La Robótica y sus componentes
Cámara robot para la inspección de alcantarillas
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 robots, 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. Los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la
Robótica no era reconocida como ciencia, es más, la palabra robot surgió mucho
después del origen de los autómatas.
Contenidos
Breve historia de la Robótica
Cronograma de los avances de la Robótica
Automatización y Robótica
Versión para imprimir
Clasificación de los robots
Aplicaciones
El mercado de la Robótica y las perspectivas futuras
Breve historia de la Robótica
Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten
las partes del cuerpo humano.
Antigüedad
Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las
estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes
clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses.
Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas
hidráulicos, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los
templos.
Siglos XVII y XVIII
Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos
muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.
Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño
humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos
diseñados para un proposito específico: la diversión.
En 1805, Henri Maillardert contruyó una muñeca mecánica que
era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas se utilizaban como "el
programa" para el dispositivo en el proceso de inscribir y dibujar. Estas
creaciones mecánicas de forma humana deben considerarse como inversiones
aisladas que reflejan el genio de hombres que se anticiparon a su época.Hubo
otras inverciones mecánicas durante la revolución industrial, creadas por
mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la
producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de
Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico
de Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), y otros.
Siglo XX
El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las
poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control
reatroalimentados, 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.
No obstante las limitaciones de las máquinas robóticas
actuales, el concepto popular de un robot es que tiene una apariencia humana y
que actúa como tal. Este concepto humanoide ha sido inspirado y estimulado por
varias narraciones de ciencia ficción.
Una obre checoslovaca publica 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 termino robot.
Dicha narración se refiere a un brillante científico llamado
Rossum y su hijo, quienes desarrollan uan 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 vida humana.
Entre los escritores de ciencia ficción, Issac Asimov
contribuyó con varias narraciones relativas a robots, comenzó en 1939, a él se
atribuye el acuñamiento del término Robótica.
La imagen de robot que aparece en su obra es el de una
máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con
tres principios.
Tres leyes de la Robótica
Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la
inacción, que un ser humano sufra daños.
Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres
humanos, salvo que estén en conflicto con la primera ley.
Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que
esté en conflicto con las dos primeras leyes.
Consecuentemente todos los robots de Asimov son fieles
sirvientes del ser humano, de ésta forma su actitud contraviene a la de Kapek.
Cronograma de los avances de la Robótica
A continuación se presenta un cronograma de los avances de
la Robótica desde sus inicios.
FECHA
DESARROLLO
1738 J. de
Vaucanson construyó varias muñecas mecánicas de tamaño humano que ejecutaban
piezas de música
1774 Pierre Jaquet
desarrolló “El Escriba Automático” un maniquí capaz de escribir una carta
completa a pluma.
1801 J. Jaquard
invento su telar, que era una máquina programable para urdir tejidos con
dibujos complejos.
1805 H. Maillardet
construyó una muñeca mecánica capaz de hacer dibujos.
1946 El inventor
americano G.C Devol desarrolló un dispositivo controlador que podía registrar
señales eléctricas por medio magnéticos y reproducirlas para accionar un
máquina mecánica. La patente estadounidense se emitió en 1952.
1951 Trabajo de
desarrollo con teleoperadores (manipuladores de control remoto) para manejar
materiales radiactivos. Patente de Estados Unidos emitidas para Goertz (1954) y
Bergsland (1958).
1952 Una máquina
prototipo de control numérico fue objetivo de demostración en el Instituto
Tecnológico de Massachusetts después de varios años de desarrollo. Un lenguaje
de programación de piezas denominado APT (Automatically Programmed Tooling) se
desarrolló posteriormente y se publicó en 1961.
1954 El inventor
británico C. W. Kenward solicitó su patente para diseño de robot. Patente
británica emitida en 1957.
1954 J.C. Devol
desarrolla diseños para Transferencia de artículos programada. Patente emitida
en Estados Unidos para el diseño en 1961.
1959 Se introdujo
el primer robot comercial por Planet Corporation. Estaba controlado por
interruptores de fin de carrera.
1960 Se introdujo
el primer robot ‘Unimate’’, basada en la transferencia de artic. Programada de
Devol. Utilizan los principios de control numérico para el control de
manipulador y era un robot de transmisión hidráulica.
