1. Introducción
La robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de la gente
tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial
que tiene; sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen
idea del origen de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.
La robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes
hace miles de años. Nos basaremos en hechos registrados a través de la historia, y comenzaremos aclarando que
antiguamente los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la
robótica no era reconocida como ciencia, es mas, la palabra robot surgió hace
mucho después del origen de los autómatas.
Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear vida artificial. Se
ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le acompañen en su morada,
seres que realicen sus tareas repetitivas, tareas pesadas o difíciles de
realizar por un ser humano. De acuerdo a algunos autores, como J. J. C. Smart y
Jasia Reichardt, consideran que el primer autómata en toda la historia fue Adán
creado por Dios. De acuerdo a esto, Adán y Eva son los primero autómatas
inteligentes creados, y Dios fue quien los programó y les dio sus primeras
instrucciones que debieran de seguir. Dentro de la mitología griega se puede encontrar varios
relatos sobre la creación de vida artificial, por ejemplo, Prometeo creo el primer hombre y la primer mujer con barro y animados con el
fuego de los cielos. De esta manera nos damos cuenta de que la humanidad tiene
la obsesión de crear vida artificial desde el principio de los tiempos. Muchos
han sido los intentos por lograrlo.
Los hombres creaban autómatas como un pasatiempo, eran creados con el fin de entretener a su dueño. Los materiales que se utilizaban se encontraban al alcance de todo el mundo, esto es, utilizaban maderas resistentes, metales como el cobre y cualquier otro material moldeable, esto es, que no necesitara o requiriera de algún tipo de transformación para poder ser utilizado en la creación de los autómatas.
Estos primeros autómatas utilizaban, principalmente, la fuerza bruta para poder realizar sus movimientos. A las primeras maquinas herramientas que ayudaron al hombre a facilitarle su trabajo no se les daba el nombre de autómata, sino más bien se les reconocía como artefactos o simples maquinas.
Un robot puede ser visto en diferentes niveles de sofisticación, depende de la perspectiva con que se mire.
Un técnico en mantenimiento puede ver un robot como una colección de componentes mecánicos y electrónicos; por su parte un ingeniero en sistemas puede pensar que un robot es una colección de subsistemas interrelacionados;
un programador en cambio, simplemente lo ve como una máquina ha ser programada; por otro lado para un ingeniero de manufactura es una máquina capaz de realizar un tarea específica. En contraste, un científico puede pensar que un robot es un mecanismo el cuál él construye para probar una hipótesis.
2. Breve historia de la robótica.
Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vacúnanos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII.
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.
En tiempos más recientes, el control numérico y la
telequerica son dos tecnologías importantes en el desarrollo de la robótica. El
control numérico (NC) se desarrolló para máquinas herramienta a finales de los
años 40 y principios de los 50´s. Como su nombre lo indica, el control numérico
implica el control de acciones de un máquina-herramienta por medio de números.
Está basado en el trabajo original de Jhon Parsons, que concibió el empleo de tarjetas
perforadas, que contienen datos de posiciones, para controlar los ejes de una
máquina-herramienta.
El campo de la telequerica abarca la utilización de un manipulador remoto controlado por un ser humano.
A veces denominado teleoperador, el operador remoto es un dispositivo mecánico que traduce los movimientos del operador humano en movimientos correspondientes en una posición remota. A Goertz se le acredita el desarrollo de la telequerica. En 1948 construyó un mecanismo manipulador bilateral maestro-esclavo en el Argonne National Laboratory. El empleo más frecuente de los teleoperadores se encuentra en la manipulación de sustancias radiactivas, o peligrosas para el ser humano.
La combinación del control numérico y la telequerica es la base que constituye al robot modelo. Hay dos individuos que merecen el reconocimiento de la confluencia de éstas dos tecnologías y el personal que podía ofrecer en las aplicaciones industriales. El primero fue un inventor británico llamado Cyril Walter Kenward, que solicitó una patente británica para un dispositivo robótico en marzo de 1954. (El esquema se muestra abajo).
Un robot industrial es un máquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o ¨humanoides¨. Las características humanoides más típicas de los robots actuales es la de sus brazos móviles, los que se desplazarán por medio de secuencias de movimientos que son programados para la ejecución
CARACTERISTICAS QUE DIFERENCIAN A LOS ROBOTS:
— Grados de libertad
— Precisión de los movimientos
— Capacidad de carga
— Velocidad
— Programabilidad
4. Clasificación de los robots
La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación. Éstas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular, la sofisticada interacción de los sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran sueño.
1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.
2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.
3.- Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un objeto al utilizar información desde un sistema de visión.
4.- Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos por los sensores.
