curso de robótica vi semestre ciencias fisicomatemáticas maestro: ing. tomás delfín muñoz...

Curso de RobóticaVI Semestre ciencias fisicomatemáticas

Maestro: Ing. Tomás Delfín Muñ[email protected]

mailto:[email protected]

http://www.tomasdelfin.jimdo.com/

Bibliografía

UNIDAD I. Introducción a la RobóticaCiencias fisicomatemáticas

Barrientos, Peñín, Balaguer, AracilFundamentos de Robótica

W. BoltonMecatrónica

SterenABC de la Mecatrónica

Robert H. BishopThe Mechatronics Handbook

Sitios de interés

www.tomasdelfin.jimdo.comwww.robotc.net

http://www.tomasdelfin.jimdo.com/

http://www.robotc.net/

Aplicará herramientas técnicas que le permitan identificar, entender y utilizar los diferentes elementos que conforman un robot, mediante la integración de conocimientos de las áreas físico matemáticas con disciplinas tecnológicas, tales como la mecánica, la electrónica y la informática. Contribuyendo a la conformación de una actitud científica, crítica, responsable y propositiva en el alumno.

Propósito general y enfoque de la asignatura


Introducción a la Robótica

• Que es un robot?• Orígenes y desarrollo de la robótica• Clasificaciones de los robots• Áreas de estudio de la robótica

UNIDAD I

Tema No. 1

Que es un robot?

UNIDAD I

Que es un robot?


Cuando escuchamos la palabra robot lo primero que se nos viene a la mente es una máquina con semejanza humana o algún personaje surgido de las películas de ciencia ficción.

Sin embargo…

Que es un robot?


Los robots se encuentran en todas partes y de las mas variadas formas. Los podemos encontrar en la industria, en las escuelas, en los hospitales, en la calle y hasta en nuestras casas.

Pueden tener forma humana, pero también los encontramos de las formas mas diversas, de modo que fácilmente pueden pasar desapercibidos para la mayoría. Para poder identificar a los robots es necesario conocer sus características y atributos. Así que a continuación mencionaremos como distinguir a un robot de máquinas comunes y corrientes.

Definición de RobotGeneral: Es una máquina capaz de realizar una serie de acciones complejas de manera automática.

Alternativa:Es una computadora con la capacidad y el propósito de movimiento que en general es capaz de desarrollar múltiples tareas de manera flexible según su programación.

"No puedo definir un robot, pero reconozco uno cuando lo veo".Engelberger, pionero en la industria robótica

Atributos de un robot


No hay un consenso sobre qué máquinas pueden ser consideradas robots, pero sí existe un acuerdo general entre los expertos y el público sobre lo que los robots tienden a hacer.

Los robots suelen incorporar algunos o todos los ATRIBUTOS siguientes:

- Moverse o desplazarse de forma coordinada

Aeronavegación guiada Transporte de cargas

Atributos de un robot


- Hacer funcionar mecanismos (por ejemplo un brazo mecánico)

- Sentir y manipular su entorno(respuesta a estímulos)

Mostrar un comportamiento inteligente (toma de decisiones)

Máquina de soldar Grúa

Sistemas de alarma

Tema No. 2

Orígenes y desarrollo de la Robótica

UNIDAD I

Historia de la Robótica


Antecedentes

A lo largo de la historia el ser humano a sentido fascinación por máquinas y dispositivos capaces de imitar las funciones y los movimientos de los seres vivos.

Los griegos tenían una palabra especial para definir a estas máquinas: autómatas, que significa “máquina que imita la figura y los movimientos de un ser animado”. Después en 1921 se acuñó el término robot, el cual se utiliza para definir a las máquinas.La Robótica es la ciencia y la tecnología de los robots y se ocupa de su diseño, manufactura y aplicaciones.

De forma general, la Robótica se define como:

El conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas basados en estructuras mecánicas poli- articuladas, dotados de un determinado grado de "inteligencia" y destinados a la producción industrial o a la sustitución del hombre en muy diversas tareas.

La palabra robótica fue acuñada por el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov.



• siglo IV a.C., Arquitas de Tarento. Matemático griego que construyó un ave mecánica que funcionaba con vapor y a la que llamó «La paloma».

