Introducción Bienvenidos a la primer clase de robótica, antes de poder comenzar a diseñar nuestro robot, debemos aprender algunas cosas. Puse varios videos e imágenes para que sea mas divertido! Ya se, estas preguntándonte: como voy a poder construir un robot en las olimpiadas de robótica? Durante la etapa en linea de la olimpiada, vas a tener que leer el material y completar los exámenes. Los que rindan bien estas pruebas, pasan a una semifinal departamental, en la cual vas a aplicar todo lo que aprendiste previamente para diseñar y proponer un robot (la consigna se la daremos mas adelante). Esta propuesta va a ser evaluada por personas especializadas en electrónica, informática y mecánica. Si quedas entre los finalistas, la Universidad de La Punta va a brindarte un kit de robótica con el que podrás construir el robot que diseñaste en la semifinal departamental. Comencemos a aprender :) QUÉ ES UN ROBOT? Cuando pensamos en un robot, creemos tener muy claro lo que es, los hemos visto miles de veces en películas y exposiciones. Veamos que dicen las definiciones. Es un dispositivo reprogramable y multifuncional diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos programados - Robot Institute of America, 1979 - Un dispositivo automático que realiza funciones que normalmente se considera son o debieran ser realizadas por humanos - Webster - Un sistema que existe en el mundo físico y que autónomamente sensa su medio ambiente y actúa sobre él - Maja Mataric/USC - Un mecanismo reprogramable con un mínimo de cuatro grados de libertad diseñado para manipular y transportar partes, herramientas o implementar manufactura especializada a través de movimientos programados para la ejecución de la una tarea especifica de manufactura - Asociación Británica de Robotica (BRA) - Manipulador: una maquina la cual tiene similares funciones a aquellas de los miembros superiores
de los humanos, y mueve objetos espacialmente, desde una localización a otra. Robot de grabación (Playback Robot): una manipulador el cual puede ejecutar una operación por lectura de información memorizada de una secuencia de operación, incluyendo posiciones y probable el cual aprendió siendo tomador manualmente a través de rutinas de antemano. Robot inteligente: un robot el cual puede determinar su propio comportamiento/conducta a través de sus funciones de senseo y reconocimiento." -Asociación Japonesa de Robot Industriales (JIRA)- Como ven, la mayoría de las definiciones tienen cosas en común. Los robots son capaces de desarrollar una tarea por si mismos, sin que alguien los controle completamente por control remoto. Son capaces de interactuar con el medio que los rodea y por lo general se necesita de un ser humano para programarlo. Para que se hagan una idea, programar un robot es enseñarles lo que deben hacer para que luego ellos lo hagan sin necesidad de un control remoto. Existen múltiples tipos de robots, cuya complejidad va desde aquellos que se utilizan en tareas industriales de ensambado (ej. fábricas de autos) hasta llegar a los de aspecto humano ( humanoides ). Algunos ejemplos: Robot industrial: Robot humanoide, este es muy famoso, se llama Nao:
Robo-mascotas: Robots que juegan al futbol
Robots capaces de escalar, llevar grandes pesos y mantener el equilibrio: Video: http://www.youtube.com/watch?v=chjjq0znnom Nosotros vamos a aprender lo necesario para diseñar un robot, lo bueno es que todo lo que vamos a ver en este curso se aplica en la construcción de robots como los que vimos arriba.
QUÉ ES ROBÓTICA? Hasta acá hablamos solo de robots, pero estas olimpiadas son de robótica, entonces surge la duda de que es la robótica. Es una disciplina que combina todas aquellas actividades relacionados con el estudio, diseño, construcción, operación y mantención de robots. Es un campo de trabajo que combina diferentes disciplinas como Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Electrónica, Ingeniería Mecánica, Ciencias de la Computación, Matemáticas, Física, Biología, Neurociencias, etc. Disciplinas Relacionadas: - Visión Computacional - Inteligencia Artificial/Computacional - Cibernética (Control + Ciencias de la Información + Biología) - Mecatrónica (Mecánica + Electrónica + Computación)
LOS ROBOTS Y EL TRABAJO Los robots permiten mejorar la calidad de vida de las personas al reemplazarlas en la realización de tareas repetitivas. Algunas personas piensan que los robots quitan trabajo a los humanos. Si bien es cierto que los robots reemplazan a humanos que realizaban el mismo trabajo, por cada robot que realiza una tarea peligrosa o repetitiva, nuevos puestos de trabajo son creados para diseñar, construir, programar y mantener dicho robot. VOS vas a estar preparado para construirlos, programarlos y mantenerlos! SOS EL FUTURO
APLICACIONES DE LOS ROBOTS Dentro de las aplicaciones se puede observar los siguientes usos de los robots: A. Robots Industriales. B. Robots de Servicio. C. Robots de Exploración. D. Otras aplicaciones. A. ROBOTS INDUSTRIALES. Los robots industriales se utilizan para realizar trabajos repetitivos, pesados o peligrosos. En el mundo existen más de 740.000 robots de este tipo, utilizados principalmente en la industria automovilística. Video de robots que construyen autos: http://www.youtube.com/watch?v=vwb6xd8zqem B. ROBOTS DE SERVICIO. Los robots de servicio ayudan a los hombres a realizar distintos tipos de labores. Se estima que en el mundo existen más de 6000 de estas unidades, de los cuales 50% son robots domésticos, el 14% son robots submarinos, el 12% son robots médicos, el 6% son robots de limpieza y el 23% restante corresponde a otro tipo de robots. Robots Médicos Video de un robot que permite realizar intervenciones quirúrgicas http://www.youtube.com/watch?v=nd0m9qggd9w Robots Domésticos y de Limpieza Video de un robot aspiradora Samsung http://www.youtube.com/watch?v=dojtvyojxes Robots de Ayuda a Discapacitados Video de un esqueleto robótico que permite volver a caminar a las personas http://www.youtube.com/watch?v=p9ksrg2aqsi Robots de Vigilancia. Robot para vigilar fincas http://www.youtube.com/watch?v=_j_ahidlcpm C. ROBOTS DE EXPLORACIÓN Permiten explorar lugares inaccesibles para el hombre como por ejemplo otros planetas (ej. Marte), el fondo del mar (ej. Titanic) o la antártica.
