Apuntes Robotica

Robotica

Apuntes

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Índice

Definición de robot

Componentes: sensores, efectores y actuadores, sistema de control y alimentación.

Historia

Aplicaciones

Mecanismos de locomoción y manipulación: ruedas, patas, cadenas, hélices, pinzas.

Leyes de la robótica

Entradas: sensores de distancia, sensores de sonido, sensores luminosos, acelerómetro y magnetómetro.

Ética

Salidas: motores dc (servomotores y motores paso a paso).

Definicion de robot.

01

Un robot es un dispositivo mecánico o virtual capaz de realizar tareas de forma autónoma o semiautónoma, generalmente mediante instrucciones programables o algoritmos. Los robots pueden variar en complejidad y funcionalidad, desde máquinas simples que realizan acciones repetitivas hasta sistemas avanzados equipados con inteligencia artificial (IA) que pueden aprender, adaptarse e interactuar con su entorno y con los seres humanos. Los robots se pueden encontrar en diversos ámbitos, como la industria manufacturera, la atención médica, la exploración espacial, la agricultura, el transporte y el entretenimiento. Pueden adoptar una amplia gama de formas, como robots humanoides que se asemejan a los seres humanos en apariencia y movimiento, robots industriales diseñados para tareas específicas en la fabricación y vehículos autónomos que se desplazan y operan sin intervención humana. El campo de la robótica combina elementos de ingeniería, ciencias de la computación, mecánica, electrónica e IA para diseñar, construir y programar robots. Investigadores e ingenieros se esfuerzan constantemente por mejorar las capacidades de los robots, aumentar su eficiencia y seguridad, y ampliar sus posibles aplicaciones para beneficiar a la sociedad de diversas formas.

Historia

La historia de los robots se remonta a tiempos antiguos, donde las civilizaciones tenían visiones y mitos de seres artificiales con características humanas. Sin embargo, el desarrollo real de los robots como los conocemos hoy en día comenzó en el siglo XX. Aquí tienes un resumen de los hitos importantes en la historia de los robots: 1. 1920-1950: Los primeros robots: Durante este período, los primeros robots mecánicos comenzaron a surgir. El escritor checo Karel Čapek popularizó el término "robot" en su obra de teatro "R.U.R." en 1920. En la década de 1940, Isaac Asimov introdujo el concepto de las Tres Leyes de la Robótica en su serie de historias. 2. 1961: Unimate: Se considera que el Unimate, desarrollado por George Devol y Joseph Engelberger, fue el primer robot industrial. Fue utilizado en una línea de producción de General Motors para realizar tareas repetitivas, lo que marcó el comienzo de la automatización en la industria manufacturera. 3. 1970-1980: Robots en la industria: Durante esta década, los robots comenzaron a ser más comunes en la industria, especialmente en la industria automotriz. Los robots se utilizaron para tareas de soldadura, pintura y ensamblaje, lo que mejoró la eficiencia y la calidad de los productos. 4. 1980-1990: Robots móviles y de servicio: En esta época, los robots móviles y los robots de servicio empezaron a aparecer. El robot ASIMO de Honda, presentado en 2000, fue uno de los primeros robots humanoides que podía caminar y realizar tareas básicas. También se desarrollaron robots de servicio para aplicaciones en entornos domésticos y de atención médica. 5. 2000 en adelante: Avances en la robótica: En las últimas décadas, ha habido avances significativos en la robótica. Se han desarrollado robots cada vez más sofisticados, con capacidades de aprendizaje y adaptación. La inteligencia artificial y el aprendizaje automático han permitido la creación de robots autónomos y colaborativos. Hoy en día, los robots se utilizan en una amplia variedad de sectores, como la manufactura, la medicina, la exploración espacial, la logística, la agricultura y el entretenimiento. Se espera que la tecnología robótica continúe avanzando, brindando nuevas posibilidades y desafíos en el futuro.

