UNIVERSIDAD NACINONAL DE EDUCACIÓN “Enrique Guzmán Y Valle”
La Cantuta “Alma Máter del Magisterio Nacional”
FACULTAD DE EDUACIÓN INICIAL
ASIGNATURA: INFORMATICA PROFESORA: CALDERON YAMILE K. LIVIA SECCIÓN: I-2 INTEGRANTES:
1) GÁLVEZ MORALES, Maribel 2) GUERRA ROMERO, Lizbeth 3) GUERRRO HIDALGO, Karina 4) IZQUIERDO ORTEGA, Mayra 5) LIRA FABIÁN, Ana Rosa
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado con el afecto afecto más más profundo profundo a todas las profesoras que día a día entregan su tiempo para el cuidado de sus Alumnos.
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DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado con el afecto afecto más más profundo profundo a todas las profesoras que día a día entregan su tiempo para el cuidado de sus Alumnos.
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La Robótica Dedicatoria Sumario Introducción Capítulo I 1.1 Historia De La Robótica 1.2 Automatización de la robótica Capítulo II 2. Clasificación De Los Robots 2.1
Por su arquitectura
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Por nivel de inteligencia
Capítulo III 3. Robots 3.1Aplicación de la robótica 3.2Robots nucleares Capítulo I V 4. La Industria Capitulo V 5. El mercado de la robótica y las perspectivas futuras Conclusiones
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INTRODUCCIÓN
Hay muchos trabajos que las personas no les gusta hacer, sea ya por ser aburrido o bien peligroso, siempre se va a tratar de evitar para no hacerlo. La solución más práctica era obligar a alguien para que hiciera el trabajo, esto se le llama esclavitud y se usaba prácticamente en todo el mundo bajo la política de que el fuerte y el poder dominan al débil. Ahora los robots son ideales para trabajos que requieren movimientos repetitivos y precisos. Una ventaja para las empresas es que los humanos necesitan descansos, salarios, comida, dormir, y una área segura para trabajar, los robots no. La fatiga y aburrimiento de los humanos afectan directamente a la producción de una compañía, los robots nunca se aburren por lo tanto su trabajo va a ser el mismo desde que abra la compañía a las 8:00 AM hasta las 6:00PM. El noventa por ciento de robots trabajan en fábricas, y más de la mitad hacen automóviles. Las compañías de carros son tan altamente automatizadas que la mayoría de los humanos supervisan o mantienen los robots y otras máquinas. Otro tipo de trabajo para un robot es barajar, dividir, hacer, etc. en fábricas de comidas. Por ejemplo, en una fábrica de chocolates los robots arman las cajas de chocolates. ¿Cómo lo hacen? Son guiados por un sistema de visión, un brazo robótico que localiza cada pieza de chocolate y de forma gentil sin dañar al producto lo separa y divide
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HISTORIA DE LA ROBOTICA
La palabra Robot proviene de la palabra checa "robota" que significa "servidumbre" o "labor forzada". La utilizó el novelista checo Karel Capek en su libro "RUR Rossum's Universal Robots" 1921. La palabra Robótica también proviene de la ciencia ficción, y apareció por primera vez en el libro "Yo, Robot" del matemático y novelista Isaac Asimov en el año de 1942. Issac Asimov también introdujo la idea de el "cerebro positronico" (positronic brain), utilizado en la serie "Viaje a las Estrellas ( Star Trek ) en el caracter "Data". Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes del cuerpo humano. 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. 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. La revolución industrial impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos, entre los cuales se destacaron el torno mecánico motorizado de Babbitt (1892) y el mecanismo programable para pintar con spray de Pollard y Roselund (1939). Además de esto 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 propósito específico: la diversión. En 1805, Henri Maillardert construyó 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
