Robotica

Robotica

La robótica es una rama de la ciencia y la ingeniería que abordan el estudio de los robots. Está involucrado con el diseño de un robot, la fabricación, aplicación y disposición estructural. La robótica es relacionados con la electrónica, mecánica y software. [3] La palabra “robot” fue presentado al público por el escritor checo Karel Capek en su obra teatral RUR (Robots Universales de Rossum), publicado en 1920. El término “robótica” fue acuñado por Isaac Asimov en su ciencia ficción 1941 de cuentos “¡Mentiroso!” [4]

Etimología

Según el Diccionario Inglés de Oxford, la robótica palabra fue utilizada por primera vez en la impresión de Isaac Asimov, en su corta historia de ciencia ficción “¡Mentiroso!”, Publicado en mayo de 1941 en Astounding Science Fiction. Asimov era consciente de que estaba acuñando el término, ya que la ciencia y la tecnología de los dispositivos eléctricos es la electrónica, que asumió la robótica ya que se refiere a la ciencia y la tecnología de los robots. Sin embargo, en algunas de las otras obras de Asimov, afirma que el primer uso de la robótica palabra fue en su cuento Runaround (Astounding Science Fiction, marzo de 1942). [14] [15] La robótica palabra se deriva de la palabra robot, que fue presentado al público por el escritor checo Karel Capek en su obra teatral RUR (Robots Universales de Rossum), que se estrenó en 1921 [16]. Componentes Pregunta libro Wikinoticias Esta sección necesita referencias adicionales para su verificación. Por favor, ayudar a mejorar este artículo añadiendo referencias fiables. material de referencias puede ser impugnado y eliminado. (Julio 2009) Estructura

La estructura de un robot es por lo general en su mayoría mecánica y se puede llamar una cadena cinemática (su funcionalidad es similar a la estructura del cuerpo humano). La cadena está formada por enlaces (los huesos), actuadores (los músculos), y las articulaciones que puede permitir que uno o más grados de libertad. La mayoría de los robots actuales cadenas de uso abierto de serie en la que cada eslabón se conecta la anterior a la que después de ella. Estos robots son llamados robots de serie y, a menudo se asemejan a los del brazo humano. Algunos robots, tales como la plataforma de Stewart, utilice una cadena cerrada cinemática paralela. Otras estructuras, como los que imitan la estructura mecánica de los seres humanos, animales diversos, y los insectos, son relativamente raros. Sin embargo, el desarrollo y uso de estas estructuras en los robots es un área activa de investigación (biomecánica, por ejemplo). Los robots manipuladores han utilizado como un efector final montado en el último eslabón. Este efector final puede ser cualquier cosa desde un dispositivo de soldadura con una mano mecánica utilizada para manipular el medio ambiente. Fuente de alimentación

En la actualidad, en su mayoría (de plomo-ácido) Las baterías se utilizan, pero las fuentes potenciales de energía podrían ser:

    * Neumático (gases comprimidos)
    hidráulica * (comprimido líquidos)
    * Volante de almacenamiento de energía
    * Basura orgánica (a través de la digestión anaerobia)
    * Heces (humana, animal), puede ser interesante en un contexto militar como heces de pequeños grupos de combate puede ser reutilizado para las necesidades energéticas de la robot (ver motor DEKA proyecto de catapulta Stirling sobre cómo el sistema podría funcionar)
    * Aún las fuentes de energía no probado (por ejemplo, reactores de fusión nuclear, …)
    * Fuente radiactiva (por ejemplo, con la propuesta de automóviles Ford de los años 50); a las propuestas en películas como “Planeta Rojo

Actuación Una pierna de robot propulsado por aire Músculos

Los actuadores son como los “músculos” de un robot, las piezas que convierten la energía almacenada en movimiento. Con mucho, los actuadores más populares son los motores eléctricos que hacen girar una rueda o engranaje, y actuadores lineales que controlan los robots industriales en las fábricas. Pero hay algunos avances recientes en otros tipos de actuadores, funciona con electricidad, productos químicos, o de aire comprimido:

