Beatriz Adriana Garcia Gomez Oswaldo Manuel Sanchez Julio Rodriguez Ceron Armando Flores Flores
INTRODUCCION
Se puede definir robotica como la rama de la tecnología la cual estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que
requieren del uso de inteligencia. El
término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la
tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una poderosa
industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad.
Las ciencias y
tecnologías de derivan esta rama podrían ser:
el álgebra,
los autómatas programables
las máquinas de estados
la mecánica
la informática
El término robótica puede ser definido desde diversos puntos de vista:
Con
independencia respecto a la definición de "robot":
"La Robótica es la
conexión inteligente de la percepción a la acción"
En
base a su objetivo:
"La Robótica consiste en
el diseño de sistemas. Actuadores de locomoción, manipuladores, sistemas
de control, sensores, fuentes de energía, software de calidad--todos
estos subsistemas tienen que ser diseñados para trabajar conjuntamente en
la consecución de la tarea del robot"
Hay que tener en
cuenta que la robotica permite realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poli articuladas, dotados de un
determinado grado de "inteligencia" y pueden ser destinados
a la producción industrial o al
sustitución del hombre en muy
diversas tareas.
OBJETIVO
El objetivo que se ha
fijado en el tema "Robotica" es el siguiente:
Hay que dar a conocer
los diferentes aspectos de la robotica influyendo en la Mecatronica, desde su
significado y origen hasta los diferentes tipos de robot existentes.
Reforzando todo lo
explicado en un resumen y un mapa mental, asi no solo memorizaras el escrito,
sino que realmente comprenderas y entenderas todo lo dicho.
Con ayuda de estas estrategias aprenderas
a aprender promoviendo una participación activa en
la construcción de conocimientos a partir de tus nociones, ideas
o experiencias previas respecto a un fenómeno en particular.
Larobóticaes
la rama de la tecnología diferenciada de latelecomunicación(cuya función es cubrir todas las formas
de comunicación a distancia) que se dedica al diseño, construcción, operación,
disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.
La robótica combina diversas disciplinas como son:
lamecánica
laelectrónica
la informática
lainteligencia artificial
laingeniería de control
·
Otras
áreas importantes en robótica son elálgebra, losautómatas programablesy las maquinas de estados.
¿Qué es un robot?
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el
escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga
su obra Rossum's Universal Robot(R.U.R.). Su origen es de la
palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado
de manera forzada. La trama era sencilla: el hombre fabrica un robot, luego el
robot mata al hombre.
Muchas películas han seguido mostrando a los robots como máquinas
dañinas y amenazadoras. Sin embargo, películas más recientes, como la saga de
"La Guerra de las Galaxias" desde 1977, retratan a robots como
"C3PO" y "R2D2" como ayudantes del hombre. "Número
5" de "Cortocircuito" y "C3PO" realmente tienen
apariencia humana. Estos robots que se fabrican conlook humano se llaman
‘androides’.
La mayoría de los expertos en Robótica afirmaría que es complicado dar
una definición universalmente aceptada. Las definiciones son tan dispares como
se demuestra en la siguiente relación:
Ingenio mecánico controlado electrónicamente,
capaz de moverse y ejecutar de forma automática acciones diversas,
siguiendo un programa establecido.
Máquina que en apariencia o comportamiento
imita a las personas o a sus acciones como, por ejemplo, en el movimiento
de sus extremidades
Un robot es una máquina que hace algo
automáticamente en respuesta a su entorno.
Un robot es un puñado de motores controlados
por un programa de ordenador.
Un robot es un ordenador con músculos.
Es cierto, como acabamos de observar, que los robots son difíciles de
definir. Sin embargo, no es necesariamente un problema el que no esté todo el
mundo de acuerdo sobre su definición. Quizás, Joseph Engelberg (padre de la
robótica industrial) lo resumió inmejorablemente cuando dijo: "Puede que
no se capaz de definirlo, pero sé cuándo veo uno".
La imagen del robot como una
máquina a semejanza del ser humano, subyace en el hombre desde hace muchos
siglos, existiendo diversas realizaciones con este fin.
