MÁQUINAS. Los robots industriales realizan operaciones que resultan difíciles y peligrosas.

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1 MÁQUINAS AUTOMÁTICAS 1Y ROBOTS El desarrollo de la electrónica y de la informática ha generado la construcción de una gran cantidad de robots y máquinas automáticas, que realizan multitud de tareas por nosotros, proporcionándonos una mayor calidad de vida. Estas máquinas se encargan de realizar trabajos peligrosos, pesados o repetitivos rápidamente y con mayor precisión de lo que podemos hacerlo nosotros. Mientras que las máquinas automáticas solo realizan una función, los robots muestran cierto grado de autonomía y adaptabilidad a las condiciones del entorno en el que actúan. A pesar de lo que vemos continuamente en las películas de ciencia ficción, los robots que utilizamos actualmente no tienen aspecto de seres humanos. Los robots industriales realizan operaciones que resultan difíciles y peligrosas.

2 QUÉ SABES SOBRE ROBOTS? w w w w w Qué diferencia hay entre una máquina automática y un robot? Qué tipos de robots conoces? Qué sistemas utiliza un robot para desplazar sus partes móviles? Cómo se controla la dirección de un robot móvil? Sabes cómo construir un robot capaz de seguir una línea?

3 MÁQUINAS AUTOMÁTICAS Y ROBOTS EN LA HISTORIA Desde el principio de los tiempos, el hombre ha construido máquinas y artefactos con el fin de facilitar su trabajo y disminuir su esfuerzo físico. Máquina de vapor construida por Herón de Alejandría. GRECIA CLÁSICA En el siglo I, Herón de Alejandría inventó la primera máquina de vapor, llamada aelopilo. Consistía en una esfera con dos tubos curvados que giraba cuando por ellos salía el vapor producido dentro. A partir de este artefacto, y con ayuda de otros elementos como cuerdas, poleas y recipientes, Herón diseñó lo que se puede considerar como la primera máquina automática de la que tenemos noticia: una puerta de acceso a un templo que se abría y cerraba automáticamente. La apertura de la puerta se producía cuando se encendía el fuego en el templo. De esta manera, se aumenta la presión de vapor, trasvasándose así el agua del recipiente esférico al recipiente colgado que haría palanca para abrir la puerta. Cuando el fuego se extinguía, la puerta se cerraba. RENACIMIENTO Alrededor de 1485, Leonardo da Vinci diseñó el primer autómata con apariencia humana. El mecanismo estaba recubierto con una armadura medieval, y, según los dibujos originales, podía mover los brazos, girar la cabeza y sentarse. Autómata con forma de pato construido por Jacques de Vaucanson. Mano mecánica. A C T I V I D A D E S SIGLOS XVII Y XVIII Durante esta época, y gracias a los avances en relojería, se construyen gran cantidad de autómatas con la intención de reproducir los movimientos de los seres vivos. Jacques de Vaucanson construyó varios autómatas. Uno de ellos fue un pato formado por más de mil piezas, que se movía, graznaba, comía, digería y defecaba. SIGLOS XIX Y XX En el siglo XIX, muchos de los autómatas que se diseñaron fueron con fines de entretenimiento. El ingeniero e inventor español Leonardo Torres Quevedo ( ) publicó un ensayo sobre robots y su aplicación en la industria. También construyó algunos autómatas, entre los que destaca su ajedrecista. Y el primer aparato de control remoto del mundo utilizando ondas de radio, al que llamó telekino. Es considerado uno de los precursores de la cibernética, del cálculo analógico y de la informática. En 1963, la empresa estadounidense Unimation comercializó el primer robot industrial, que consistía en una mano mecánica programable controlada por ordenador. En la década de los setenta se generaliza el uso de robots en la industria, sobre todo en Estados Unidos y Europa. La aparición de las máquinas automáticas y los robots hizo temer a los operarios por la pérdida de puestos de trabajo, pero, aunque las máquinas sustituyeron a los hombres en muchas tareas, por otro lado se crearon nuevas ramas de la industria, y la propia industria dedicada a la fabricación de robots también creó nuevos puestos de trabajo. 1 Investiga qué otros inventos realizó el ingeniero español Leonardo Torres Quevedo.