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escribir 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. La palabra robot se empleó por primera vez en 1920 en una obra de teatro llamada "R.U.R." o "Los Robots Universales de Rossum" escrita por el dramaturgo checo Karel Capek. La trama era sencilla: el hombre fabrica un robot luego el robot mata al hombre. Muchas películas han seguido mostrando a los robots como máquinas dañinas y amenazadoras. La palabra checa 'Robota' significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al ingles se convirtió en el término robot. Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac 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. Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son: 1.- Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños. 2.- Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley. 3.- 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. Inicialmente, se definía un robot como un manipulador reprogramable y multifuncional diseñado para trasladar materiales, piezas, herramientas o
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aparatos a través de una serie de movimientos programados para llevar a cabo una variedad de tareas. 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. Las primeras patentes aparecieron en 1946 con los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen las primeras computadoras: J. Presper Eckert y John Maulchy construyeron el ENAC en la Universidad de Pensilvania y la primera máquina digital de propósito general se desarrolla en el MIT. En 1954, Devol diseña el primer robot programable y acuña el termino "autómata universal", que posteriormente recorta a Unimation. Así llamaría Engleberger a la primera compañía de robótica. La comercialización de robots comenzaría en 1959, con el primer modelo de la Planet Corporation que estaba controlado por interruptores de fin de carrera. En 1964 se abren laboratorios de investigación en inteligencia artificial en el MIT, el SRI (Stanford Research Institute) y en la universidad de Edimburgo. Poco después los japoneses que anteriormente importaban su tecnología robótica, se sitúan como pioneros del mercado. Otros desarrollos Importantes en la historia de la robótica fueron: · En 1960 se introdujo el primer robot "Unimate'', basada en la transferencia de artículos. Programada de Devol. Utilizan los principios de control
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numérico para el control de manipulador y era un robot de transmisión hidráulica. · En 1961 Un robot Unimate se instaló en la Ford Motors Company para atender una máquina de fundición de troquel. · En 1966 Trallfa, una firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura por pulverización. En 1971 El "Standford Arm'', un pequeño brazo de robot de accionamiento eléctrico, se desarrolló en la Standford University. · En 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. En 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. · En 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. Actualmente, el concepto de robótica ha evolucionado hacia los sistemas móviles autónomos, que son aquellos que son capaces de desenvolverse por sí mismos en entornos desconocidos y parcialmente cambiantes sin necesidad de supervisión. El primer robot móvil de la historia, pese a sus muy limitadas capacidades,
fue
ELSIE
(Electro-Light-Sensitive
Internal-External),
construido en Inglaterra en 1953. ELSIE se limitaba a seguir una fuente de
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luz utilizando un sistema mecánico realimentado sin incorporar inteligencia adicional. En 1968, apareció SHACKEY del SRI (standford Research Institute), que estaba provisto de una diversidad de sensores así como una cámara de visión y sensores táctiles y podía desplazarse por el suelo. El proceso se llevaba en dos computadores conectados por radio, uno a bordo encargado de controlar los motores y otro remoto para el procesamiento de imágenes. En los setenta, la NASA inicio un programa de cooperación con el Jet Propulsión Laboratory para desarrollar plataformas capaces de explorar terrenos hostiles. El primer fruto de esta alianza seria el MARS-ROVER, que estaba equipado con un brazo mecánico tipo STANFORD, un dispositivo telemétrico láser, cámaras estéreo y sensores de proximidad.
En los ochenta aparece el CART del SRI que trabaja con procesado de imagen estéreo, más una cámara adicional acoplada en su parte superior. También en la década de los ochenta, el CMU-ROVER de la Universidad Carnegie Mellon incorporaba por primera vez una rueda timón, lo que permite cualquier posición y orientación del plano.
