Lenguajes de programación en la robótica

Lenguajes de Programación en la Robótica
Ingeniería en Sistemas
Noveno Semestre
David Freire

Introducción
Términos y Significados
Historia
Propiedades y caracteristicas
Clasificación
Campos de la robótica
Desarrollo
Lenguajes de programación
Concluciones

INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA
• Uno de los sueños, que con el tiempo ha ido acompañado al
hombre con el paso del tiempo, es llegar a simular acciones
y actitudes parecidas, tanto a un animal o al ser humano, y
no solo en apariencia. Movimientos, acciones sino también
con el intelecto del ser humano. Siendo este último el paso
menos evolucionado hasta la actualidad ya que hasta hoy
solo a sido ficción nada mas.
• El principal objetivo de la robótica es poder llegar a todas
estas acciones se dan que la humanidad se encuentra con
riesgos mucho mas altos y sobre todo peligrosos para el ser
humano, entonces la tecnología en compañía con la
robótica lo que busca es disminuir o eliminar todo eso.

• El termino robot, se dio a conocer a nivel mundial a partir
de 1923, mediante el escritor Karel Copek, el cual fue
usado en su comedia «Rossum’s Universal Robots»
• Hoy en día este termino ya es mucho mas común y sobre
todo nos es mas claro, pero tenemos el significado dado
por las siguientes entidades:
• «Un manipulador multifuncional y reprogramable, el cual
esta diseñado para mover materiales, piezas,
herramientas, o dispositivos especiales, mediante
movimientos programados y variables que permiten llevar
a cabo diversas tareas» (Robot Institute of America)
TÉRMINOS Y SIGNIFICADOS DE LA
ROBÓTICA

HISTORIA DEL ROBOT
• Siglo XVIII.- J. de Vaucansan construyo varias muñecas mecánicas tamaño humano (ejecutaban
piezas de música).
• 1805.- H. Maillardet, construyo una maquina capaz de hacer dibujos.
• 1946.- G.C Devol, desarrollo un dispositivo controlador que podía registrar señales eléctricas por
medio magnético, las que reproducía y accionaba una maquina mecánica.
• 1959.- se introdujo el primer robot comercial por Planet Corporation, se lo controlaba por
interruptores de fin de carrera.
• 1960.- Introduccion del promer robot ‘Unimate’, se baso en transferencia de articulaciones
programada en Devol, usa principio de control numérico y tenia transmisión hidráulica.
• 1966.- Trallfa (Noruego), construyo e instalo un robot de pintura por pulverización.
• 1968.- Se invento Shakey, desarrollado por SRI, estaba provisto por sensores, cámara y sensores
táctiles.
• 1971.- Standford Arm, brazo robot de accionamiento eléctrico.
• 1973.- SRI, desarrollo el primer lenguaje de programación de robots del tipo computadora se
denomino WAVE.

HISTORIA DEL ROBOT
• 1974.- Asea, introdujo su robot IRB6, de completo accionamiento eléctrico y Kawasaki, instalo su
robot de soldadura para las estructuras de motocicletas, también en este mismo año, Cincinnati
Milacron introdujo el robot T3, con control de computadora.
• 1981.- en la universidad de Carnegie-Mellon, introdujo un robot de impulsión eléctrica. Usaba
motores eléctricos en las articulaciones.
• 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.
• 1989.- Genghis, primer robot andante, desarrollado en Masachusetts Institute of Technology.
• 1999: Sony Lanza el Perro mascota Robótico AIBO.
• 2000: Honda presenta a ASIMO el Robot Humanoide.
• 2001: Cyberknife, un Cirujano robótico, es autorizado para funcionar en los Hospitales Estad
oUnidenses.

Versatilidad:
Potencialidad estructural de ejecutar tareas diversas y/o
ejecutar una misma tarea de forma diversa. Esto impone al
robot una estructura mecánica de geometría variable.
Autoadaptabilidad al entorno:
Significa que un robot debe, por sí solo, alcanzar su
objetivo(ejecutar su tarea) a pesar de las perturbaciones
imprevistas del entorno a lo largo de la ejecución de su
tarea. Esto supone que el robot sea consciente de su
entorno y que por lo tanto posea sentidos artificiales.
PROPIEDADES DE LOS ROBOTS