4 2. D E F I N I C I Ó N D E R O B O T 213 Las primeras máquinas que se construyeron estaban diseñadas para reemplazar a las personas en trabajos repetitivos y monótonos. Con ellas se ganaba en precisión y velocidad, pero cada máquina solamente era capaz de realizar la función para la que había sido diseñada. Son las llamadas máquinas automáticas. Debido al avance en los campos de la electrónica y la informática, cada vez se han ido construyendo máquinas más complejas, que pueden realizar más de una función o que se pueden adaptar fácilmente para realizar otras funciones. Todo esto ha dado paso a la construcción de máquinas muy sofisticadas a las que llamamos robots. La palabra robot aparece por primera vez en 1921, en la obra de teatro Los robots universales de Rossum, escrita por el checo Karel Capek. La palabra checa robota se refiere al trabajo realizado de manera forzada. Una de las primeras dificultades que nos encontramos al hablar de robots, es hallar una definición que englobe todas estas características. Para ello, podemos analizar las definiciones que nos sugieren dos asociaciones de robótica: La Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA) define robot como: "Dispositivos capaces de moverse de modo flexible análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales, permitiendo operaciones en respuesta a las órdenes humanas." El Instituto de Robótica de América (RIA) define robot industrial como: "Un manipulador multifuncional y reprogramable diseñado para desplazar materiales, componentes, herramientas o dispositivos especializados por medio de movimientos programados variables con el fin de realizar tareas diversas. Según la primera definición, muchas de las máquinas que usamos diariamente se podrían considerar un robot, como por ejemplo, una lavadora, una máquina de refrescos, un tren de lavado de coches, etc. Sin embargo, estos mismos dispositivos no serían considerados como robots según la segunda definición, ya que no realizan varios tipos de tareas, ni son reprogramables. Si tratamos de sintetizar estas definiciones, podríamos decir que un robot es una máquina que hace algo en respuesta a su entorno, programable o no programable. A partir de esta definición, se puede decir que las características de un robot son: Detectar las condiciones cambiantes del entorno mediante los sensores. Analizar los datos. Tomar decisiones y actuar sobre el entorno. Pueden ser programables. Todos estos factores son los que dan a los robots la apariencia de máquinas inteligentes. En la actualidad, la robótica ha avanzado al ritmo de la fuerte demanda creada en el diseño y construcción de máquinas con las características anteriores. w s Mira a tu alrededor Mucha gente tiene la idea de que todos los robots son androides, es decir, tienen apariencia humana e imitan características de su conducta. En realidad, muchas máquinas que se consideran robots, no tienen ningún parecido con los seres humanos. A C T I V I D A D E S 2 Haz una lista con las máquinas que hay en tu casa y que podrían ser consideradas robots según la definición de la JIRA.

5 C O M P O N E N T E S D E U N R O B O T TEN EN CUENTA Los sensores de ultrasonidos son capaces de determinar la distancia a la que se encuentran los objetos. La estructura de un robot es el conjunto de elementos mecánicos que le dan forma y soportan los demás elementos que lo componen. Los robots pueden mostrar muchos tipos de estructuras dependiendo del fin para el que estén diseñados: brazo robótico articulado, vehículo para desplazamiento de cargas, paneles solares que siguen automáticamente al Sol, etc. Pero todos ellos están formados fundamentalmente por los siguientes componentes: sensores, sistema de control, actuadores, herramientas y elementos que suministran energía. SENSORES Los sensores son los encargados de recoger la información del entorno y enviarla al sistema de control para su procesamiento. Los sensores se pueden clasificar en dos tipos dependiendo de la función que realicen: Sensores externos. Son los que sirven para tomar datos del entorno del robot, como por ejemplo, detectar objetos (finales de carrera, sensores infrarrojos y ultrasonidos), niveles de iluminación (LDR), temperatura (NTC o PTC), etc. Sensores internos. Sirven para controlar el propio funcionamiento del robot, como velocidad de los motores (optoacopladores), posición de elementos móviles (interruptores de final de carrera o interruptores magnéticos), la fuerza ejercida (potenciómetros, galgas extensiométricas que miden cambios pequeños de resistencia eléctrica en los materiales que son sometidos a esfuerzos), etc. SISTEMAS DE CONTROL Los sistemas de control son los encargados de analizar la información que les mandan los sensores, tomar decisiones y dar las órdenes para que las realicen los actuadores. Estos sistemas de control pueden realizarse de dos formas: Mediante un circuito electrónico que puede ser programable. Este sistema de control permite construir pequeños robots móviles sin necesidad de cables de conexión con un ordenador. Mediante ordenador. Este es más utilizado en máquinas que no realizan desplazamientos, ya que la conexión por cable con el ordenador dificultaría su movilidad. Robot con sistema de control y suministro de energía eléctrica incorporados. Esquema de un robot industrial controlado por ordenador.

