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Robótica

Enviado por bschosinsky



Indice
1. Introducción
2. Marco Teórico

4. Bibliografía

1. Introducción
A través del tiempo, el hombre ha buscado nuevas formas de mejorar sus procesos productivos A partir de la segunda mitad del siglo XX se desarrolla tecnología que permite automatizar estos procesos. Surgen conceptos como robots e inteligencia artificial. Pero, ¿qué significan estos términos? La primera impresión que se nos viene a la mente es autómata, automatización, es decir robot, o bien palabras asociadas a ésta como lo es robótica.

Los robots llevan más de 40 años de estar presentes en los procesos industriales del ser humano; los primeros robots verdaderos se dieron a conocer a finales de los años 50 y principios de los 60, esto gracias a un nuevo desarrollo de tecnología, es decir la invención de los transistores y los circuitos integrados.

Hay varios tipos de robots. Siempre cuando uno piensa en el futuro se imagina una nueva tecnología mucho más sofisticada. La gran variedad que hay de diferentes tipos y funciones programadas de un robot es impresionante. Existen robots de uso doméstico, otros para ayuda médica, otros para labores peligrosas, y bien los robots de la industria. Pero los llamados Androides, es decir robots que semejan características humanas están muy lejos de ser una realidad en nuestro mundo.

En este proyecto se da un enfoque introductorio acerca de la robótica, aplicaciones y consecuencias de su uso. Se indicarán las perspectivas laborales que tiene la robótica con función del ser humano, cuál es su funcionamiento en conjunto con las personas para así obtener un trabajo más rápido y mejor elaborado, en vista de que la relación de humano-robot es un hecho cotidiano en estos las industrias modernas.

2. Marco Teórico
Definición
Existen muchas formas de definir el término robot, podemos utilizar la definición de 1979 del Robot Institute of America, que dice:
Es un manipulador reprogramable y multifuncional diseñado para mover material, partes, herramientas o bien dispositivos especializados para desempeñar una variedad de labores a través de movimientos diversos programados.
Obviamente esta definición es bastante rígida e insípida; de una forma más personal se puede decir que un robot es un dispositivo que permite realizar labores mecánicas normalmente asociadas con los humanos de una manera mucho más eficiente, y sin necesidad de poner en riesgo la vida humana.

Historia

La palabra robot, no es un término acuñado recientemente, el origen etimológico de esta palabra proviene del término checo "Robota" es decir trabajo forzado y su uso se remonta a la obra teatral (PLAY) de 1921 del checo Karel Capek titulada R.U.R., Robots Universales de Rossum (Fig. 1). En esta obra Capek habla de la deshumanización del hombre en un medio tecnológico; a diferencia de los robots actuales estos no eran de origen mecánico, sino más bien creados a través de medios químicos.

Figura de la obra R.U.R.

Figura 1

Pero no fue sino hasta 1942 que el término robótica, es decir el estudio y uso de robots, se utiliza por primera vez por el escritor y científico ruso-americano Isaac Asimov en una pequeña historia titulada Runaround.

Ahora surge la pregunta: a partir de cuándo nacen los robots tal y como los conocemos hoy en día? Hacia finales de la década de los 50 y principios de los 60 salen a la luz pública los primeros robots industriales conocidos como Unimates diseñados por George Devol y Joe Engelberger, este último creó Unimation y fue el primero en mercadear estas máquinas, con lo cual se ganó el título de "Padre de la Robótica".

Ya en la década de los 80 los brazos industriales modernos incrementaron su capacidad y desempeño a través de microcontroladores y lenguajes de programación más avanzados. Estos avances se lograron gracias a las grandes inversiones de las empresas automovilísticas.

Tipos de Robot

Los robots tal y cómo se nos presentan en las películas, es decir aquellos similares a los seres humanos, conocidos como Androides, se encuentran en un futuro muy lejano. A pesar de eso los robots actuales son máquinas muy sofisticadas que realizan labores productivas especializadas, revolucionando el ambiente laboral. La gran mayoría de los robots actuales son manipuladores industriales es decir "brazos" y "manos" controlados por computadora siendo muy difíciles de asociar con la imagen tradicional de un robot, pero no sólo existen estos dispositivos tipo robot; la robótica incluye muchos otros productos como sensores, servos, sistemas de imagen, etc.