5.- Robots con inteligencia artificial, donde los robots utilizan las técnicas de inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas.
Agrupados de acuerdo al 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.
En la clasificación final se considerara el nivel del lenguaje de programación. La clave para una aplicación efectiva de los robots para una amplia variedad de tareas, es el desarrollo de lenguajes de alto nivel. 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.
5. AplicacionesLos robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.
Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un gran impacto. En este sentido la industria Automotriz desempeña un papel preponderante.
Es necesario hacer mención de los problemas de tipo social, económicos e incluso político, que puede generar una mala orientación de robotización de la industria. Se hace indispensable que la planificación de los recursos humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.
Por el contrario la Robótica contribuirá en gran medida al incremento de el empleo. ¿Pero, como se puede hacer esto? al automatizar los procesos en máquinas más flexibles, reduce el costo de maquinaria, y se produce una variedad de productos sin necesidad de realizar cambios importantes en la forma de fabricación de los mismo. Esto originara una gran cantidad de empresas familiares (Micro y pequeñas empresas ) lo que provoca la descentralización de la industria.
6. Industria
Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son : la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.
A continuación se hará una breve explicación de algunas de ellas.
7. Aplicación de transferencia de material
Las aplicaciones de transferencia de material se definen como operaciones en las cuales el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Se suelen considerar entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por los robots. Las aplicaciones normalmente necesitan un robot poco sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros equipos son típicamente simples.
8. Carga y descarga de maquinas.
Estas aplicaciones son de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas. Existen tres casos que caen dentro de ésta categoría de aplicación:
9. Operaciones de procesamiento.
Además de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el robot realmente efectúa trabajos sobre piezas. Este trabajo casi siempre necesita que el efector final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza.
Por tanto la utilización de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la operación de procesamiento que se realiza.
Soldadura por puntos.
Como el término lo sugiere, la soldadura por puntos es un proceso en el que dos piezas de metal se soldan en puntos localizados al hacer pasar una gran corriente eléctrica a través de las piezas donde se efectúa la soldadura.
Soldadura por arco continua.
La soldadura por arco es un proceso de soldadura continua en oposición a la soldadura por punto que podría llamarse un proceso discontinuo. La soldadura de arco continua se utiliza para obtener uniones largas o grandes uniones soldadas en las cuales, a menudo, se necesita una cierre hermético entre las dos piezas de metal que se van a unir. El proceso utiliza un electrodo en forma de barra o alambre de metal para suministrar la alta corriente eléctrica de 100 a 300 amperes.
Recubrimiento con spray
La mayoría de los productos fabricados de materiales metálicos requieren de alguna forma de acabado de pintura antes de la entrega al cliente. La tecnología para aplicar estos acabados varia en la complejidad desde métodos manuales simples a técnicas automáticas altamente sofisticadas. Se dividen los métodos de recubrimiento industrial en dos categorías:
1.- Métodos de recubrimiento de flujo e inmersión.
2.- Métodos de recubrimiento al spray.
Los métodos de recubrimiento mediante flujo de inmersión se suelen considerar que son métodos de aplicar pintura al producto de baja tecnología. La inmersión simplemente requiere sumergir la pieza o producto en un tanque de pintura liquida.
10. Otras Operaciones de proceso
Además de la soldadura por punto, la soldadura por arco, y el recubrimiento al spray existe una serie de otras aplicaciones de robots que utilizan alguna forma de herramienta especializada como efector final. Operaciones que están en ésta categoría incluyen:
Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado.
Rectificado, pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares.
Remachado, Corte por chorro de agua.
Taladro y corte por láser.
11. Laboratorios
Los robots están encontrando un gran número de aplicaciones en los laboratorios. Llevan acabo con efectividad tareas repetitivas como la colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de medición. En ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados para realizar procedimientos manuales automatizados. Un típico sistema de preparación de muestras consiste de un robot y una estación de laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de pruebas, etc.
Las muestras son movidas desde la estación de laboratorios por el robot bajo el control de procedimientos de un programa.
Los fabricantes de estos sistemas mencionan tener tres ventajas sobre la operación manual: incrementan la productividad, mejoran el control de calidad y reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas nocivas.
Las aplicaciones subsecuentes incluyen la medición del pH, viscosidad, y el porcentaje de sólidos en polímeros, preparación de plasma humano para muestras para ser examinadas, calor, flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones espectromáticas.