1961 Un robot
Unimate se instaló en la Ford Motors Company para atender una máquina de
fundición de troquel.
1966 Trallfa, una
firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura por pulverización.
1968 Un robot
móvil llamado ‘Shakey’’ se desarrollo en SRI (standford Research Institute),
estaba provisto de una diversidad de sensores así como una cámara de visión y
sensores táctiles y podía desplazarse por el suelo.
1971 El ‘Standford
Arm’’, un pequeño brazo de robot de accionamiento eléctrico, se desarrolló en
la Standford University.
1973 Se desarrolló
en SRI el primer lenguaje de programación de robots del tipo de computadora
para la investigación con la denominación WAVE. Fue seguido por el lenguaje AL
en 1974. Los dos lenguajes se desarrollaron posteriormente en el lenguaje VAL
comercial para Unimation por Víctor Scheinman y Bruce Simano.
1974 ASEA
introdujo el robot Irb6 de accionamiento completamente eléctrico.
1974 Kawasaki,
bajo licencia de Unimation, instaló un robot para soldadura por arco para
estructuras de motocicletas.
1974 Cincinnati
Milacron introdujo el robot T3 con control por computadora.
1975 El robot
‘Sigma’’ de Olivetti se utilizó en operaciones de montaje, una de las primitivas
aplicaciones de la Robótica al montaje.
1976 Un
dispositivo de Remopte Center Compliance (RCC) para la inserción de piezas en
la línea de montaje se desarrolló en los laboratorios Charles Stark Draper Labs
en estados Unidos.
1978 El robot T3
de Cincinnati Milacron se adaptó y programó para realizar operaciones de
taladro y circulación de materiales en componentes de aviones, bajo el
patrocinio de Air Force ICAM (Integrated Computer- Aided Manufacturing).
1978 Se introdujo
el robot PUMA (Programmable Universal Machine for Assambly) para tareas de
montaje por Unimation, basándose en diseños obtenidos en un estudio de la
General Motors.
1979 Desarrollo
del robot tipo SCARA (Selective Compliance Arm for Robotic Assambly) en la
Universidad de Yamanashi en Japón para montaje. Varios robots SCARA comerciales
se introdujeron hacia 1981.
1980 Un sistema
robótico de captación de recipientes fue objeto de demostración en la
Universidad de Rhode Island. Con el empleo de visión de máquina, el sistema era
capaz de captar piezas en orientaciones aleatorias y posiciones fuera de un
recipiente.
1981 Se desarrolló
en la Universidad de Carnegie- Mellon un robot de impulsión directa. Utilizaba
motores eléctricos situados en las articulaciones del manipulador sin las
transmisiones mecánicas habituales empleadas en la mayoría de los robots.
1982 IBM introdujo
el robot RS-1 para montaje, basado en varios años de desarrollo interno. Se
trata de un robot de estructura de caja que utiliza un brazo constituido por
tres dispositivos de deslizamiento ortogonales. El lenguaje del robot AML,
desarrollado por IBM, se introdujo también para programar el robot SR-1.
1983 Informe
emitido por la investigación en Westinghouse Corp. bajo el patrocinio de
National Science Foundation sobre un sistema de montaje programable adaptable
(APAS), un proyecto piloto para una línea de montaje automatizada flexible con
el empleo de robots.
1984 Robots 8. La
operación típica de estos sistemas permitía que se desarrollaran programas de
robots utilizando gráficos interactivos en una computadora personal y luego se
cargaban en el robot.
Automatización y Robótica
La historia de la Automatización industrial está
caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se
debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos
económicos mundiales.
El uso de robots industriales junto con los sistemas de
diseño asistidos por computadoras (CAD), y los sistemas de fabricación
asistidos por computadoras (CAM), son la última tendencia en automatización de
los procesos de fabricación y luego se cargaban en el robot. Éstas tecnologías
conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún
desconocidos.
Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica
ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80's, de
acuerdo a algunas predicciones, la industria de la Robótica está en su
infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es
claro que la industria Robótica, en una forma o en otra, permanecerá.
Hay tres clases muy amplias de automatización industrial:
automatización fija, automatización programable y 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.
La automatización programable se emplea cuando el volumen de
producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener.