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En la actualidad, la robótica se debate entre modelos sumamente ambiciosos, como es el caso del IT, diseñado para expresar emociones, el COG, también conocido como el robot de cuatro sentidos, el famoso SOUJOURNER o el LUNAR ROVER, vehículo de turismo con control remotos, y otros mucho mas específicos como el CYPHER, un helicóptero robot de uso militar, el guardia de trafico japonés ANZEN TARO o los robots mascotas de Sony. En el campo de los robots antropomorfos (androides) se debe mencionar el P3 de Honda que mide 1.60m, pesa 130 Kg y es capaz de subir y bajar escaleras, abrir puertas, pulsar interruptores y empujar vehículos. En general la historia de la robótica la podemos clasificar en cinco generaciones (división hecha por Michael Cancel, director del Centro de Aplicaciones Robóticas de Science Application Inc. En 1984). Las dos primeras, ya alcanzadas en los ochenta, incluían la gestión de tareas repetitivas con autonomía muy limitada. La tercera generación incluiría visión artificial, en lo cual se ha avanzado mucho en los ochenta y noventas. La cuarta incluye movilidad avanzada en exteriores e interiores y la quinta
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entraría en el dominio de la inteligencia artificial en lo cual se esta trabajando actualmente. "Un manipulador reprogramable, multifuncional, diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados, a traves de varios movimientos programados para la realización de una variedad de tareas". El primer robot, según de la época moderna fue creado por Grey Walters, en la década de los 40, 1942. Y lo llamó "Elsie la Tortuga" (Machina speculatrix). Posteriormente el Instituto de Investigación de la Universidad de Stanford, en California en 1960 desarrolló a "Shakey" que era una caja inestable con ruedas, que utilizaba memoria y razonamiento lógico para resolver problemas y navegar en su entorno. El primer robot industrial moderno fue seguramente "Unimates" creado por George Devol y Joe Engleberger entre 1950 y 1960. Engelberger inició la primera compañia robótica, llamada "Unimation" y por ello fue llamada "padre de la robótica". 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. Las primeras patentes aparecieron en 1946 con los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen las primeras computadoras.En 1954, Devol diseña el primer robot programable.
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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 computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (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. En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. La Fig. 3.1 refleja el hecho de que 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. Como se ha observado la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el
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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 : 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. 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.
CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS
Actualmente hay varias formas de clasificar a los robots, pero nosotros vamos a analizar a los robots según las siguientes características:
POR SU ARQUITECTURA
ANDROIDES Los androides son robots que se asemejan y actúan como los seres humanos. Actualmente, los androides reales solo existen en la imaginación y en las películas de ficción.
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MÓVILES Los robots móviles están provistos de patas, ruedas que los capacitan para desplazarse de acuerdo su programación. Elaboran la información que reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan en investigación. ZOOMÓRFICOS Robots caracterizados principalmente por su sistema de locomoción que imita a diversos seres vivos. Los androides pueden ser considerados robots zoomórficos. MÉDICOS Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando. Con ellos se logra suplir las extremidades o incluso órganos de los seres humanos. INDUSTRIALES Los robots industriales son artilugios mecánicos y electrónicos destinados a realizar de forma automática determinados procesos de fabricación o manipulación OTROS Teleoperadores: pueden clasificarse o no como robots. Se controlan remotamente por un operador humano. Son muy sofisticados y se utilizan en desactivación de bombas. Híbridos: corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura es una combinación de las anteriores.
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POR NIVEL DE INTELIGENCIA
Podemos clasificar a los robots dentro de 6 clases según su nivel de inteligencia. 1.- Dispositivos de manejo manual, controlados por una persona. 2.- Robots de secuencia arreglada. 3.- Robots de secuencia variable, donde un operador puede modificar la secuencia fácilmente. 4.- Robots regeneradores, donde el operador humano conduce el robot a través de la tarea. 5.- Robots de control numérico, donde el operador alimenta la programación del movimiento, hasta que se enseñe manualmente la tarea. 6.- Robots inteligentes, los cuales pueden entender e interactuar con cambios en el medio ambiente.
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ROBOTS.
Los robots son dispositivos compuestos de sensores que reciben datos de entrada y que pueden estar conectados a la computadora. Esta, al recibir la información de entrada, ordena al robot que efectúe una determinada acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores que reciben el input de los sensores y que estos microprocesadores ordenen al robot la ejecución de las acciones para las cuales está concebido. En este último caso, el propio robot es a su vez una computadora. Robot industrial: Nace de la unión de una estructura mecánica articulada y de un sistema electrónico de control en el que se integra una computadora. Esto permite la programación y control de los movimientos a efectuar por el robot y la memorización de las diversas secuencias de trabajo, por lo que le da al robot una gran flexibilidad y posibilita su adaptación a muy diversas tareas y medios de trabajo. Un robot industrial es, por su propia naturaleza, un nuevo tipo de maquinaria que proporciona una flexibilidad doble: a) Flexibilidad mecánica, proporcionada por estar constituido por un sistema mecánico articulado que puede variar la posición de su extremo libre en el espacio, adoptando además una orientación espacial deseada. b) Flexibilidad de programación, debida a que su configuración espacial está controlada por un computador , y por lo tanto puede ser cambiada fácilmente con solo cambiar el programa.