12. Manipuladores cinematicos
La tecnología robótica encontró su primer aplicación en la industria nuclear con el desarrollo de teleoperadores para manejar material radiactivo. Los robots más recientes han sido utilizados para soldar a control remoto y la inspección de tuberías en áreas de alta radiación. El accidente en la planta nuclear de Three Mile Island en Pennsylvania en 1979 estimuló el desarrollo y aplicación de los robots en la industria nuclear. El reactor numero 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y provocó la destrucción de la mayoría del reactor, y dejo grandes áreas del reactor contaminadas, inaccesible para el ser humano. Debido a los altos niveles de radiación las tareas de limpieza solo eran posibles por medios remotos. Varios robots y vehículos controlados remotamente han sido utilizados para tal fin en los lugares donde ha ocurrido una catástrofe de este tipo. Ésta clase de robots son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para detectar niveles de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un minilaboratorio para hacer pruebas.
13. Agricultura
Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia ficción, pero la realidad es muy diferente; o al menos así parece ser para el Instituto de Investigación Australiano, el cual ha invertido una gran cantidad de dinero y tiempo en el desarrollo de este tipo de robots. Entre sus proyectos se encuentra una máquina que esquila a la ovejas. La trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja.
Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un conjunto de sensores que registran la información de la respiración del animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del cortador en tiempo real.
Debido a la escasez de trabajadores en los obradores, se desarrolla otro proyecto, que consiste en hacer un sistema automatizado de un obrador, el prototipo requiere un alto nivel de coordinación entre una cámara de vídeo y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho cortes al cuerpo del cerdo.
Por su parte en Francia se hacen aplicaciones de tipo experimental para incluir a los robots en la siembra, y poda de los viñedos, como en la pizca de la manzana.
14. Espacio
La exploración espacial posee problemas especiales para el uso de robots. El medio ambiente es hostil para el ser humano, quien requiere un equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en el Espacio. Muchos científicos han hecho la sugerencia de que es necesario el uso de Robots para continuar con los avances en la exploración espacial; pero como todavía no se llega a un grado de automatización tan precisa para ésta aplicación, el ser humano aún no ha podido ser reemplazado por estos. Por su parte, son los teleoperadores los que han encontrado aplicación en los transbordadores espaciales.
En Marzo de 1982 el transbordador Columbia fue el primero en utilizar este tipo de robots, aunque el ser humano participa en la realización del control de lazo cerrado.
Algunas investigaciones están encaminadas al diseño, construcción y control de vehículos autónomos, los cuales llevarán a bordo complejos laboratorios y cámaras muy sofisticadas para la exploración de otros planetas.
En Noviembre de 1970 los Rusos consiguieron el alunizaje del Lunokhod 1, el cual poseía cámaras de televisión, sensores y un pequeño laboratorio, era controlado remotamente desde la tierra.
En Julio de 1976, los Norteamericanos aterrizaron en Marte el Viking 1, llevaba abordo un brazo robotizado, el cual recogía muestras de piedra, tierra y otros elementos las cuales eran analizados en el laboratorio que fue acondicionado en el interior del robot. Por supuesto también contaba con un equipo muy sofisticado de cámaras de vídeo.
15. Vehículos submarinos
Dos eventos durante el verano de 1985 provocaron el incremento por el interés de los vehículos submarinos. En el primero - Un avión de la Air Indian se estrelló en el Océano Atlántico cerca de las costas de Irlanda - un vehículo submarino guiado remotamente, normalmente utilizado para el tendido de cable, fue utilizado para encontrar y recobrar la caja negra del avión. El segundo fue el descubrimiento del Titanic en el fondo de un cañón, donde había permanecido después del choque con un iceberg en 1912, cuatro kilómetros abajo de la superficie. Un vehículo submarino fue utilizado para encontrar, explorar y filmar el hallazgo.
En la actualidad muchos de estos vehículos submarinos se utilizan en la inspección y mantenimiento de tuberías que conducen petróleo, gas o aceite en las plataformas oceánicas; en el tendido e inspección del cableado para comunicaciones, para investigaciones geológicas y geofísicas en el suelo marino.
La tendencia hacia el estudio e investigación de este tipo de robots se incrementará a medida que la industria se interese aún más en la utilización de los robots, sobra mencionar los beneficios que se obtendrían si se consigue una tecnología segura para la exploración del suelo marino y la explotación del mismo.
16. Educación
Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas formas. Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots como un medio de enseñanza. Un ejemplo palpable es la utilización del lenguaje de programación del robot Karel, el cual es un subconjunto de Pascal; este es utilizado por la introducción a la enseñanza de la programación.
El segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales. LOGO fue creado con la intención de proporcionar al estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las matemáticas.
En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos han sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales. Debido a su bajo costo muchos de estos sistemas no poseen una fiabilidad en su sistema mecánico, tienen poca exactitud, no existen los sensores y en su mayoría carecen de software.