    * Los motores eléctricos: La gran mayoría de los robots usan motores eléctricos, cepillado con frecuencia y motores de corriente continua sin escobillas en los robots móviles o de motores de corriente alterna en robots industriales y máquinas CNC.
    * Los actuadores lineales: Varios tipos de actuadores lineales entrar y salir en lugar de girar, en particular cuando las fuerzas muy grandes son necesarios, tales como la robótica industrial. Suelen ser accionado por aire comprimido (actuador neumático) o un aceite (actuador hidráulico).
    * Serie Actuadores elástico: Un resorte puede ser diseñado como parte del actuador del motor, para poder controlar mejor la fuerza. Se ha utilizado en varios robots, sobre todo caminar robots humanoides. [17]
    * Músculos del aire: (También conocido como neumáticos músculos artificiales) son tubos especiales que el contrato (por lo general hasta el 40%) cuando el aire es forzado dentro de ella. Se han utilizado en algunas aplicaciones del robot. [18] [19]
    * Músculo de alambre: (También conocido como aleación con memoria de forma, o de alambre de Nitinol Flexinol) es un material que se contrae ligeramente (por lo general menos del 5%) cuando la electricidad pasa por él. Se han utilizado para algunas aplicaciones pequeño robot. [20] [21]
    * Polímeros electroactivos: (EAP o EPAMS) es un nuevo material plástico que puede contraer considerablemente (hasta un 400%) de la electricidad, y se han utilizado en los músculos faciales y los brazos de los robots humanoides, [22] y para permitir que nuevos robots para flotar [23], volar, nadar o caminar. [24]
    * Motor piezoeléctrico: Una alternativa reciente para motores de corriente continua son motores piezoeléctricos o motores ultrasónicos. Estos funcionan en un principio fundamentalmente distinto, por el que los elementos piezoeléctricos diminutos, vibrando miles de veces por segundo, la causa del movimiento linear o rotatorio. Existen diferentes mecanismos de operación; un tipo utiliza la vibración de los elementos piezo a caminar el motor en un círculo o una línea recta [25] Otro tipo utiliza los elementos piezoeléctricos para provocar una tuerca para que vibre y conducir un tornillo.. Las ventajas de estos motores son la resolución del nanómetro, la velocidad y la fuerza disponible para su tamaño. [26] Estos motores ya están disponibles comercialmente, y que se utiliza en algunos robots. [27] [28]
    * Nanotubos elástico: Se trata de una tecnología prometedora, en fase inicial de experimentación. La ausencia de defectos en los nanotubos permite que estos filamentos para deformar elásticamente por varios puntos porcentuales, con niveles de almacenamiento de energía de unos 10 J/cm3 de nanotubos de metal. bíceps Humanos podría ser sustituido por un cable de 8 mm de diámetro de este material. Tal pacto “músculo” podría permitir a los robots el futuro a los seres humanos escapar y Alimentos tradicionales [29].

Sensores Toque

Actual manos robóticas y prótesis reciben mucho menos información táctil que la mano humana. Investigaciones recientes han desarrollado un conjunto de sensores táctiles que imita las propiedades mecánicas y receptores del tacto de los dedos humanos. [30] [31] El arsenal del sensor se construye como un núcleo rígido rodeado de líquido conductor contenidas por una piel elastoméricas. Los electrodos se montan en la superficie del núcleo rígido y se conectan a un dispositivo de medición de impedancia en el núcleo. Cuando la piel toca un objeto artificial se deforma la vía de fluidos alrededor de los electrodos, produciendo cambios de impedancia que se asignan a las fuerzas recibido del objeto. Los investigadores esperan que una función importante de esta mano artificial será la adaptación de agarre robóticos en los objetos de lugar.

