La Robótica y sus componentes/Texto completo
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 robots, ni tienen idea del origen de las aplicaciones útiles de la Robótica como ciencia.
La Robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes hace miles de años. Los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la Robótica no era reconocida como ciencia, es más, la palabra robot surgió mucho después del origen de los autómatas.
Contenidos
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Breve historia de la Robótica
Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imiten las partes del cuerpo humano.
- Antigüedad
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.
- Siglos XVII y XVIII
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 proposito específico: la diversión.
En 1805, Henri Maillardert contruyó 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 inscribir 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.Hubo otras inverciones mecánicas durante la revolución industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de las cuales estaban dirigidas al sector de la producción textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton (1779), el telar mecánico de Cartwright (1785), el telar de Jacquard (1801), y otros.
- Siglo XX
El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas computadoras electrónicas, los actuadores de control reatroalimentados, 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.
No obstante las limitaciones de las máquinas robóticas actuales, el concepto popular de un robot es que tiene una apariencia humana y que actúa como tal. Este concepto humanoide ha sido inspirado y estimulado por varias narraciones de ciencia ficción.
Una obre checoslovaca publica en 1917 por Karel Kapek, denominada Rossum's Universal Robots, dio lugar al término robot.
La palabra checa 'Robota' significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al ingles se convirtió en el termino robot.
Dicha narración se refiere a un brillante científico llamado Rossum y su hijo, quienes desarrollan uan sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan ésta sustancia para fabricar robots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la clase humana de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos. Rossum sigue realizando mejoras en el diseño de los robots, elimina órganos y otros elementos innecesarios, y finalmente desarrolla un ser 'perfecto'. El argumento experimenta un giro desagradable cuando los robots perfectos comienzan a no cumplir con su papel de servidores y se rebelan contra sus dueños, destruyendo toda vida humana.
Entre los escritores de ciencia ficción, Issac 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.
- Tres leyes de la Robótica
- Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.
- Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflicto con la primera ley.
- 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.
Cronograma de los avances de la Robótica
A continuación se presenta un cronograma de los avances de la Robótica desde sus inicios.
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| 1738 | J. de Vaucanson construyó varias muñecas mecánicas de tamaño humano que ejecutaban piezas de música |
| 1774 | Pierre Jaquet desarrolló “El Escriba Automático” un maniquí capaz de escribir una carta completa a pluma. |
| 1801 | J. Jaquard invento su telar, que era una máquina programable para urdir tejidos con dibujos complejos. |
| 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 | J.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 artic. 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 manipulador 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. |
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 computadoras (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadoras (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.
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.
- La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener.
- La automatización flexible, es mas adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada.
De los tres tipos de automatización, la Robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.
Clasificación de los robots
Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a nivel de inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación.
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La Asociación de Robots Japonesa (JIRA) ha clasificado a los robots dentro de seis clases sobre la base de su nivel de inteligencia:
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Los programas en el controlador del robots pueden ser agrupados de acuerdo al nivel de control que realizan.
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En la clasificación final se considerara el nivel del lenguaje de programación. Los sistemas de programación de robots caen dentro de tres clases:
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Aplicaciones
Los robots son utilizados en una diversidad de aplicaciones, desde los robots en los salones de clase, robots soldadores en la industria automotriz, hasta brazos teleoperador en el transbordador espacial.
- Industria
Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son: la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en la industria plástica, máquinas-herramientas y otras más.
- Laboratorios
Los robots están encontrando un gran número de aplicaciones. Un típico sistema de preparación de muestras consiste de un robots y una estación de laboratorio, la cual contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de pruebas, etc. Las aplicaciones subsecuentes incluyen la medición del pH, viscosidad, y el porcentaje de sólidos en polímeros, preparación de plasmas humano para muestras para ser examinadas, calor, flujo, peso y disolución de muestras para presentaciones espectromáticas.
- Manipuladores Cinemáticos
La 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.
- Agricultura
Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia ficción; 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. 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 video y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho cortes al cuerpo del cerdo.
- Espacio
La exploración espacial posee problemas especiales para el uso de robots. Mucho científicos han hecho la sugerencia de que es necesario el uso de Robots para continuar con los avances en la exploración espacial.
- Vehículos submarinos
En la actualidad, muchos de estos vehículos submarinos se utilizan en la inspección y mantenimiento de tuberías que conducen petróleo, gas o aceite en las plataformas oceánicas; en el tendido e inspección del cableado apara comunicaciones, para investigaciones geológicas y geofísicas en el suelo marino.
- Educación
Los robots están apareciendo en los salones de clases de tres distintas forma. Primero, los programas educacionales utilizan la simulación de control de robots como un medio de enseñanza.
Segundo y el más común es el uso del robot tortuga en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias computacionales.
En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos han sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales.
El mercado de la Robótica y las perspectivas futuras
Las ventas anuales para robots industriales han ido creciendo en un 25%. El incremento de esta 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 sencillo de instalar.
- En tercer lugar, crece el mercado.
- En cuarto lugar, se espera que el mercado de la Robótica sufra una expansión más allá de las grandes empresas.
La Robótica es una tecnología con futuro y también para el futuro. Si continúan las tendencias actuales, 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.