La movilidad del manipulador es el resultado de una serie de movimientos elementales, independientes entre sí, denominados grados de libertad del robot.
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Los beneficios que se obtienen al implementar un robot de este tipo son: - Reducción de la labor. - Incremento de utilización de las máquinas. - Flexibilidad productiva. - Mejoramiento de la calidad. - Disminución de pasos en el proceso de producción. - Mejoramiento de las condiciones de trabajo, reducción de riesgos personales. - Mayor productividad. - Ahorro de materia prima y energía. - Flexibilidad total.
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APLICACIÓN DE LA ROBÓTICA
Las aplicaciones de la robótica examinadas anteriormente responden a los sectores que, como el del automóvil o el de la manufactura, han sido desde hace 30 años usuarios habituales de los robots industriales. Este uso extensivo de los robots en los citados se ha visto propiciado por la buena adaptación del robot industrial a las tareas repetitivas en entornos estructurados. De este modo, la competitividad del robot frente a otras soluciones de automatización se justifica por su rápida adaptación a series cortas, sus buenas características de precisión y rapidez, y por su posible reutilización con costes inferiores a los de otros sistemas. Sin embargo, existen otros sectores donde no es preciso conseguir elevada productividad, en los que las tareas a realizar no son repetitivas, y no existe un conocimiento detallado del entorno. Entre estos sectores podría citarse la industria nuclear, la construcción, la medicina o el uso domestico. En ninguno de ellos existe la posibilidad de sistematizar y clasificar las posibles aplicaciones, pues estas responden a soluciones aisladas a problemas concretos. Este tipo de robots ha venido a llamarse robots de servicio y pueden ser definidos como: Un dispositivo electromecánico, móvil o estacionario, con uno o más brazos mecánicos, capaces de acciones independientes. Estos robots están siendo aplicados en sectores como:
Agricultura y silvicultura.
Ayuda a discapacitados.
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Construcción.
Domésticos.
Entornos peligrosos.
Espacio.
Medicina y salud.
Minería.
Submarino.
Vigilancia y seguridad.
En general, la aplicación de la robótica a estos sectores se caracteriza por la falta de estructuración tanto del entorno como de la tarea a realizar, y la menor importancia de criterios de rentabilidad económica frente a la de realizar tareas en entornos peligrosos o en los que no es posible el acceso de las personas. Estas características obligan a que los robots de servicio cuenten con un mayor grado de inteligencia, puesto que se traduce en el empleo de sensores y del software adecuado para la toma rápida de decisiones. Puesto que en muchas ocasiones el estado actual de la inteligencia artificial (disciplina que aborda esta problemática) no esta lo suficientemente desarrollado como para resolver las situaciones planteadas a los robots de servicio, es frecuente que estos cuenten con un mando remoto, siendo en muchas ocasiones robots teleoperados. Centros de investigación en robótica, como la universidad de CarnegieMellon o el jet propulsión laboratory (JPL) en Estados Unidos, han orientado desde hace tiempo buena parte de sus esfuerzos de investigación en robótica en esta línea, desarrollando robots especializados, capacitados para trabajar en el exterior, en entornos no estructurados y peligrosos (superficie de planetas, volcanes, desastres nucleares, etc.).
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AEROBOTS. Muchos de estos sistemas responden en buena medida a los conceptos de tele manipulador o robot teleoperado, para dar una idea de las posibilidades de la robótica en estos sectores, se comentaran algunas aplicaciones concretas en las que el robot ha aportado mejoras y beneficios al proceso primitivo. INDUSTRIA NUCLEAR. Por sus especiales características, el sector nuclear es uno de los más susceptibles de utilizar robots de diseño especifico. Entre las diversas aplicaciones se han escogido aquí, por su especial relevancia, las relativas a las operaciones de mantenimiento en zonas contaminadas y de manipulación de residuos. Inspección de los tubos del generador de vapor en un reactor nuclear. Las operaciones de inspección y mantenimiento de las zonas mas contaminadas de una central nuclear de producción de energía eléctrica son por su naturaleza largas y costosas. De realizarlas manualmente, el tiempo de exposición de los operadores a la radiación es un factor crítico que, junto con el elevado coste que supone una interrupción temporal del funcionamiento del sistema en cuestión, justifica sin lugar a dudas la utilización de sistemas robotizados, normalmente teleoperador, total o parcialmente, que sustituyan al operador. En el generador de vapor se produce el intercambio de calor entre el fluido primario y secundario. Para ello, dentro de la vasija del generador, se encuentran dispuestas en forma matricial los tubos por los que circula el fluido receptor del calor.