17. El mercado de la robótica y las perspectivas futuras
Las ventas anuales para robots industriales han ido creciendo en Estados Unidos a razón del 25% de acuerdo a estadísticas del año 1981 a 1992. El incremento de ésta tasa se debe a factores muy diversos. En primer lugar, hay más personas en la industria que tienen conocimiento de la tecnología y de su potencial para sus aplicaciones de utilidad. En segundo lugar, la tecnología de la robótica mejorará en los próximos años de manera que hará a los robots más amistosos con el usuario, más fáciles de interconectar con otro hardware y más sencillos de instalar.
En tercer lugar, que crece el mercado, son previsibles economías de escala en la producción de robots para proporcionar una reducción en el precio unitario, lo que haría los proyectos de aplicaciones de robots más fáciles de justificar. En cuarto lugar se espera que el mercado de la robótica sufra una expansión más allá de las grandes empresas, que ha sido el cliente tradicional para ésta tecnología, y llegue a las empresas de tamaño mediano, pequeño y por que no; las microempresas. Estas circunstancias darán un notable incremento en las bases de clientes para los robots.
La robótica es una tecnología con futuro y también para el futuro. Si continúan las tendencias actuales, y si algunos de los estudios de investigación en el laboratorio actualmente en curso se convierten finalmente en una tecnología factible, los robots del futuro serán unidades móviles con uno o más brazos, capacidades de sensores múltiples y con la misma potencia de procesamiento de datos y de cálculo que las grandes computadoras actuales. Serán capaces de responder a ordenes dadas con voz humana. Así mismo serán capaces de recibir instrucciones generales y traducirlas, con el uso de la inteligencia artificial en un conjunto específico de acciones requeridas para llevarlas a cabo. Podrán ver, oír, palpar, aplicar una fuerza media con precisión a un objeto y desplazarse por sus propios medios.
En resumen, los futuros robots tendrían muchos de los atributos de los seres humanos. Es difícil pensar que los robots llegarán a sustituir a los seres humanos en el sentido de la obra de Carel Kapek, Robots Universales de Rossum. Por el contrario, la robótica es una tecnología que solo puede destinarse al beneficio de la humanidad. Sin embargo, como otras tecnologías, hay peligros potenciales implicados y deben establecerse salvaguardas para no permitir su uso pernicioso.
El paso del presente al futuro exigirá mucho trabajo de ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, informática, ingeniería industrial, tecnología de materiales, ingenierías de sistemas de fabricación y ciencias sociales.
18. Proyecto quetzalcoatl
Introducción
La Sociedad actual se encuentra inmersa en una Revolución Tecnológica, producto de la invención del transistor semiconductor en 1951 ( fecha en la que salió al mercado ). Este acontecimiento ha provocado cambios trascendentales así como radicales en los ámbitos sociales, económicos, y políticos del orbe mundial.
Ésta Revolución da origen a un gran número de ciencias multidiciplinarias; este es el caso de la Robótica. La Robótica es una ciencia que surge a finales de la década de los 50´s, y que a pesar de ser una ciencia relativamente nueva, ha demostrado ser un importante motor para el avance tecnológico en todos los ámbitos ( Industria de manufactura, ciencia, medicina, industria espacial; etc.), lo que genera expectativas muy interesantes para un tiempo no muy lejano.
Sin embargo es en la Industria de Manufactura donde la Robótica encuentra un campo de aplicación muy amplio, su función es la de suplir la mano de obra del Hombre en aquellos trabajos en los que las condiciones no son las óptimas para este ( minas, plantas nucleares, el fondo del mar; etc.), en trabajos muy repetitivos y en inumerables acciones de trabajo.
Debido al alto costo que representa el automatizar y robotizar un proceso de producción, la tendencia actual en Robótica es la investigación de microrobots y robots móviles autónomos con un cierto grado de inteligencia, este último es el campo en el que se basa este proyecto de investigación.
Por lo anteriormente expuesto se explica la necesidad y la importancia de que Institutos de Investigación, Centros Tecnológicos, la Industria Privada en coordinación con las Universidades se den a la tarea de destinar recursos tanto económicos y humanos para aliviar el rezago tecnológico que el país padece.
Cabe hacer mención que este proyecto fue financiado por el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV).
2. Breve historia de la robótica.
Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vacúnanos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII.
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.
Poya El inicio de la robótica puede fijarse en la
industria textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una
máquina textil
El desarrollo en la tecnología, donde se
incluyen las poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control
retroalimentados, transmisión de potencia a través de engranes, y la tecnología
en sensores han contribuido a flexibilizar los mecanismos autómatas para
desempeñar tareas dentro de la industria. Son varios los factores que
intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los
50’s. 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.
