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Estudio sobre los lenguajes de programación para la robótica




Enviado por mileidys.gonzalez



Partes: 1, 2

    Indice
    1. Introducción
    2.
    Desarrollo

    3. Lenguajes de
    programación

    4. Conclusiones

    1.
    Introducción

    Origen de la palabra
    robot y su significado

    A través de la historia el hombre a
    soñado con seres capaces de realizar movimientos y hasta
    comportarse parecido a animales y hasta
    seres humanos; en el fondo el ser humano lo que piensa es
    librarse de tareas indeseables, peligrosas o demasiados tediosas.
    La primera vez que se hablo de estos seres utilizando el
    término por el que es hoy mundialmente conocido, robot,
    fue en 1923 por el escritor Karel Capek en su comedia
    R.U.R..("Rossum`s Universal Robots"), palabra que proviene del
    término checo robotnik que significa siervo.

    Hoy la palabra robot tiene diferentes significados:
    La del Robot Institute of América: "un manipulador multifuncional y
    reprogramable, diseñado para mover materiales
    piezas, herramientas o
    dispositivos especiales, mediante movimientos programables y
    variables que
    permitan llevar a cabo diversas tareas".
    La del Oxford English dictionary: "un aparato mecánico que
    se parece y hace el trabajo de
    un ser humano".

    Cronograma sobre la historia de la
    robótica

    FECHA

    DESARROLLO

    SigloXVIII.

    A mediados del J. de Vaucanson construyó
    varias muñecas mecánicas de tamaño
    humano que ejecutaban piezas de música

    1801

    J. Jaquard invento su telar, que era una
    máquina programable para la urdimbre

    1805

    H. Maillardet construyó una muñeca
    mecánica capaz de hacer dibujos.

    1946

    El inventor americano G.C Devol
    desarrolló un dispositivo controlador que
    podía registrar señales eléctricas
    por medio magnéticos y reproducirlas para accionar
    un máquina mecánica. La patente estadounidense
    se emitió en 1952.

    1951

    Trabajo de desarrollo con teleoperadores
    (manipuladores de control remoto) para manejar materiales radiactivos. Patente de
    Estados
    Unidos emitidas para Goertz (1954) y Bergsland
    (1958).

    1952

    Una máquina prototipo de control numérico fue objetivo de demostración en el
    Instituto Tecnológico de Massachusetts
    después de varios años de desarrollo. Un lenguaje
    de programación de piezas denominado APT
    (Automatically Programmed Tooling) se desarrolló
    posteriormente y se publicó en 1961.

    1954

    El inventor británico C. W. Kenward
    solicitó su patente para diseño de robot. Patente
    británica emitida en 1957.

    1954

    G.C. Devol desarrolla diseños para
    Transferencia de artículos programada. Patente
    emitida en Estados
    Unidos para el diseño en 1961.

    1959

    Se introdujo el primer robot comercial por
    Planet Corporation. estaba controlado por interruptores
    de fin de carrera.

    1960

    Se introdujo el primer robot
    ‘Unimate’’, basada en la transferencia
    de articulaciones programada de Devol.
    Utilizan los principios de control numérico para
    el control de manipulador y era un robot de
    transmisión hidráulica.

    1961

    Un robot Unimate se instaló en la Ford
    Motors Company para atender una máquina de
    fundición de troquel.

    1966

    Trallfa, una firma noruega, construyó e
    instaló un robot de pintura por
    pulverización.

    1968

    Un robot móvil llamado
    ‘Shakey’’ se desarrollo en SRI
    (standford Research Institute), estaba provisto de una
    diversidad de sensores así como una cámara
    de visión y sensores táctiles y podía
    desplazarse por el suelo.

    1971

    El ‘Standford Arm’’, un
    pequeño brazo de robot de accionamiento
    eléctrico, se desarrolló en la Standford
    University.

    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.

    1974

    ASEA introdujo el robot Irb6 de accionamiento
    completamente eléctrico.