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El inevitable desgaste de estos tubos obliga a realizar periódicamente labores de inspección, para que en el caso de que alguno se encuentre dañado inutilizarlo, poniendo en funcionamiento alguno de los tubos de reserva que a tal fin se han dispuesto en el generador. Para realizar esta labor de manera automática puede utilizarse un robot de desarrollo especifico que, introducido en la vasija, posicione una sonda de inspección en la boca de cada tubo. Esta, empujada por el interior del tubo, proporcionara información sobre el estado mismo. Es preciso considerar que el robot se introduce en la vasija mediante un sistema mecánico que, junto con los posibles errores en la disposición matricial de los tubos, obliga a que el robot trabaje, bien con ayuda de tele operación, o bien con sistemas sensoriales externos como visión láser, que proporcionen la posición real relativa entre el extremo del robot y los tubos.
ROBOTS NUCLEARES
Manipulación de residuos radioactivos. La industria nuclear genera una cantidad considerable de residuos radioactivos de baja contaminación (vestimentas, envases de plástico, papel, etc.) o de alta contaminación (restos de las células del reactor, materiales en contacto directo prolongado con las zonas radioactivas, etc.). La forma tamaño y peso de estos desechos es variable y su manipulación tiene por objeto final su envase de contenedores especiales, que son posteriormente transportados y almacenados (lo que origina una nueva problemática). Para manipular remotamente estos residuos se hace uso tanto de manipuladores con unión mecánica y seguimiento directo del proceso por parte del operador a través de un cristal (en caso de baja contaminación),
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como con sistemas con mando remoto por radio o cable en el caso de contaminación elevada. Estos manipuladores permiten la flexibilidad necesaria para manipular elementos de peso variable y forma no definida. Además, es preciso considerara la importancia que tiene la optimización del espacio ocupado por los residuos en su almacenamiento, por lo que antes de su envasado en los contenedores puede ser preciso fragmentarlos. Medicina. De entre la s varias aplicaciones de la robótica a la medicina destaca la cirugía. Las primeras aplicaciones de la robótica a la cirugía del cerebro datan del año 1982. En esta fecha se comenzó en Memorial Medical Center de Long Beach (California) un programa cuyo objetivo consistía en utilizar un robot comercial (Puma 260) para realizar determinadas operaciones de neurocirugía. Desde entonces se han puesto a punto varios sistemas que, con ayuda de un scanner, un ordenador registre toda la información necesaria del cerebro para que el equipo medico decida el punto exacto donde debe ser realizada la incisión, donde penetrara la sonda para obtener una muestra para realizar una biopsia. El robot, que se encuentra perfectamente situado con respecto al paciente, porta en su extremo los instrumentos necesarios para realizar la incisión, tomar la muestra, etc. La utilización de un robot conectado al ordenador permite que tanto la incisión como la toma de la muestra se realicen con la máxima precisión y en un tiempo notablemente inferior al que se consumiría en caso de emplear el sistema habitual. Además, se descarga al cirujano de la mecánica de ciertas tareas como el correcto posicionamiento de los instrumentos de cirugía con respecto al cráneo del paciente, permitiendo una mayor concentración en el seguimiento y control de la operación. También, otro posible beneficio de la aplicación de la robótica a la cirugía se encuentra en el tele diagnostico y la
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tele cirugía. Esta ultima consiste en la operación remota de un paciente mediante un tele manipulador. TELEPRESENCIA. En julio de 1993 un robot SCARA en Milán (Italia) realizo sobre el hígado de un cerdo una biopsia y una incisión para introducir un laparoscopio. El robot estaba siendo teleoperado en tiempo real desde 14000km de distancia en el Jet Propulsión Lab. De Pasadena, California. Las ordenes del cirujano y al información procedente de la sala de operaciones eran intercambiadas a través de 2 satélites de comunicaciones y redes de fibra óptica. Esta primera experiencia en operación remota permite asegurar