ContenidoDefinición de robótica .............................................................................................
Unidad 1. Morfología de un robotDefinición de robóticaEn el contexto actual, la noción de robótica atiende a una idea de e...
Robótica de Exploración: Es la parte de la Ingeniería del Software que se encarga dedesarrollar programas capaces de explo...
Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregirerrores, mecanismos que siguen empleánd...
Instituto Tecnológico de Massachusetts después de varios años de desarrollo. Un       lenguaje       de      programación ...
1980      Un sistema robótico de captación de recipientes fue objeto de demostración en la          Universidad de Rhode I...
El robot surge con el empleo de ordenadores para controlar los movimientos del mismo.Las principales características de un...
1.     Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un          ser humano sufra daños.   2....
se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificacióncoherente de los mismos que resista un...
Ahora bien, nuestro caso de estudio, los robots manipuladores, se pueden clasificar deacuerdo al modo de movimientos que s...
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Unidad 1 morfologia_del_robot

  1. 1. ContenidoDefinición de robótica ......................................................................................................................... 2Antecedentes y evolución histórica de la robótica ............................................................................. 3Definición de robot ............................................................................................................................. 6Leyes de la robótica............................................................................................................................. 7Clasificación de un robot ..................................................................................................................... 8 Según su arquitectura ................................................................................................................. 8
  2. 2. Unidad 1. Morfología de un robotDefinición de robóticaEn el contexto actual, la noción de robótica atiende a una idea de estructura mecánicauniversal capaz de adaptarse, como el hombre, a muy diversos tipos de acciones y en lasque concurran, en mayor o menor medida según los casos, las características demovilidad, gobernabilidad, autonomía y polivalencia. La robótica, tomada en sentidogeneral abarca una amplia gama de dispositivos con muy diversas cualidades físicas yfuncionales asociada a la particular estructura mecánica de aquellos, a sus característicasoperativas y al campo de aplicación para el que se ha concebido.Todos estos factores están íntimamente relacionados, de forma que la configuración y elcomportamiento de un robot condicionan su adecuación para un campo de aplicaciónespecífico. La robótica se apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica yla microinformática, así como en nuevas disciplinas como el reconocimiento de formas y lainteligencia artificial; en este sentido la robótica cuenta con valiosos recursos a su alcance:electrónica, servomecanismos, controladores, sensores y equipos de comunicación entreotros. Las investigaciones actuales se orientan especialmente a la construcción demáquinas capaces de trabajar en medios parcialmente desordenados y de responder coneficacia ante situaciones no totalmente previstas o sea que el robot sea capaz derelacionarse con el mundo que le rodea a través de sensores y de tomar decisiones entiempo real.De aquí que se defina a la robótica como: la ciencia o rama de la tecnología, que estudia eldiseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el serhumano o que requieren del uso de inteligencia.Con esta definición tan general, la palabra “robótica” cubre muchos conceptos diferentes,pero todos giran en torno a la misma idea.Robótica Industrial: Es la parte de la Ingeniería que se dedica a la construcción demáquinas capaces de realizar tareas mecánicas y repetitivas de una manera muy eficientey con costes reducidos.Robótica de Servicio: Es la parte de la Ingeniería que se centra en el diseño y construcciónde máquinas capaces de proporcionar servicios directamente a los miembros que formansociedad.Robótica Inteligente: Son robots capaces de desarrollar tareas que, desarrolladas en unser humano, requieren el uso de su capacidad de razonamiento.Robótica Humanoide: Es la parte de la ingeniería que se dedica al desarrollo de sistemasrobotizados para imitar determinadas peculiaridades del ser humano.