• Los robots operacionales pueden estar constituidos por cuatro entidades:
Sistema mecánico articulado.- usualmente dotado de motores: eléctricos,
hidráulicos o mecánicos. Ya que estos son los encargados de generar el
movimiento indicado a cada una de sus articulaciones, usando sus respectivas
transmisiones que pueden ser: cables, cintas, correas con muñecas.
El entorno, es cada uno de sus limites a los cuales se encuentra atado, ya que del
mismo depende su espacio alcanzable, debido a que si están en lugar fijo, su
alcance es relativamente corto. Dentro de proceso o actividades se encontrara con
diferentes obstáculos los cuales debe evitar y algunos que sean necesario para
realizar su tarea. Debido a esto hay la interacción entre su parte física y su
entorno. Usando Cámaras, detectores de fuerzas, de proximidad, captadores
táctiles es tomada la información del entorno donde desarrolla cada una de sus
actividades.
CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS

Tareas a realiza.- es cada uno de los trabajos que deseamos que realice un robot.
Cada una de las descripciones para cada tarea se las realiza con la ayuda de los
lenguajes que pueden ser a través de los gestos, donde se lo enseña al robot todo
lo que debe hacer; orales, se lo habla; por escrito, en el que se le escriben las
instrucciones en un lenguaje compatible con el robot.
El cerebro del robot es el órgano de tratamiento de la información. El cerebro es
aquel que tiene el papel principal y que contiene en sus memorias:
Un modelo del robot físico: señales de excitación de los accionadores y
desplazamientos que son consecuencia de ellas.
Un modelo del entorno: descripción de lo que se encuentra en el espacio que se
puede alcanzar.
Programas: permiten que las tareas sean comprendidas las tareas a realizar
(Algoritmos de control)

Criterio Clasificación
Geometría
Esta basada de acuerdo a la forma del área de trabajo producida
por el brazo del robot (rectangular, cilíndrica, esférica)
Configuración
Polar.- utiliza coordenadas polares para especificar cualquier
posición, rotación de una base, un ángulo de elevación y la
extensión lineal del brazo.
Cilíndrica.- sustituye un movimiento lineal por uno de rotación sobre
una base.
Coordenadas cartesianas.- posee tres movimientos lineales y su
nombre proviene de las coordenadas cartesianas.
Grados de libertad
Consiste en controlar el numero de grados de libertad que tengan.
Esto se l o considera a cada eje a lo largo del cual se puede mover
el brazo de un robot

Área de aplicación
Ensamblaje
No ensamblaje: suelda, pintura, revestir, manejo de materiales,
carga y descarga de maquinaria.
Técnica de control
Lazo cerrado: la posición del brazo del robot es monitoreada
continuamente usando un sensor de posición, modificando la
energía que se manda al actuador.
Sistema de brazo abierto: el controlador no conoce la posición de la
herramienta mientras el brazo se mueve de un punto a otro. Esta
técnica es muy útil cuando todos las piezas a ser tratadas son
exactamente iguales.
Fuente de energía
Energía hidráulica: en los actuadores hidráulicos fluye un liquido
que comúnmente es aceite. Su ventaja es que son pequeños en
comparación a la energía que proporcionan, pero su desventaja es
que son propensos a fugas.

Fuente de energía
Energía neumática: se trata de actuadores neumáticos en los
cuales se trasfiere gas bajo presión. Pero generalmente tienen dos
posiciones: retraídos y extendidos.
Energía eléctrica: los actuadores eléctricos incluyen una fuente de
poder y de un motor eléctrico. La mayoría de aplicaciones usan
servomotores.

En la actualidad este campo es muy amplio, por tal motivo la podemos encontrar en la
productividad, investigación, medicina, etc.
Dentro de la producción, estos robots se destacan por tener consigo una disminución de la
mano de obra, pero además ayuda en el mejoramiento con relación a la calidad y el acabo del
producto con mayor rapidez y eficacia.
En el ámbito científico, la mayoría de los robots son usados en: zonas o lugares en los cuales
se le hace difícil de acceder al hombre ya sea por ser un medio hostil o demasiado peligroso:
submarino, el espacio, irradiación por centrales nucleares. Debido a estas situaciones se han
diseñado dos tipos de robots de acuerdo a su misión y su sentido de operacionalidad:
• Robot autónomo.- son programados para realizar su misión, en la mayoría se trata de
trabajos sencillos sin necesidad de reflexionar y de comprender su entorno.
• Teleoperación o telepresencia.- este tipo de maquinas están controladas a distancia por un
puesto maestro monitoreado por el operador (hombre).
CAMPOS DE LA ROBÓTICA

