Este documento presenta una introducción a la robótica inteligente. Define un robot como una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía. Explica los tipos de robots, sus partes principales como actuadores, sensores, control e inteligencia, y aplicaciones como la manufactura y el servicio. Finalmente, discute temas clave de la robótica como la mecánica, visión, control, planeación de trayectorias y aprendizaje.

1. Robótica Inteligente
L. Enrique Sucar
y
Alberto Reyes
ITESM Cuernavaca

2. Robótica Inteligente
• Intenciones educativas
• Objetivos
• Metodología
• Temario
• Políticas
• Concurso: Robótica IEEE

3. ¿Qué es un robot?

4. 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]

5. Un robot es ...
• “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]

6. Tipos de Robots
• Robots manipuladores (brazos)
• Robots móviles
• Robots “híbridos” (móviles con
manipulación)
• Vehículos autónomos
• Robots caminantes
– 2 patas (humanoides)
– 4/6 patas (insectos)

7. Un poco de historia ...
• La palabra robot proviene del checo “robota”
(labor,trabajo) y “robotnik” (trabajador). Fue
introducida por el escritor Karel Kapek en la
obra “R.U.R.”
• Los primeros robots aparecen en la mitología
griega y en obras de ficción:
– Talos, gigante de bronze que vigilaba Creta
– Golem, protector de los judíos en Praga
– Frankestein
– “I Robot”, Asimov (leyes de la robótica)
– Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, ...

8. Un poco de historia ...
• Primeros robots:
– 1890, Tesla: vehículos radio controlados
– 1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo
– 1950: tortuga electrónica
– 1966, S.R.I: Shakey (primer robot móvil con IA)
– 1960s, G.E., Quadruped (primeros robots de patas)
– 1973, Stanford: Cart
– 1975, Francia: Hilare I
– 1980, C.M.U.: Rover
– 1985  explosión de robots en universidades y
compañías

9. Aplicaciones
• Manufactura y manejo de materiales
• Ambientes hostiles
• Exploración espacial e interplanetaria
• Robots de servicio
• Telepresencia y realidad virtual
• Mililtares y operaciones de rescate
• Ambientes submarinos
• Estudios fisiológicos y cognitivos
• Entretenimiento y juegos

10. Partes de un Robot
Actuadores
Sensores
Comunicación
“Inteligencia”
Control
Potencia

11. Actuadores
• Dispositivos que permiten al robot
modificar el medio ambiente
• Dos tipos principales:
– Locomoción: cambiar la posición del robot
respecto al medio ambiente
– Manipulación: mover otros objetos en el medio
ambiente

12. Locomoción
• Existen dos formas básicas de locomoción:
– Robots con ruedas
– Robots con patas
• Ruedas:
– más simples y eficientes, fáciles de controlar
– limitadas a terrenos planos
• Patas:
– complejas, inestables, difíciles de controlar
– mayor flexibilidad para todo tipo de terreno

13. Manipulación
• Normalmente construidos en base a una serie de
segmentos con articulaciones entre ellos (como un
brazo)
• Tres tipos básicos de articulaciones:
– Rotacionales
– Cilíndricas
– Prismáticas
• Mayor número de articulaciones dan mayor
flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más
complejo el control

14. Manipulación
• Los manipuladores tienen en el extremo un
efector final que interactúa directamente
con los objetos
• Existen diferentes tipos de efectores
dependiendo de la tarea:
– pinzas
– herramientas (desarmador. ...)
– pistola de pintura, soldadora
– “manos”

15. Sensores
• Dispositivos que permiten al
robot percibir el medio
ambiente y su estado interno
• Principales tipos:
– “propriception” – posición
y movimiento:
• Codificadores en
uniones de
manipuladores
• Odometría en robots
móviles
– fuerza (bumpers)
– Táctiles
– Ultrasonido (sonares)

16. Sensores
– Cámaras
– Foto-receptores
– Apuntadores láser
– Telémetros láser
– Sensores de energía
– Brújulas

17. Potencia
• Sistema de potencia que proporcionan la
energía eléctrica para la operación de las
diferentes partes: electrónica, motores,
sensores, etc.
• Los robots manipuladores se pueden
alimentar de las líneas eléctricas (fijos),
mientras que los robots móviles
normalmente se alimentan de baterías

