robotica

JESUS DARIO PEREZ SOTODORMANT MUÑOZ CORREDOR

Programación Logica y FuncionalIX Semestre Ingenieria de Sistemas

Fundación Universitaria San Martin

¿ QUE ES ROBOTICA ?

El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. El termino Robótica se le atribuye a Isaac Asimov.

Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc.

La robótica es una disciplina, con sus propios fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica.

En el aspecto teórico se unen las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial.

Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario

HISTORIA DE LA ROBOTICA

Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.

Totem es el producto de varios años de experiencia en el campo de la robótica. Sus diseñadores han construido mas de 4 prototipos de robots móviles autónomo.

El Proyecto Totem nace de una idea original de sus diseñadores, quienes querían construir un robot móvil, que pudiera ser utilizado para el estudio y experimentación en robótica móvil.

Con este proyecto se quería ir mas halla y construir un robot multipropósito equipado con un mayor numero de sensores y que pudiera ser utilizado por cualquier persona que quisiera experimentar con robótica móvil, la idea fue evolucionando y se decidió que para que el robot fuera multifuncional, este debía ser modular, por lo tanto se tendrían varios módulos, cada uno con un propósito diferente y que pudieran ser ensamblados al gusto del usuario. De ahí se llego al nombre de TOTEM para el proyecto.


El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil programable mediante tarjetas perforadas.

La revolución industrial impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos, entre los cuales se destacaron el torno mecánico motorizado de Babbitt (1892) y el mecanismo programable para pintar con spray de Pollard y Roselund (1939).

Además de esto durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.

Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para la diversión.

En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era

capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ' el programa ' para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar.


La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.

1946 aparecen los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen las primeras computadoras: J. Presper Eckert y John Maulchy construyeron el ENAC en la Universidad de Pensilvania y la primera máquina digital de propósito general se desarrolla en el MIT

En 1964 se abren laboratorios de investigación en inteligencia artificial en el MIT, el SRI (Stanford Research Institute)

En 1960 se introdujo el primer robot "Unimate'', basada en la transferencia de artículos

En 1961 Un robot Unimate se instaló en la Ford Motors Company para atender una máquina de fundición de troquel.

En 1966 Trallfa, una firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura por pulverización.

En 1971 El "Standford Arm'', un pequeño brazo de robot de accionamiento eléctrico


En 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

En 1978 Se introdujo el robot PUMA (Programmable Universal Machine for Assambly) para tareas de montaje por Unimation

En 1980 Un sistema robótica 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. En esta época también aparece el CART del SRI que trabaja con procesado de imagen estéreo, más una cámara adicional acoplada en su parte superior.

Actualmente, el concepto de robótica ha evolucionado hacia los sistemas móviles autónomos, que son aquellos que son capaces de desenvolverse por sí mismos en entornos desconocidos y parcialmente cambiantes sin necesidad de supervisión.

El primer robot móvil de la historia, pese a sus muy limitadas capacidades, fue ELSIE (Electro-Light-Sensitive Internal-External) se limitaba a seguir una fuente de luz utilizando un sistema mecánico realimentado sin incorporar inteligenciaadicional.


CMU-ROVERCon una rueda timón, lo que permite cualquier posición y orientación del plano.

En el campo de los robots antropomorfos (androides) encontramos el P3 de Honda que mide 1.60m, pesa 130 Kg y es capaz de subir y bajar escaleras, abrir puertas, pulsar interruptores y empujar vehículos.

Este robot PUMA 500 tiene 6 grados de libertad, es de tipo brazo articulado y su impulsión es electro-mecánica. Se utiliza para la carga y descarga de las máquinas de control numérico

Robot

PU

MA

CLASIFICACION DE LAHISTORIA DE LA ROBOTICA

En general la historia de la robótica la podemos clasificar en cinco generaciones

Las dos primeras, ya alcanzadas en los ochenta, incluían la gestión de tareas repetitivas con autonomía muy limitada

La tercera generación incluiría visión artificial (Puede localizar, clasificar, detectar esfuerzos y adaptar movimientos en consecuencia ), en lo cual se ha avanzado mucho en los ochenta y noventas.