En 2009, científicos de varios países europeos e Israel desarrollaron una prótesis de mano, llamado SMARTHAND, que funciona como uno real, permitiendo a los pacientes a escribir con él, escribir con un teclado, tocar el piano y realizar otros movimientos finos. La prótesis tiene sensores que permiten al paciente a sentir verdadera sensación en su mano [32]. Visión Artículo principal: La visión por ordenador

La visión por ordenador es la ciencia y la tecnología de las máquinas que ver. Como disciplina científica, visión por computador se refiere a la teoría detrás de los sistemas artificiales que extraen información de las imágenes. Los datos de imagen puede tomar muchas formas, tales como secuencias de vídeo y puntos de vista de las cámaras.

En la mayoría de las aplicaciones prácticas de visión por ordenador, los equipos están pre-programados para resolver una tarea concreta, pero los métodos basados en el aprendizaje se están convirtiendo cada vez más común.

sistemas de visión artificial se basan en sensores de imagen que detectan la radiación electromagnética que suele ser en la forma de luz visible o luz infrarroja. Los sensores están diseñados utilizando la física de estado sólido. El proceso por el cual la luz se propaga y se refleja en las superficies se explica con la óptica. sofisticados sensores de imagen aún requieren la mecánica cuántica para proporcionar una comprensión completa del proceso de formación de la imagen.

Hay un subcampo dentro de la visión por ordenador donde los sistemas artificiales están diseñados para imitar el proceso y el comportamiento de los sistemas biológicos, en los diferentes niveles de complejidad. Además, algunos de los métodos basados en el aprendizaje desarrollado en visión por computador tienen sus antecedentes en la biología. Manipulación

Los robots que deben trabajar en el mundo real requieren alguna forma de manipular objetos; recoger, modificar, destruir, o tener un efecto. Así, el “manos” de un robot se refiere a menudo como efectores finales, [33] mientras que el brazo se le conoce como un manipulador. La mayoría [34] brazos del robot tienen efectores reemplazable, cada uno lo que les permite realizar alguna pequeña gama de tareas. Algunos tienen un manipulador fija que no puede ser reemplazado, mientras que unos pocos tienen un manipulador de propósito general, por ejemplo una mano humanoide.

    * Mecánica Pinzas: Uno de los efectores más común es la pinza. En su manifestación más simple consiste de sólo dos dedos que puede abrir y cerrar para recoger y dejar de lado una serie de pequeños objetos. Sus dedos pueden por ejemplo ser de una cadena con una cubeta de metal el cable a él. [35] Véase la mano de sombra.
    * Pinzas de vacío: Recogida y robots lugar para los componentes electrónicos y para objetos grandes, como los parabrisas de coches, a menudo se utilizan pinzas de vacío muy simple. Estos son astrictive muy simple [36] Los dispositivos, pero puede soportar cargas muy grandes siempre que la superficie es lisa comprensión suficiente para garantizar la succión.
    * General efectores propósito: Algunos robots avanzados están empezando a utilizar plenamente las manos humanoide, como la Mano de sombra, Manus, [37] y la mano Schunk [38] Estos manipuladores muy diestros, con nada menos que 20 grados de libertad y de cientos de. sensores táctiles. [39]

Para la guía definitiva para todas las formas de endeffectors robot, su diseño, y la utilización de consultar el libro “Robot Pinza” [40]. Locomoción Ver también: locomoción del robot Rodamientos robots Segway en el museo del robot en Nagoya.

Para simplificar, la mayoría de los robots móviles tienen cuatro ruedas. Sin embargo, algunos investigadores han tratado de crear robots con ruedas más complejo, con ruedas de sólo uno o dos. Estos pueden tener ciertas ventajas tales como una mayor eficiencia, reducción de partes, y permitir que un robot para navegar por lugares estrechos que un robot de cuatro ruedas no sería capaz de hacerlo.