Aplicaciones

La robótica tiene una amplia gama de aplicaciones en diferentes sectores de la sociedad. A continuación, se presentan algunas de las aplicaciones más destacadas de la robótica: 1. Industria manufacturera: La automatización de procesos de fabricación es una de las áreas más importantes de la robótica. Los robots se utilizan en líneas de producción para tareas como ensamblaje, soldadura, manipulación de materiales, embalaje y pintura, mejorando la eficiencia, la calidad y la seguridad en la producción. 2. Medicina y atención sanitaria: Los robots se utilizan en cirugías asistidas, permitiendo procedimientos más precisos y menos invasivos. También se emplean en la rehabilitación física, la entrega de medicamentos, la asistencia a personas con discapacidad y el cuidado de pacientes en hospitales y centros de atención a largo plazo. 3. Exploración espacial: Los robots son fundamentales para la exploración espacial, ya que pueden ser enviados a lugares peligrosos o inaccesibles para los seres humanos. Han sido utilizados en misiones de la NASA y otras agencias espaciales para realizar investigaciones, recolectar muestras y realizar tareas de mantenimiento en naves espaciales y rovers. 4. Agricultura y agroindustria: La robótica agrícola se utiliza para labores como la siembra, la cosecha, el riego y el monitoreo de cultivos. Los robots pueden realizar estas tareas de manera más eficiente y precisa, optimizando los recursos y aumentando la producción. 5. Automatización logística: Los robots se utilizan en almacenes y centros de distribución para la clasificación, el embalaje y el transporte de mercancías. Los sistemas de robots colaborativos trabajan junto con los empleados humanos para agilizar y mejorar la eficiencia de la cadena de suministro. 6. Servicios personales y atención al cliente: Los robots de servicio se utilizan en entornos como hoteles, restaurantes, aeropuertos y tiendas para brindar información, asistencia y entretenimiento a los clientes. Estos robots pueden realizar tareas de recepción, guía, limpieza y seguridad. 7. Educación y entretenimiento: Los robots educativos se utilizan en escuelas y universidades para enseñar conceptos de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM). Además, los robots son utilizados en la industria del entretenimiento, como en películas, parques temáticos y videojuegos, para crear personajes animados y realistas. Estas son solo algunas de las muchas aplicaciones de la robótica. Con los avances tecnológicos y el desarrollo de la inteligencia artificial, se espera que los robots tengan un impacto aún mayor en diversos campos en el futuro.

Leyes de la robótica.

Las Leyes de la Robótica son una serie de reglas ficticias propuestas por el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov en sus obras. Estas leyes establecen principios éticos para la interacción entre los robots y los seres humanos. Aunque no son leyes reales, han tenido una gran influencia en la ética de la robótica y la inteligencia artificial. Las Tres Leyes de la Robótica de Asimov son las siguientes: 1. Primera Ley: Un robot no hará daño a un ser humano ni permitirá, mediante la inacción, que un ser humano sufra daño. Esta ley establece que la seguridad humana es lo primordial. Un robot no debe causar daño a un ser humano ni permitir que un ser humano sufra daño debido a la falta de acción del robot. 2. Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley. Esta ley establece la obediencia del robot hacia los seres humanos. El robot debe seguir las instrucciones de los humanos, siempre y cuando esas órdenes no contradigan la Primera Ley y no causen daño a los seres humanos. 3. Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. Esta ley establece la autoconservación del robot. El robot tiene la responsabilidad de protegerse a sí mismo, siempre y cuando eso no viole la Primera o la Segunda Ley. Las Leyes de la Robótica de Asimov sirven como una guía ética en la literatura de ciencia ficción y han llevado a reflexiones sobre las implicaciones éticas y sociales de la robótica y la inteligencia artificial en el mundo real. Sin embargo, es importante tener en cuenta que en la práctica, el desarrollo de robots y sistemas de inteligencia artificial aún no ha alcanzado un nivel en el que estas leyes sean aplicables de manera literal.