En el campo de la medicina o también que se la podría llamar asistencia individual lo mas
destacado esta en la asistencia medica de personas paraliticas o partes del cuerpo amputadas.
Con estas aplicaciones podríamos indicar que cubre campos como:
Prótesis: creación de manos y piernas artificiales.
Órtesis: se trata de estructuras rígidas motorizadas, las cuales van alrededor del
miembro paralizado.
Telétesis: se utiliza en pacientes paralíticos de los cuatro miembros, los cuales son
robots que se los controla a distancia a partir de las zonas de motrocidad que haya
podido conservar.
CAMPOS DE LA ROBÓTICA

La herramienta mas eficaz para la comunicación siempre a sido el lenguaje, por tal motivo la
relación que se da de robótica-hombre, también usan estos mecanismos, donde encontramos
las siguientes forma:
Reconocimiento de palabras separadas: es un sistema muy primitivo y limitado.
Enseñanza y repetición: es la mas común sobre todo en los robots industriales, ya que implica
enseñar a los robots todos y cada uno de sus movimientos que se necesite realizar.
Reproduciendo y repitiendo el movimiento enseñado: ya una vez que sea correcto en
movimiento, entonces al robot se lo hace que funcione a la velocidad que se lo necesita que
ejecute sus actividades en el modo repetitivo.
Lenguajes de programación de alto nivel: son los encargados de suministrar una solución
mucho mas general en la comunicación Hombre-Robots, donde encontramos los lenguajes
clásicos como: Fortran, Basic, Pascal los cuales no disponen de los comandos e instrucciones
que se necesita para la programación en la robótica.
DESARROLLO

En este tipo de programación se podría indicar
que salimos de lo habitual ya que aquí se
utiliza caracteres diferentes.
Explicito, aquí el responsable en es operados
de acciones de control, instrucciones
adecuadas, o las cuales están basadas en la
modelación del mundo exterior.
Este tipo de programación es la mas utilizada
en aplicaciones industriales:
Programación gestual: exige el empleo de
manipulador en la fas de enseñanza, trabaja
on-line.
Programación textual: aquí no participa la
maquina, ya que las trayectorias son
calculadas de forma precisa matemáticamente.
PROGRAMACIÓN USADA EN LA
ROBÓTICA

Aquí el propio brazo es quien interviene en el trazado de su camino y también en las acciones a
desarrollar en la tarea de la aplicación (on-line) y se divide en dos clases:
Programación por aprendizaje directo: se efectúan el desplazamiento requerido en su funciones
mediante el punto final del brazo trasladándolo con ayuda de un dispositivo especial colocado en su
muñeca, el cual los va memorizando. Aquí el programador tiene pocas posibilidades de edición.
Programación mediante dispositivo de enseñanza: aquí lo que se trata es de que se determinen cada
una de las acciones y movimientos del brazo manipulador, mediante un elemento especial. Cada una
de las operaciones son sincronizadas así conformando su programa de trabajo.
Los dispositivos modernos permiten generar funciones auxiliares como:
o Selección de velocidad
o Generación de retratos
o Señalización del estado de los sensores.
o Borrado y modificación de los puntos de trabajo.
o Funciones especiales.
PROGRAMACIÓN GESTUAL O DIRECTA

Esta constituido por un texto de instrucciones o sentencias, en la cual no interfiere el robot, ya
que el operador no define las acciones del brazo manipulado sino que son calculados por el
programa.
Se trata de una aplicación similar a un ensamblaje de piezas que requiere de una gran precisión
la cual la programación gestual no es suficiente. Aquí la posibilidad de edición es total, y el
robot solo interviene en su puesta a punto final.
Esta programación textual está dividida en dos grandes grupos de diferencias marcadas:
 Programación textual explícita.
 Programación textual especificativa.
PROGRAMACIÓN TEXTUAL

Cuando se aplica este tipo de programación el programa consta de una secuencia de ordenes o
instrucciones concretas las cuales definen las operaciones e instrucciones necesarias para que
se lleve acabo la aplicación. Con este tipo de programación se encuentra englobada con los
lenguajes que define cada uno de los movimientos punto por punto.
En este tipo de programación nos encontramos con dos niveles:
Movimiento articular: el lenguaje controla el movimiento de las articulaciones del brazo.
Movimiento cartesiano: este define los movimientos relacionados con el sistema de
manufactura.
PROGRAMACIÓN TEXTUAL EXPLÍCITA