Brazos Robot

El noventa por ciento de los robots trabajan en fábricas, y más de la mitad hacen automóviles; siendo las compañías automotrices altamente automatizadas gracias al uso de los brazos robot, quedando la mayoría de los seres humanos en labores de supervisión o mantenimiento de los robots y otras máquinas.

Otras de las labores realizadas por los brazos robots son labores en el campo de lo alimentos, donde por ejemplo un dispositivo de este tipo selecciona los chocolates que corresponden para armar una caja. Esto lo logra mediante el uso de sensores que identifican los diferentes elementos que conforman una caja del producto, luego de ser identificados son tomado uno a uno y depositados en las cajas.

Sensores:
Los robots utilizan sensores para así obtener información acerca de su entorno. En general, un sensor mide una característica del ambiente o espacio en el que está y proporciona señales eléctricas. Estos dispositivos tratan de emular los sentidos humanos, es decir el olfato, la visión, el tacto, etc. Pero estas máquinas tienen la ventaja de poder detectar información acerca de los campos magnéticos u onda ultrasónicas.

Los sensores de luz para la robótica vienen en diferentes formas, fotoresistencias, fotodiodos, fototransistores, obteniendo todos estos el mismo resultado, es decir cuando un haz de luz es detectado ellos responden ya sea creando o cambiando una señal eléctrica la cual será analizada y el dispositivo tomará una decisión o bien proveerá la información. Mediante el uso de un filtro frente a un sensor de luz se puede crear una respuesta selectiva con lo cual el robot únicamente podrá ver determinados colores.

El uso de sensores de luz le permite a los robots ubicarse, muchos de ellos utilizan también sensores infrarrojos para desplazarse, emitiendo un rayo hacia un obstáculo y midiendo la distancia, es decir similar a un sonar o radar. Para los sistemas más complejos, por ejemplo el eliminar producto defectuoso de una banda transportadora, los sensores de luz no son suficientes, se necesita la intervención de una computadora, la cual realizará la selección basándose en la información que el sensor le provee, una vez procesada la computadora enviará la información al dispositivo robótico para cumplir con la orden.

La visión robótica es uno de los grandes retos para los ingenieros de hoy en día. Es difícil programar un robot para que sepa qué ignorar y que no. Estas máquinas tienen problemas para interpretar sombras, cambio de luces o brillo, además para poder tener percepción de la profundidad es necesario que tengan visión esteroscópica al igual que los humanos. Otro de los grandes inconvenientes es el lograr resolver imágenes tridimensionales para poder generar una imagen tridimensional a partir de dos imágenes muy similares en un tiempo corto se requiere de grandes cantidades de memoria y de un procesador muy poderoso. En las figuras 3 y 4 podemos observar la diferencia que existe entre la visión humana y la visión robot.

Los sensores de tacto también ayudan a los robots sin capacidad de visión a caminar. Los sensores contactan y envían una señal pompean para que el robot sepa que ha hecho "tocado" algún objeto. El material más usado es el "Piezoelectric".

Los sensores de posición hacen posible el enseñar a un robot a hacer una función respectiva en función de los movimientos. Los sensores en ciertos puntos del robot guardan información sobre el cambio de una serie de posiciones. El robot recuerda la información y repite el trabajo en forma exacta a como fue realizado inicialmente. (Fig. 5)

Beneficios

El beneficio que los robots generan es increíble para los trabajadores, industrias y países. Obviamente estos beneficios dependerán de la correcta implementación de los mismos, es decir, se deben utilizar en las labores adecuadas, por ejemplo manipulando objetos muy pesados, sustancias peligrosas o bien trabajando en situaciones extremas o dañinas para el hombre; y más bien dejando a los seres humanos realizar las tareas de técnicos, ingenieros, programadores y supervisores. ¿Pero cuáles son esos beneficios? Podemos mencionar el mejoramiento en el manejo, control y productividad, todo esto asociado a una significativa mejora en cuanto a la calidad del producto terminado, factor determinante en un mundo globalizado.

Al ser los robots máquinas pueden trabajar día y noche, en una línea de ensamble sin perder un ápice de su desempeño, reduciendo los costos de producción; otra enorme ventaja comparativa en el difícil mercado de hoy en día.