La cuarta incluye movilidad avanzada en exteriores e interiores

La quinta entraría en el dominio de la inteligencia artificial en lo cual se esta trabajando actualmente

ORIGEN DE LA PALABRA ROBOT

La palabra “Robot” proviene originalmente de la palabra “robota”, que significa “trabajo forzado” en idioma checo. Desde este punto de vista, la palabra tiene un significado más cercano al robot industrial actual.El robot que aparecía en este drama es un hombre de composición orgánica.

El origen de la palabra “robot” se deriva del drama “RUR” (Rossum’s Universal Robots en 1920) del autor checo Karel Capek. Un personaje del drama produce varios hombres artificiales que reemplazan a humanos en sus puestos de trabajo. Esa fue la primera ocasión en que la palabra “Robot” fue utilizada para expresar hombre artificial.

ORIGEN DE LA PALABRA ROBOT

La palabra robot fue creada en 1920. El entusiasmo de los humanos por los robots ha permanecido vivo en la historia, mitos y literatura desde la antigüedad.

Los humanos deseaban producir herramientas y

dispositivos que trabajaran y operaran en lugar de la gente.

Heron, en la Grecia antigua, desarrolló un dispositivo similar a las puertas automáticas actuales. Era la puerta de un santuario, que se abría automáticamente cuando se encendía un fuego en un altar del santuario y se cerraba al extinguirse el fuego

En el siglo 18, un francés, Beaukerson, creó un pato artificial. Este pato era capaz de bañarse, comer, graznar y producir excrementos

DEFINICIONES DE ROBOT SEGÚN LAS DIFERENTES SOCIEDADES (JIRA, RIA, ISO, AFNOR) Asociación de Industria Robótica (RIA): “Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, o

dispositivos especiales, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas”

La Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA): “Los robots son dispositivos capaces de moverse de modo flexible análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin

funciones intelectuales, permitiendo operaciones en respuesta a las órdenes humanas".

Organización Internacional de Estandares (ISO): “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” Se incluye en esta definición la necesidad de que el robot tenga varios grados de libertad".

Asociacin Francesa de Normalización (AFNOR): “Robot” manipulador automático servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o

dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas.

LEYES DE LA ROBÓTICA

Los tres principios o leyes de la robótica según Asimov son:

Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano.

El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley.

El robot debe autoprotegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley.

CLASIFICACIONES DE ROBOTS

Los robots han sido clasificados de acuerdo a:

A su generación A su Nivel de Inteligencia A su Nivel de Control A su Nivel de Lenguaje de Programación

Estas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular la sofisticada interacción de los sensores.

CLASIFICACIONES DE ROBOTS DE ACUERDO A SU GENERACION

1° GENERACIÓN

El sistema de control está basado en las paradas fijas mecánicamente un ejemplo de esta primera generación encontramos los mecanismos de relojería que mueven las cajas musicales o los juguetes de cuerda


2° GENERACIÓN

El movimiento se El movimiento se controlaba a través de controlaba a través de una secuencia numérica una secuencia numérica almacenada en disco o almacenada en disco o cinta magnética. Por regla cinta magnética. Por regla general, este tipo de general, este tipo de robots se utiliza en la robots se utiliza en la Industria Automotriz y son Industria Automotriz y son de gran tamaño.de gran tamaño.


3° GENERACIÓN

Utilizan las computadoras para su Utilizan las computadoras para su control y tienen cierta percepción a control y tienen cierta percepción a través del uso de sensores. Con esta través del uso de sensores. Con esta generación se inicia la era los robots generación se inicia la era los robots inteligentes y aparecen los lenguajes de inteligentes y aparecen los lenguajes de programación para escribir los programación para escribir los programas de controlprogramas de control


4° GENERACIÓN

En esta generación ya aparecen En esta generación ya aparecen robots altamente inteligentes robots altamente inteligentes con mas y mejores extensiones con mas y mejores extensiones sensoriales, para entender sus sensoriales, para entender sus acciones y captar el mundo que acciones y captar el mundo que los rodea. Incorporan conceptos los rodea. Incorporan conceptos modélicos de conductasmodélicos de conductas


5° GENERACIÓN

Esta generación Esta generación actualmente se encuentra actualmente se encuentra en desarrollo. en desarrollo. Esta nueva generación de Esta nueva generación de robots basara su acción robots basara su acción principalmente en modelos principalmente en modelos conductuales establecidos.conductuales establecidos.