En este tipo de programación, el usuario describe mediante una modelización los objetos y las
tareas a realizar sobre estos. Para este tipo de programación, se necesita un modelo del
entorno del robot que, normalmente, será una base de datos.
La programación consistirá en describir las tareas; esto permite realizar trabajos complicados.
El modelo de la programación textual especificativa puede estar referida a objetos o a objetivos:
En el primero, el lenguaje trabaja con objetos y establece relaciones entre estos; este tipo de
lenguajes son de alto nivel (expresión de sentencias en lenguaje similar al común)
PROGRAMACIÓN TEXTUAL
ESPECIFICATIVA

Gestual punto a punto.- se los aplica con el robot «in suti», similar a las norma de
funcionamiento de magnetofono, con instrucciones como: Reproducir, Grabar, Adelantar, etc.
Aun que también puede disponer de instrucciones auxiliares como Insert y Delete.
Entre los lenguajes mas conocidos que usan este sistema son el Funky, desarrollado por IBM,
sus movimientos pueden estar dentro de coordenadas cartesianas, cilíndricas o de unión.
Este sistema usa mando de tipo «joystick», y cada uno de sus movimientos se expresan en
forma de lenguaje: ANORAD, EMYLY, RCL, RPL, SIGLA, VAL, MAL.
Y cada uno de ellos mantiene el énfasis en los movimientos primitivos, sean coordenadas
articulares o cartesiana.
Como ventajas de ellos podríamos indicar sus saltos condicionales y a subrutina y aumento de
las operaciones con sensores. La mayoría disponen de comandos de tratamiento a sensores
básicos como: fuerza, tacto, movimiento, proximidad y presencia.
El RPL, dispone de un sistema complejo de visión, que es capaz de seleccionar una pintura y
reconocimiento de objetos en su base de datos.
LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN

EMILY y Sigla
Estos lenguajes son transportables y pueden admitir proceso en paralelo simple.
Anorad
Este lenguaje se encuentra basado en una transformación de un lenguaje de control numérico, de la
casa Anorad Corporation, y que usa un procesador, microprocesador 68000 de Motorola 16/32 bits.
VAL
Lo diseño UNIMATION INC, para robots UNIMATE y PUMA, aplica Cpu, LSI-II, que se encargan de
comunicar con cada uno de los procesadores individuales que se permiten regular el servo control de
cada una de las articulaciones. Estas instrucciones son relativamente sencilla ya que usan
instrucciones en ingles de forma intuitiva.
LISPT
PROGRAM PICKUP
1. APRO PART, 25.0
2. MOVES PART
3. CLOSE, 0.0.0
4. APRO PART, -50.0
5. APRO DROP, 100.0
6. MOVES DROP
7. OPEN, 0.0.0
8. APRO DROP, -100.0
END

RPL
Dotado con un LSI-II como procesador central, y aplicado a los robots PUMA, ha sido diseñado
por SRI INTERNATIONAL.
EMILY
Es un lenguaje creado por IBM para el control de uno de sus robots. Usa el procesador IBM
370/145 SYSTEM 7 y está escrito en Ensamblador.
SIGLA
Desarrollado por OLIVETTI para su robot SUPER SIGMA, emplea un mini-ordenador con 8 K de
memoria. Escrito en Ensamblador, es del tipo intérprete.
MAL
Se ha creado en el Politécnico de Milán para el robot SIGMA, con un Mini-multiprocesador. Es
un lenguaje del tipo intérprete, escrito en FORTRAN.
RCL
Aplicado al robot PACS y desarrollado por RPI, emplea, como CPU, un PDP 11/03. Es del tipo
intérprete y está escrito en Ensamblador.

Estructura de programación explícita
Debido a cada una de sus características muy relevantes que este tipo de programación contiene, es muy
importante destacar los diferentes lenguajes que usan este tipo de programación.
AL
Trata de proporcionar definiciones acerca de los movimientos relacionados con los elementos sobre los que el
brazo trabaja. Fue diseñado por el laboratorio de Inteligencia Artificial de la Universidad de Stanford, con
estructuras de bloques y de control similares al ALGOL, lenguaje en el que se escribió. Está dedicado al
manipulador de Stanford, utilizando como procesadores centrales, a un PDP 11/45 y un PDP KL-10.
HELP
Creado por GENERAL ELECTRIC para su robot ALLEGRO y escrito en PASCAL/FORTRAN, permite el movimiento
simultáneo de varios brazos. Dispone, asimismo, de un conjunto especial de subrutinas para la ejecución de
cualquier tarea. Utilizando como CPU, a un PDP 11.
MAPLE
Escrito, como intérprete, en lenguaje PL-1, por IBM para el robot de la misma empresa, tiene capacidad para
soportar informaciones de sensores externos. Utiliza, como CPU a un IBM 370/145 SYSTEM 7.
PAL
Desarrollado por la Universidad de Purdure para el manipulador de Stanford, es un intérprete escrito en FORTRAN
y Ensamblador, capaz de aceptar sensores de fuerza y de visión. Cada una de sus instrucciones, para mover el
brazo del robot en coordenadas cartesianas, es procesada para que satisfaga la ecuación del procesamiento.
Como CPU, usan un PDP 11/70.