    * Dos ruedas de equilibrio: equilibrio de los robots suelen utilizar un giroscopio para detectar la cantidad de un robot se está cayendo y luego conducir las ruedas proporcionalmente en la dirección opuesta, para contrarrestar la caída en cientos de veces por segundo, sobre la base de la dinámica de un invertida péndulo. [41] Muchos robots de equilibrio han diseñado diferentes. [42] Mientras que el Segway no es comúnmente considerado como un robot, que puede considerarse como un componente de un robot, como Robonaut de la NASA que ha sido montado en un Segway [43].
    * Uno de equilibrio de ruedas: Un robot de un equilibrio de ruedas es una extensión de un robot de dos ruedas de equilibrio para que pueda moverse en cualquier dirección en 2D con una pelota redonda como rueda única. Varios una ruedas robots de equilibrio se han diseñado recientemente, como la Universidad Carnegie Mellon “robopelota” que es la altura aproximada y la anchura de una persona, y de Tohoku Gakuin University “Ball IP?”. [44] Debido a la forma larga y delgada y la capacidad para maniobrar en espacios reducidos, que tienen el potencial para funcionar mejor que otros robots en entornos con personas [45].
    * Robots orbe esférico: Varios intentos se han hecho en los robots que están completamente dentro de una bola esférica, ya sea haciendo girar un peso dentro de la bola, [46] [47] o girando la carcasa externa de la esfera [48] [49. ] Estos también han sido mencionados como un orbe bot [50] o una pelota de un bot [51] [52]
    * Seis robots de ruedas: El uso de seis ruedas en lugar de cuatro ruedas puede dar una mejor tracción y agarre en terrenos al aire libre como en la tierra rocosa o hierba.
    * Los robots de orugas: orugas de los tanques proporcionar tracción, incluso más que un robot de seis ruedas. ruedas de oruga se comportan como si fueran de cientos de ruedas, por lo tanto son muy comunes para los robots exterior y militar, donde el robot debe manejar en terrenos abruptos. Sin embargo, son difíciles de utilizar en interiores como en las alfombras y pisos lisos. Los ejemplos incluyen la NASA Urban Robot “Urbie” [53].

Robots caminantes robot iCub, diseñado por el Consorcio Robot Cub?

Caminar es un problema difícil de resolver y dinámica. Los robots han hecho varios que pueden caminar sobre dos patas de forma fiable, sin embargo ninguno de ellos ha sido que están tan robusto como un ser humano. Muchos otros robots que han construido a pie de más de dos piernas, debido a estos robots están mucho más fácil de construir. [54] [55] Los híbridos también se han propuesto en películas como Yo, Robot, donde caminan sobre dos piernas y cambiar a 4 (brazos + piernas) cuando va a una carrera de velocidad. Normalmente, los robots, el 2 de piernas puede caminar bien en suelos planos, y en ocasiones puede subir las escaleras. Nadie puede caminar sobre terreno rocoso, desigual. Algunos de los métodos que han sido escogidas son:

