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Parte I - Capítulo 25

(25.1 - 25.2 - 25.3)

 

 

Introducción

 

El Robot Institute of America define un robot como un manipulador programable capaz de realizar diversas funciones diseñado para desplazar materiales, partes, herramientas o determinados artefactos mediante movimientos programados variables y cuyo objetivo es la realización de ciertas tareas.

Nosotros proponemos definir un robot simplemente como un agente artificial, activo, cuyo entorno es el mundo físico.

Nos ocuparemos principalmente de los robots autónomos, aquellos que toman decisiones propias, tomando como guía la retroalimentación que les proporcionan sus respectivos sensores físicos.

 

Tareas: ¿Para qué sirven los robots?

 

En tanto que los seres humanos realizan una gran variedad de tareas utilizando básicamente su cuerpo, los diseños de los robots varían considerablemente, dependiendo de la tarea a la que se les destine.

 

Fabricación y manejo de los materiales

 

La fabricación es considerada como el dominio tradicional de los robots. En 1954, George Devol patentó el brazo de robot programable, basado en la misma tecnología (tarjetas perforadas) utilizadas en el telar de Jacquard 150 antes. Para 1985 se utilizaban en las líneas de producción de todo el mundo unos 180000 robots, concentrados 150000 en Japón, Estados Unidos y Francia.

Los robots autónomos se esfuerzan todavía por ser aceptados. Las razones de lo anterior son de tipo histórico, cultural y tecnológico.

El manejo de los materiales es otro de los terrenos tradicionales para los robots. Esta actividad considera el almacenamiento, transporte y entrega de materiales, pudiendo ser éstos desde el tamaño de chips de silicio hasta camiones para transporte de diesel.

Los robots empiezan a dejar sentir su presencia en la industria de la construcción. Se han construido grandes prototipos de robot capaces de mover objetos de una tonelada con una precisión de 2.5 mm en espacios de trabajo con un radio de 10m.

 

Robots mensajeros

 

Los robots móviles (mobots) empiezan a utilizarse ampliamente. Dos de las aplicaciones principales que se les da son como mensajeros en edificios, especialmente en hospitales, y como guardias de seguridad. Una compañía ha vendido más de 3000 “correomóviles”. Estos robots dan respuesta a la petición que les transmite una terminal de cómputo y llevan documentos o abastecimientos a cualquier sitio del edificio.

 

Ambientes peligrosos

 

Los robots móviles son una tecnología importante en la disminución de riesgos contra la vida humana en ambientes peligrosos. En Japón y Francia los robots se emplean para dar mantenimiento de rutina a plantas nucleares.

También puede empleárseles para realizar tareas rutinarias en situaciones de peligro, como es la eliminación de residuos tóxicos, el rescate a grandes profundidades marinas, la exploración, minería y manejo de materiales peligrosos desde el punto de vista biológico.

 

Telepresencia y realidad virtual

 

En la medida en que las aplicaciones de las computadoras han empezado a rebasar el ámbito científico/empresarial y su presencia se da en la tecnología para los consumidores, la telepresencia y la realidad virtual captan la atención del público. Resulta muy atrayente la idea de que estando en el hogar sea posible experimentar entornos exóticos, sean éstos reales (telepresencia) o imaginarios (realidad virtual), siendo esta idea una poderosa fuerza de motivación en las industrias de cómputo y de la diversión.

 

Partes: ¿De qué están hechos los robots?

 

Lo que diferencia a un robot de otro son los efectores y sensores con los que están equipados. Partimos del supuesto de que los robots disponen de cierto tipo de cuerpo rígido, en el que hay eslabones con movimiento. Los eslabones se unen entre sí mediante articulaciones, que permiten el movimiento. Junto a los eslabones finales del robot hay efectores finales, que el robot utiliza para interaccionar con el mundo.

 

Efectores: herramientas para la ejecución

 

Un efector es un dispositivo que produce determinados efectos en el entorno, bajo el control del robot. Para producir un efecto en el mundo físico, el efector deberá estar provisto de un actuador, que permite convertir comandos de software en movimientos físico. Los actuadotes por lo general son motores eléctricos o cilindros hidráulicos o neumáticos. Para simplificar, partiremos del supuesto de que un actuador define un solo tipo de movimiento o grado de libertad.

Los efectores se utilizan principalmente de dos maneras: para modificar la ubicación del robot respecto de su ambiente (locomoción) y para desplazar otros objetos del entorno (manipulación).

 

Locomoción

 

La gran mayoría de los animales terrestres se valen de piernas en su locomoción.