18. Control
• Provee la interfaz entre el sistema de
procesamiento del robot y sus sensores y
actuadores
• Normalmente se realiza mediante una
combinación de hardware y software
• Provee una serie de comandos (subrutinas)
para los programas de alto nivel del robot
(“inteligencia”)

19. “Inteligencia”
• Programas que permiten que el robot realice
sus tareas
• Dependiendo del tipo de robot y de la
complejidad y variedad de las tareas a
realizar, se tienen diferentes tipos de
programas

20. “Inteligencia”
• Algunas tareas de un robot móvil:
– Integrar/interpretar la información de sus sensores
– Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar -
meta)
– Planeación (decidir la serie de pasos para cumplir
una o más metas)
– Construir modelos del ambiente (mapas)
– Localizarse en el mundo (en el mapa)
– Reconocer lugares y/o objetos
– Manipular objetos
– Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros
robots, personas

21. “Inteligencia”
• Modelos del ambiente: mapa
• Un mapa es una representación del espacio que indica
los lugares libres y ocupados que ayudan a navegar al
robot, y posiblemente objetos y lugares específicos
(marcas)
• Tipos de mapas:
– Decomposición espacial
– Representaciones geométricas
– Representaciones topológicas

22. “Inteligencia”
• Ejemplos de integración sensorial, construcción
de mapas y navegación
Mapas de celdas probabilísticos

23. “Inteligencia”
• Ejemplo de robot construyendo un mapa

24. Comunicación
• En diversas aplicaciones es necesario que el
robot se comunique con otros agentes
• Tipos de comunicación:
– Telecontrol: programación y control a distancia
– Coordinación: comunicación con robots u otras
máquinas para realizar tareas conjuntas
– Interacción humano-robot: comunicación con
personas para recibir comandos o dar
información

25. Comunicación
• Ejemplo de telecontrol via Internet
Servidor
Robot móvil
Observador
Internet

26. Comunicación
• Ejemplo de comandos gestuales

27. Comunicación
• Reconocimiento y Telecontrol mediante ademanes

28. Comunicación
• Ejemplo de interacción humano-robot

29. Tipos de Robots
• Desde el punto de vista de la tarea, podemos
clasificar a los robots en 2 tipos principales:
– robots industriales
– robots de servicio

30. Robots industriales
• Tarea repetitiva
• Ambiente conocido y controlado
• No hay interacción con personas
• Poca flexibilidad
• Poca movilidad

31. Robots de servicio
• Ambientes desconocidos
• Ambientes dinámicos
• Necesidad de movilidad
• Interacción con personas
• Ambientes exteriores
• Necesidad de flexibilidad

32. Robots de servicio
• Guías – guiar en un
museo, explicar
exhibiciones, ...
• Ayudantes – cortar
pasto, aspirar la casa,
vigilar cuando no
estoy, ayudar a
personas
discapacitadas, ...

33. Robots de servicio
• Rescate – localizar
sobrevivientes en un desastre
natural, ...
• Exploración – explorar un
volcán, un arrecife, Marte, ...
• ...

34. Áreas del conocimiento
• Ingeniería mecánica
• Ingeniería eléctrica / electrónica
• Control
• Computación
• Inteligencia artificial
• Matemáticas
• Psicología, zoología, neurociencias

35. Temas Principales
• Mecánica básica
• Sensores y Actuadores, Visión
• Introducción a Control
• Arquitecturas y Programación
• Modelados del Espacio
• Planeación de trayectorias
• Aprendizaje
• Construcción de mapas, localización

36. Referencias
• [Jones, Flynn] Cap. 1
• [Russell, Norvig] Cap. 25
• [Dudek, Jenkin] Cap. 1

37. Actividades
• Integrar grupos de trabajo
• Consultar páginas de concursos anteriores
de MiniRobótica (LA, Universitario, IEEE)
• Revisar y estudiar plataformas robóticas en
el laboratorio
• Entregar:
– equipos de trabajo
– análisis de las diferentes plataformas robóticas
y selección inicial

38. Imágenes – Qro. 2002

39. Imágenes – Qro. 2002