    * ZMP Técnica: El Momento Cero Punto (ZMP) es el algoritmo utilizado por los robots como ASIMO de Honda. El ordenador del robot a bordo trata de mantener el total de las fuerzas de inercia (la combinación de la gravedad terrestre y la aceleración y la desaceleración de la marcha), exactamente con la oposición de la fuerza de reacción del suelo (la fuerza de la palabra haciendo retroceder a pie del robot). De esta manera, las dos fuerzas se anulan, dejando ningún momento (la fuerza que causa que el robot gire y se caiga). [56] Sin embargo, esto no es exactamente como un ser humano camina, y la diferencia es evidente para los observadores humanos, algunos de los quienes han señalado que ASIMO camina como si las necesidades del lavabo. [57] [58] [59] ASIMO algoritmo de caminar no es estática, y llegar a un equilibrio dinámico se utiliza (ver abajo). Sin embargo, sigue siendo necesaria una superficie lisa para caminar.
    * Saltos: varios robots, construido en la década de 1980 por Marc Raibert en el Laboratorio del MIT piernas, caminar con éxito demostrado muy dinámica. Inicialmente, un robot con una sola pierna y un pie muy pequeño, podría permanecer en posición vertical con sólo saltar. El movimiento es el mismo que el de una persona en un palo de pogo. Como el robot se cae a un lado, sería ir un poco en esa dirección, con el fin de la propia captura. [60] Pronto, el algoritmo se generalizó a dos y cuatro patas. Un robot bípedo se demostró corriendo e incluso realizar saltos mortales. [61] se demostró que un cuadrúpedo también puede trotar, correr, el ritmo, y los consolidados. [62] Para una lista completa de estos robots, consulte la página del MIT Laboratorio de Robots pierna.
    * Dinámica de equilibrio o controladas en descenso: Una forma más avanzada de un robot a caminar es utilizar un algoritmo de equilibrio dinámico, que es potencialmente más fuerte que la técnica de momento cero punto, ya que constantemente monitorea el movimiento del robot, y los lugares de los pies con el fin de para mantener la estabilidad. [63] Esta técnica se ha demostrado recientemente por Dexter Anybots ‘Robot, [64], que es tan estable, que incluso pueden saltar. [65] Otro ejemplo es la Universidad Tecnológica de Delft Llama.
    * Dinámica pasiva: Tal vez el enfoque más prometedor utiliza la dinámica pasiva, cuando se utilice el impulso de las extremidades tirándole por una mayor eficiencia. Se ha demostrado que los mecanismos totalmente sin energía humanoide pueda caminar por una pendiente suave, utilizando sólo la gravedad para impulsarse. Usando esta técnica, un robot sólo tendrán que proporcionar una pequeña cantidad de potencia del motor a caminar a lo largo de una superficie plana o un poco más que subir una colina. Esta técnica promete hacer que los robots caminando al menos diez veces más eficiente que los caminantes ZMP, como ASIMO. [66] [67]

Otros métodos de locomoción RQ-4 Global Hawk vehículo aéreo no tripulado

    * Volar: Un avión de pasajeros moderno es esencialmente un robot volador, con dos seres humanos para su gestión. El piloto automático puede controlar el avión para cada etapa del viaje, incluyendo el despegue, vuelo normal, y el aterrizaje, incluso. [68] Otros robots que vuelan están deshabitadas, y son conocidos como vehículos aéreos no tripulados (UAV). Pueden ser más pequeño y ligero a bordo sin un piloto humano, y volar en territorio peligroso para las misiones de vigilancia militar. Algunos incluso pueden disparar a objetivos bajo el mando. UAV También se están desarrollando lo que puede disparar a blancos de forma automática, sin necesidad de un comando de un ser humano. Otros robots voladores incluyen misiles de crucero, el Entomopter, y el robot de Epson helicóptero micro. Los robots como el pingüino de Aire, Aire Ray, y la jalea de aire tienen más ligeros que los cuerpos al aire, propulsado por remos, y guiado por el sonar.

Dos serpientes robot. Izquierda tiene 64 motores (con 2 grados de libertad por segmento), la derecha 10.