La automatización flexible, es mas 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
más estrechamente con la automatización programable.
Clasificación de los robots
Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación,
a nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de
programación.
Robots Play-back, regeneran una secuencia de instrucciones
grabadas, como un robot utilizado en recubrimiento por spray o soldadura por
arco.
Robots controlados por sensores, estos tienen un control en
lazo cerrado de movimientos manipulados, y hacen decisiones basados en datos
obtenidos por sensores.
Robots controlados por visión,los robots pueden manipular un
objeto al utilizar información desde un sistema de visión.
Robots controlados adaptablemente, los robots pueden
automáticamente reprogramar sus acciones sobre la base de los datos obtenidos
por lo sensores.
Robots con inteligencia artificial, los robots utilizan las
técnicas de inteligencia artificial para tomar sus propias decisiones y
resolver problemas.
La Asociación de Robots Japonesa (JIRA) ha clasificado a los
robots dentro de seis clases sobre la base de su nivel de inteligencia:
Dispositivos de manejo manual, controlados por persona,
Robots de secuencia arreglada.
Robots de secuencia variable, donde un operador puede
modificar la secuencia fàcilmente.
Robots regeneradores, el operador humano conduce el robot a
tràves de la tarea.
Robots de control numérico, el operador alimenta la
programación del movimiento.
Robots inteligentes, pueden entender e interactuar con
cambio en el medio ambiente.
Los programas en el controlador del robots pueden ser
agrupados de acuerdo al nivel de control que realizan.
Nivel de inteligencia artificial, el programa aceptará un
comando basado en un modelo estratégico de las tareas.
Nivel de modo de control, los movimientos del sistema son
modelados, incluye la interacción dinámica entre los diferentes mecanismos,
trayectorias planeadas, y los puntos de asignación seleccionados.
Niveles de servosistemas, los actuadores controlan los
parámetros de los mecanismos con el uso de una retroalimentación interna de los
datos obtenidos por los sensores.
En la clasificación final se considerara el nivel del
lenguaje de programación. Los sistemas de programación de robots caen dentro de
tres clases:
Sistemas guiados, el usuario conduce el robot a través de
los movimientos a ser realizados.
Sistemas de programación de nivel-robot, el usuario escribe
un programa de computadora al especificar el movimiento y el censado.
Sistemas de programación de nivel-tarea, el usuario
especifica la operación por sus acciones sobre los objetos que el robot
manipula.
Aplicaciones
Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones,
desde los robots en los salones de clase, robots soldadores en la industria
automotriz, hasta brazos teleoperador en el transbordador espacial.
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.
Laboratorios
Los robots están encontrando un gran número de aplicaciones.
Un típico sistema de preparación de muestras consiste de un robots y una
estación de laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios,
centrifugados, racks de tubos de pruebas, etc. Las aplicaciones subsecuentes
incluyen la medición del pH, viscosidad, y el porcentaje de sólidos en
polímeros, preparación de plasmas humano para muestras para ser examinadas,
calor, flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones
espectromáticas.
Manipuladores Cinemáticos
La robótica encontró su primera 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.
Agricultura
Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia
ficción; 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 las ovejas. 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 video y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho
cortes al cuerpo del cerdo.
Espacio
La exploración espacial posee problemas especiales para el
uso de robots. Mucho científicos han hecho la sugerencia de que es necesario el
uso de Robots para continuar con los avances en la exploración espacial.
Vehículos submarinos
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 apara comunicaciones, para investigaciones geológicas y geofísicas en
el suelo marino.
Educación
Los robots están apareciendo en los salones de clases de
tres distintas forma. Primero, los programas educacionales utilizan la
simulación de control de robots como un medio de enseñanza.
Segundo y el más común es el uso del robot tortuga en
conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales.
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.
El mercado de la Robótica y las perspectivas futuras
Las ventas anuales para robots industriales han ido
creciendo en un 25%. El incremento de esta 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 sencillo de instalar.
En tercer lugar, crece el mercado.
En cuarto lugar, se espera que el mercado de la Robótica
sufra una expansión más allá de las grandes empresas.
La Robótica es una tecnología con futuro y también para el
futuro. Si continúan las tendencias actuales, 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.
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