Título 1

La ética de los robots se refiere al estudio de los principios morales y normas éticas que deben guiar el diseño, desarrollo, implementación y uso de los robots y sistemas de inteligencia artificial. Dado que los robots y la inteligencia artificial están cada vez más presentes en nuestra sociedad, es crucial considerar las implicaciones éticas de su existencia y comportamiento. Algunos de los aspectos clave de la ética de los robots son: 1. Responsabilidad: ¿Quién es responsable de las acciones de un robot? ¿Los diseñadores, los fabricantes, los propietarios o los propios robots? Es necesario establecer mecanismos claros de responsabilidad y rendición de cuentas para asegurar que los robots actúen de manera ética y que se puedan tomar acciones correctivas cuando sea necesario. 2. Transparencia y explicabilidad: Los sistemas de inteligencia artificial a menudo son cajas negras, lo que significa que es difícil comprender cómo toman decisiones o llegan a conclusiones. Es importante que los sistemas sean transparentes y puedan proporcionar explicaciones claras y comprensibles sobre sus acciones y decisiones, especialmente cuando se trata de decisiones críticas que afectan a las personas. 3. Privacidad y seguridad: Los robots y los sistemas de inteligencia artificial a menudo tienen acceso a grandes cantidades de datos personales. Es fundamental garantizar la privacidad y la seguridad de la información que manejan, así como evitar el mal uso de esos datos. 4. Sesgo y discriminación: Los sistemas de inteligencia artificial pueden verse afectados por sesgos inherentes en los datos utilizados para su entrenamiento, lo que puede llevar a discriminación injusta o injustificada. Es importante abordar estos sesgos y asegurarse de que los sistemas sean equitativos y justos en sus decisiones y acciones. 5. Impacto social: Los robots y la inteligencia artificial están cambiando rápidamente la forma en que trabajamos, interactuamos y vivimos. Es fundamental considerar y abordar el impacto social de estos avances, incluyendo el impacto en el empleo, la desigualdad y la distribución de recursos. La ética de los robots es un campo en constante desarrollo y debate. Es importante involucrar a expertos en ética, a científicos, a responsables de políticas y a la sociedad en general en la discusión y establecimiento de normas éticas que guíen el desarrollo y uso responsable de los robots y sistemas de inteligencia artificial.

Componentes

1. Sensores: Los sensores son dispositivos que permiten a los robots percibir y recopilar información sobre su entorno. Algunos ejemplos comunes de sensores utilizados en los robots incluyen cámaras, micrófonos, sensores de proximidad, sensores de temperatura, sensores de presión, acelerómetros, giroscopios, entre otros. 2. Efectores y actuadores: Los efectores y actuadores son los componentes que permiten que los robots interactúen con el entorno y realicen tareas físicas. Estos dispositivos convierten las señales o comandos recibidos del sistema de control en acciones físicas. Algunos ejemplos de efectores y actuadores incluyen motores eléctricos, motores neumáticos, motores hidráulicos, brazos robóticos, pinzas, ruedas, entre otros. 3. Sistema de control: El sistema de control es el cerebro del robot. Consiste en un conjunto de algoritmos y software que procesan la información recibida de los sensores y toman decisiones sobre las acciones que el robot debe realizar. El sistema de control puede ser implementado mediante un microcontrolador, una computadora o incluso sistemas de inteligencia artificial más avanzados. 4. Alimentación: Los robots requieren una fuente de energía para funcionar. Esta fuente de energía puede ser una batería, un cable de alimentación o sistemas más complejos, como sistemas de carga inalámbrica. La elección de la fuente de alimentación depende del tipo de robot, su aplicación y sus requisitos energéticos. Además de estos componentes principales, los robots también pueden incluir otros elementos como estructuras mecánicas, chasis, sistemas de comunicación, interfaces de usuario, entre otros, dependiendo de su diseño y funcionalidad específica. Cada uno de estos componentes trabaja en conjunto para permitir el funcionamiento y la interacción del robot con su entorno.

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Mecanismos de locomoción y manipulación

Existen diferentes mecanismos de locomoción y manipulación utilizados por los robots, dependiendo de sus aplicaciones y entornos de trabajo. Aquí hay algunos ejemplos comunes: 1. Ruedas: Las ruedas son un mecanismo de locomoción ampliamente utilizado en robots terrestres. Pueden ser ruedas simples, ruedas omnidireccionales o incluso ruedas mecanum, que permiten movimientos multidireccionales. Las ruedas son eficientes en superficies planas y lisas, y proporcionan una movilidad rápida y suave. 2. Patas: Los robots con patas se basan en la locomoción similar a la de los animales. Pueden tener desde dos hasta múltiples patas, y su diseño puede variar desde patas rígidas hasta patas articuladas con múltiples grados de libertad. Los robots con patas son adecuados para terrenos difíciles o desiguales, como escalones, pendientes o terrenos accidentados. 3. Cadenas: Los robots con cadenas utilizan una serie de eslabones o placas conectadas que se mueven en conjunto. Este tipo de locomoción es adecuado para terrenos irregulares, superficies resbaladizas o incluso para superar obstáculos. Los robots con cadenas proporcionan una mayor tracción y estabilidad en comparación con las ruedas. 4. Hélices: Los robots que utilizan hélices como mecanismo de locomoción son comúnmente conocidos como drones o vehículos aéreos no tripulados (UAV). Las hélices proporcionan elevación y propulsión para el vuelo. Los robots con hélices son ágiles y pueden moverse en tres dimensiones, lo que los hace adecuados para aplicaciones de inspección, vigilancia y mapeo aéreo. 5. Pinzas y brazos robóticos: Los robots manipuladores utilizan brazos robóticos y pinzas para interactuar y manipular objetos. Estos brazos robóticos están diseñados con articulaciones y grados de libertad para permitir una amplia gama de movimientos. Las pinzas pueden tener diferentes formas y tamaños según la tarea específica que deban realizar, como sujetar, levantar, girar o ensamblar objetos. Estos son solo algunos ejemplos de mecanismos de locomoción y manipulación utilizados en robots. Cada tipo de mecanismo tiene ventajas y desafíos particulares, y la elección del mecanismo adecuado dependerá de la aplicación, el entorno y los requisitos específicos del robot.