    1974

    Kawasaki, bajo licencia de Unimation,
    instaló un robot para soldadura por arco para estructuras de motocicletas.

    1974

    Cincinnati Milacron introdujo el robot T3 con
    control por computadora.

    1975

    El robot ‘Sigma’’ de Olivetti
    se utilizó en operaciones de montaje, una de las
    primitivas aplicaciones de la robótica al montaje.

    1976

    Un dispositivo de Remopte Center Compliance
    (RCC) para la inserción de piezas en la
    línea de montaje se desarrolló en los
    laboratorios Charles Stark Draper Labs en estados
    Unidos.

    1978

    El robot T3 de Cincinnati Milacron se
    adaptó y programó para realizar operaciones de taladro y
    circulación de materiales en componentes de
    aviones, bajo el patrocinio de Air Force ICAM (Integrated
    Computer- Aided Manufacturing).

    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.

    1979

    Desarrollo del robot tipo SCARA (Selective
    Compliance Arm for Robotic Assambly) en la Universidad de Yamanashi en Japón para montaje. Varios robots
    SCARA comerciales se introdujeron hacia 1981.

    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.

    1981

    Se desarrolló en la Universidad de
    Carnegie- Mellon un robot de impulsión directa.
    Utilizaba motores
    eléctricos situados en las articulaciones del manipula dor sin las
    transmisiones mecánicas habituales empleadas en la
    mayoría de los robots.

    1982

    IBM introdujo el robot RS-1 para montaje, basado
    en varios años de desarrollo interno. Se trata de
    un robot de estructura de caja que utiliza un brazo
    constituido por tres dispositivos de deslizamiento
    ortogonales. El lenguaje del robot AML, desarrollado por
    IBM, se introdujo también para programar el robot
    SR-1.

    1983

    Informe emitido por la investigación en Westinghouse Corp.
    bajo el patrocinio de National Science Foundation sobre
    un sistema de montaje programable adaptable (APAS), un
    proyecto piloto para una línea de
    montaje automatizada flexible con el empleo
    de robots.

    1984

    Robots 8. La operación típica de
    estos sistemas permitía que se
    desarrollaran programas de robots utilizando gráficos interactivos en una
    computadora personal y luego se cargaban en el
    robot.

    Propiedades características de los robots
    Versatilidad:
    Potencialidad estructural de ejecutar tareas diversas y/o
    ejecutar una misma tarea de forma diversa. Esto impone al robot
    una estructura
    mecánica de geometría
    variable.

    Autoadaptabilidad al entorno:
    Significa que un robot debe, por sí solo, alcanzar su
    objetivo(ejecutar su tarea) a pesar de las
    perturbaciones imprevistas del entorno a lo largo de la
    ejecución de su tarea. Esto supone que el robot sea
    consciente de su entorno y que por lo tanto posea sentidos
    artificiales.

    El robot y su
    funcionamient

    Un robot operacional puede estar constituido por cuatro entidades
    unidas entre sí(ver anexo no.4 Descripción de un robot en
    funcionamiento):
    Sistema mecánico articulado dotado de sus motores(eléctricos, hidráulicos o
    neumáticos) que arrastran a las articulaciones del robot
    mediante las transmisiones(cables, cintas, correas con muescas).
    Para conocer en todo instante la posición de las
    articulaciones se recurre a los captadores(codificadores
    ópticos) que se denominan propioceptivos. Estos dan el
    valor a las
    articulaciones, que no es más que la configuración
    o el estado del
    robot.
    El entorno es el universo en
    que está sumergida la primera entidad. Si los robots
    están sobre un puesto fijo se reduce al espacio alcanzable
    por el robot. En él el robot puede encontrar
    obstáculos que ha de evitar y objetos de interés, o
    sea los objetos con los que tiene que actuar. Por todo esto
    existe interacción entre la parte física y el entorno.
    Mediante los captadores exteroceptivos(cámaras, detectores
    de fuerzas, detectores de proximidad, captadores táctiles)
    se toman informaciones sobre el entorno.
    Las tareas a realizar es el trabajo que
    se desea que haga el robot. La descripción de estas tareas se hace
    mediante lenguajes que pueden ser a través de los gestos,
    en el que se le enseña al robot lo que se debe hacer;
    orales, se le habla; por escrito en el que se le escriben las
    instrucciones en un lenguaje compatible con el robot.
    El cerebro del robot
    es el órgano de tratamiento de la información. Este puede ser desde un
    autómata programable para los menos avanzados hasta un
    miniordenor numérico o microprocesador
    para los más avanzados. El cerebro, es el
    que tiene el papel
    principal, contiene en sus memorias:
    Un modelo del
    robot físico: las señales de excitación de
    los accionadores y los desplazamientos que son consecuencia de
    ellas.
    Un modelo del
    entorno: descripción de lo que se encuentra en el espacio
    que puede alcanzar.
    Programas:
    permite comprender las tareas que se le pide que realice.
    Algoritmos de
    control.