  3. 3. Robótica de Exploración: Es la parte de la Ingeniería del Software que se encarga dedesarrollar programas capaces de explorar documentos en busca de determinadoscontenidos. Existen diversos servicios en Internet dedicados a esta parcela de la robótica.Antecedentes y evolución histórica de la robóticaDesde la antigüedad, el hombre ha sentido fascinación por máquinas que imitanmovimientos, acciones, funciones o actos de los seres vivos. La realización de mecanismosa través de dispositivos hidráulicos o mediante poleas, palancas, tornillos, engranajes,levas y resortes ha sido constante desde tiempos antiguos, en incluso algunos fuerondescritos en la mitología clásica y oriental.Dédalo construyó estatuas que se movían solas. Arquímedes, descubrió su famosoprincipio e inventó la leva, resorte y el tornillo sin fin que lleva su propio nombre. Herónde Alejandría, en su "Tratado de Pneumática", describe aves que vuelan, gorgorean ybeben. Algunos de estos dispositivos fueron ya conocidos por Ctesibio.En la Alta Edad Media fueron los artesanos, sobre todo los del gremio de relojería, los queconstruyeron autómatas de figuras humanas o de animales que tenían toda la semblanzade moverse como si estuvieran vivos y capaces de generar sonidos.El Renacimiento con la mejora del progreso tecnológico, derivado sobre todo en el campode la relojería, fueron muy importantes. Famosos son: el León animado y autómatas defuncionamiento cíclico gobernado por tambores de púas construidos por Leonardo daVinci.En el siglo XVIII, el francés Jacques de Vaucanson construyó una serie de celebresautómatas como músicos de tamaño humano o el pato expuesto en París en 1738.Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: ladiversión, principalmente de la corte o, eventualmente, motivo de atracción de las ferias.En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacerdibujos. Una serie de levas se utilizaban como “el programa” para el dispositivo en elproceso de escribir y dibujar. Estas creaciones mecánicas de forma humana debenconsiderarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres que seanticiparon a su época. Hubo otras invenciones mecánicas durante la revoluciónindustrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas alsector de la producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves(1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785),el telar de Jacquard (1801), y otros.
  4. 4. Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregirerrores, mecanismos que siguen empleándose actualmente. Un ejemplo de control porrealimentación es un bebedero que emplea un flotador para determinar el nivel del agua.Cuando el agua cae por debajo de un nivel determinado, el flotador baja, abre una válvulay deja entrar más agua en el bebedero. Al subir el agua, el flotador también sube, y alllegar a cierta altura se cierra la válvula y se corta el paso del agua.El primer auténtico controlador realimentado fue el regulador de Watt, inventado en 1788por el ingeniero británico James Watt. Este dispositivo constaba de dos bolas metálicasunidas al eje motor de una máquina de vapor y conectadas con una válvula que regulabael flujo de vapor. A medida que aumentaba la velocidad de la máquina de vapor, las bolasse alejaban del eje debido a la fuerza centrífuga, con lo que cerraban la válvula. Esto hacíaque disminuyera el flujo de vapor a la máquina y por tanto la velocidad.El control por realimentación, el desarrollo de herramientas especializadas y la división deltrabajo en tareas más pequeñas que pudieran realizar obreros o máquinas fueroningredientes esenciales en la automatización de las fábricas en el siglo XVIII. A medida quemejoraba la tecnología se desarrollaron máquinas especializadas para tareas como ponertapones a las botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo,ninguna de estas máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podían alcanzarobjetos alejados y colocarlos en la posición deseada.El desarrollo del brazo artificial multiarticulado, o manipulador, llevó al moderno robot. Elinventor estadounidense George Devol desarrolló en 1954 un brazo primitivo que se podíaprogramar para realizar tareas específicas. En 1975, el ingeniero mecánicoestadounidense VictorScheinman, cuando estudiaba la carrera en la Universidad deStanford, en California, desarrolló un manipulador polivalente realmente flexible conocidocomo Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA, siglas en inglés). El PUMA eracapaz de mover un objeto y colocarlo en cualquier orientación en un lugar deseado queestuviera a su alcance. El concepto básico multiarticulado del PUMA es la base de lamayoría de los robots actuales.FECHA DESARROLLOSigloXV A mediados del siglo J. de Vaucanson construyó varias muñecas mecánicas deIII. tamaño humano que ejecutaban piezas de música1801 J. Jaquard invento su telar, que era una máquina programable para la urdimbre1805 H. Maillardet construyó una muñeca mecánica capaz de hacer dibujos.1946 El inventor americano G.C Devol desarrolló un dispositivo controlador que podía registrar señales eléctricas por medio magnéticos y reproducirlas para accionar un máquina mecánica. La patente estadounidense se emitió en 1952.1951 Trabajo de desarrollo con teleoperadores (manipuladores de control remoto) para manejar materiales radiactivos. Patente de Estados Unidos emitidas para Goertz (1954) y Bergsland (1958).1952 Una máquina prototipo de control numérico fue objetivo de demostración en el