Una obra checoslovaca publicada en 1917 por
Karel Kapek, denominada Rossum’s Universal Robots, dio lugar al término robot.
La palabra checa ‘Robota’ significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando
se tradujo al ingles se convirtió en el término robot. Dicha narración se
refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo, quienes desarrollan
una sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan ésta sustancia
para fabricar robots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la clase
humana de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos. Rossum
sigue realizando mejoras en el diseño de los robots, elimina órganos y otros
elementos innecesarios, y finalmente desarrolla un ser ‘ perfecto ’. El
argumento experimenta un giro desagradable cuando los robots perfectos
comienzan a no cumplir con su papel de servidores y se rebelan contra sus
dueños, destruyendo toda la vida humana.
ACONTINUACION LAS VENTAS DE INVENTOS
ROBOTICON EN LA S ÚLTIMAS DECADAS
Según los expertos, la industria de la
robotica, le queda mucha vida por delante, según expertos todavía esta en
pañales.
En la actualidad el uso de los robots
industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas
repetitivas que no requieren tanta precisión.
en los 80´s las tareas relativamente
simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado
automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en
las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación,
esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán
tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales.
LA AUTOMATIZACIÓN Y LA ROBOTICA
son dos tecnologías estrechamente
relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como
una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas
mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la
producción. En consecuencia la robótica es una forma de automatización
industrial.
Hay tres clases muy amplias de
automatización industrial :
A.
Automatización fija.
B.
Automatización programable.
C.
Automatización flexible.
La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto
se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo
especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de
producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización
fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el
mercado.
La automatización
programable se emplea cuando el volumen de
producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener.
En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la
variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio
de un programa (Software).
La automatización flexible, por su parte, es más adecuada para un rango de producción medio.
Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de
la automatización programada.
De los tres tipos de automatización, la robótica coincide mas
estrechamente con la automatización programable.
El campo de la telequerica abarca la utilización de un manipulador remoto controlado por un ser humano.
A veces denominado teleoperador, el operador remoto es un dispositivo mecánico que traduce los movimientos del operador humano en movimientos correspondientes en una posición remota. A Goertz se le acredita el desarrollo de la telequerica. En 1948 construyó un mecanismo manipulador bilateral maestro-esclavo en el Argonne National Laboratory. El empleo más frecuente de los teleoperadores se encuentra en la manipulación de sustancias radiactivas, o peligrosas para el ser humano.
La combinación del control numérico y la telequerica es la base que constituye al robot modelo. Hay dos individuos que merecen el reconocimiento de la confluencia de éstas dos tecnologías y el personal que podía ofrecer en las aplicaciones industriales. El primero fue un inventor británico llamado Cyril Walter Kenward, que solicitó una patente británica para un dispositivo robótico en marzo de 1954. (El esquema se muestra abajo).
Un robot industrial es un máquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o ¨humanoides¨. Las características humanoides más típicas de los robots actuales es la de sus brazos móviles, los que se desplazarán por medio de secuencias de movimientos que son programados para la ejecución
CARACTERISTICAS QUE DIFERENCIAN A LOS ROBOTS:
— Grados de libertad
— Precisión de los movimientos
— Capacidad de carga
— Velocidad
— Programabilidad
4. Clasificación de los robots
La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores. Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación. Éstas clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular, la sofisticada interacción de los sensores. La generación de un robot se determina por el orden histórico de desarrollos en la robótica. Cinco generaciones son normalmente asignadas a los robots industriales. La tercera generación es utilizada en la industria, la cuarta se desarrolla en los laboratorios de investigación, y la quinta generación es un gran sueño.
1.- Robots Play-back, los cuales regeneran una secuencia de instrucciones grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por arco. Estos robots comúnmente tienen un control de lazo abierto.
2.- Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos obtenidos por sensores.
3.- Robots controlados por visión, donde los robots pueden manipular un objeto al utilizar información desde un sistema de visión.
4.- Robots controlados adaptablemente, donde los robots pueden automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos por los sensores.
5.- Robots con inteligencia artificial, donde los robots utilizan las técnicas de inteligencia artificial para hacer sus propias decisiones y resolver problemas.
Agrupados de acuerdo al 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.
En la clasificación final se considerara el nivel del lenguaje de programación. La clave para una aplicación efectiva de los robots para una amplia variedad de tareas, es el desarrollo de lenguajes de alto nivel. 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.
5. AplicacionesLos robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de clases, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.
Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus soluciones afines; no obstante que mucha gente considera que la automatización de procesos a través de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que la introducción de la tecnología robótica en la industria, ya ha causado un gran impacto. En este sentido la industria Automotriz desempeña un papel preponderante.
