Ensayo libro Fundamentos de Robotica

INTRODUCCION

El desarrollo tecnológico ha avanzado demasiado rápido en los últimos 25 años y han surgido nuevos términos que han sido marcados por su contenido tecnológico, entre estos términos podemos encontrar el de ordenador, internet, entre otras y si recordamos, antes eran contadas las personas que contaban con una computadora o computadora en internet y actualmente la mayoría de los hogares ya tiene más de una computadora y también cuentan con servicio de internet.

Tomando otros términos mas industriales podemos toparnos con el termino de ROBOT, y al escuchar esta palabra podemos relacionarla con las películas de ciencia ficción, pero lo que aparece en estas tienen un nulo parecido con el robot industrial. En este libro llamado FUNDAMENTOS DE ROBOTICA, encontraremos los conocimientos necesarios para conocer a fondo que es, como funciona y para qué sirve un robot.

ANTECEDENTES HISTORICOS

A lo largo de la historia, el hombre se ha sentido fascinado por maquinas y dispositivos capaces de imitar las funciones y los movimientos de los seres vivos. Los griegos los llamaban automatos y de esta se deriva la palabra autómata.

Se ha sabido de muchos mecanismos que han sido creados hace muchos años; algunos de estos son los mecanismos animados de Heron de Alejandria, el hombre de hierro de Albeto Magno, La cabeza Parlante de Roger Bacon entre muchos otros. Durante los siglos XVII y XVIII se crearon ingenios mecánicos que tenían características de los robots actuales. Estos fueron creados principalmente para entretener a las gentes de la corte.

El termino posiblemente hubiera caído en desuso si no hubiese sido por los escritores del género literario de la ciencia ficción, algunos de los cuales retomaron la palabra. Pero sin duda alguna, fue el escritor americano Isaac Asimov el máximo impulsor de la palabra robot.

ORIGEN Y DESARROLLO DE LA ROBOTICA.

El robot como maquina lleva un desarrollo independiente del término robot. Tras los primeros autómatas descritos en el apartado anterior casi todos de aspecto humano, los progenitores más directos de los robots fueron los telemanipuladores. Años más tarde se hizo el uso de la tecnología electrónica y del servocontrol sustituyendo la transmisión mecánica por la eléctrica y desarrollando así el primer telemanipulador con servocontrol bilateral.

A partir de estos sucesos se empezaron a crear patentes por varias empresas unas de ellas la división aeroespacial de la empresa manning maxwell, la AMF entre otras. En 1968 Engelberg firmo acuerdos con Kawasaki para la construcción de robots tipos unimate. El crecimiento de la robótica en japon aventajo en breve a los estados unidos y formaron la primera asociación robótica del mundo; la Asociación de Robótica Industrial de Japón (JIRA)

La evolución de los robots industriales desde sus primeros balbuceos ha sido vertiginosa. En poco más de 30 años las investigaciones y desarrollos sobre robótica industrial han permitido que los robots tomen posiciones en casi todas las áreas productivas y tipos de industria. La mayor parte de los robots actuales se utilizan en aplicaciones industriales tales como ensamblado, soldadura, alimentación de maquinas herramients

DEFINICION Y CLASIFICACION DEL ROBOT

La robótica está experimentando en la actualidad una notoria ampliación de sus campos de actuación. Saturadas en cierta medida las aplicaciones del robot en talleres y líneas de fabricación, los robots están tomando posiciones en aplicaciones fuera del taller, caracterizadas fundamentalmente por la falta de estandarización del producto y del proceso y la no estructuración del entorno.

DEFINICION DE ROBOT INDUSTRIAL

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.

TABLA 1 CLASIFICACION DE LOS ROBOTS SEGÚN LA AFRI

     TIPO A manipulador con control manual o telemando

     TIPO B manipulador automático con ciclos preajustados; regulación mediante fines de carrera o topes,

                  control por PLC, accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico

     TIPO C robot programable con trayectoria continua o punto a punto, carece de conocimientos sobre su  

                  entorno.

     TIPO D robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de estos.

ROBOTS DE SERVICIO Y TELEOPERADOS.

En cuanto a los robots de servicio se pueden definir como: dispositivos electromecánicos móviles o estacionarios, dotados normalmente de uno o varios brazos mecánicos independientes, controlados por un programa de ordenador y que realizan tareas no industriales de servicio.