  5. 5. Instituto Tecnológico de Massachusetts después de varios años de desarrollo. Un lenguaje de programación de piezas denominado APT (AutomaticallyProgrammedTooling) se desarrolló posteriormente y se publicó en 1961.1954 El inventor británico C. W. Kenward solicitó su patente para diseño de robot. Patente británica emitida en 1957.1954 G.C. Devol desarrolla diseños para Transferencia de artículos programada. Patente emitida en Estados Unidos para el diseño en 1961.1959 Se introdujo el primer robot comercial por PlanetCorporation. Estaba controlado por interruptores de fin de carrera.1960 Se introdujo el primer robot ‘Unimate’’, basada en la transferencia de articulaciones programada de Devol. Utilizan los principios de control numérico para el control de manipulador y era un robot de transmisión hidráulica.1961 Un robot Unimate se instaló en la Ford Motors Company para atender una máquina de fundición de troquel.1966 Trallfa, una firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura por pulverización.1968 Un robot móvil llamado ‘Shakey’’ se desarrollo en SRI (standfordResearchInstitute), estaba provisto de una diversidad de sensores así como una cámara de visión y sensores táctiles y podía desplazarse por el suelo.1971 El ‘StandfordArm’’, un pequeño brazo de robot de accionamiento eléctrico, se desarrolló en la StandfordUniversity.1973 Se desarrolló en SRI el primer lenguaje de programación de robots del tipo de computadora para la investigación con la denominación WAVE. Fue seguido por el lenguaje AL en 1974. Los dos lenguajes se desarrollaron posteriormente en el lenguaje VAL comercial para Unimation por Víctor Scheinman y Bruce Simano.1974 ASEA introdujo el robot Irb6 de accionamiento completamente eléctrico.1974 Kawasaki, bajo licencia de Unimation, instaló un robot para soldadura por arco para estructuras de motocicletas.1974 Cincinnati Milacron introdujo el robot T3 con control por computadora.1975 El robot ‘Sigma’’ de Olivetti se utilizó en operaciones de montaje, una de las primitivas aplicaciones de la robótica al montaje.1976 Un dispositivo de Remopte Center Compliance (RCC) para la inserción de piezas en la línea de montaje se desarrolló en los laboratorios Charles StarkDraperLabs en estados Unidos.1978 El robot T3 de Cincinnati Milacron se adaptó y programó para realizar operaciones de taladro y circulación de materiales en componentes de aviones, bajo el patrocinio de Air Force ICAM (IntegratedComputer- AidedManufacturing).1978 Se introdujo el robot PUMA (Programmable Universal Machine forAssambly) para tareas de montaje por Unimation, basándose en diseños obtenidos en un estudio de la General Motors.1979 Desarrollo del robot tipo SCARA (SelectiveComplianceArmforRoboticAssambly) en la Universidad de Yamanashi en Japón para montaje. Varios robots SCARA comerciales se introdujeron hacia 1981.
  6. 6. 1980 Un sistema robótico de captación de recipientes fue objeto de demostración en la Universidad de Rhode Island. Con el empleo de visión de máquina el sistema era capaz de captar piezas en orientaciones aleatorias y posiciones fuera de un recipiente.1981 Se desarrolló en la Universidad de Carnegie- Mellon un robot de impulsión directa. Utilizaba motores eléctricos situados en las articulaciones del manipula dor sin las transmisiones mecánicas habituales empleadas en la mayoría de los robots.1982 IBM introdujo el robot RS-1 para montaje, basado en varios años de desarrollo interno. Se trata de un robot de estructura de caja que utiliza un brazo constituido por tres dispositivos de deslizamiento ortogonales. El lenguaje del robot AML, desarrollado por IBM, se introdujo también para programar el robot SR-1.1983 Informe emitido por la investigación en Westinghouse Corp. bajo el patrocinio de NationalScienceFoundation sobre un sistema de montaje programable adaptable (APAS), un proyecto piloto para una línea de montaje automatizada flexible con el empleo de robots.1984 Robots 8. La operación típica de estos sistemas permitía que se desarrollaran programas de robots utilizando gráficos interactivos en una computadora personal y luego se cargaban en el robot.Definición de robotPero ¿Qué es un robot? He aquí unas cuantas definiciones: a) Robot, máquina controlada por ordenador y programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas de forma más rápida, barata y precisa que los seres humanos. b) Según el Robot Institute of America: “un manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programables y variables que permitan llevar a cabo diversas tareas”. Para realizar cualquier tarea útil el robot debe interactuar con el entorno, el cual puede incluir dispositivos de alimentación, otros robots y, lo más importante, gente. Consideramos que la robótica abarca no solamente el estudio del robot en sí, sino también las interfaces entre él y sus alrededores. c) Según el Oxford English dictionary: “un aparato mecánico que se parece y hace el trabajo de un ser humano”. d) Ingenio electrónico que puede ejecutar automáticamente operaciones o movimientos muy variados, y capaz de llevar a cabo todos los trabajos normalmente ejecutados por el nombre.Características de un robot
  7. 7. El robot surge con el empleo de ordenadores para controlar los movimientos del mismo.Las principales características de un robot son: movilidad, gobernabilidad, autonomía ypolivalencia. Movilidad: muy fuertemente asociada a su morfología indica la capacidad de movimiento y las características de su comportamiento dinámico. Puede referirse al conjunto del robot o limitarse al ámbito de cualquier subsistema estructural del robot (cuerpo, brazos o elementos terminales).Puede ser de dos tipos: traslacional, cuando el robot se mueve de un sitio para otro, y articulada o rotacional, cuando gira su cuerpo y brazos. Gobernabilidad: capacidad para ser controlado y mandado desde el exterior. Depende del programa a través del cual se le comunican las instrucciones, bien sea directamente en el robot, o por medio de un ordenador exterior. Autonomía: facultad de autogobierno. Depende de los captadores o sensores que lleve incorporados para que pueda conocer su entorno y así posicionarse