Es necesario hacer mención de los problemas de tipo social, económicos e incluso político, que puede generar una mala orientación de robotización de la industria. Se hace indispensable que la planificación de los recursos humanos, tecnológicos y financieros se realice de una manera inteligente.
Por el contrario la Robótica contribuirá en gran medida al incremento de el empleo. ¿Pero, como se puede hacer esto? al automatizar los procesos en máquinas más flexibles, reduce el costo de maquinaria, y se produce una variedad de productos sin necesidad de realizar cambios importantes en la forma de fabricación de los mismo. Esto originara una gran cantidad de empresas familiares (Micro y pequeñas empresas ) lo que provoca la descentralización de la industria.
6. Industria
Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son : la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.
A continuación se hará una breve explicación de algunas de ellas.
7. Aplicación de transferencia de material
Las aplicaciones de transferencia de material se definen como operaciones en las cuales el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Se suelen considerar entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por los robots. Las aplicaciones normalmente necesitan un robot poco sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros equipos son típicamente simples.
8. Carga y descarga de maquinas.
Estas aplicaciones son de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas. Existen tres casos que caen dentro de ésta categoría de aplicación:
- Carga/Descarga de Máquinas. El
robot carga una pieza de trabajo en bruto en el proceso y descarga una
pieza acabada. Una operación de mecanizado es un ejemplo de este caso.
- Carga de máquinas. El robot debe de
cargar la pieza de trabajo en bruto a los materiales en las máquinas, pero
la pieza se extrae mediante algún otro medio. En una operación de
prensado, el robot se puede programar para cargar láminas de metal en la prensa,
pero las piezas acabadas se permite que caigan fuera de la prensa por
gravedad.
- Descarga de máquinas. La máquina
produce piezas acabadas a partir de materiales en bruto que se cargan
directamente en la máquina sin la ayuda de robots. El robot descarga la
pieza de la máquina. Ejemplos de ésta categoría incluyen aplicaciones de
fundición de troquel y moldeado plástico.
9. Operaciones de procesamiento.
Además de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el robot realmente efectúa trabajos sobre piezas. Este trabajo casi siempre necesita que el efector final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza.
Por tanto la utilización de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la operación de procesamiento que se realiza.
Soldadura por puntos.
Como el término lo sugiere, la soldadura por puntos es un proceso en el que dos piezas de metal se soldan en puntos localizados al hacer pasar una gran corriente eléctrica a través de las piezas donde se efectúa la soldadura.
Soldadura por arco continua.
La soldadura por arco es un proceso de soldadura continua en oposición a la soldadura por punto que podría llamarse un proceso discontinuo. La soldadura de arco continua se utiliza para obtener uniones largas o grandes uniones soldadas en las cuales, a menudo, se necesita una cierre hermético entre las dos piezas de metal que se van a unir. El proceso utiliza un electrodo en forma de barra o alambre de metal para suministrar la alta corriente eléctrica de 100 a 300 amperes.
Recubrimiento con spray
La mayoría de los productos fabricados de materiales metálicos requieren de alguna forma de acabado de pintura antes de la entrega al cliente. La tecnología para aplicar estos acabados varia en la complejidad desde métodos manuales simples a técnicas automáticas altamente sofisticadas. Se dividen los métodos de recubrimiento industrial en dos categorías:
1.- Métodos de recubrimiento de flujo e inmersión.
2.- Métodos de recubrimiento al spray.
Los métodos de recubrimiento mediante flujo de inmersión se suelen considerar que son métodos de aplicar pintura al producto de baja tecnología. La inmersión simplemente requiere sumergir la pieza o producto en un tanque de pintura liquida.
10. Otras Operaciones de proceso
Además de la soldadura por punto, la soldadura por arco, y el recubrimiento al spray existe una serie de otras aplicaciones de robots que utilizan alguna forma de herramienta especializada como efector final. Operaciones que están en ésta categoría incluyen:
Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado.
Rectificado, pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares.
Remachado, Corte por chorro de agua.
Taladro y corte por láser.
11. Laboratorios
Los robots están encontrando un gran número de aplicaciones en los laboratorios. Llevan acabo con efectividad tareas repetitivas como la colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de medición. En ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados para realizar procedimientos manuales automatizados. Un típico sistema de preparación de muestras consiste de un robot y una estación de laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de pruebas, etc.
Las muestras son movidas desde la estación de laboratorios por el robot bajo el control de procedimientos de un programa.
Los fabricantes de estos sistemas mencionan tener tres ventajas sobre la operación manual: incrementan la productividad, mejoran el control de calidad y reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas nocivas.