El ciudadano industrializado que vive a caballo entre el siglo XX y el
XXI se ha visto en la necesidad de emprender, en escasos 25 años, el
significado de un buen número de nuevos términos marcados por su alto contenido
tecnológico. De ellos sin duda el más relevante haya sido el ordenador
(computador).
Éste, está introducido hoy en día en su versión personal en multitud de
hogares, y el ciudadano medio va conociendo en creciente proporción, además de
su existencia, su modo de uso y buena parte de sus posibilidades.
Pero dejando de lado esta verdadera revolución social, existen otros
conceptos procedentes del desarrollo tecnológico que han superado las barreras
impuestas por las industrias y centros de investigación, incorporándose en
cierta medida al lenguaje coloquial. Es llamativo como entre éstas destaca el
concepto robot.
Pero el robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros días, no surge
como consecuencia de la tendencia o afición de reproducir seres vivientes, sino
de la necesidad. Fue la necesidad la que dio origen a la agricultura, el
pastoreo, la caza, la pesca, etc. Más adelante, la necesidad provoca la primera
revolución industrial con el descubrimiento de la máquina de vapor de Watt y,
actualmente, la necesidad ha cubierto de ordenadores la faz de la tierra.
Inmersos en la era de la informatización, la imperiosa necesidad de
aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos, ha hecho
insuficiente la automatización industrial rígida, dominante en las primeras
décadas del siglo XX, que estaba destinada a la fabricación de grandes series
de una restringida gama de productos. Hoy día, más de la mitad de los productos
que se fabrican corresponden a lotes de pocas unidades.
Al enfocarse la producción industrial moderna hacia la automatización
global y flexible, han quedado en desuso las herramientas, que hasta hace poco
eran habituales:
Forja,
prensa y fundición
Esmaltado
Corte
Encolado
Desbardado
Pulido.
Finalmente, el resto de los robots instalados en 1979 se dedicaban al
montaje y labores de inspección. En dicho año, la industria del automóvil
ocupaba el 58% del parque mundial, siguiendo en importancia las empresas
constructoras de maquinaria eléctrica y electrónica. En 1997 el parque mundial
de robots alcanzó la cifra de aproximadamente 830.000 unidades, de los cuales
la mitad se localizaba en Japón.
La que a continuación se presenta es la
clasificación más común:
§1ª Generación.
Manipuladores. Son sistemas mecánicos
multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia
fija o de secuencia variable.
§2ª Generación.
Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia
de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano. El
modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. El operador realiza los
movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.
§3ª Generación.
Robots con control sensorizado. El
controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las
envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.
§4ª Generación.
Robots inteligentes. Son similares a los
anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora
de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de
decisiones y el control del proceso en tiempo real.
Según su Arquitectura
La
arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede
ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha
introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del
cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos
niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto
terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de
sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que
pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha
indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación
coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La
subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los
siguientes grupos: poliarticulados, móviles, androides, zoomórficos e híbridos.
Androides
Una visión ampliamente compartida
es que todos los robots son "androides". Los androides son artilugios
que se parecen y actúan como seres humanos. Los robots de hoy en día vienen en
todas las formas y tamaños, pero a excepción de los robots que aparecen en las
ferias y espectáculos, no se parecen a las personas y por tanto no son
androides. Actualmente, los androides reales sólo existen en la imaginación y
en las películas de ficción.
Móviles
Los robots móviles están provistos de patas,
ruedas u orugas que los capacitan para desplazarse de acuerdo a su
programación. Elaboran la información que reciben a través de sus propios
sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de instalaciones
industriales, sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de
producción y almacenes.
También se utilizan robots de este tipo
para la investigación en lugares de difícil acceso o muy distantes, como es el
caso de la exploración espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.
Industriales
Los robots industriales son artilugios mecánicos
y electrónicos destinados a realizar de forma automática determinados procesos
de fabricación o manipulación.
También reciben el nombre de robots
algunos electrodomésticos capaces de realizar varias operaciones distintas de
forma simultánea o consecutiva, sin necesidad de intervención humana, como los
también llamados «procesadores», que trocean los alimentos y los someten a las
oportunas operaciones de cocción hasta elaborar un plato completo a partir de
la simple introducción de los productos básicos.