    * Serpenteando: Varios robots serpiente se han desarrollado con éxito. Imitando el movimiento manera serpientes reales, estos robots pueden navegar espacios muy reducidos, lo que significa que puede un día utilizar para buscar personas atrapadas en edificios derrumbados. [69] El robot japonés ACM-R5 serpiente [70] Incluso puede navegar tanto en la tierra y en el agua [71].
    * Patinaje: Un pequeño número de robots de patinaje se han desarrollado, uno de los cuales es un multi-modo de caminar y patinar dispositivo, Titán VIII muertos [link]. Tiene cuatro patas, con ruedas sin motor, que puede paso o rodillo. [72] Otro robot, plen, puede utilizar una tabla de skate en miniatura o patines y skate a través de un escritorio. [73]
    * Escalada: diferentes enfoques Varios han sido utilizados para desarrollar robots que tienen la capacidad de escalar superficies verticales. Un enfoque imita los movimientos de un escalador humanos en una pared con salientes; ajustar el centro de masa y movimiento cada miembro a su vez, para ganar influencia. Un ejemplo de esto es Capuchinos, [74] construido por la Universidad de Stanford, California. Otro método utiliza el método del dedo del pie almohadilla especializada de la pared de escalada lagartijas, que puede funcionar en superficies lisas como el vidrio vertical. Ejemplos de este enfoque incluyen Wallbot [75] y Stickybot. [76] de China “Tecnología diaria” 15 de noviembre 2008 informó Nuevo Concepto de aeronaves (Zhuhai) Co., Ltd. El Dr. Li Hiu Yeung y su grupo de investigación recientemente han desarrollado con éxito el biónica gecko robot “Speedy Freelander”. Según el Dr. Li introducción, este robot gecko rápidamente puede subir y bajar en una variedad de la construcción de muros, suelo y fisuras de la pared vertical o caminar al revés en el techo, que es capaz de adaptarse en vidrio de paredes lisas, el polvo en bruto o pegajosa, así como la superficie de diversos materiales metálicos y también puede identificar automáticamente los obstáculos, sortear la carretera de circunvalación y movimientos flexibles y realistas. Su flexibilidad y la velocidad son comparables a la lagartija naturales. Un tercer enfoque consiste en imitar el movimiento de una serpiente subiendo por una [cita requerida] poste.
    * Natación: Se calcula que al nadar un poco de pescado puede alcanzar una eficiencia de propulsión superior al 90% [77] Por otra parte, se puede acelerar y maniobrar mucho mejor que cualquier barco hecho por el hombre o un submarino, y producen menos ruido y la perturbación del agua.. Por lo tanto, muchos investigadores el estudio de robots submarinos desea copiar este tipo de locomoción. [78] Ejemplos notables son la Universidad de Essex Ciencias de la Computación de peces robóticos, [79] y el atún robot construido por el Instituto de Robótica de campo, analizar y modelar matemáticamente movimiento Thunniform. [80] El Pingüino Aqua, diseñado y construido por Festo de Alemania, las copias de la forma aerodinámica y propulsión por delante “aletas” de los pingüinos. Festo también han incorporado el Rayo Aqua y jalea Aqua, que emulan la locomoción de manta raya, y las medusas, respectivamente. 

Robótica

La robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la informática.

Historia

La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de “artefactos”, que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingénios) acuñó el término “automática” en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.

Karel Capek, un escritor checo, acuño en 1921 el término Robot en su obra dramática “Rossum’s Universal Robots / R.U.R.”, a partir de la palabra checa Robbota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los robots. Asimov creó también las Tres Leyes de la Robótica. En la ciencia ficción el hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos, haciéndose con el poder, o simplemente aliviándonos de las labores caseras.

Román Gubern analiza en su libro El simio informatizado los motivos del ser humano para crear seres artificiales a su imagen y semejanza

La Robótica ha alcanzado un nivel de madurez bastante elevado en los últimos tiempos, y cuenta con un correcto aparato teórico. Sin embargo, al intentar reproducir algunas tareas que para los humanos son muy sencillas, como andar, correr o coger un objeto sin romperlo, no se ha obtenido resultados satisfactorios, especialmente en el campo de la robótica autónoma. Sin embargo se espera que el continuo aumento de la potencia de los ordenadores y las investigaciones en inteligencia artificial, visión artificial, la robótica autónoma y otras ciencias paralelas nos permitan acercarnos un poco más cada vez a los milagros soñados por los primeros ingenieros y también a los peligros que nos adelanta la ciencia ficción.

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