Un robot caminante estáticamente estable puede hacer pausas en cualquier etapa de su marcha sin que se caiga. La caminata estáticamente estable es muy lenta e ineficiente en cuanto a consumo de energía; la búsqueda de máquinas con extremidades inferiores más rápidas y eficientes dio como resultado el diseño de una serie de robots de salto dinámicamente estables (Raibert, 1986), que se hacen añicos cuando se les fuerza a detenerse, en tanto que su desempeño es bueno siempre que estén en movimiento.

La cantidad de grados de libertad controlables es de solo dos, que es menos que la cantidad total de grados de libertad (tres) se habla de un robot no holonómico. En general, un robot no holonómico tiene menos grados de libertad controlables que número total de grados de libertad. Por regla general, cuanto mayor sea la diferencia entre grados de libertad controlables y grados totales, más difícil será controlar el robot.

Si la cantidad de grados de libertad totales y controlables del sistema en igual, se dice que el robot es holonómico.

 

Manipulación

 

Ahora volvemos a los manipuladores, efectores que transportan objetos en el ambiente. Los ancestros de los manipuladores de robots eran mecanismos teleoperador que permitían a los humanos manejar materiales peligrosos, y cuya geometría era semejante a la de un brazo humano.

En términos generales, la cinemática es el estudio de la correspondencia entre los movimientos del actuador de un mecanismo y el movimiento obtenido en sus diversas partes.

La mayoría de los manipuladores tienen tanto movimientos giratorios (movimiento alrededor de un eje) o movimientos prismático (movimiento lineal, como el de un pistón dentro de un cilindro).

 

Sensores: Herramientas para la percepción

 

Propiocepción

 

Al igual que los seres humanos, los robots disponen de un sentido propioceptivo, que les permite saber en dónde se localizan sus articulaciones. Los codificadores que se acoplan en las articulaciones proporcionan datos muy precisos sobre el ángulo de una articulación o de una extensión.

Para medir sus cambios de posición, los robots se valen de la odometría, basándose en sensores que miden el giro de las ruedas.

 

Percepción de fuerza

 

Aún cuando los robots pueden percibir y controlar la ubicación de sus articulaciones con mucha mayor precisión que los seres humanos, todavía son muchas las tareas que no podrían llevar a cabo empleando exclusivamente la detección de posición.

Para un control preciso se necesita un sensor de fuerzas. Estos sensores por lo general se colocan entre el manipulador y el efector final o de extremo, y tienen capacidad para detectar fuerzas y torques en seis direcciones. Mediante el control de fuerzas, el robot puede desplazarce sobre una superficie al tiempo que mantiene contacto gracias a una presión fija. A estos movientos se les conoce como movimientos obedecientes, y son de gran importancia en diversas aplicaciones de la robótica.

 

Percepción táctil

 

La percepción táctil es la versión robótica del sentido del tacto de los seres humanos. En el sensor táctil de un robot se utiliza un material elástico y un esquema de percepción mediante el que se mide la distorsión del material que esté tocándose.

 

El sonar

 

El término sonar proviene de SOund NAvigation and Ranking (navegación y telemetría por sonido). El sonar proporciona información muy útil sobre objetos que están muy cercanos al robot y frecuentemente se le utiliza en casos de emergencia para evitar rápidamente una colisión.

El sonar se basa en la medición del tiempo que tarda un impulso sonoro por el sensor en llegar a un objeto y en ser reflejado por éste.

El sonar ha demostrado ser muy eficiente para evitar obstáculos y seguirle la pista a un blanco cercano, como si se tratase de cualquier robot móvil.

 

Datos de la cámara

 

Los sistemas de percepción visual de los seres humanos y de los animales siguen siendo motivo de envidia de todos los investigadores en el área de la percepción automatizada.

En los robots para propósito especial puede aprovecharse lo conocido como restricciones de dominio, que se consideran prevalecientes en los entornos restringidos.

En algunos casos es posible modificar el entorno para facilitar el trabajo del robot. El empleo de sensores de luz estructurados, los que proyectan su propia fuente luminosa en los objetos para así simplificar el problema de la determinación de formas.

Existen actualmente diversos artefactos para calcular un mapa de las distancias a los diversos puntos de la imagen, entre ellos se cuenta con una fuente de láser, un control de haces, cámara  y todo el procesamiento de imagen respectivo. Desde el punto de vista del usuario, estos telémetros de rayo láser son verdaderos sensores de profundidad y producen una imagen con profundidad que se actualiza rápidamente, quizás varias veces en un segundo.

 

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