    Clasificación de los robots

    CRITERIO

    CLASIFICACIÓN

    Geometría

    Se basa en la forma del área de trabajo
    producida por el brazo del robot: rectangular,
    cilíndrica o esférica.

    Configuraciones

    La configuración polar utiliza
    coordenadas polares para especificar cualquier
    posición en términos de una rotación
    sobre su base, un ángulo de elevación y una
    extensión lineal del brazo.

    La configuración cilíndrica
    sustituye un movimiento lineal por uno rotacional sobre
    su base, con los que se obtiene un medio de trabajo en
    forma de cilindro.

    La configuración de coordenadas
    cartesianas posee tres movimientos lineales, y su nombre
    proviene de las coordenadas cartesianas, las cuales son
    más adecuadas para describir la posición y
    movimiento del brazo. Los robots
    cartesianos a veces reciben el nombre de XYZ, donde las
    letras representan a los tres ejes del
    movimiento.

    Grados de libertad

    Consiste en contar el número de grados
    de libertad
    que tengan. Se considera un
    grado de libertad cada eje a lo largo del cual se
    puede mover el brazo de un robot.

    Área de aplicación

    Ensamblaje

    No ensamblaje: soldar, pintar, revestir,
    manejo de
    materiales y carga y descarga de
    maquinaria.

    Técnica de control

    Lazo cerrado: se monitorea continuamente la
    posición del brazo del robot mediante un sensor de
    posición, y se modifica la energía que se
    manda al actuador de tal forma que el movimiento del
    brazo se obedece al camino deseado, tanto en dirección como en velocidad. Éste control se puede
    usar cuando la tarea que se ha de llevar a cabo
    está dirigida mediante un camino definido por la
    misma pieza, tal como sería soldar, revestir y
    ensamblar.

    En un sistema de lazo abierto, el controlador no
    conoce la posición de la herramienta mientras el
    brazo se mueve de un punto a otro. Éste tipo de
    control es muy usado cuando el movimiento que debe seguir
    el brazo se encuentra determinado previamente, al ser
    grabado con anterioridad y reproducido sin cambio
    alguno, lo cual es útil cuando todas las piezas a
    ser tratadas son exactamente iguales.

    Fuente de energía

    De energía hidráulica: En los
    actuadores hidráulicos fluye un líquido,
    comúnmente aceite. Tienen como ventaja que son
    pequeños comparados con la energía que
    proporcionan, y como desventajas que son propensos a
    fugas, el líquido puede incendiarse y que se
    requiere numeroso equipo adicional, lo cual incrementa
    los costos
    de mantenimiento del robot. Los sistemas hidráulicos están
    asociados a un mayor nivel de ruido.

    De energía neumática: En los actuadores
    neumáticos se transfiere gas
    bajo presión. Generalmente sólo
    tienen dos posiciones: retraídos y extendidos, si
    posibilidad de utilizar retroalimentación para usar un
    control proporcional. La energía neumática tiene las siguientes
    ventajas: está disponible en la mayoría de
    las áreas de manufactura, no es cara y no contamina el
    área de trabajo. La desventaja es que no se puede
    utilizar retroalimentación ni
    múltiples pasos.