Algunos ejemplos son:

Los robots teleoperados son definidos como: dispositivos robóticos con brazos manipuladores y sensores y cierto  grado de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera directa o a través de un ordenador.

Robots utilizados actualmente:

Problema de un robot en la cinematica.

La cinematica del robot estudia el movimiento de este respecto de un sistema de referencia.

Existe tanto el problema cinematico directo y el inverso:

Problema cinematico directo: su funcion es la de determinar la posicion y orientacion del extremo final del robot, con respecto a un sistema de coordenadas de referencia, conocidos los angulos de las articulaciones y los parametros geometricos de los elementos del robot.

Problema cinematico inverso: determinar la configuracion que debe adoptar el robot para una posicion y orientacion del extremo conocidas.

Existe un metodo llamado Hartenverg-Denavit en el cual se propone un metodo sistematico para descubrir y representar la geometria espacial de los elementos de una cadena cinematica, y en particular de un robot, con respecto a un sistema de referencia fijo. Este metodo utiliza una matriz de transformacion homogenea para descubrir la relacion espacial entre dos elementos rigidos adyacentes, reduciendose el problema cinematico directo a encontrar una matriz de transformacion homogenea 4 x 4 que realize la localizacion espacial del robot con respecto al sistema de coordenadas de su base

Linealizacion de sensores.

Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes fisicas o quimicas; llamadas variables de instrumentacion y transformalas en variables electricas. Podemos decir tambien que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro elemento.

Muchos de los sensores son electricos o electronicos, aunque existen otros tipos. Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir. Pueden ser de indicacion directa o pueden estar conectados a un indicador de modo que los valores sensados puedan ser leidos mas facilmente.

TIPOS DE SENSORES.

* De temperatura

* De deformacion

* De acidez

* De luz

* De sonido

* De contacto

* De imagen digital

* De proximidad.

LINEALIZACION

Algunos tipos de sensores producen señales de voltaje que no son lineales en relacion con el mensurado.

La linealizacion puede realizarse a travez de acondicionamiento de señal o software; por ejemplo: maple o LabView. Los termopares son un ejemplo tipico de un sensor que requiere linealizacion.

ALGUNOS DE LOS METODOS SON:

- Por reduccion de distorsion

- Por el metodo de minimos cuadrados.

Memorias FIFO y LIFO

En el diseño del subsistema de memoria se requiere en ocasiones utilizar memorias de caracteristicas especiales. Por ejemplo, dos sistemas operando a diferentes velocidades tienen que comunicarse. En ese caso es preciso disponer de algun tipo de memoria que almacene datos temporalmente.

MEMORIAS FIFO

Este tipo de memorias esta formado por un conjunto de registros de desplazamiento. El termino FIFO hace referencia al funcionamiento basico de estas memorias, en las que el primer bit de datos que se escribe es el primero que se lee (First In FIrst Out). En la siguiente figura púede observarse la diferencia entre un registro de desplazamiento y una FIFO convencional.

El diagrama de bloques de una FIFO puede observarse en la siguiente figura. En este caso se dispone de cuatro registros de datos serie de 64 bits y un registro de control tambien de 64 bits. Los datos son introducidos a travez de un impulso de entrada y se van moviendo, bajo el control del registro de marcacion, a la posicion mas proxima a la salida, sin que sea posible que estos puedan moverse hacia posiciones ocupadas. Cuando un bit de datos se desplaza los bits de datos que estan en los registros se mueven a la posicion siguiente hacia la salida. Las FIFO se emplean para adaptar velocidades en sistemas con velocidades distintas.

MEMORIAS LIFO

Este tipo de memorias (Last In First Out) tienen gran utilidad en los sistemas de computacion. Permite almacenar datos para despues recuperarlos en orden inverso. Las memorias LIFO, se implementan para formar una pila. Una pila puede estar formada por cualquier numero de registros. En este caso la cavecera o tope de la pila seria el registro superior.

El funcionamiento basico de estas memorias es muy simple. Se carga un byte de datos en la cabecera de la pila y cada byte sucesivo empuja a este al registro siguiente. Los bytes de datos se recuperan en orden inverso, de modo que el ultimo byte introducido siempre se encuentra en el registro superior de la pila. De esta manera, cada vez que sale un dato el resto pasa a ocupar las posiciones inferiores.

Fuente: Libro "Sistemas Electronicos y Digitales: fundamentos y diseño de aplicaciones"

Ensayo sobre la historia de la robotica!