Robots Submarinos http://www.youtube.com/watch?v=xa_rwealu-o Robots Espaciales El famoso robot curiosity que esta explorando marte http://www.youtube.com/watch?v=elbuhwivdqq Robots Antárticos Robots en la Antártida capaces de andar en terrenos difíciles http://www.youtube.com/watch?v=jvu9iu5jy2a D. OTROS ROBOTS Hay muchísimos mas robots, pueden buscar videos e imágenes de Robots para Desactivar Minas Robot abastecedor de Gasolina Robots para fumigar Robot limpia aviones Robots de entretenimiento Robots militares Robots que luchan SUMO etc
ESTRUCTURA INTERNA DE UN ROBOT Un robot está formado por: 1. Sistema de control 2. Sensores 3. Efectores y actuadores 4. Sistema de locomoción/manipulación 1. SISTEMA DE CONTROL (SISTEMA NERVIOSO O CEREBRO) La función de este sistema es controlar las acciones que ejecuta el robot de tal forma que pueda cumplir con la tarea que le ha sido asignada y tomando en consideración la información del medio ambiente. Este sistema de control viene a ser como el sistema nervioso del robot o el cerebro, el cual puede variar en complejidad, de igual forma como varía la complejidad del sistema nervioso y cerebro de los diferentes animales (humano v/s insecto). Las acciones a desarrollar por un robot son decididas a partir de la información que éste capta del medio ambiente, pero considerando el estado interno (mental) del mismo y la tarea a realizar. 2. SENSORES (SENTIDOS) Los sensores son dispositivos físicos que miden cantidades físicas. El objetivo de los sensores es permitir que los robots puedan recibir y percibir información desde el mundo que los rodea. Su función es similar a la de nuestros sentidos. Los robots tienen sensores que les permiten ver, oir, captar la cantidad de luz, tocar, sentir calor/frio, detectar inclinaciones en el terreno, y muchos mas! Vamos a ver varios sensores en un módulo mas adelante. 3. EFECTORES Y ACTUADORES (BRAZOS, MANOS PIERNAS) Un efector corresponde a cualquier dispositivo que afecte o modifique al medio ambiente. Ejemplos de efectores robóticos son piernas, ruedas, brazos, dedos y pinzas. Un efector robótico esta siempre bajo el control del robot. Un actuador corresponde a cualquier mecanismo que permita al efector ejecutar una acción. Ejemplos de actuadores robóticos son motores eléctricos (servomotores, de paso, de corriente continua, etc.), cilindros neumáticos y cilindros hidráulicos. 4. SISTEMA DE LOCOMOCIÓN/MANIPULACIÓN Los robots pueden tener un sistema de: a) locomoción y/o de b) manipulación.
El sistema de locomoción permite que el robot se mueva. El sistema de manipulación permite que el robot pueda mover o alcanzar objetos que estén cerca de él. En base a estas características los robots se dividen en robots móviles y manipuladores robóticos. Robot manipulador: Robot móvil: a) Locomoción Los tipos de efectores que pueden ser utilizados son: - Piernas/patas (para caminar, gatear, trepar, saltar, rebotar) - Ruedas (para rodar) - Brazos (para trepar, gatear, colgar) - Aletas (para nadar) A pesar de que la mayor parte de los animales utiliza piernas para desplazarse, la locomoción en base a piernas es mucho más complicada que la en base a ruedas. Esto principalmente debido a problemas de
estabilidad. Desde el punto de vista de gasto de energía es más eficiente el utilizar ruedas para desplazarse. Esto dado que al desplazarse utilizando piernas siempre se debe levantar parte del cuerpo del robot para mover una pierna. Por otra parte al utilizar piernas se posee la capacidad de caminar por diferentes tipos de terrenos (este es le motivo por el cual los animales poseen piernas y no ruedas). b) Manipulación El objetivo de un manipulador robótico es mover parte de su cuerpo de tal forma que uno de sus efectores (ej. mano, dedo, pinza) alcance una posición y una orientación dada en el espacio. Esto con el objetivo de tomar o tocar algún objeto. Los manipuladores robóticos más comunes son los brazos robóticos.