6 215 ACTUADORES Son los elementos encargados de proporcionar el movimiento a las articulaciones del robot. Dependiendo de la forma en la que reciban la energía para realizar el movimiento, se puede hacer la siguiente clasificación: Actuadores eléctricos. Son los motores eléctricos que utilizan la energía eléctrica para que el robot ejecute sus movimientos. Se emplean para robots de tamaño mediano, que no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con impulsión hidráulica. Los motores eléctricos de corriente continua se utilizan para proporcionar movimientos giratorios en los que no se requiere mucha precisión. Los motores paso a paso permiten controlar de forma precisa el ángulo de giro del motor, haciendo que el motor se coloque en una posición determinada. Para el control de estos motores se requiere un circuito electrónico de control o un ordenador. Actuadores hidráulicos y neumáticos. Son los cilindros, y los motores hidráulicos y neumáticos. Estos sistemas proporcionan, por el movimiento de un fluido (líquido, como el aceite, o gas) dentro de cilindros con pistones, la fuerza necesaria para las partes móviles de máquinas y brazos robóticos. El sistema de impulsión hidráulica utiliza un fluido, generalmente aceite, para que el robot pueda mover sus mecanismos. La impulsión hidráulica se utiliza en robots grandes que precisan una velocidad alta y manejan cargas pesadas. En la impulsión neumática se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras hasta los pistones actuadores. Se utiliza en robots pequeños o como elemento de otros robots más grandes que no tienen que soportar grandes cargas. Actuadores electromagnéticos. Son los solenoides, formados por una bobina de hilo de cobre esmaltado, en cuyo interior se mueve un núcleo de hierro cuando se hace circular una corriente por el bobinado. Con los solenoides se consiguen movimientos lineales cortos, y se pueden utilizar para enclavar o liberar determinadas partes móviles de la máquina. PINZAS Y HERRAMIENTAS Los robots manipuladores suelen llevar algún dispositivo que se une a la muñeca del robot para realizar una tarea determinada. Se pueden dividir en dos tipos: las pinzas, diseñadas para la manipulación, transporte y unión de objetos, y las herramientas, cada una de ellas diseñada para una función específica (soldadores, sierras, pistolas de pintura, etc.). Motor paso a paso. Cilindro con pistón. Solenoide de enclavamiento. SUMINISTRO DE ENERGÍA Los robots son máquinas electromecánicas; por tanto, todas ellas necesitan un suministro de energía eléctrica, al menos, para el sistema de control. La energía eléctrica también proporcionará alimentación para los motores eléctricos y electromagnéticos. Si los robots constan de motores de explosión, será necesario disponer de un suministro de gasolina o gasoil. Cuando el robot incluya actuadores hidráulicos o neumáticos, será preciso disponer también de un suministro de aceite o de aire, respectivamente. Manipulador con pinzas. A C T I V I D A D E S 3 En la fabricación de coches se utilizan varios brazos de robot con distintas herramientas. Indica los tipos de herramientas que necesitan.

7 R O B O T S I N D U S T R I A L E S Los robots industriales son dispositivos electromecánicos que realizan de forma automática múltiples procesos de fabricación o manipulación, sustituyendo a la acción humana. Elemento final Muñeca Brazo Cuerpo Partes de un manipulador. PARTES DE UN ROBOT INDUSTRIAL Los componentes básicos de un robot industrial son el manipulador, el controlador y los dispositivos de entrada y salida. El manipulador es el elemento principal y realiza tareas básicas y repetitivas, utilizándose en procesos industriales para mover materiales y herramientas, fabricación, montaje, soldadura, pintura, etc. Las partes de un manipulador son el cuerpo, el brazo, la muñeca y el elemento final. Los elementos rectos del brazo están unidos por articulaciones giratorias que permiten su movimiento relativo. Se denomina grado de libertad a cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. Aunque los brazos robóticos suelen tener cinco o seis grados de libertad, con tres se puede posicionar un objeto en cualquier punto del espacio. Los tres grados de libertad básicos son: Rotacional Radial Rotacional. Rotación del brazo alrededor del eje vertical. Radial. Movimiento de extensión o retracción del brazo desde el centro vertical del Vertical manipulador. Vertical. Movimiento de desplazamiento hacia arriba o abajo. Grados de libertad básicos. El controlador recibe y envía señales a otras partes del robot, controlando los movimientos del manipulador y almacenando programas mediante tarjetas electrónicas. Mediante los dispositivos de entrada y salida se pueden introducir y ver los datos del controlador, como por ejemplo, con un teclado y un monitor. Por tanto, un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, con varios grados de libertad, capaz de manipular materiales, herramientas o dispositivos especiales, con trayectorias variables programadas para realizar diversas tareas. TIPOS DE ROBOTS INDUSTRIALES Hay muchas clasificaciones de los robots industriales atendiendo a distintos criterios, como grados de libertad, fuentes de energía o forma de control. Clasificándolos en función del nivel de control sobre el robot, tenemos: Robot teleoperador o telerrobot. Son robots controlados a distancia por una persona. Se utilizan mucho en tareas que tienen algún tipo de riesgo, como en la industria química, la manipulación de residuos radiactivos, la desactivación de explosivos, etc. Robot de repetición. Son robots que repiten continuamente una secuencia fija de movimientos diseñada previamente por una persona. Por ejemplo, en el caso de una cadena de llenado y taponado de botellas, en la que cada máquina realiza siempre la misma función. Robot controlado por ordenador. Estos robots se mueven mediante programas de ordenador que permiten alterar la secuencia de trabajo. Por ejemplo, en una cadena de montaje de coches, en la que hay que modificar la secuencia de los robots para cada modelo que se fabrica.

8 217 APLICACIONES DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES Robots en cadena de montaje. Uno de los sitios donde más cantidad de robots se han implantado ha sido en las cadenas de montaje automático, como es el caso de la fabricación de coches, en las que podemos encontrar robots que desempeñan distintas tareas, tales como robots soldadores, pintores y manipuladores. Robot soldador. Robot pintor. Robot manipulador. Robots médicos. Son varias las aplicaciones de los robots en medicina. Por un lado, están los sistemas robóticos que ayudan a los médicos a realizar sus operaciones, como los robots quirúrgicos, que dan al cirujano mayor destreza y precisión. Por otro, están las prótesis que se implantan en disminuidos físicos; con ellas se logra sustituir extremidades y órganos de seres humanos. Recientemente se ha presentado una cápsula robot, que es una célula endoscópica activa inteligente que se introduce en el cuerpo humano mediante ingestión, como si fuera una pastilla, para el diagnóstico de enfermedades. Utiliza sus patas plegables para moverse de una forma completamente autónoma desde el esófago hasta el recto. Robot quirúrgico. Prótesis robótica. Cápsula robot. Robots agrícolas y ganaderos. Dentro de los robots ganaderos se encuentran los robots de ordeño, mediante los cuales se consigue realizar un ordeño automático y se envía la leche a un tanque refrigerado. También hay robots en el campo de la agricultura que fumigan los cultivos y evitan que los agricultores se expongan a los pesticidas, y robots para la recolección y la limpieza de invernaderos. Robots de exploración submarina. Estos robots inspeccionan zonas submarinas donde el hombre no puede llegar. Recogen muestras y realizan medidas para obtener datos determinados. A C T I V I D A D E S 4 Realiza un esquema en el que se describa la cadena de montaje para el embotellado de una bebida a partir de láminas de vidrio para la botella y de láminas de aluminio para las chapas.