    De energía eléctrica: Los
    actuadores eléctricos incluyen una fuente de
    poder y un motor
    eléctricos. La mayoría de las aplicaciones
    utilizan servomotores, el cual generalmente utiliza
    corriente directa. Las ventajas de esta fuente de
    energía son que no se requiere transformar la
    energía eléctrica en otras
    formas de energía como la hidráulica o
    neumática, no se contamina el espacio de trabajo y
    el nivel de ruido
    se mantiene bajo. La desventaja es la baja potencia que se consigue en
    comparación con su contraparte
    hidráulica.

    Campos de la robótica
    El campo de la robótica
    es muy amplio, así por ejemplo la vemos ligada a la esfera
    productiva, a la investigación científica, a la
    medicina. De
    acuerdo a su uso y aplicación estos tienen diversas
    características.
    En la producción los robot se destacan por traer
    consigo una disminución de la mano de obra; además
    ayuda a una mayor calidad del
    producto
    acabado, a la rapidez de la producción. Casi siempre, en la industria, los
    robot se unen a otras máquinas
    aportando mayor eficiencia en la
    producción.(Ver anexo no1 )
    En la esfera científica, muchos de ellos son utilizados
    para hacer investigaciones
    en el campo donde el hombre se le
    hace difícil ir, tal vez por un medio hostil o tal vez
    demasiado peligroso: submarino, espacial, irradiado por centrales
    nucleares(Ver anexo no2 Robot para Investigaciones
    Científicas). Así se han diseñado dos tipos
    de robot de acuerdo a su misión y a
    su sentido de operacionalidad:

    • Robot autónomo: Se le programa su
      misión,
      casi siempre con trabajos sencillos y sin necesidad de
      reflexionar, de comprender su entorno.
    • Teleoperación o telepresencia: Esta
      máquina está controlada a distancia por un puesto
      maestro monitoreado por el operador(hombre).

    En el campo de la medicina, o bien
    podríamos llamarle asistencia individual se destacan por
    la ayuda en la asistencia médica de personas
    paralíticas, personas con partes del cuerpo amputadas(Ver
    anexo no1 Robot en el campo de la medicina). La robótica
    entonces cubre campos como:

    • Prótesis:
      creación de manos y piernas artificiales.
    • Órtesis: estructuras
      rígidas motorizadas que se ponen alrededor del miembro
      paralizado y lo arrastran en su movimiento.
    • Telétesis:
      destinadas a los paralíticos de los cuatro
      miembros(tetrapléjicos) y son robots que el afectado
      controla a distancia a partir de las zonas de motrocidad
      voluntaria que haya podido conservar(por ejemplo: la lengua, los
      músculos de los ojos).

    2.
    Desarro
    llo

    El lenguaje siempre ha sido una vía eficaz de
    comunicación, las relaciones
    robótica-hombre también utilizan estos mecanismos
    para una comunicación eficaz. Entre las formas que
    existen de comunicación con los robots se encuentran:
    Reconocimiento de palabras separadas: actualmente este sistema es
    bastante primitivo y suelen depender de quien hablan. Estos
    sistemas pueden reconocer un conjunto de palabras concretas de un
    vocabulario muy limitado.
    Enseñanza y repetición: es la
    más comúnmente utilizada en los robots
    industriales. Implica el enseñar al robot todos los
    movimientos que necesita realizar. Normalmente la enseñanza se lleva atendiendo a los
    siguientes pasos:
    Dirigiendo al robot con un movimiento lento utilizando el control
    manual(joystick, conjunto de botones, uno para
    cada movimiento, o un sistema de manipulación maestro
    esclavo) para realizar la tarea completa y grabando los
    ángulos del movimiento del robot en los lugares adecuados
    para que vuelva a repetir el movimiento.