Entradas

Los sensores que mencionaste son comunes en muchos robots y proporcionan diferentes tipos de entradas para recopilar información sobre el entorno y el estado del robot. Aquí tienes una descripción de cada uno de ellos: 1. Sensores de distancia: Estos sensores se utilizan para medir la distancia entre el robot y los objetos cercanos. Pueden utilizar diferentes principios, como ultrasonido, infrarrojo o láser, para calcular la distancia. Estos sensores son útiles para evitar colisiones, realizar navegación autónoma y controlar la proximidad de los objetos. 2. Sensores de sonido: Los sensores de sonido captan las señales acústicas y se utilizan para detectar y analizar sonidos en el entorno. Pueden ser utilizados para identificar patrones de sonido, detectar eventos acústicos específicos o incluso para reconocimiento de voz y comunicación con el robot. 3. Sensores luminosos: Los sensores luminosos, como los fotodiodos o los sensores de luz ambiental, miden la intensidad o la cantidad de luz en el entorno. Estos sensores pueden utilizarse para detectar cambios en la iluminación, seguir líneas o bordes, y también para realizar tareas de percepción visual en combinación con otros sensores de visión. 4. Acelerómetro: El acelerómetro mide la aceleración lineal del robot en diferentes ejes. Proporciona información sobre los cambios de velocidad y dirección, así como la orientación y la inclinación del robot. Los acelerómetros son esenciales para el control de movimiento, el equilibrio y la detección de caídas en robots móviles. 5. Magnetómetro: El magnetómetro es un sensor que detecta y mide el campo magnético terrestre. Se utiliza para determinar la orientación y la dirección del robot con respecto al campo magnético de la Tierra. Esto es especialmente útil en aplicaciones de navegación y orientación, como en robots autónomos o vehículos aéreos no tripulados (UAV). Estos sensores proporcionan información clave para que los robots perciban su entorno y se orienten en él. Al combinar las lecturas de múltiples sensores, los robots pueden tomar decisiones y realizar acciones basadas en la información recopilada, lo que les permite interactuar y adaptarse de manera más eficiente y autónoma a su entorno.

Salidas

Las salidas de los robots son los dispositivos que les permiten realizar acciones físicas en respuesta a las entradas y decisiones tomadas por el sistema de control. Algunas de las salidas comunes utilizadas en robots son los motores DC, los servomotores y los motores paso a paso. Aquí tienes una descripción de cada uno de ellos: 1. Motores DC: Los motores de corriente continua (DC) son ampliamente utilizados en robots debido a su simplicidad y facilidad de control. Estos motores convierten la energía eléctrica en movimiento rotacional. Pueden proporcionar tanto velocidad como torque, lo que los hace adecuados para diversas aplicaciones de movimiento en robots, como ruedas de tracción, brazos articulados y mecanismos de manipulación. 2. Servomotores: Los servomotores son motores de corriente continua con un sistema de control integrado. Estos motores son muy precisos y se utilizan en aplicaciones donde se requiere un control preciso del ángulo y la posición, como en articulaciones de robots o mecanismos de movimiento controlado. Los servomotores también tienen la capacidad de mantener una posición específica incluso cuando se aplica una fuerza externa. 3. Motores paso a paso: Los motores paso a paso son motores que se mueven en incrementos discretos o pasos. Estos motores son ideales para aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso y repetible. Cada paso del motor se controla mediante pulsos eléctricos, lo que permite un control preciso de la velocidad y la posición. Los motores paso a paso se utilizan comúnmente en impresoras 3D, máquinas CNC, robots cartesianos y otros sistemas que requieren movimientos precisos. Cada tipo de motor tiene características y aplicaciones particulares. La elección del tipo de motor dependerá de los requisitos específicos de movimiento y control del robot, así como de la precisión y el rendimiento deseado en cada aplicación.