Las aplicaciones subsecuentes incluyen la medición del pH, viscosidad, y el porcentaje de sólidos en polímeros, preparación de plasma humano para muestras para ser examinadas, calor, flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones espectromáticas.
12. Manipuladores cinematicos
La tecnología robótica encontró su primer aplicación en la industria nuclear con el desarrollo de teleoperadores para manejar material radiactivo. Los robots más recientes han sido utilizados para soldar a control remoto y la inspección de tuberías en áreas de alta radiación. El accidente en la planta nuclear de Three Mile Island en Pennsylvania en 1979 estimuló el desarrollo y aplicación de los robots en la industria nuclear. El reactor numero 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y provocó la destrucción de la mayoría del reactor, y dejo grandes áreas del reactor contaminadas, inaccesible para el ser humano. Debido a los altos niveles de radiación las tareas de limpieza solo eran posibles por medios remotos. Varios robots y vehículos controlados remotamente han sido utilizados para tal fin en los lugares donde ha ocurrido una catástrofe de este tipo. Ésta clase de robots son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para detectar niveles de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un minilaboratorio para hacer pruebas.
13. Agricultura
Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia ficción, pero la realidad es muy diferente; o al menos así parece ser para el Instituto de Investigación Australiano, el cual ha invertido una gran cantidad de dinero y tiempo en el desarrollo de este tipo de robots. Entre sus proyectos se encuentra una máquina que esquila a la ovejas. La trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja.
Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un conjunto de sensores que registran la información de la respiración del animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del cortador en tiempo real.
Debido a la escasez de trabajadores en los obradores, se desarrolla otro proyecto, que consiste en hacer un sistema automatizado de un obrador, el prototipo requiere un alto nivel de coordinación entre una cámara de vídeo y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho cortes al cuerpo del cerdo.
Por su parte en Francia se hacen aplicaciones de tipo experimental para incluir a los robots en la siembra, y poda de los viñedos, como en la pizca de la manzana.
14. Espacio
La exploración espacial posee problemas especiales para el uso de robots. El medio ambiente es hostil para el ser humano, quien requiere un equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en el Espacio. Muchos científicos han hecho la sugerencia de que es necesario el uso de Robots para continuar con los avances en la exploración espacial; pero como todavía no se llega a un grado de automatización tan precisa para ésta aplicación, el ser humano aún no ha podido ser reemplazado por estos. Por su parte, son los teleoperadores los que han encontrado aplicación en los transbordadores espaciales.
En Marzo de 1982 el transbordador Columbia fue el primero en utilizar este tipo de robots, aunque el ser humano participa en la realización del control de lazo cerrado.
Algunas investigaciones están encaminadas al diseño, construcción y control de vehículos autónomos, los cuales llevarán a bordo complejos laboratorios y cámaras muy sofisticadas para la exploración de otros planetas.
En Noviembre de 1970 los Rusos consiguieron el alunizaje del Lunokhod 1, el cual poseía cámaras de televisión, sensores y un pequeño laboratorio, era controlado remotamente desde la tierra.
En Julio de 1976, los Norteamericanos aterrizaron en Marte el Viking 1, llevaba abordo un brazo robotizado, el cual recogía muestras de piedra, tierra y otros elementos las cuales eran analizados en el laboratorio que fue acondicionado en el interior del robot. Por supuesto también contaba con un equipo muy sofisticado de cámaras de vídeo.
15. Vehículos submarinos
Dos eventos durante el verano de 1985 provocaron el incremento por el interés de los vehículos submarinos. En el primero - Un avión de la Air Indian se estrelló en el Océano Atlántico cerca de las costas de Irlanda - un vehículo submarino guiado remotamente, normalmente utilizado para el tendido de cable, fue utilizado para encontrar y recobrar la caja negra del avión. El segundo fue el descubrimiento del Titanic en el fondo de un cañón, donde había permanecido después del choque con un iceberg en 1912, cuatro kilómetros abajo de la superficie. Un vehículo submarino fue utilizado para encontrar, explorar y filmar el hallazgo.
En la actualidad muchos de estos vehículos submarinos se utilizan en la inspección y mantenimiento de tuberías que conducen petróleo, gas o aceite en las plataformas oceánicas; en el tendido e inspección del cableado para comunicaciones, para investigaciones geológicas y geofísicas en el suelo marino.
La tendencia hacia el estudio e investigación de este tipo de robots se incrementará a medida que la industria se interese aún más en la utilización de los robots, sobra mencionar los beneficios que se obtendrían si se consigue una tecnología segura para la exploración del suelo marino y la explotación del mismo.