A lo largo de la historia el ser humano ha buscado desarrollar herramientas parecidas a las partes del cuerpo humnao para que le faciliten diversas tareas tanto por ser peligrosas como complicadas o repetitivas.

Anteriormente a estas herramientas se les llamaban maquinas o artefactos, y eran creadas solo como un pasatiempo, simplemente para entretener al dueño, se fabricaban de materiales como madera, cobre y cualquier otro material moldeable. Estas maquinas ayudaron al hombre a facilitarle el trabajo.

Algunos de las invenciones mas populares son las siguientes:

AÑO        AUTOR                  AUTOMATA

1352     Desconocido       Gallo de la catedral de Estrasburgo

1499     L. da Vinci              Leon Mecanico

1525     J. Turriano              Hombre de palo

1738     J. de Vauncanson   Flautista, muñecas mecanicas

1769     W. von Kempelen   Jugador de ajedrez

1770     Familia Droz          Escriba, organista, dibujante

1805     H. de Maillardet      Muñeca mecanica capaz de

                                          dibujar

Un robot es una maquina controlada por un ordenador u programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos que a la vez interacciona con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas de forma mas rapida, barata y precisa que los seres humanos. El termino procede de la palabra checa robota, que significa "Trabajo Obligatorio"; fue empleado por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots Universales de Rossum) por el novelista y dramaturgo checo Karel Eapekl. Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una maquina que realiza trabajos para ayudar a las personas o efectua tareas dificiles o desagradables para los humanos.

La robotica como hoy en dia la conocemos, tiene sus origenes hace miles de años. Nos basaremos en hechos registrados a travez de la historia y comenzaremos aclarando que la robotica no era reconocida como ciencia, es mas la palabra robot surgio hace mucho despues del origen de los automatas.

Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecanicos que tenian algunas caracteristicas de robots, Jacques de Vauncansos construyo varios musicos de tamaño humano, esencialmente se trataba de robots mecanicos diseñados para un proposito especifico: la diversion.

El desarrollo en la tecnologia, donde se incluyen las poderosas computadoras electronicas, los actuadores, transmision de potencia a travez de engranes y la tecnologia en sensores ha contribuido a que se desarrollen los mecanismos automatas para que desempeñen tareas especificas. La investigacion en inteligencia artificial desarrollo maneras de emular procesamiento de informacion humana con computadores electronicas e invento una variedad de mecanismos.

COMO FUNCIONAN LOS ROBOTS?

El diseñador de un manipulador robotico se inspira en el brazo humano, aunque con algunas diferencias. Por ejemplo: un brazo robotico puede extenderse telesopicamente, es decir, deslizando unas secciones cilindricas dentro de ellas para alargar el brazo.

Tambien pueden construirse brazos roboticos de forma que puedan doblarse como la trompa de un elefante. Las pinzas estan diseñadas para imitar la funcion y estructura de la mano humana. Muchos Robots estan equipados con pinzas especializadas para agarrar dispositivos concretos, como una gradilla de tubos de ensayo o un soldador de arco.

Las articulaciones de un brazo robotico sulen moverse mediante motores electricos. En la mayoria de los robots, la pinza se mueve de una posicion a otra cambiando su orientacion. Una computadore salcula los angulos de articulacion necesarios para llevar la pinza a la posicion deseada, un proceso conocido como cinematica inversa.

IMPACTO DE LOS ROBOTS

Los manipuladores roboticos crean productos manufacturados de mayor calidad y menor costo. Sin embargo, tambien pueden provocar la perdida de empleos no cualificados, especialmente en cadenas de montaje industriales. Aunque crean trabajos en los sectores de soporte logico y desarrollo de sensores, en la instalacion y mantenimiento de robots y en la conversion de fabricas antiguas y el diseño de fabricas nuevsa, estos nuevos empleos exigen mayores niveles de capacidad y formacion. Las sociedades orientadas hacia la tecnologia deben enfrentarse a la tarea de volver a formar a los trabajadores que pierden su empleo debido a la automatizacion y enseñarles nuevas capacidades para que puedan tener un puesto de trabajo en las industrias del siglo XXI.

Dentro de la robotica existen estos principios que fueron denominados por Asimov llamadas las tres leyes de la robotica y son:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inaccion, que un ser humano sufra daños.

2.  Un robot debe obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que esten en conflictos con la primera ley.

3.  Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que este en conflicto con las primeras dos leyes.