    Reproduciendo y repitiendo el movimiento
    enseñado.
    Si el movimiento enseñado es correcto, entonces se hace
    funcionar al robot a la velocidad
    correcta en el modo repetitivo.
    Lenguajes de
    programación de alto nivel: suministran una
    solución más general en la
    comunicación hombre-robot. Los lenguajes
    clásicos(FORTRAN, BASIC, PASCAL) no
    disponen de los comandos e
    instrucciones específicas que se necesitan para la
    programación en la robótica. Hasta
    ahora los lenguajes utilizados han sido diseñados para un
    modelo específico de manipulador, una tarea concreta, por
    lo que en estos momentos no existe ningún lenguaje
    universal.

    Programación Usada En La
    Robótica

    La programación que se emplea en la robótica tiene
    caracteres diferentes: explícito, en el que el operador es
    el responsable de las acciones de
    control y de las instrucciones adecuadas que las implementan, o
    estar basada en la modelación del mundo exterior, cuando
    se describe la tarea y el entorno y el propio sistema toma las
    decisiones.
    La programación explícita es la más
    utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos
    técnicas fundamentales:
    Programación Gestual. Este tipo de programación,
    exige el empleo del manipulador en la fase de enseñanza, o
    sea, trabaja "on-line".
    Programación Textual. En esta labor no participa la
    máquina (off-line). Las trayectorias del manipulador se
    calculan matemáticamente con gran precisión y se evita el
    posicionamiento

    Programación Gestual O Directa
    Es en este tipo de programación donde el propio brazo
    interviene en el trazado del camino y en las acciones a
    desarrollar en la tarea de la aplicación; lo que determina
    la programación "on-line". Esta está dividida en
    dos clases:
    Programación por aprendizaje
    directo: El punto final del brazo se traslada con ayuda de un
    dispositivo especial colocado en su muñeca, o utilizando
    un brazo maestro o maniquí, sobre el que se
    efectúan los desplazamientos que, tras ser memorizados,
    serán repetidos por el manipulador. Esta
    programación tiene pocas posibilidades de edición
    ya que para generar una trayectoria continua, es preciso
    almacenar o definir una gran cantidad de puntos, cuya
    reducción origina discontinuidades.
    Programación mediante un dispositivo de enseñanza:
    Consiste en determinar las acciones y movimientos del brazo
    manipulador, a través de un elemento especial para este
    cometido. En este caso, las operaciones ordenadas se sincronizan
    para conformar el programa de
    trabajo. Los dispositivos de enseñanza modernos permiten
    generar funciones
    auxiliares, además del control de los movimientos:
    Selección
    de velocidades
    – Generación de retardos
    – Señalización del estado de los
    sensores
    – Borrado y modificación de los puntos de trabajo
    – Funciones
    especiales
    Estos programación tiene como característica
    común que el usuario no necesita conocer ningún
    lenguaje de
    programación, simplemente debe habituarse al empleo de
    los elementos que constituyen el dispositivo de enseñanza.
    De esta forma, se pueden editar programas, aunque como es
    lógico, muy simples. Los lenguajes de programación
    gestual, además de necesitar al propio robot en la
    confección del programa, carecen de adaptabilidad en
    tiempo real
    con el entorno y no pueden tratar, con facilidad, interacciones
    de emergencia.

    Programación Textual
    El programa queda constituido por un texto de
    instrucciones o sentencias, cuya confección no requiere de
    la intervención del robot; es decir, se efectúan
    "off-line". Con este tipo de programación, el operador no
    define, prácticamente, las acciones del brazo manipulado,
    sino que se calculan, en el programa, mediante el empleo de las
    instrucciones textuales adecuadas.
    En una aplicación tal como el ensamblaje de piezas, en la
    que se requiere una gran precisión, los posicionamientos
    seleccionados mediante la programación gestual no son
    suficientes, debiendo ser sustituidos por cálculos
    más perfectos y por una comunicación con el entorno
    que rodea al sistema. En esta la posibilidad de edición es
    total. El robot debe intervenir, sólo, en la puesta a
    punto final.
    Según las características del lenguaje, pueden
    confeccionarse programas de trabajo complejos, con
    inclusión de saltos condicionales, empleo de bases de datos,
    posibilidad de creación de módulos operativos
    intercambiables, capacidad de adaptación a las condiciones
    del mundo exterior, etc.

