1.1 Conceptos Generales

Transcripción

1 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica Conceptos Generales ROBOTA Fuerza del trabajo o Servidumbre (Karel Capek, R.U.R. 1921) Primera mitad Siglo XX Máquinas Amplificación de la potencia muscular del hombre Finales de Siglo XX Máquinas Inteligentes Sistemas capaces de procesar información Primer Robot Industrial patentado George Devol (1954)

2 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 2 Qué es un Robot? Automaton: El que se mueve por si mismo Un robot es un dispositivo electrónico y generalmente mecánico, que desempeña tareas automáticamente, ya sea de acuerdo a supervisión humana directa, a través de un programa predefinido o siguiendo un conjunto de reglas generales? Una batidora es un robot? Un coche autónomo es un robot?

3 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 3 Qué es un Robot? MECÁNICA Capacidad de Movimiento ROBOT INFORMÁTICA Procesamiento de Información MICROELECTRÓNICA Control de Procesos

4 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 4 Qué es un Robot? Palabras Clave: Modelos de Robot, Control del Movimientos, Percepción, Planificación, Navegación...

5 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 5 UN POCO DE HISTORIA 1920: Karel Capek emplea por primera vez la palabra checa robota 1938: Los americanos Willard Pollard y Harold Roselund fabrican la primera máquina para pintar con spray. 1951: Raymond Goertz diseña el primer brazo mecánico manejado a distancia para la Comisión de la Energía Atómica 1954: George Devol diseña el primer robot programable comercial. Se comercializaría a partir de : Se funda el Artificial Intelligence Laboratory en el MIT.

6 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica : Sale al mercado el primer robot comercial. El robot se llamó "Versatran". 1965: Se funda el Robotics Institute en la Carnegie Melon University. 1973: Aparece el primer robot controlado por un mini-ordenador, el robot es el T3. Los "mini-ordenadores" de esta época pesaban habitualmente más 30 kilos. 1976: El robot de la NASA Vinking II aterriza en Marte. Disponía de un brazo robótico articulado. 1978: Empiezan a surgir numerosas empresas dedicadas a la fabricación de robots para la industria. 1986: HONDA, inicia un proyecto para construir un robot humanoide.

7 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica : HONDA presenta P3 un enorme robot humanoide. 1999: SONY lanza "Aibo" un perro-robot. 2000: SONY presenta un pequeño humanoide en la Robodex : El robot humanoide de SONY, Qrio, se convierte en el primer humanoide comercial completamente autónomo capaz de correr. HONDA sería el primero en caminar, pero SONY el primero en correr. 2004: Primera edición del "Darpa Grand Challenge. 2005: Stanley (Stanford Racing Team whose leader is Sebastian Thrunth) wins, the 2005 DARPA Grand Challenge (132 ml in 6:58:58), earningthe 2 million dollar prize, the largest prize money in robotic history.

8 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 8 UN POCO DE HISTORIA Evolución de los robots móviles

9 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 9 Modelado de Robots: Sistemas Dinámicos SISTEMA ESTÁTICO El valor presente de los atributos depende solamente del valor presente de las interacciones externas. Los atributos permanecen constantes si el valor de las interacciones externas no cambian. Ejemplo: Decodificador SITEMA DINÁMICO El valor presente de los atributos depende tanto del valor presente de las interacciones como de los valores pasados de los atributos. Los atributos pueden cambiar aun cuando no lo haga el valor de las interacciones. Ejemplo: Cuerpo bajo la acción de la gravedad

10 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 10 Estado.- Especificación del valor de aquellas magnitudes que: - A partir de ellas es posible obtener el valor de todos los atributos que caracterizan el sistema. - Su conocimiento, junto al de las variables de entrada, permite predecir la evolución de los atributos Q+qi Ejemplo: depósito h S Q+q0 Atributos: Volumen de Agua V Flujo de salida qo Flujo de entrada qi Nivel del líquido h

11 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 11 REPRESENTACIÓN ENTRADA SALIDA Q+qi qi(t 0 ) Sistema q(t) h S Q+q Condiciones Iniciales(t 0 ) UN ROBOT COMO SISTEMA DINÁMICO Y V Φ y θ x(t 0 +k) x X Vt ( 0 ) Φ( t 0 ) Modelo del Robot y(t 0 +k) θ( t 0 + k) ENTRADAS SALIDAS Condiciones Iniciales(t 0 )

12 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 12 Modelado de Sistemas Dinámicos Qi H P C dh = Q i k 2p H dt Ecuación no lineal S Qo Modelos de robots Φ Y y V θ x y θ = cosθ 0 sinθ V V tanφ l Ecuación no lineal x X

13 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 13 Modelos Lineales V Motor ω V ce R L k c LJ - k p 2 d ω dt V 1 V 2 i Lµ - RJ d Rµ + k p k ω k p dt + k c ω = V p k p J µ ω, τ V s + 3 s + 1 Función de transferencia ω

14 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 14 Sistemas dinámico: Comportamientos ESTABLE INESTABLE OSCILATORIO Punto de Equilibrio: Configurción de Centro

15 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica Sistemas Automáticos Automatismo: Sistema que permite ejecutar una o varias acciones sin intervención manual. Automatización: Aplicación de sistemas automáticos en la realización de un proceso. Elementos de un sistema automático FUENTE DE ENERGÍA ACCIONES DESEADAS INTERFASE USUARIO ÓRGANOS DE MANDO/CONTROL ÓRGANOS DE TRABAJO ÓRGANOS ACCIONES SENSORIALES PROCESO