Arquitectura de un Robot

El concepto de arquitectura de un robot se refiere primordialmente al software y hardware que definen el ámbito de control de una máquina de este tipo. Una tarjeta controladora que ejecuta algún software para operar motores no constituye por sí misma la arquitectura, más bien el desarrollo de módulos de software y la comunicación entre ellos y el hardware es lo que la define realmente.

Los sistemas robóticos son complejos y tienden a ser difíciles de desarrollar, esto debido a la gran variedad de sensores que deben integrar, así como delimitar su rango de acción, por ejemplo en un brazo robot cuál va a ser el radio de giro o la altura máxima a la que puede levantar algún objeto que está manipulando.

Los desarrolladores de sistemas típicamente se han basado en los esquemas tradicionales de desarrollo para construir dispositivos robóticos pero ha quedado demostrado la ineficiencia de este proceso, es decir un diseño que ha funcionado muy bien para operaciones teledirigidas –manejo de robots submarinos por seres humanos- no ha dado los resultados esperados para sistemas autónomos –robots de exploración espacial-.

La nueva tendencia para el desarrollo de arquitectura robótica se ha enfocado en lo que podemos nombrar sistemas reactivos o bien basados en el entorno, esto quiere decir que los robots tendrán la capacidad de reaccionar sin necesidad de la intervención humana ante ciertas situaciones de eventual peligro para la máquina. Un claro ejemplo de este tipo de diseño es el robot utilizado para la exploración en Marte, el cual mediante sensores determina el ambiente que lo rodea y puede tomar la decisión más acertada acerca de la ruta u operación a realizar. Todo esto está motivado por el tiempo que tomaría en llegar a la superficie marciana las órdenes desde la Tierra.

Capacidad de Pensar e Inteligencia Artificial

La capacidad de pensar de los robots está lejos de ser una realidad, los esfuerzos para imitar el pensamiento humano se han centrando alrededor de lógica basada en reglas, es decir respuestas afirmativas o negativas y los datos son almacenados en formato binario –unos y ceros- para ser manipulado mediante reglas preprogramadas; la mayoría de los llamados "cerebros robots" están basados también en reglas y muy frecuentemente se encuentran codificadas en un único microchip.

Los sistemas basados en reglas pueden ser utilizados para crear inteligencia artificial, esto se logra mediante la programación de una enorme cantidad de datos dentro de la computadora y confiando en esos datos para lograr imitar la inteligencia. Por ejemplo una computadora puede ayudar a diagnosticar una enfermedad mediante la comparación de síntomas con aquellos que están en su base de datos. Estos "sistemas expertos" pueden conocer más hechos que un único individuo, pero su utilidad es muy específica y no pueden aprender, por lo tanto únicamente podrán desempeñarse en la labor para la que fueron programados.

Un nuevo acercamiento al tema de la inteligencia artificial se da mediante las llamadas redes neurales, estos sistemas han sido modelados a partir del cerebro humano y su ventaja respecto a los sistemas basados en reglas radica en que pueden manejar conceptos un poco ambiguos, un sistema neural "aprende" mediante la exposición a grandes cantidades de preguntas y respuestas; una vez entrenado puede dar una respuesta a una pregunta relativamente acertada es decir dará la respuesta o respuestas más probables.

Un tercer enfoque y quizás el más reciente en este campo es el llamado mecanismo de estímulo-respuesta, desarrollados por Rodney Brooks del M.I.T. Estos mecanismos consisten por ejemplo en conectar directamente sensores de luz a motores, haciendo posible que los motores se activen mediante el impulso de búsqueda de luz, con esto se logra algo que semeja la inteligencia.

Compañías que producen robots

El mercado actual de robots se encuentra dividido en dos áreas principales,

Robots móviles, dentro de este grupo podemos hallar dos subgrupos de importancia:

Los llamados AGV, por sus siglas en inglés "Automatic Guided Vehicles", es decir Vehículos Guiados Automáticos, estos robots se encargan de transportar materiales dentro de fábricas permitiendo la automatización de las líneas de producción, la mayoría de estos robots utilizan cables que se encuentran en el piso como medio de ubicación y determinar la ruta a seguir. Aunque ya existen algunos de estos que prescinden de los cables como sistemas de guía. El primer AGV fue instalado en 1954 por Cravens Company en la compañía Mercury Motor Express en Carolina del Sur. Actualmente compañías como Caterpillar, BT Systems y AGV Products.