Los robots industriales, en la
actualidad, son con mucho los más frecuentemente encontrados. Japón y Estados
Unidos lideran la fabricación y consumo de robots industriales siendo Japón el
número uno. Es curioso ver cómo estos dos países han definido al robot
industrial:
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".
El Instituto de Robótica de América (RIA): Un
robot industrial es "un manipulador multifuncional y reprogramable
diseñado para desplazar materiales, componentes, herramientas o
dispositivos especializados por medio de movimientos programados variables
con el fin de realizar tareas diversas".
La definición japonesa es muy amplia,
mientras que la definición americana es más concreta. Por ejemplo, un robot
manipulador que requiere un operador "mecánicamente enlazado" a él se
considera como un robot en Japón, pero no encajaría en la definición americana.
Asimismo, una máquina automática que no es programable entraría en la
definición japonesa y no en la americana.
Una ventaja de la amplia definición
japonesa es que a muchos de los dispositivos automáticos cotidianos se les
llama "robots" en Japón. Como resultado, los japoneses han aceptado
al robot en su cultura mucho más fácilmente que los países occidentales, puesto
que la definición americana es la que es internacionalmente aceptada.
Médicos
Los robots médicos son, fundamentalmente,
prótesis para disminuidos físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes
sistemas de mando. Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y
funciones de los órganos o extremidades que suplen.
Teleoperadores
Hay muchos "parientes de los
robots" que no encajan exactamente en la definición precisa. Un ejemplo
son los teleoperadores. Dependiendo de cómo se defina un robot, los teleoperadores pueden o no clasificarse como
robots. Los teleoperadores se controlan remotamente por un operador humano.
Cuando pueden ser considerados robots se les llama "telerobots".
Cualquiera que sea su clase, los teleoperadores son generalmente muy
sofisticados y extremadamente útiles en entornos peligrosos tales como residuos
químicos y desactivación de bombas.
Se puede concretar más, atendiendo a la arquitectura
de los robots. La arquitectura, definida por el tipo de configuración
general del robot, puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente
aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un
robot a través del cambio de su configuración por el propio robot. El
metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales -cambio de
herramienta o de efector terminal-, hasta los más complejos como el cambio o
alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales.
Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse
bajo la denominación genérica del robot, tal como se ha indicado, son muy
diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los
mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los
robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos:
Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.
Poliarticulados
Bajo este grupo están los robots de muy
diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser
básicamente sedentarios -aunque excepcionalmente pueden ser guiados para
efectuar desplazamientos limitados- y estar estructurados para mover sus
elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más
sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad. En este
grupo se encuentran los manipuladores y algunos robots industriales, y se
emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o
alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el
espacio ocupado en la base.
Móviles
Cuentan con gran capacidad de desplazamiento,
basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo
rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida
de su entorno a través de sus sensores.
Las tortugas motorizadas diseñadas en
los años cincuenta, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios
sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad
de Stanford.
Estos robots aseguran el transporte de
piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas
materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos
empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente,
pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel
relativamente elevado de inteligencia.
Androides
Estos intentan reproducir total o
parcialmente la forma y el comportamiento cinemático del ser humano.
Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin
utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y
experimentación.
Uno de los aspectos más complejos de
estos robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la
locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y
coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el
equilibrio del robot .
Zoomórficos
Los robots zoomórficos, que
considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides,
constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de
locomoción que imitan a los diversos seres vivos.
A pesar de la disparidad morfológica de
sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los robots
zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El
grupo de los robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Cabe
destacar, entre otros, los experimentados efectuados en Japón basados en
segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un
movimiento relativo de rotación. En cambio, los robots zoomórficos caminadores
multípedos son muy numerosos y están siendo experimentados en diversos
laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos
terrenos, pilotados o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy
accidentadas. Las aplicaciones de estos robots serán interesante en el campo de
la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.
Híbridos
Estos robots corresponden a aquellos de
difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las
anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por
ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas, tiene al mismo
tiempo uno de los atributos de los robots móviles y de los robots zoomórficos.