Estructura de programación explícita
MCL
Lo creó la compañía MC DONALL DOUGLAS, como ampliación de su lenguaje de control
numérico APT. Es un lenguaje compilable que se puede considerar apto para la programación
de robots "off-line".
MAL EXTENDIDO
Procede del Politécnico de Milán, al igual que el MAL, al que incorpora elementos de
programación estructurada que lo potencian notablemente. Se aplica, también, al robot SIGMA.
Especificativa a nivel objeto.
En este grupo se encuentran tres lenguajes interesantes:
RAPT
AUTOPASS
LAMA

RAPT
Su filosofía se basa en definir una serie de planos, cilindros y esferas, que dan lugar a otros cuerpos derivados. Para
modelar a un cuerpo, se confecciona una biblioteca con sus rasgos más representativos. Seguidamente, se define los
movimientos que ligan a los cuerpos a ensamblar (alinear planos, encajar cilindros, etc.).
Así, si se desea definir un cuerpo C1, se comienza definiendo sus puntos más importantes, por ejemplo:
P1 = < x, 0, 0 >
P2 = < 0, y, 0 >
P3 = < x/2, y, 0 >
P4 = < 0, 0, z >
Si, en el cuerpo, existen círculos de interés, se especifican seguidamente:
C1 = CIRCLE/P2, R;
C2 = CIRCLE/P4, R;
A continuación, se determinan sus aristas:
L1 = L/P1, P2;
L2 = L/P3, P4;
Si, análogamente al cuerpo C1, se define otro, como el C2, una acción entre ambos podría consistir en colocar la cara
inferior de C1 alineada con la superior de C2. Esto se escribiría.
AGAINST / BOT / OF C1, TOP / OF C2;
El lenguaje RAPT fue creado en la Universidad de Edimburgo, departamento de Inteligencia Artificial; está orientado, en
especial, al ensamblaje de piezas. Destinado al robot FREDY, utiliza, como procesador central, a un PDP 10. Es un
intérprete y está escrito en lenguaje APT.

LAMA
Procede del laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT, para el robot SILVER, orientándose hacia el
ajuste de conjuntos mecánicos. Aporta más inteligencia que el AUTOPASS y permite una buena
adaptación al entorno. La operatividad del LAMA se basa en tres funciones principales:
Creación de la función de trabajo. Operación inteligente.
Generación de la función de manipulación.
Interpretación y desarrollo, de una forma interactiva, de una estrategia de realimentación para la
adaptación al entorno de trabajo.
En función de los objetivos.
La filosofía de estos lenguajes consiste en definir la situación final del producto a fabricar, a partir
de la cual se generan los planes de acción tendentes a conseguirla, obteniéndose, finalmente, el
programa de trabajo. Estos lenguajes, de tipo natural, suponiendo una potenciación extraordinaria
de la Inteligencia Artificial, para descargar al usuario de las labores de programación. Prevén,
incluso, la comunicación hombre-máquina a través de la voz.
Los lenguajes más conocidos de este grupo son:
• STRIPS
• HILAIRE

• STRIPS
Fue diseñado, en la Universidad de Stanford, para el robot móvil SHAKEY. Se basa en un
modelo del universo ligado a un conjunto de planteamientos aritmético-lógicos que se encargan
de obtener las subrutinas que conforman el programa final. Es intérprete y compilable,
utilizando, como procesadores, a un PDP-10 y un PDP-15.
• HILAIRE
Procedente del laboratorio de Automática Y Análisis de Sistemas (LAAS) de Toulouse, está
escrito en lenguaje LISP. Es uno de los lenguajes naturales más interesantes, por sus
posibilidades de ampliación e investigación.

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