9 R O B O T S M ÓV I L E S Los robots móviles están provistos de un sistema de automoción, ruedas, orugas o patas, que les permiten desplazarse de un sitio a otro. Las ruedas se utilizan sobre superficies lisas. Las orugas se emplean sobre superficies irregulares. Para superficies muy irregulares se emplean robots con patas. Reciben información a través de sus sensores y se emplean sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan estos robots en lugares de difícil acceso, peligrosos o muy distantes, como es el caso de la inspección de centrales nucleares o la exploración espacial. ANDROIDES Son robots antropomorfos que imitan la forma y la conducta de los seres humanos. Las investigaciones, por el momento, se centran en la coordinación de movimientos sin perder el equilibrio. Por ejemplo, Asimo son las siglas de Advanced Step in Innovative Mobilit, que es el nombre de un robot bípedo que puede avanzar y retroceder, es capaz de subir y bajar escaleras, y fue creado por la empresa Honda en el año Robot bípedo Asimo. ZOOMORFOS Son robots con un sistema de locomoción que imita al de diversos seres vivos. Aunque la mayoría de ellos no tienen mucha utilidad práctica, sirven para experimentar en la investigación y desarrollo de la robótica. Se clasifican en: Robots con patas. Dependiendo del número de ellas, pueden ser cuadrúpedos (robot que se utilizan como mascotas), hexápodos (imitan las características del movimiento de los insectos), etc. Robots sin patas. Dentro de este grupo están los robots conocidos como robots gusano o robot serpiente, que imitan la forma de desplazarse de estos animales, con movimientos de contracción, expansión o haciendo eses, respectivamente. Los androides también pueden ser considerados robots zoomorfos. Modelos de iniciación. Microbots En muchas universidades, los alumnos diseñan y construyen pequeños robots con fines educacionales o de investigación, que les sirven como prácticas en sus estudios. Hay pruebas para los distintos tipos de robots: robots velocistas, robots rastreadores, y una de las más espectaculares es la prueba de sumo, que consiste en el enfrentamiento entre dos robots dentro de un círculo marcado en el suelo, donde gana el robot que expulsa al otro del recinto.

10 219 APLICACIONES DE LOS ROBOTS MÓVILES Dependiendo de las distintas aplicaciones, los robots móviles se diseñan con distintos sistemas de automoción y con formas muy variadas. Robots para inspección de volcanes. Como estos robots tienen que moverse por terrenos muy accidentados, disponen de patas, sistemas de visión, y pueden recibir órdenes por control remoto. Su misión consiste en determinar la composición de los gases que emanan directamente de las fumarolas del cráter. El robot Dante II, diseñado por la NASA, tiene cuatro patas delanteras y cuatro traseras, que permiten un apoyo y estabilidad más efectivo que las patas laterales en su movimiento por pendientes muy inclinadas. Este tipo de robots también puede tener aplicación en la exploración de de la superficie de la Luna o de Marte. Robots espaciales. Los robots espaciales son los que se dedican a la exploración de otros cuerpos del sistema solar diferentes de la Tierra. Su función consiste en recoger muestras y tomar imágenes para su análisis. Constan de cámaras, e instrumentos de recogida, y como sistema de locomoción utilizan generalmente ruedas. La gran ventaja de estos vehículos es que no necesitan comer ni beber, y pueden trabajar en condiciones ambientales hostiles para el ser humano; además una vez que termina la misión, no es necesario traerlos de vuelta a casa. Aviones no tripulados. Se utilizan aviones no tripulados en misiones de reconocimiento para la vigilancia e inspección de ciertas zonas. Constan de cámaras y de sensores de infrarrojos. Tienen múltiples aplicaciones en el campo militar y en el civil, y se utilizan en este último para labores de extinción de incendios forestales. Algunos modelos tienen un alcance de más de 300 kilómetros y 12 horas de autonomía. Robots desactivadores de explosivos. Son vehículos operados por control remoto que se emplean en la desactivación de explosivos y en operaciones de alto riesgo. Generalmente utilizan un sistema de tracción formado por orugas que les permite moverse por terrenos accidentados. Constan de uno o varios brazos manipuladores y cámaras de televisión incorporadas. Pueden ser controlados a una distancia mínima de 100 metros mediante un mando. Robot Dante II. Avión no tripulado. Robots de uso doméstico Los robots cortacésped y los robots aspiradora son los más utilizados en los hogares. Un ejemplo es Roomba, una aspiradora robótica que emplea algoritmos de inteligencia artificial para abarcar todo el suelo durante el proceso de limpieza automática. Detecta paredes, desniveles y escaleras, limpia hasta el borde y retrocede para evitar caer; una vez que ha terminado la limpieza, la aspiradora vuelve automáticamente a su estación de carga. A C T I V I D A D E S 5 Busca información sobre los dispositivos que lleva un robot de exploración marciana.