De igual forma pueden considerarse híbridos algunos robots formados por la
yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante
al de los robots industriales. En parecida situación se encuentran algunos
robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como
androides, tal es el caso de los robots personales.
La definición mas
comúnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociación de Industrias
Robóticas (RIA), según la cual:
·Un robot
industrial es un manipulador multifuncional re-programable, capaz de
mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según
trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.
Esta definición, ligeramente
modificada, ha sido adoptada por la Organización Internacional de Estándares
(ISO) que define al robot industrial como:
·Manipulador
multifuncional re-programable 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. Una definición más
completa es la establecida por la Asociación Francesa de Normalización (AFNOR),
que define primero el manipulador y, basándose en dicha definición, el robot:
Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados
entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y
puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo
lógico.
Estructura de los robots industriales
Un
manipulador robótico consta de una secuencia de elementos estructurales
rígidos, denominados enlaces o eslabones, conectados entre sí
mediante juntas o articulaciones, que permiten el movimiento relativo
de cada dos eslabones consecutivos.
Elementos estructurales de un robot
Una articulación puede
ser:
Lineal: (deslizante,
traslacional o prismática), si un eslabón desliza sobre un eje solidario
al eslabón anterior.
Rotacional: en
caso de que un eslabón gire en torno a un eje solidario al eslabón
anterior.
El conjunto de eslabones
y articulaciones se denomina "cadena cinemática". Se dice que
una cadena cinemática es abierta si cada eslabón se conecta mediante
articulaciones exclusivamente al anterior y al siguiente, exceptuando el
primero, que se suele fijar a un soporte, y el último, cuyo extremo final queda
libre. A éste se puede conectar un elemento terminal o actuador
final: una herramienta especial que permite al
robot de uso general realizar una aplicación particular, que debe diseñarse
específicamente para dicha aplicación: una herramienta de sujeción, de soldadura, de
pintura, etc. El punto más significativo del elemento terminal se
denomina punto terminal (PT). En el caso de una pinza, el punto
terminal vendría a ser el centro de sujeción de la misma.
Los elementos terminales pueden dividirse en dos categorías:
pinzas (gripper)
herramientas
Las pinzas se utilizan para tomar un objeto, normalmente la
pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Hay una
diversidad de métodos de sujeción que pueden utilizarse, además de los métodos
mecánicos obvios de agarre de la pieza entre dos o más dedos. Estos métodos
suplementarios incluyen el empleo de casquillos de sujeción, imanes, ganchos, y
cucharas.
Una herramienta se utiliza como actuador final en aplicaciones
en donde se exija al robot realizar alguna operación sobre la pieza de trabajo.
Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos, la soldadura por arco, la
pintura por pulverización y las operaciones de taladro. En cada caso, la
herramienta particular está unida a la muñeca del robot para realizar la
operación.
A los manipuladores
robóticos se les suele denominar también "brazos de robot" por
la analogía que se puede establecer, en muchos casos, con las extremidades
superiores del cuerpo humano.
Se denomina grado de
libertad (g.d.l.) a cada una de las coordenadas independientes que son
necesarias para describir el estado del sistema mecánico del robot (posición y
orientación en el espacio de sus elementos). Normalmente, en cadenas
cinemáticas abiertas, cada par eslabón-articulación tiene un solo grado de
libertad, ya sea de rotación o de traslación. Pero una articulación podría
tener dos o más g.d.l. que operan sobre ejes que se cortan entre sí.
Para describir y
controlar el estado de un brazo de robot es preciso determinar:
La posición del punto terminal (o de cualquier
otro punto) respecto de un sistema de coordenadas externo y fijo,
denominado el sistema mundo.
El movimiento del brazo cuando los elementos
actuadores aplican sus fuerzas y momentos.
El análisis desde el
punto de vista mecánico de un robot se puede efectuar atendiendo exclusivamente
a sus movimientos (estudio cinemático) o atendiendo además a las fuerzas y
momentos que actúan sobre sus partes (estudio dinámico) debidas a los elementos
actuadores y a la carga transportada por el elemento terminal.
Se puede definir robotica como la rama de la tecnología la cual estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que
requieren del uso de inteligencia. El
término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la
tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una poderosa
industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad. 