Robots para exploración marina: Estos dispositivos le han permitido al ser humano realizar labores a profundidades y bajo condiciones extremas para cualquier buzo; existen dispositivos operados mediante el sistema umbilical es decir un cable que los une a la superficie o bien teleoperados. Compañías importantes en son por ejemplo Oceaneering International Inc. y R.O.V. Technologies,

Robots manipuladores, es decir brazos robots. Destaca la compañía ADEPT, prácticamente la única sobreviviente en este campo luego de la crisis de los 80; COMAU, Kawasaki y Komatsu.

3. Aplicaciones del Autor
La robótica es un tema fascinante, mezcla conceptos de todas las ramas de la ingeniería, pero su uso principal se da en los procesos productivos, desde la selección automatizada de piezas hasta el ensamble de automóviles, es decir aquello todos aquellos que son el área de estudio de la ingeniería industrial. La era industrial de la robótica de desarrollo se impulsó en las últimas décadas. En lo que será con respecto al futuro, creemos que en las próximas décadas la producción de la robótica se va a impulsar aún más, porque la tecnología evoluciona, nunca se queda atrás, siempre va adelante. Esto significa para nosotros que una pieza de maquinaria del año 2000, no va a ser igual de efectiva que una máquina del año 2002, y así se va a ir produciendo una inteligencia que cumpla con las metas que el usuario le va a dar; claro está que va hacer en una manera mucho más rápida y con mejor calidad.

El beneficio que se obtiene con el uso de estas máquinas es mejorar el nivel de productividad de las empresas, factor sumamente importante en un mundo globalizado, en dónde el lograr llevar el producto de mejor calidad al mejor precio le permitirá dominar las ventas en el mercado mundial. Además con los avances en la programación de estas máquinas se logra llegar de una manera más eficaz a cumplir los requerimientos de un cliente, es decir le podemos dar a nuestro cliente un servicio de acuerdo a sus necesidades.

Al surgir la pregunta: ¿Acaso una máquina va a sustituir totalmente la mano de obra humana? La respuesta es no, ya se sabe que una máquina se hizo con el propósito de realizar acciones repetitivas que un humano pueda hacer, de esta manera se pueda espera que un robot llegue a realizar el trabajo que hace un armador o un pintor, pero siempre se va a necesitar de una persona para poder corregir o revisar las funciones de un robot. Es decir pensar, diseñar, crear, la inteligencia artificial se encuentra en una etapa muy temprana de su desarrollo no se puede descartar la posibilidad de que en un futuro las máquinas lleguen a pensar, pero siempre habrá seres humanos creando y diseñando estas máquinas.

Si Costa Rica quiere ser competitiva en el ámbito productivo y dejar atrás el subdesarrollo económico, debe modernizar su estructura productiva, utilizando los adelantos tecnológicos que existen. Un claro ejemplo de éstos es la robótica. Si bien es cierto que existen compañías que utilizan estos dispositivos, como Intel, éstas son más que todo maquilas, no son empresas de capital nacional que logren dejar en el país ganancias que puedan ser reinvertidas en la adquisición de nueva tecnología. Eso sí el apoyo claro por parte del gobierno viene a ser un factor decisivo para poder obtener los resultados correctos, y no se quiere decir que sea el gobierno el que invierta, sino más bien que facilite mediante incentivos tributarios la inversión por parte de las empresas nacionales en el campo de la alta tecnología.

Los adelantos en el campo de la robótica industrial siempre van ha influir en los procesos productivos y viceversa; al desarrollarse un nuevo circuito o procesador inmediatamente se puede vislumbrar su efecto en el posible mejoramiento de un proceso industrial o bien las necesidades de un proceso productivo generan nuevas tecnologías. Estas necesidades siempre van a buscar una perfección, mientras mejor sea la mecánica en los robots más beneficios se obtendrán en el nivel de producción, modificando de una manera positiva las estadísticas estimadas de la venta de un producto en una compañía.

4. Bibliografía
www.frc.ri.cmu.edu/robotics-faq
www.about.com
www.robomag.com
http://piglet.cs.umass.edu:4321/cgi-bin/robotics/
www.gmd.de
www.ljkamm.com/robots.htm
www.thetech.org/robotics
www.iienet.org/

 

 

Autor:


Adrián Gámez Cersosimo
Boris Schosinsky Salazar


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