11 C O N S T R U C C I Ó N D E R O B O T S M ÓV I L E S E N E L AU L A En el taller de Tecnología se pueden construir robots móviles, por ejemplo, que siguen líneas negras o que buscan luces. También se pueden construir máquinas automáticas con sensores, como cintas transportadoras, puertas automáticas o sistemas de alarma. A la hora de construir los robots en el taller, hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones: Estructura de metal con motores y ruedas. LA ESTRUCTURA Y EL ENTORNO La estructura más básica puede constar de una pequeña lámina plana de madera, de plástico o de metal, donde se colocarán los motores con las ruedas, teniendo en cuenta que cada rueda poseerá su propio motor. Deberán emplearse al menos dos ruedas, y colocar una tercera como punto de apoyo que podrá girar libremente. Hay que preparar un entorno adecuado para que el robot realice su función adecuadamente: superficies lisas, curvas poco pronunciadas, nivel de iluminación adecuado, etc., dependiendo de la estructura para la que se diseñe el robot. LA MECÁNICA Cuando se construyen robots móviles, se debe conseguir que se muevan lentamente, para que cuando el sensor correspondiente detecte la variable del entorno, el robot tenga tiempo de reaccionar y realice la acción de control. Si el robot se mueve muy rápido, puede ocurrir que, aunque detecte la variable, no le dé tiempo a reaccionar. Los motores de corriente continua tienen un número de revoluciones por minuto muy alto, y para conseguir que los robots se muevan lentamente, hay que utilizar motores con reductor de velocidad incorporado. En el taller podemos encontrar varios tipos de estos motores. Tipos de motores con reductora incorporada Tensión entre 1,5 y 6 V 266 rpm a 3 V. Tensión entre 1,5 y 4,5 V 414 rpm a 3 V. Tensión entre 1,5 a 6 V 28 rpm a 3 V. Además, si la reducción de velocidad que lleva instalando el motor no es suficiente, siempre se puede conseguir menos velocidad instalando un tren de engranajes reductor o tornillos sin fin y engranajes. Para la transmisión de movimiento a las ruedas del motor se debe evitar utilizar poleas, ya que los robots tienen cierto peso y las poleas podrían patinar. Tornillo sin fin y engranajes para conseguir una mayor reducción de las revoluciones del motor.

12 221 LA ELECTRÓNICA Los robots que se van a construir llevarán un pequeño circuito electrónico como sistema de control, que se podrá montar sobre una placa de circuito impreso. Los robots utilizan los sensores para detectar los cambios que se producen en el entorno y actuar de una manera determinada para realizar la acción de control. En la realización de proyectos se utilizan generalmente los siguientes sensores, debido a su bajo coste y a la facilidad de adquisición: LDR. Detectan variaciones de la intensidad luminosa. NTC. Detectan variaciones de temperatura. Interruptor reed. Detectan variaciones del campo magnético. Sensor de humedad. Localizan zonas secas o húmedas. Sensor de luz infrarroja. Detectan una zona del espectro electromagnético que no percibe el ojo humano. En general, los robots que se van a construir en esta unidad llevan dos sensores, cada uno de los cuales controlará el funcionamiento de cada motor. EL FUNCIONAMIENTO La forma más sencilla de controlar los cambios de dirección en un robot es disponer de dos motores independientes con un sensor para cada motor. De esta manera se pueden hacer cambios de dirección actuando sobre el sentido de giro de los motores. Disposición de motores, ruedas y sensores de infrarrojos CNY70. Sensor izquierdo Sistema de control 1 Rueda Motor izquierdo Sistema de control 2 Motor derecho Sensor derecho Esquema de los componentes básicos de un robot. Rueda CÓMO SE MUEVE UN ROBOT Cuando los dos motores giran hacia delante, el robot avanza. Cuando los dos motores giran hacia atrás, el robot retrocede. Cuando el motor derecho gira hacia delante y el izquierdo hacia atrás, el robot gira a la izquierda. Cuando el motor izquierdo gira hacia delante y el motor derecho hacia atrás, el robot gira a la derecha. A C T I V I D A D E S 6 Busca la ecuación con la que se puede calcular la velocidad de giro en sistemas de transmisión de movimientos por engranajes.