    Esta programación textual está dividida en
    dos grandes grupos de
    diferencias marcadas:

    • Programación textual
      explícita.
    • Programación textual
      especificativa.

    Programación textual explícita
    En la programación textual explícita, el programa
    consta de una secuencia de órdenes o instrucciones
    concretas, que van definiendo con rigor las operaciones
    necesarias para llevar a cabo la aplicación. Se puede
    decir que la programación explícita engloba a los
    lenguajes que definen los movimientos punto por punto, similares
    a los de la programación gestual, pero bajo la forma de un
    lenguaje formal. Con este tipo de programación, la labor
    del tratamiento de las situaciones anormales, colisiones, etc.,
    queda a cargo del programador.

    Dentro de la programación explícita, hay
    dos niveles:
    Nivel de movimiento elemental que comprende los lenguajes
    dirigidos a controlar los movimientos del brazo manipulador.
    Existen dos tipos:

    • Articular, cuando el lenguaje se dirige al control
      de los movimientos de las diversas articulaciones del
      brazo.
    • Cartesiano, cuando el lenguaje define los
      movimientos relacionados con el sistema de manufactura, es decir, los del punto final del
      trabajo (TCP).

    Los lenguajes del tipo cartesiano utilizan
    transformaciones homogéneas, lo que hace que se
    independice a la programación del modelo particular del
    robot, puesto que un programa confeccionado para uno, en
    coordenadas cartesianas, puede utilizarse en otro, con diferentes
    coordenadas, mediante el sistema de transformación
    correspondiente.
    Por el contrario, los lenguajes del tipo articular indican los
    incrementos angulares de las articulaciones. Aunque esta
    acción es bastante simple para motores de paso a
    paso y corriente continua, al no tener una referencia general de
    la posición de las articulaciones con relación al
    entorno, es difícil relacionar al sistema con piezas
    móviles, obstáculos, cámaras de TV, etc.
    Nivel estructurado, el que intenta introducir relaciones entre el
    objeto y el sistema del robot, para que los lenguajes se
    desarrollen sobre una estructura formal.
    Se puede decir que los lenguajes correspondientes a este tipo de
    programación adoptan la filosofía del PASCAL. Describen
    objetos y transformaciones con objetos, disponiendo, muchos de
    ellos, de una estructura de
    datos arborescente.
    El uso de lenguajes con programación explícita
    estructurada aumenta la comprensión del programa, reduce
    el tiempo de
    edición y simplifica las acciones encaminadas a la
    consecución de tareas determinadas.
    En los lenguajes estructurados, es típico el empleo de las
    transformaciones de coordenadas, que exigen un cierto nivel de
    conocimientos. Por este motivo dichos lenguajes no son populares
    hoy en día.

    Programación textual
    especificativa

    La programación textual explícita es una
    programación del tipo no procesal, en la que el usuario
    describe las especificaciones de los productos
    mediante una modelización, al igual que las tareas que hay
    que realizar sobre ellos.
    El sistema informático para la programación textual
    especificativa ha de disponer del modelo del universo(actualmente, los modelos del
    universo son
    del tipo geométrico, no físico), o mundo donde se
    encuentra el robot. Este modelo será, normalmente, una
    base de datos
    más o menos compleja, según la clase de
    aplicación, pero que requiere, siempre , computadoras
    potentes para el procesado de una abundante información. El trabajo de la
    programación consistirá, simplemente, en la
    descripción de las tareas a realizar, lo que supone
    poder llevar a
    cabo trabajos complicados.

    Partes: 1, 2

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