• Siglo I a.C., Herón de Alejandría. Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas

• 1088, Su Song. Inventor chino que levantó una torre de reloj en 1088 con figuras mecánicas que daban las horas.

• 1206, Al Jazarii , inventor musulmán que diseñó y construyó los primeros robots humanoides programables (funcionaban con agua y producían música).

• 1495, Leonardo Da Vinci. Diseño de un robot humanoide.

• 1799-1881, Hisashige Tanaka . Artesano japonés que creó juguetes mecánicos extremadamente complejos (servían té, disparaban flechas , etc.)

Época antigua



• 1921, Karel Capek, Se acuña el término robot a partir de la obra teatral RUR. Robot proviene de la palabra checa robota = servidumbre , trabajo forzado.

• 1930s, Elektro, Se exhibe un robot humanoide.

• 1941, Isaac Asimov, Se acuña el termino robótica.

• 1948, Goertz,. Primer tele-manipulador operado a distancia para manejar desechos radioactivos.

• 1961, El Unimate fue el primer robot comercial. Era programable y dirigido de forma digital. Se creo para para levantar piezas calientes de metal de una máquina de tinte.

• 1975, PUMA. Brazo manipulador programable Universal.

• 2000, Asimo. Robot con desplazamiento bípedo desarrollado por Honda.

• 2002, Aibo. Comercialización de robots como mascotas (por SONY y Honda)

Época moderna

Tema No. 3

Clasificación de los robots

UNIDAD I



1) De acuerdo al lugar de operación se clasifican en:

1) EstacionariosNo poseen sistemas de locomoción

2) MóvilesDiseñados para moverse de un sitio a otro



2) De acuerdo a la forma del robot:

1) ZoomorfosTienen la forma de un animal

2) Antropomorfos (androides)Tienen la forma semejante al ser humano

2) Antropomorfos (androides)Tienen la forma semejante al ser humano y además imitan algunos aspectos de su conducta de manera autónoma



3) De acuerdo a su dependencia respecto a un agente externo:

1) Robots atadosCuando el mecanismo que hace la tarea es el robot en si mismo pero tiene un sistema de control externo.

2) Robots auto-contenidosNo depende de algún otro mecanismo o sistema para ejecutar sus tareas



4) De acuerdo a la forma es que es controlado:

1) Robots autónomosActúan por si mismos

2) Robots teleoperadosSon activados a distancia por medio un control remoto



De acuerdo a su área de aplicación:

2) Industriales.1) Médicos

3) Militares 4) Educativos 5) Domésticos



5) De acuerdo a su area de aplicación:

7) Agrícolas6) Científicos

8) Labores peligrosas

Tema No. 4

Áreas de estudio de la Robótica

UNIDAD I



La robótica es el resultado de la interacción de varias disciplinas, donde principalmente se concentran 6 áreas de estudio:

Ciencias básicas 1) La física y 2) Las matemáticas

Áreas Tecnológicas3) La mecánica4) La electrónica5) La informática6) El control automático



Relación de la Física con la Robótica

- Ayuda a comprender los fenómenos físicos que tienen lugar en el robot y en su entorno. Por ejemplo: velocidad, aceleración, inercia, centro de gravedad, etc. - Permite entender las relaciones entre conversiones de energía para robustecer el diseño de los mecanismos y actuadores. Por ejemplo: al convertir la energía eléctrica en mecánica, la velocidad angular en movimiento rectilíneo, etc.

- Ayuda a hacer consideraciones sobre las propiedades de los materiales, tales como deformación, elasticidad, etc.

FísicaEs una ciencia natural que estudia las propiedades del espacio, el movimiento , el tiempo, la materia y la energía, así como sus interacciones..



Relación de las Matemáticas con la Robótica

- Permite describir y ajustar trayectorias. - Permite coordinar movimientos entre diferentes elementos del robot.

- Ayuda a establecer correlaciones entre magnitudes físicas y variables matemáticas utilizadas en el software de programación.

MatemáticasEs la ciencia que siguiendo el razonamiento lógico, estudia las propiedades y relaciones entre entes abstractos (números, figuras geométricas y símbolos)



Relación de la Mecánica con la Robótica

- Permite diseñar, desarrollar y acoplar elementos mecánicos que interactúen para ejecutar acciones concretas. - Ayuda a hacer una apropiada selección de materiales que cumplan con las especificaciones requeridas.