13 P R E S E N T E Y F U T U R O D E L A R O B Ó T I C A w s Mira a tu alrededor Kevin Warwick, jefe del Departamento de Cibernética de la Universidad de Reading, en Inglaterra, se implantó un chip en su sistema nervioso para controlar, a través del pensamiento, un brazo robótico. Fue capaz de controlar desde Nueva York, con su sistema nervioso conectado a internet, el brazo robótico en Inglaterra, y pudo sentir la fuerza que estaba aplicando la mano. Los robots industriales pueden realizar fácilmente y con gran rapidez tareas en las cadenas de montaje, otros pueden hacer cálculos muy complicados a velocidades de vértigo, etc. Pero, hasta el momento, a los robots les resulta muy complicado imitar las actividades más rutinarias que realiza una persona en su vida diaria, como por ejemplo, salir por la mañana de su casa, andar por una acera y cruzar calles evitando los obstáculos, y reconocer a los amigos que nos encontremos por el camino hacia nuestro puesto de trabajo. Las cosas más triviales que realizamos en nuestra vida cotidiana son las que más les cuesta realizar a los robots actuales: andar, saltar, bailar ; en definitiva, el movimiento bípedo con cierta destreza. Los retos que todavía tiene que superar la robótica son: - Hablar y reconocer el lenguaje humano. - Responder a preguntas. - Reconocer a personas por las facciones de la cara. - Controlar el movimiento bípedo. - Tomar decisiones inteligentes. Aunque los robots, de momento, pueden tener ciertas limitaciones en cuanto al comportamiento humano, por otro lado pueden ser mucho más eficaces que nosotros, con sensores que pueden detectar parámetros que nosotros no podemos sentir. De esta manera, los robots pueden detectar desde la radiación infrarroja hasta los rayos X, o pueden identificar perfectamente a una persona por las huellas digitales o por el iris, y además ya han viajado a otros planetas. En pocos años veremos cómo los robots pasarán a formar parte de nuestro hogar y, aunque todavía no tendrán forma humanoide, podrán hacer muchas de las tareas de la casa. Ya tenemos aspiradoras robóticas, robots para cocinar, sistemas de alarma controlados por ordenador, etc. También se está investigando en la inteligencia artificial. Esta intenta imitar mediante programas de ordenador a la inteligencia humana, que incluye características tales como el aprendizaje, la adaptación y el razonamiento. Otro campo en el cual se está investigando es el de la cibernética, que se ocupa de los sistemas de control y de la comunicación entre personas y máquinas. La palabra ciborg se forma a partir de las palabras inglesas Cybernetics organism (organismo cibernético) y se utiliza para designar a un ser vivo que tiene alguna parte de su cuerpo sustituida por prótesis electromecánicas, generalmente con la intención de mejorar las capacidades del organismo utilizando tecnología artificial. En contra de una de las famosas leyes de Asimov que decía que un robot no podrá herir a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daños, los robots también están proliferando en el campo militar con las llamadas armas inteligentes y aviones de reconocimiento sin piloto. A C T I V I D A D E S 7 Busca información sobre otros campos de investigación de la robótica.

14 Algo más sobre Los robots espaciales Los robots espaciales son las naves robóticas no tripuladas, y los vehículos robóticos se posan o se desplazan por la superficie de otros cuerpos del sistema solar. Desde que en 1957 los rusos lanzaran su primer satélite artificial, el Spuknik I, se han colocado en órbita alrededor de la Tierra cientos de satélites y se han enviado muchas sondas para la exploración del sistema solar. LOS INICIOS ESPACIALES Las primeras naves de exploración estaban diseñadas para realizar pasadas cerca de otros planetas, después fueron capaces de situarse en la órbita de algunos planetas, y últimamente se han enviado sondas que han sido capaces de posarse y desplazarse sobre la superficie de diversos cuerpos del sistema solar. Marte es el planeta más explorado del sistema solar. En 1971, la Mariner 9 fue la primera nave espacial que logró colocarse en su órbita. En 1976, el Robots explorador Sojouner. Viking 1 se posó sobre la superficie de Marte. Esta sonda llevaba un brazo robótico para recoger muestras del suelo marciano y analizarlas en un pequeño laboratorio automático para estudiar la existencia de vida en Marte. La nave Mars Pathfinder posó sobre la superficie de Marte el primer vehículo robótico (Sojourner) de exploración en El vehículo tenía seis ruedas, pesaba 11,5 kilogramos y recorrió una distancia de varias decenas de metros sobre la superficie de Marte. Robot sobre la superficie de Marte. ROBOTS MARCIANOS La misión Mars Exploration Rover (MER) situó en la superficie de Marte en enero de 2004 dos robots: Spirit y Opportunity. Los robots, de 1,6 metros de longitud y 174 kilogramos de masa ya llevan tiempo explorando la superficie de Marte. Los robots marcianos están en comunicación continua con la Tierra, pero hay que tener en cuenta que sus señales tardan entre 6 y 41 minutos en viajar entre la Tierra y Marte, dependiendo de la distancia entre ambos planetas, por lo que es preciso cierto grado de autonomía en sus movimientos. LA EXPLORACIÓN EN EL ESPACIO MEDIANTE SONDAS En febrero de 2000, la sonda Near fue la primera en colocarse en órbita alrededor del asteroide 433 Eros, que gira alrededor del Sol entre Marte y la Tierra. La nave permaneció un año orbitando a Eros y realizó un amplio estudio del asteroide, enviando información a nuestro planeta hasta febrero de Finalmente, la sonda se posó suavemente sobre la superficie del asteroide, donde permanece inactiva. La sonda de la NASA Stardust fue lanzada en 1999 y viajó durante siete años por el espacio, recorriendo unos 4600 millones de kilómetros. La sonda sobrevoló el cometa Wild-2 en enero de 2004 a una distancia de 230 kilómetros de su núcleo, capturando partículas del cometa, y regresó a la Tierra el 15 de enero de Sonda espacial Galileo. La nave espacial Galileo fue lanzada en octubre de 1989 y estuvo orbitando alrededor de Júpiter durante varios años. En julio de 1995 liberó una sonda a través de las nubes de Júpiter para estudiar su atmósfera. La nave Cassini está orbitando Saturno desde 2004 y dejó caer la sonda Huygens, que se posó suavemente sobre la superficie del mayor satélite de Saturno, Titán. Para saber más sobre las sondas espaciales, visita el enlace A C T I V I D A D E S 8 Busca información sobre las misiones espaciales que están alcanzando los límites del sistema solar: Pioneer 10 y 11 y Voyager I y II.