CLASIFICACIONES DE ROBOTS SEGÚN SU ARQUITECTURA GENERACIONAL

ROBOTS PLAY BACK

Los cuales regeneran una secuencia Los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.control de lazo abierto.

ROBOTS POR SENSORESROBOTS POR SENSORES

Estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos Estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.obtenidos por sensores.


ROBOTS CONTROLADOS POR VISIÓN

En este tipo de En este tipo de arquitectura los arquitectura los robots pueden robots pueden manipular un manipular un objeto al utilizar objeto al utilizar información desde información desde un sistema de un sistema de visiónvisión


ROBOTS CONTROLADOS ADAPTABLEMENTE

En este tipo de En este tipo de arquitectura los arquitectura los robots pueden robots pueden automáticamente automáticamente reprogramar sus reprogramar sus acciones sobre la acciones sobre la base de los datos base de los datos obtenidos por los obtenidos por los sensores.sensores. Robot Empaletador


ROBOTS CON INTELIGENCIA ARTIFICIAL

En este tipo de arquitectura En este tipo de arquitectura los robots utilizan las los robots utilizan las técnicas de inteligencia técnicas de inteligencia artificial para tomar sus artificial para tomar sus propias decisiones y propias decisiones y resolver problemasresolver problemas

Robot Médico (Cirujano)

Fundamentalmente, prótesis para disminuirlos físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando. Con ellos se logra igualar con presición los movimientos y funciones de los órganos o extremidades que suplen


ROBOTS MOVIL, PROVISTOS DE PATAS, RUEDAS U ORUGAS

A estos tipos de robots los capacitan para A estos tipos de robots los capacitan para desplazarse de acuerdo a su programación. Elaboran desplazarse de acuerdo a su programación. Elaboran la información que reciben a través de sus propios la información que reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en determinado sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de tipo de instalaciones industrialesinstalaciones industriales, sobre todo para el , sobre todo para el transporte de mercancíastransporte de mercancías en cadena de producción y en cadena de producción y almacenes. También se utilizan robots de este tipo almacenes. También se utilizan robots de este tipo para la para la investigación en lugares de difícil accesoinvestigación en lugares de difícil acceso o o muy distantesmuy distantes, como es el caso de la , como es el caso de la exploración exploración espacial y las investigaciones o rescates submarinosespacial y las investigaciones o rescates submarinos

CLASIFICACIONES DE ROBOTS DE ACUERDO SU NIVEL DE INTELIGENCIA

La Asociación de Robots Japonesa (JIRA) ha clasificado a los robots dentro de seis clases sobre la base de su nivel de inteligencia:

1.- Dispositivos de manejo manual, controlados por una persona. 2.- Robots de secuencia arreglada. 3.- Robots de secuencia variable, donde un operador puede modificar la secuencia fácilmente. 4.- Robots regeneradores, donde el operador humano conduce el robot a través de la tarea. 5.- Robots de control numérico, donde el operador alimenta la programación del movimiento, hasta que se enseñe manualmente la tarea. 6.- Robots inteligentes, los cuales pueden entender e interactuar con cambios en el medio ambiente

CLASIFICACIONES DE ROBOTS DE ACUERDO SU NIVEL DE CONTROL

Los programas en el controlador del robot pueden ser agrupados de acuerdo al nivel de control que realizan

1.- Nivel de inteligencia artificial, donde el programa aceptará un comando como "levantar el producto" y descomponerlo dentro de una secuencia de comandos de bajo nivel basados en un modelo estratégico de las tareas. 2.- Nivel de modo de control, donde los movimientos del sistema son modelados, para lo que se incluye la interacción dinámica entre los diferentes mecanismos, trayectorias planeadas, y los puntos de asignación seleccionados. 3.- Niveles de servosistemas, donde los actuadores controlan los parámetros de los mecanismos con el uso de una retroalimentación interna de los datos obtenidos por los sensores, y la ruta es modificada sobre la base de los datos que se obtienen de sensores externos. Todas las detecciones de fallas y mecanismos de corrección son implementadas en este nivel.