que este tipo de intervenciones sobre pacientes humanos podrá ser una realidad en un futuro próximo. Su justificación puede encontrarse en el tratamiento de pacientes situados en localizaciones difícilmente alcanzables (espacio, plataformas submarinas, minería, etc.). No obstante hay que considerar que aun existen importantes dificultades técnicas, como es el retraso en las comunicaciones y el elevado coste. Construcción. El sector de la construcción es, en la mayoría de los países industrializados, uno de los que moviliza mayor numero de recursos económicos y humanos. No es pues de extrañar que desde hace algo mas de una década se estén desarrollando gran numero de sistemas robotizados, orientados a automatizar en lo posible algunas de las múltiples labores que entran a formar parte delos procesos constructivos. En este tipo de aplicaciones de la robótica, como en otros muchos, es Japón el país que cuenta con mayor numero de sistemas en funcionamiento. En algunos casos se trata de robots parcialmente teleoperados, construidos
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a partir de maquinaria convencional (grúas, excavadoras, etc.). En otros es maquinaria específicamente construida para resolver un proceso concreto. Si se analizan las condiciones existentes para la robotización de la construcción se llega entre otras a las siguientes conclusiones: Las condiciones de trabajo son complejas. Los robots deben tener capacidad de locomoción y cierto grado de inteligencia. Deben manejar piezas pesadas y de grandes dimensiones. Las operaciones a realizar son complejas, variadas y poco repetitivas. Los robots deben ser fácilmente transportables a la obra. Con estos condicionantes, las posibles tareas robotizables dentro de la construcción de edificios (comerciales, industriales o residenciales) podrían agruparse en: Operaciones de colocación de elementos. Construcción mediante colocación repetitiva de estructuras básicas (ladrillos, Bloques, etc.). Posicionamiento de piezas, normalmente grandes y pesadas (vigas, etc.). Unión de diferentes piezas que componen una estructura (soldadura, remaches, etc.). Sellado de las uniones entre diferentes piezas. Operaciones de tratamiento de superficies. ACABADO DE SUPERFICIES (pulido, etc.). Recubrimiento de superficies con pintura, barniz, etc. Extensión de material sobre la superficie (cemento, espuma aislante, etc.).
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Operaciones de rellenado. Vertido de cemento u hormigon en encofrados. Excavación para la preparación de terrenos y movimiento de tierras. Rellenado con tierra de volúmenes vacíos. Otras. Fuera de la construcción de edificios, cabrían destacar las realizaciones de robots para la construcción de túneles, carreteras (asfaltado), inspección de estructuras en puentes o muros de edificios difícilmente accesibles, etc. La tabla recoge alguna de las realizaciones más conocidas en esta área. Como se puede observar, destacan los desarrollos japoneses. No obstante, debe indicarse que, como en muchas otras ocasiones, los robots japoneses son, en su mayoría, teleoperados total o parcialmente, mientras que en Europa y EU existe una mayor tendencia al desarrollo de sistemas con un mayor grado de autonomía.
LA INDUSTRIA
El diseño e implementación de procesos cada vez más automatizados, es lo que ha permitido a la industria automotriz fabricar cantidades inimaginables de autos por año a precios competitivos, sin descuidar su calidad y seguridad. Actualmente resulta difícil que alguno de los sectores de nuestra vida diaria, de la economía o de la técnica, pueda prescindir del uso de los plásticos. Sólo basta con mirar a nuestro alrededor y analizar cuántos objetos son de plástico, para visualizar la importancia de este material que, por supuesto, se refleja en los índices de crecimiento que ha desarrollado en las últimas décadas.
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Actualmente, la industria automotriz, una de las más importantes a nivel mundial económicamente hablando y muy competida por marcas de diferentes países, está utilizando cada vez más el plástico para la fabricación de sus componentes. El rápido crecimiento de la industria plástica ha beneficiado grandemente a estas compañías, de manera que han podido diversificar el diseño de sus piezas sin tener que limitar su funcionalidad.