16 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica Sistemas de Control Procesos Continuos Las magnitudes que determinan la evolución del proceso cambian de forma continua en el tiempo. Existe una similitud entre los procesos continuos y los sistemas electrónicos analógicos. Ejemplo.- Sistema de llenado de una caldera industrial, se trata de mantener el nivel un líquido. La altura cambia de forma continua. Nivel del líquido Variable Continua Acción continua

17 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 17 Procesos Discretos o Discontinuos Las magnitudes que determinan la evolución del proceso cambian de forma discreta o discontinua y suelen tomar solo determinados valores. El sistema evoluciona mediante eventos. Estos procesos son también conocidos como procesos de eventos discretos. En los procesos discretos se actúa sobre objetos concretos también llamados elementos discretos. Ejemplo- Una cinta transportadora S 1 S2 M 1 M 2

18 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 18 Control de procesos continuos: Regulación Automática. Mecanismos que permiten actuar durante un proceso continuo con el fin de que las magnitudes alcance un valor determinado. Cuando este valor se mantiene constante en el tiempo se dice que se está ante un problema de regulación. Cuando este valor varia en el tiempo se dice que se está ante un problema de servomecanismo. Referencia + _ Controlador Sistema Salida

19 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 19 Ejemplos.- Problema de regulación: Temperatura constante en una instalación. Temperatura Variable Continua ºc Transmisión calor Acción Continua Problema de servomecanismo: Movimiento de una cámara al seguir un objeto. Sensor visual Controlador Amplificador + _ M θ() t Sensor

20 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 20 Control de sistemas Discretos: Control Secuencial El control de procesos discretos suele abordarse mediante técnicas de control secuencial. Los órganos de mando reciben información discreta del proceso y proporcionan ordenes discretas sobre los órganos de trabajo. Los sistemas de mando adquieren una estructura secuencial: - El proceso se divide en una serie de estados o estadíos. - Cada estado se activa y desactiva de forma secuencial. - Cada estado activo tiene asociada una serie de acciones. Herramientas: Grafos de transición de estados, Redes de Petri

21 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 21 En múltiples ocasiones, en el control de un proceso se ven involucradas magnitudes de naturaleza continua y magnitudes de naturaleza discreta. En estos casos es necesario aplicar estrategias tanto secunciales como de regulación. Es lo que se denomina control híbrido. Ejemplo: Temperatura Variable Continua ºc Tiempo Acción Discreta Transmisión calor Acción Continua Las técnicas de contro híbrido son utilizadas para el control de robot y sistemas autónomos

22 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 22 Control Inteligente: Técnicas de Inteligencia Artificial aplicadas a los sistemas de control Referencia + _ Controlador Inteligente Sistema Salida Lógica Borrosa Redes Neuronales Técnicas de decisión Algoritmos Genéticos... Clustering...

23 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 23 ESTRUCTURAS DE CONTROL -Control en bucle abierto.- El bloque de control actúa sobre el sistema de acuerdo a unos objetivos previamente establecidos. Valores Deseados Acciones calculadas según dinámica CONTROL SISTEMA Respuesta del sistema La aparición de perturbaciones puede alejar al sistema del comportamiento deseado Valores Deseados Acciones calculadas según dinámica CONTROL PERTURBACIONES SISTEMA Respuesta del sistema

24 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 24 Control en bucle cerrado.- En ellos, el controlador considera la salida, modificando, en función de ella, la acción a realizar sobre el sistema. PERTURBACIONES Valores Deseados CONTROL SISTEMA Respuesta del sistema Por lo tanto, los sistemas de control en bucle cerrado son sistemas que presentan estructura de realimentación, y como tales, podrán ser analizados utilizando las herramientas propias de la dinámica de sistemas.

25 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 25 Control en bucle abierto θ() t M V(t) + _

26 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 26 Control en bucle cerrado θ d Controlador Amplificador + _ M θ() t Sensor

27 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica Sistemas Robóticos ESQUEMA GENERAL DE UN SISTEMA ROBÓTICO Actuadores ROBOT Sistema de Control Sensores Internos Realimentación Percepción del Entorno Sensores Externos Visión Tácto Proximidad Otros ENTORNO

28 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 28 CLASIFICACIÓN DE ROBOTS Humanoide: Robot con apariencia humana que busca imitar el comportamiento de éste. P1 P2 P3 ASIMO

29 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 29 Robot móvil terrestre: Un robot montado sobre una plataforma móvil que se desplaza de forma autónoma. ROMEO-4R OTILIO AIBO ( U. Sevilla) ( U. Caros III) ( Sony)

30 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 30 Robots Marinos DELFIM (ISR) SIRENE (ISR) Robots Aéreos HERO 3 (U. de Sevilla)

31 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 31 Robot Industrial: Robot diseñado para mover materiales, herramientas o dispositivos especializados mediante movimientos variables programados para el desarrollo de diferentes tareas. VW vrs1 (VOLKSWAGEN) KR3 (KUKA) PUMA (Unimation) AGV (IST)

32 INTRODUCCIÓN Ampliación de Robótica 32 Robot de Servicios: Un robot que opera total o parcialmente para realizar servicios útiles, excluyendo aquel que realiza operaciones de fabricación. MINERVA TRIBOLITE