16. Educación
Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas formas. Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots como un medio de enseñanza. Un ejemplo palpable es la utilización del lenguaje de programación del robot Karel, el cual es un subconjunto de Pascal; este es utilizado por la introducción a la enseñanza de la programación.
El segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales. LOGO fue creado con la intención de proporcionar al estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las matemáticas.
En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos han sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales. Debido a su bajo costo muchos de estos sistemas no poseen una fiabilidad en su sistema mecánico, tienen poca exactitud, no existen los sensores y en su mayoría carecen de software.
17. El mercado de la robótica y las perspectivas futuras
Las ventas anuales para robots industriales han ido creciendo en Estados Unidos a razón del 25% de acuerdo a estadísticas del año 1981 a 1992. El incremento de ésta tasa se debe a factores muy diversos. En primer lugar, hay más personas en la industria que tienen conocimiento de la tecnología y de su potencial para sus aplicaciones de utilidad. En segundo lugar, la tecnología de la robótica mejorará en los próximos años de manera que hará a los robots más amistosos con el usuario, más fáciles de interconectar con otro hardware y más sencillos de instalar.
En tercer lugar, que crece el mercado, son previsibles economías de escala en la producción de robots para proporcionar una reducción en el precio unitario, lo que haría los proyectos de aplicaciones de robots más fáciles de justificar. En cuarto lugar se espera que el mercado de la robótica sufra una expansión más allá de las grandes empresas, que ha sido el cliente tradicional para ésta tecnología, y llegue a las empresas de tamaño mediano, pequeño y por que no; las microempresas. Estas circunstancias darán un notable incremento en las bases de clientes para los robots.
La robótica es una tecnología con futuro y también para el futuro. Si continúan las tendencias actuales, y si algunos de los estudios de investigación en el laboratorio actualmente en curso se convierten finalmente en una tecnología factible, los robots del futuro serán unidades móviles con uno o más brazos, capacidades de sensores múltiples y con la misma potencia de procesamiento de datos y de cálculo que las grandes computadoras actuales. Serán capaces de responder a ordenes dadas con voz humana. Así mismo serán capaces de recibir instrucciones generales y traducirlas, con el uso de la inteligencia artificial en un conjunto específico de acciones requeridas para llevarlas a cabo. Podrán ver, oír, palpar, aplicar una fuerza media con precisión a un objeto y desplazarse por sus propios medios.
En resumen, los futuros robots tendrían muchos de los atributos de los seres humanos. Es difícil pensar que los robots llegarán a sustituir a los seres humanos en el sentido de la obra de Carel Kapek, Robots Universales de Rossum. Por el contrario, la robótica es una tecnología que solo puede destinarse al beneficio de la humanidad. Sin embargo, como otras tecnologías, hay peligros potenciales implicados y deben establecerse salvaguardas para no permitir su uso pernicioso.
El paso del presente al futuro exigirá mucho trabajo de ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, informática, ingeniería industrial, tecnología de materiales, ingenierías de sistemas de fabricación y ciencias sociales.
18. Proyecto quetzalcoatl
Introducción
La Sociedad actual se encuentra inmersa en una Revolución Tecnológica, producto de la invención del transistor semiconductor en 1951 ( fecha en la que salió al mercado ). Este acontecimiento ha provocado cambios trascendentales así como radicales en los ámbitos sociales, económicos, y políticos del orbe mundial.
Ésta Revolución da origen a un gran número de ciencias multidiciplinarias; este es el caso de la Robótica. La Robótica es una ciencia que surge a finales de la década de los 50´s, y que a pesar de ser una ciencia relativamente nueva, ha demostrado ser un importante motor para el avance tecnológico en todos los ámbitos ( Industria de manufactura, ciencia, medicina, industria espacial; etc.), lo que genera expectativas muy interesantes para un tiempo no muy lejano.
Sin embargo es en la Industria de Manufactura donde la Robótica encuentra un campo de aplicación muy amplio, su función es la de suplir la mano de obra del Hombre en aquellos trabajos en los que las condiciones no son las óptimas para este ( minas, plantas nucleares, el fondo del mar; etc.), en trabajos muy repetitivos y en inumerables acciones de trabajo.
Debido al alto costo que representa el automatizar y robotizar un proceso de producción, la tendencia actual en Robótica es la investigación de microrobots y robots móviles autónomos con un cierto grado de inteligencia, este último es el campo en el que se basa este proyecto de investigación.
Por lo anteriormente expuesto se explica la necesidad y la importancia de que Institutos de Investigación, Centros Tecnológicos, la Industria Privada en coordinación con las Universidades se den a la tarea de destinar recursos tanto económicos y humanos para aliviar el rezago tecnológico que el país padece.
Cabe hacer mención que este proyecto fue financiado por el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV).
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