastre natural, ...desastre natural, ...

ExploraciónExploración – explorar un – explorar un volcán, un arrecife, volcán, un arrecife, Marte, ...Marte, ...

......

Áreas del conocimientoÁreas del conocimiento

Ingeniería mecánicaIngeniería mecánica Ingeniería eléctrica / electrónicaIngeniería eléctrica / electrónica ControlControl ComputaciónComputación Inteligencia artificialInteligencia artificial MatemáticasMatemáticas Psicología, zoología, neurocienciasPsicología, zoología, neurociencias