15 224 TECNOLOGÍA PASO A PASO w Se va a diseñar y construir un robot que sea capaz de seguir una línea negra. El rastreo de la línea negra se hará mediante dos sensores CNY70. El sensor emite radiación infrarroja que incide sobre una superficie que, dependiendo de su color, reflejará la luz con mayor o menor intensidad. Si la superficie es blanca, se reflejará mayor intensidad de luz que en el caso de ser negra. El robot se colocará de modo que la línea negra quede entre los dos sensores ROBOT RASTREADOR DE LÍNEA NEGRA El robot tendrá dos ruedas motrices independientes, cada una de las cuales estará controlada por un sensor de infrarrojos CNY70 y una rueda loca que girará libremente. Los sensores CNY70 se colocarán en la parte inferior del robot, orientados hacia el suelo y a un par de milímetros del mismo. Cuando ninguno de los dos sensores detecte la línea negra, las dos ruedas avanzarán hacia delante. Cuando uno de los sensores detecte la línea negra, el sensor dejará de recibir el reflejo del rayo infrarrojo y mandará una señal a la rueda de su mismo lado para que invierta el sentido de giro. Una rueda girando hacia delante y otra hacia atrás harán que el robot corrija la trayectoria. El circuito corresponde a un sensor de infrarrojos con el CNY70, al que se le ha acoplado un relé con un conmutador doble que servirá para realizar la inversión de giro del motor. En este circuito solamente se han representado un sensor (S1) y un motor (M1); para construir el circuito completo del robot, hay que construir dos circuitos idénticos al mostrado en esta figura. VAS A NECESITAR Materiales para la estructura: Una rueda loca Dos ruedas pequeñas Tornillos y tuercas Un trozo de alambre Materiales electrónicos: Dos motores con reductora de velocidad Dos detectores-emisores de infrarrojos CNY70 Cuatro transistores BD-138 Dos resistencias de 3,3 kω Dos resistencias de 220 kω Dos potenciómetros de 130 kω Dos relés de 6 V Dos diodos IN4007 Dos condensadores de 100 nf Una placa de circuito impreso Un interruptor Un portapilas de 6 V Cuatro pilas de 1,5 V Cuatro clemas dobles Dos clemas triples - K CNY70 E A C k 3,3 k BD138 M 100 nf Al circuito de alimentación BD138 + C K Cuando se construye el circuito, hay que identificar claramente los terminales del CNY70, tal y como se indica en la imagen: E A

16 A C T I V I D A D E S 9 10 Cuál es la primera máquina automática de la que se tiene noticia? Quién es el ingeniero español que es considerado uno de los precursores de la cibernética? 21 Explica las ventajas que tienen los robots zoomorfos con patas y sin patas. Describe el tipo de movimiento que realiza cada uno y en qué condiciones del entorno son útiles Define con tus propias palabras qué es un robot. De dónde viene la palabra robot? Enumera los principales componentes de un robot. Para qué sirven los sensores internos y externos de los robots? Qué es un robot industrial? Indica cinco aplicaciones de los robots móviles. Explica cómo se puede controlar la dirección de un robot móvil. Completa el siguiente esquema, indicando los principales componentes de la configuración de un robot móvil. 16 Qué es un robot teleoperador? 17 Indica cinco aplicaciones de los robots industriales. 18 Qué significa la palabra domótica? De qué sistemas se valen los robots móviles para sus desplazamientos? Qué es un androide? Qué es la cibernética? Cuáles son los retos que la investigación en robótica tiene pendientes todavía? 27 Busca información sobre la aplicación de robots a las cadenas de montaje. PARA INVESTIGAR 29 Averigua cuáles son las características de las competiciones de los microbots en las pruebas de sumo, de laberinto y rastreadores. 28 Busca información sobre prótesis robóticas que se han implantado en minusválidos. 30 Busca información sobre los sensores que llevan los robots que están explorando Marte. Más actividades en (Tu libro: )

