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¿Para qué sirven los robots?
Reproducir ciertas capacidades de los organismos vivos.
Robots móviles: exploración, transporte.
Robots fijos: asistencia médica, automatización de procesos industriales.
Otros: control de prótesis, entretenimiento.
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¿Qué es un robot?
Robot: término acuñado por Karel Capek en Rossum’s Universal Robots (1921).
“Robota”, palabra eslava que significa “trabajo de manera forzada”.
Una máquina programable (computador) con capacidad de movimiento y de acción.
Diccionario RAE: Máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas sólo a las personas.
Tipos de robots:
En función del medio:
Terrestres (vehículos, robots con patas, manipuladores industriales)
Aéreos (dirigibles)
Acuáticos (nadadores, submarinos)
Híbridos (trepadores)
En función del control del movimiento:
Autónomos
Teleoperados.
Otras clasificaciones (más adelante)
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La cibernética (años 50)
Tortugas de Grey Walter (1950's).
Burden Neurological Institute (UK)
8 tortugas
Un foto-tubo como ojo
Comportamientos tropistas:
Baile alrededor de una luz
Recarga al detectar descarga
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La electrónica (años 60)
Johns Hopkins University (USA)
Transistores
Centrado con sonar
Brazo de recarga
Células fotoeléctricas (enchufes negros)
Tarea: patrullar pasillos
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Los ordenadores (años 70)
Shakey
Stanford University (USA)
Ordenador externo planificación
Ordenador interno control
Cámara de TV
Encuentra objetos regulares
Entorno altamente controlado
Tarea: planificar movimientos
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Los ordenadores empotrados (años 80)
Stanford University (USA)
Dos cámaras de TV
Reconstrucción 3D limitada
Ordenador empotrado
Entorno estructurado:
Reconoce objetos regulares
Tarea: navegación
Muy lento (30 m ? 5 h)
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Navegación en entornos reales
Spirit, Opportunity
“Cuerpo”: Protege los “órganos vitales”
“Cerebros”: Ordenadores para procesar la información
Controles de temperatura: Calentadores internos, capa de aislamiento, etc.
Un “cuello y cabeza”: Un poste para las cámaras que dan al robot una vista a escala humana
“Ojos” y otros sentidos: cámaras e instrumentos que dan información del entorno
Brazo: Extensión del alcance
Ruedas y “piernas”: Dotan de movilidad
Energía: Baterías y paneles solares
Comunicaciones: Antenas para “hablar” y “escuchar”
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El futuro
2005 manejo de mapas 3D
2010 Robots controlados con técnicas de IA
2020 Robots de propósito general
2030 Primates robóticos
Nanotecnología
Interacción con humanos
Aprendizaje, adaptación, reconfiguración
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Clasificación de robots
Robots manipuladores
Robot Institute of America: un robot industrial es un manipulador programable multifuncional diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos variados, programados para la ejecución de distintas tareas.
Funcionamiento repetitivo. Precisos, rápidos y de alta repetibilidad, con percepción limitada.
Morfología
Sistema mecánico: articulaciones.
Actuadores: motores.
Sensores: comunicación, percepción (visión, etc.).
Sistema de control: servocontrol, generación de trayectorias, planificación.
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Robots móviles y de servicios
Incremento de autonomía: Sistema de navegación automática (planificación percepción y control)
Generalmente son robots autónomos (perciben, modelan el entorno, planifican y actúan con mínima ó nula intervención humana).
Telerrobots
Teleoperados. El hombre realiza su percepción, planificación y manipulación.
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Morfología del Robot Manipulador
Estructura mecánica de un robot
Elementos y enlaces. Grados de libertad
Tipos de articulaciones
Configuraciones básicas
Elementos finales
Volumen de trabajo
Transmisiones y reductoras
Actuadores:
Eléctricos
Hidráulicos
Neumáticos
Modelos físicos
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Estructura mecánica de un robot
Un robot manipulador está típicamente formado por una serie de elementos (segmentos, eslabones o links) unidos mediante articulaciones (joints) que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Este movimiento es producido por los actuadores. El último elemento se denomina“elemento terminal” (pinza, herramienta…)
El movimiento de la articulación puede ser:
De desplazamiento
De giro
Combinación de ambos
Grado De Libertad (GDL) “Degree Of Freedom” (DOF):
Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. El número de GDL del robot viene dado por la suma de los GDL de las articulaciones que lo componen.
Los grados de libertad equivalen al número de parámetros independientes que fijan la situación del elemento terminal.
Variables de estado:
Parámetros que definen la configuración (posición, orientación, etc) del elemento terminal
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Empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, implica:
Diferentes configuraciones
Tener en cuenta las característica específicas del robot a la hora del diseño y construcción del mismo, y del diseño de las aplicaciones.
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Elementos terminales
Son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot.
Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas.
Normalmente son diseñados específicamente para cada tipo de trabajo.
Volumen de trabajo
Volumen espacial al que puede llegar el extremo del robot.
Volumen determinado por:
el tamaño, forma y tipo de los segmentos que integran el robot.
Las limitaciones de movimiento impuestas por el sistema de control
Nunca deberá utilizarse el elemento terminal para la obtención del espacio de trabajo. Las razones son:
El elemento terminal es un añadido al robot
Si variase se tendría que calcular de nuevo el espacio de trabajo
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Transmisiones y reductoras:
Transmisiones: elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones.
Reductoras o engranajes: elementos encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. Generalmente se reduce la velocidad del actuador (de ahí el nombre).
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Actuadores
Los actuadores generan el movimiento de los elementos del robot
La mayoría de los actuadores simples controlan únicamente 1 GDL (izq-der, arriba-abajo)
Un cuerpo libre en el espacio en general se representa mediante 6 variables de estado:
3 de traslación (x,y,z)
3 de orientación (P.ej. Los ángulos de Euler).
No siempre Nº GDL = Nº Variables estado.
Para la representación de la posición de un automóvil se usan 3 variables de estado: 2 de traslación (x,y) y 1 de orientación.
Sin embargo, sólo tiene 2 GDL: acelerador (adelante y atrás) y dirección (volante).
Luego hay movimientos imposibles (movimiento lateral).
Aunque maniobrando pueda adquirir cualquier configuración.
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