CLASIFICACIONES DE ROBOTS DE ACUERDO SU NIVEL DE PROGRAMACIÓN

Existen muchos sistemas de programación de robots, aunque la mayoría del software más avanzado se encuentra en los laboratorios de investigación.Los sistemas de programación de robots caen dentro de tres clases :

1.- Sistemas guiados, en el cual el usuario conduce el robot a través de los movimientos a ser realizados. 2.- Sistemas de programación de nivel-robot, en los cuales el usuario escribe un programa de computadora al especificar el movimiento y el sensado. 3.- Sistemas de programación de nivel-tarea, en el cual el usuario especifica la operación por sus acciones sobre los objetos que el robot manipula.

GRADOS DE LIBERTAD

El grado de libertad es una de las principales características que definen a los robots. Hablar de esto equivale a decir el número y tipo de movimientos del manipulador. Es ver los movimientos de un brazo y de una muñeca, y así se puede determinar el número de grados de libertad que presenta un robot. Por lo general, 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 lo muestra el siguiente modelo.

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

APLICACIONES DE LA ROBOTICA

En la actualidad el término robot, permite acotar con mayor detalle sus características o campo de aplicación. A modo de ejemplo, se podrían citar los robots manipuladores, robots humanoides, robots domésticos, robots aéreos y submarinos, robots caminantes, tele-robots, robots industrial, robots de servicio, robots cartesianos, robot articulares, etc.

Los robots se usan de manera extensa en la industria, siendo un elemento indispensable en una gran parte de los procesos de manufactura. Impulsados principalmente por el sector del automóvil, los robots han dejado de ser máquinas misteriosas propias de la ciencia-ficción para ser un elemento mas de muchos de los talleres y líneas de producción

La robótica tiene diversas aplicaciones entre las cuales mencionaremos algunas

La Industria Agricultura y silvicultura Ayuda a discapacitadosConstrucción Domésticos Entornos PeligrososEspacio Medicina y Salud Minería Entornos submarinos Vigilancia y seguridad Telepresencia


ROBOTS INDUSTRIAL: Es multifuncional, esto es, puede ser aplicado a un número, en principio ilimitado, de funciones. No obstante, la práctica ha demostrado que su adaptación es óptima en determinados procesos (soldadura, paletización, etc.) en los que hoy día el robot es sin duda alguna, la solución más rentable. ROBOTS DE SERVICIO: Es utilizado en las condiciones intrínsecas del medio de trabajo (ambientes contaminados, salas asépticas, construcción, etc.) o la elevada exigencia en cuanto a calidad de los resultados (medicina, etc.). ROBOTS ARTICULARES: También llamados robots pintura ya que son utilizados en esa área. Este tipo de robots son ligeros y tienen 6 grados de libertad que les permiten proyectar pintura en todos los huecos de la pieza. Cuentan con protecciones especiales para defenderse de las partículas en suspensión dentro de la cabina de pintura y sus posibles consecuencias (explosiones, incendio, deterioro mecánico). Este mismo motivo origina que, en muchos casos, el accionamiento de los robots de pintura sea hidráulico o, de ser eléctrico, que los cables vayan por el interior de conductos a sobrepresión, evitándose así, el riesgo de explosión. ROBOTS CARTESIANOS: Son usados con frecuencia por su elevada presición y pueden resolver muchas aplicaciones con suficiente efectividad


La Federación Internacional de la Robótica (IFR) estableció en 1998 una clasificación de las aplicaciones de la Robótica en el sector manufacturero:

Manipulación en fundición • Moldes • Otros • Manipulación en moldeado de plásticos • Manipulación en tratamientos térmicos • Manipulación en la forja y estampación

Soldadura.