correctamente. Polivalencia: capacidad para ejecutar con eficacia tareas más o menos diferentes. Depende de la capacidad de adecuación del robot para realizar tareas diferentes.El término genérico de “robot” fue acuñado por el escritor novelista y dramaturgo checoKarelKapekque lo utilizó por primera vez en una novela corta titulada "Opilec" y tres añosmás tarde, en una comedia llamada “R.U.R.:Rossums’s Universal Robots” en la que lanarración se refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo, quienes desarrollanuna sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan ésta sustancia para fabricarrobots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la clase humana de formaobediente para realizar todos los trabajos físicos. Rossum sigue realizando mejoras en eldiseño de los robots, elimina órganos y otros elementos innecesarios, y finalmentedesarrolla un ser “perfecto”. El argumento experimenta un giro desagradable cuando losrobots perfectos comienzan a no cumplir con su papel de servidores y se rebelan contrasus dueños, destruyendo toda la vida humana.Con la aparición del concepto robot a principios de siglo XX, se dio el pistoletazo de salidapara el desarrollo de sistemas cada vez más autónomos.Leyes de la robóticaEntre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con varias narracionesrelativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuñamiento del términoRobótica. La imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñaday con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios.Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:
  8. 8. 1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños. 2. Un robot debe de obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras leyes.Clasificación de un robotUn robot puede tener muchas clasificaciones pero la más general se refiere a la movilidadque presenta; tomando esta característica los robots se pueden clasificar de la siguientemanera: N° de grados Manipulador de libertad Ruedas Robot Terrestre Patas Móvil Acúatico Orugas Aéreo Figura 1 Clasificación general de robotsExisten otrasforma de clasificar los robots, tomando como característica principal laarquitectura, de acuerdo a esta, los robots se pueden clasificar como sigue:Según su arquitecturaLa arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot. Los dispositivosy mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como
  9. 9. se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificacióncoherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de losRobots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: poliarticulados,móviles, androides, zoomórficos e híbridos.1. Poliarticulados: En este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuracióncuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunqueexcepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estarestructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio detrabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados delibertad. En este grupo se encuentran los manipuladores, los Robots industriales, losRobots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajorelativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical oreducir el espacio ocupado en el suelo.2. Móviles: Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros oplataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino portelemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sussensores. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadenade fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiaciónelectromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadasfotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivelrelativamente elevado de inteligencia.3. Androides: Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y elcomportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavíadispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados,fundamentalmente, al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos deestos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomociónbípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en eltiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot.4. Zoomórficos: Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivopodrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizadaprincipalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. Apesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es convenienteagrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y nocaminadores.5. Híbridos: Corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa encombinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o poryuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es almismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos.
  10. 10. Ahora bien, nuestro caso de estudio, los robots manipuladores, se pueden clasificar deacuerdo al modo de movimientos que se generan:1. Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador.2. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajopreparado previamente.3. De secuencia variable: Se pueden alterar algunas características de los ciclos de trabajo.También se pueden clasificar de acuerdo al nivel de autonomía que ellos presentan, la quea continuación se presenta es la clasificación más común, englobando en generaciones:1° Generación: Repite la tarea programada secuencialmente. No toma en cuenta lasposibles alteraciones de su entorno.2° Generación:Adquiere información limitada de su entorno y actúa en consecuencia.Puede localizar, clasificar y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos enconsecuencia.3° Generación:Su programación se realiza mediante el empleo de un lenguaje natural.Posee la capacidad para planificación automática de sus tareas.

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