17 226 C O N C E P T O S C L A V E ROBOT Máquina que hace algo en respuesta a su entorno, programable o no programable. ESTRUCTURA Y COMPONENTES DE UN ROBOT La estructura de un robot es el conjunto de elementos mecánicos que dan forma a un robot y soportan los demás elementos que lo componen. Esos componentes son: Sensores. Encargados de recoger la información del entorno y enviarla al sistema de control para su procesamiento. Sistemas de control. Encargados de analizar la información que mandan los sensores y dar las órdenes adecuadas para que los actuadores realicen la acción. Actuadores. Proporcionan el movimiento de las articulaciones del robot. Pinzas y herramientas. Los brazos de los robots llevan en muchos casos una herramienta para realizar su tarea, como unas pinzas, soldadores, sierras, etc. Elementos que suministran energía. Generalmente, suelen ser de suministro de energía eléctrica y, en caso de que utilicen motores de explosión, será necesario disponer de un suministro de gasolina o de gasoil. ROBOTS INDUSTRIALES Para realizar de forma automática determinados procesos de fabricación o manipulación, se construyen dispositivos electromecánicos que sustituyen a la acción humana. Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, con varios grados de libertad, capaz de manipular materiales, herramientas o dispositivos especiales, con trayectorias variables programadas para realizar diversas tareas. ROBOTS MÓVILES Están compuestos por unos sistemas de automoción que les permiten desplazarse: orugas, patas y ruedas. Generalmente, se utilizan para transportar mercancías en cadenas de producción o para acceder a lugares peligrosos o de difícil acceso. CONSTRUCCIÓN DE ROBOTS Cuando se quiere construir un robot en el taller, se deben tener las siguientes consideraciones: La estructura. Sobre ella irán colocados todos los elementos mecánicos y electrónicos. En función de la estructura y de los sistemas de locomoción que se han utilizado, hay que buscar un entorno adecuado. La mecánica. Uno de los elementos más importantes son los motores, encargados de realizar los movimientos de alguno de sus componentes o conseguir su desplazamiento. La electrónica. Los componentes del circuito electrónico se fijan sobre una placa de circuito impreso. Los sensores detectan los cambios producidos en el entorno y actúan de una manera determinada para realizar la acción de control. El funcionamiento. Para controlar todos los cambios de dirección de un robot es necesario disponer de dos motores y un sensor para cada uno.

18 PANELTECNOLÓGICO Trabajan en pareja. Uno localiza las naranjas en el árbol, las cuenta, analiza su tamaño y grado de maduración y le pasa los datos a su compañero para que vaya recogiéndolas con el mayor cuidado. El primero se llama Scout y el segundo Recolector; y son dos nuevos robots que trabajan de recolectores. HUMANIDAD EN LAS TUERCAS Trabajan desde hace décadas en las fábricas, navegan por Marte y realizan las tareas más peligrosas; pero, en el futuro, los robots también servirán para las actividades imaginadas por la ciencia ficción: hacer compañía, realizar las tareas domésticas, cuidar a los enfermos y personas mayores, y entretener a los niños. El retraso se ha debido a la dificultad de disponer de un sistema capaz de leer e interpretar las emociones humanas, y de permitir al robot ir aprendiendo a convivir con las peculiaridades de cada persona. Un proyecto europeo pretende convertir esta idea en realidad. Se desarrolla en la Universidad de Hertfordshire (Reino Unido) bajo la dirección de una investigadora española, y el prototipo pretende parecerse a un animal de compañía, aunque su aspecto es más parecido al de una aspiradora. La idea es programarlo para que reconozca los gestos de pena, alegría, enfado o sorpresa, utilizando un sistema de castigo o premio. Así, cuando su dueño se enfade, el circuito de recompensa le dirá al robot que se ha equivocado, y este irá aprendiendo para mejorar en el futuro. La naranja mecanizada Son los posibles jornaleros del futuro en California, donde la empresa Vision Robotics está desarrollando una nueva generación de robots agrícolas. Su éxito está asegurado, ya que son trabajadores incansables, no presentan problemas de inmigración y resultan alrededor del 50% más baratos que la mano de obra actual. Además, Recolector está provisto de varios brazos mecánicos, por lo que recoge muchas más naranjas. Hasta ahora, la recolección de la fruta era una tarea muy delicada para las máquinas, pero la colaboración de ambos tipos de robot permitirán reproducir con fidelidad la buena mano de un recolector humano. Aunque, según los ingenieros, aún harán falta varios años más de investigación para conseguirlo. Rescate posible Decenas de personas han muerto tratando de llegar a la cumbre del Everest, el monte más alto de nuestro planeta. Un nuevo helicóptero automático, guiado por un sistema de realidad virtual, podría llegar hasta los montañeros con problemas y traerlos de vuelta antes de que el frío acabe con sus vidas. Hasta ahora, los helicópteros convencionales, pilotados, no superaban los 6000 metros de altura; pero este nuevo diseño de helicóptero robotizado, creado por la compañía neozelandesa TGR Helicorp, podrá alcanzar los 9000 metros, es decir, 150 más de los que hacen falta para llegar al punto más elevado de la Tierra. Según lo previsto, la compañía construirá un helipuerto para dos aparatos automáticos en el pueblo nepalí de Namche Bazaar, al sur del Everest, que será operado por un equipo humano de emergencias. El piloto controlará el aparato a distancia, orientado por cámaras y sensores láser y en una cabina de realidad virtual. Los montañeros deberán llevar un dispositivo electrónico para ser localizados, y tendrán que conservar suficientes fuerzas para trepar por la cuerda que les lance el helicóptero de forma automática cuando les encuentre.