• Por arco • Por puntos • Por gas • Por láser • Otros



Aplicación de materiales

• Pintura• Adhesivos y secantes • Otros

Mecanización

• Carga y descarga de máquinas • Corte mecánico, rectificado, desbardado y pulido • Otros



Otros procesos

• Láser• Chorro de agua • Otros

Montaje.

• Montaje mecánico • Inserción • Unión por adhesivos • Unión por soldadura • Manipulación para montaje• Otros

• Paletización • Medición, inspección, control de calidad• Manipulación de materiales • Formación, enseñanza e investigación • Otros


APLICACIONES INDUSTRIALESLa implantación de un robot industrial en un determinado proceso exige un detallado estudio previo del proceso en cuestión, examinando las ventajas e inconvenientes que conlleva la introducción del robot. Será preciso siempre estar dispuesto a admitir cambios en el desarrollo del proceso primitivo (modificaciones en el diseño de piezas, sustitución de unos sistemas por otros, etc.) que faciliten y hagan viable la aplicación del robot.Mencionamos algunas aplicaciones industriales:

• Trabajos en fundición • Soldadura • Aplicación de materiales • Aplicación de sellantes y adhesivos • Alimentación de máquinas • Procesado • Corte • Montaje • Paletización • Control de calidad • Manipulación en salas blancas


APLICACIONES INDUSTRIALES

Sold

ad

ura

Aplicación de Materiales

La tarea robotizada más frecuente dentro de la fabricación de automóviles ha sido, sin duda alguna, la soldadura de carrocerías. En este proceso, dos piezas metálicas se unen en un punto para la fusión conjunta de ambas partes, denominándose a este tipo de soldadura por puntos. Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica elevada y a baja tensión a través de dos electrodos enfrentados entre los que se sitúan las piezas a unir.

El acabado de superficies por recubrimiento de un cierto material (pintura, esmalte, partículas de metal, etc.) con fines decorativos o de protección, es una parte crítica en muchos procesos de fabricación. Tanto en la pintura como en el metalizado, esmaltado o arenado


APLICACIONES INDUSTRIALES

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Alimentación de Maquinas

La peligrosidad y monotonía de las operaciones de carga y descarga de máquinas como prensas, estampadoras, hornos o la posibilidad de usar un mismo robot para transferir una pieza a través de diferentes máquinas de procesado.En la industria metalúrgica se usan prensas para conformar los metales en frío o, para mediante estampación y embutido, obtener piezas de complicadas formas a partir de planchas de metal.

La fundición de las piezas del molde y transporte de éstas a un lugar de enfriado y posteriormente a otro proceso (desbardado, corte, etc.). la limpieza y mantenimiento de los moldes, eliminando rebabas (por aplicación de aire comprimido) y aplicando el lubricante. La colocación de piezas en el interior de los moldes (embutidos).

NANOTECNOLOGIA - NANOBOTS

¿ QUE ES LA NANOTECNOLOGIA O NANOBOTS ?Se refieren a aquellos como herramientas capaces de lograr cosas inimaginables hoy en día, como una miniaturizacion extrema de los ordenadores hasta nanobots capaces de hacernos. inmortales. La nanotecnologia la podriamos denominar como un tema cientifico-tecnologico, ya que se involucra mucha la parte científica

Los nanotecnólogos ya están mirando horizontes más allá de la producción en masa de nanopartículas y contemplando aplicaciones aún más ambiciosas. Algunos de ellos se disponen a fabricar robots a nanoescala (nanobots) que realizarán una infinidad de faenas incluyendo la auto-replicación. "Nanobots introducidos a nuestro flujo sanguíneo podrían complementar nuestro sistema inmunológico, y buscar y destruir patógenos, células cancerosas y otros agentes causantes de enfermedades”

NANOTECNOLOGIA - NANOBOTS

IMAGENES

Se puede observar un nanobots remplazando la celula neuronal

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