- Permite hacer la selección apropiada de fuentes de energía para obtener los requerimientos de potencia necesarios para la correcta operación del robot.

Mecánica Es una rama de la ingeniería, que aplica las ciencias exactas, específicamente los principios físicos, termodinámica, ciencia de materiales, mecánica de fluidos y análisis estructural para el diseño y análisis de mecanismos.



Relación de la Electrónica con la Robótica

- Permite diseñar, desarrollar y acoplar circuitos electrónicos que interactúan con los dispositivos de comunicación y control del robot. - Proporciona herramientas técnicas para desarrollar interfaces de comunicación (medios físicos que sirven de enlace) entre los actuadores y el dispositivo de control (microcontrolador)

- Ayuda a proveer las fuentes de alimentación necesarias para operar los dispositivos de entrada/salida y de control.

Electrónica Es la rama de la física y especialización de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de los electrones.



Relación de la informática con la Robótica

- Permite establecer un vínculo o respuesta entre las entradas y salidas, es decir, entre los elementos sensoriales (entradas) y los actuadores (salidas). - Provee herramientas para el desarrollo de software o leguaje de máquina que defina un protocolo de comunicación entre los diferentes subsistemas del robot.

- Ayuda a integrar elementos de comunicación y control automático para operar el robot a distancia o mediante enlaces digitales.

Informática Es el conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de computadoras.



Relación del Control Automático con la Robótica

- Permite mejorar la confiabilidad de los robots, al desarrollar sistemas retroalimentados - Ayudan a proveer al robot la capacidad de autoajustase o “aprender”. Lo cual equivale a aumentar la inteligencia del robot.

- Nos ayuda a predecir la respuesta del robot ante determinados estímulos.

Control automáticoEs una rama de la ingeniería que aplica la integración de tecnologías de vanguardia que son utilizadas en el campo de la automatización.

Trabajo de investigación No. 1


Investigar vida y obra de Isaac Asimov- Incluir comentarios personales sobre las aportaciones de Asimov en la robótica.

ResumenIsaac Asimov (1920-1992)-Escritor y bioquímico ruso nacionalizado estadounidense- Ingresó a la universidad a los 15 años- Prolífico autor de obras de ciencia ficción, historia y divulgación científica- Principal obra: Saga de la Fundación (Trilogía o Ciclo de Trantor) perteneciente a la serie del imperio galáctico.- Sus obras se centraban en escenarios futuristas con presencia importante de robots.- Fue uno de los tres grandes escritores de ciencia ficción del siglo XX- Trabajos publicados en 9 de las 10 categorías del sistema Dewey- Un asteroide lleva su nombre, el “5020 Asimov”- Introdujo las palabras POSITRONICO (Runaround, 1942), PSICOHISTORIA Y ROBOTICA (Mentiroso, 1940).- Postuló las tres leyes de la robótica.



1) Enliste los atributos que posee la máquina y que permiten identificarla como un robot.2) Defina las diferentes clasificaciones en las que encaja el robot.3) Determine de que manera se involucrarían las diferentes disciplinas de la ciencia y tecnología para explicar la construcción y funcionamiento del robot seleccionado.

Seleccione una máquina que pueda ser considerada como un robot

Contenido:1) Portada2) Descripción funcional del robot seleccionado (Que hace?)3) Dibujo o foto del robot (Como es?)4) Descripción y justificación de atributos del robot seleccionado (Por Que

consideras que se trata de un robot?)5) Mencionar como se clasifica el robot de acuerdo a cada una de las

diferentes clasificaciones.6) Descripción de disciplinas relacionadas con el robot (Mecánica, electrónica,

informática, control automático, física y matemáticas) P.ej. Relación con las matemáticas: Estas se aplican para poder

calcular las trayectorias que sigue al robot. Por ejemplo podría ser xyz, polares o parabólicas si detectan un obstáculo.

7) ConclusionesFecha de entrega: 30 de enero del 2012



Realizar un mapa mental donde se defina que es un robot, sus atributos, sus clasificaciones y las disciplinas con las que se relaciona.

- Incluir comentarios personales sobre las aportaciones de Asimov en la robótica.



Conteste el cuestionario sobre los diferentes temas vistos en clase.

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