En la actualidad, los robots ofrecen ventajas en las líneas de producción, ya que mantienen una constante comunicación con dispositivos que están a su alrededor, y permiten llevar un monitoreo constante de lo que hace el robot las 24 horas del día, lo que los vuelve altamente seguros y confiables. Algunos pueden detectar errores del mismo robot o de otros dispositivos, frenando las líneas de producción en caso de problemas. Además, presentan una gran versatilidad, pues cada robot puede tener diversas aplicaciones dentro de una misma línea de producción, como palletizar partes, ensamblar las mismas, pintar, hacer monitoreos con fines de calidad, colocar etiquetas en algunas piezas, prácticamente sin la intervención de la mano de obra humana.
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Las velocidades que actualmente desarrollan los robots son impresionantes, pueden trabajar en un ciclo completo en menos de tres segundos, hablando de piezas de pared delgada, o si tenemos un proceso de decoración de piezas como un tablero de automóvil donde es necesario un sistema IML (etiquetado dentro del molde) podemos lograr todo el ciclo en menos de 30 segundos, y lo mejor de todo es que como resultado se obtiene una pieza completamente terminada, evitando la necesidad de trabajos adicionales y duplicidad de almacenes. También existen robots con sistemas de visión que pueden detectar si la pieza cumple o no con las características necesarias, simplificando enormemente el proceso de calidad.
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
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para muestras para ser examinadas, calor , flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones espectromáticas. MANIPULADORES CINEMATICOS La tecnología 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. 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. 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 las 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.
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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. 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,
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tierra y otros elementos las cuales eran analizadas en el laboratorio que fue acondicionado en el interior del robot. Por supuesto también contaba con un equipo muy sofisticado de cámaras de vídeo. EN EL HOGAR La aplicación más antigua es en el hogar. Los electrodomésticos, como hoy los conocemos, forman parte del mundo de la robótica, y aunque parezca increíble, éstos son robots domésticos. No se requiere de una gran programación previa, ni de mecanismos súper complejos para poder caracterizar a un robot doméstico, puesto que este es su fin: facilitar las labores domésticos, y por consiguiente ocupar el menor espacio posible para poder realizar las tareas. Uno de los primeros robots domésticos fue la estufa, ya sea de leña o de gas; le siguen el refrigerador, el lava trastes, el horno de microondas, el horno eléctrico y así muchos más electrodomésticos que pasan desapercibidos por la mayoría de nosotros, y no nos damos cuenta de que también son considerados como robots, robots electrodomésticos. Para el Entretenimiento La robótica ha invadido la mayoría de nuestras actividades cotidianas, muestra de ello, es la robótica en los medios de esparcimiento, y como ejemplo podemos citar al fabuloso parque de diversiones Disneylandia. En este parque de diversiones se pueden encontrar una gran variedad de aplicaciones de la robótica, desde pájaros cantores, elefantes en movimiento, cocodrilos, osos, hasta simuladores de vuelo, androides, submarinos, etc. Como se puede ver, la robótica puede ser utilizada en casi cualquier actividad que el ser humano realice, y puede ser de gran utilidad.
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Nos damos cuenta de que la robótica empieza a ser parte de nuestras vidas cotidianas, así como lo empezaron algunas de las actividades que actualmente realizamos todos los días.
EL MERCADO DE LA ROBOTICA 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
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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, de Rossum.
Robots Universales
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. 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
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no son las óptimas para este (minas, plantas nucleares, el fondo del mar; etc.), en trabajos muy repetitivos y en innumerables 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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CONCLUSIÓN
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.
El principal objetivo del presente proyecto, es el de dar un vistazo
al mundo de la robótica. No se muestra información ficticia, solamente se tiene un breve resumen del mundo de la robótica; todas las fuentes de información se pueden encontrar al final del documento en el apartado de Bibliografía, ahí se muestran las referencias bibliográficas y algunas direcciones de Internet en donde se basó para generar este documento.
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 ó 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 fué 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 creó el primer hombre y la primer mujer con barro y animados con el fuego de los cielos. De esta
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