Tema 2
TEMA 2: INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA.
1. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA
Desde siempre, el Hombre ha buscado la manera de hacer su vida más fácil, para ello ha ido inventando artilugios a lo largo de la Historia cada vez más sofisticados.
En principio fabricó armas y herramientas manuales con los materiales que tenía a su disposición, lo que le dio ventaja con respecto a los animales.
Más tarde, construyó máquinas que le permitían hacer el trabajo con mucha menos fuerza, aunque requerían la intervención de un operario continuamente.
Después, fabricó máquinas automáticas, que realizan una serie de tareas en orden y las repite continuamente, sin atención de las personas.
Y por último, fabricó robots, que ejecutan tareas y toman decisiones automáticamente, siguiendo las órdenes de un programa memorizado. Por supuesto, este tipo de maquinas tampoco requieren intervención humana.
Actualmente se siguen utilizando herramientas, máquinas y automatismos, aunque se intentan sustituir por robots, por ser más cómodos para las personas, ya que la intervención humana y la fuerza que tenemos que hacer para que funcionen son mucho menores que con los anteriores artilugios.
1.1. Definición de Robótica
El término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov (escritor de ciencia ficción) para describir la tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una poderosa industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad. Recientemente se ha producido una explosión en el desarrollo y uso industrial de los robots tal que se ha llegado al punto de hablar de "revolución de los robots" y "era de los robots".
Podemos definir el significado de la Robótica como una ciencia que aglutina varias ramas tecnológicas (como la mecánica, la electrónica, la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control, entre otras), con el objetivo de diseñar máquinas que sean capaces de realizar tareas automatizadas o de simular el comportamiento humano o animal, en función de la capacidad de su software.
Sus principales objetivos son abaratar los costes de producción y realizar tareas tediosas o peligrosas, y aunque hasta hace pocos años, únicamente los veíamos en el sector industrial automatizando puestos de trabajo, ahora también disfrutamos de los robots en hoteles, bares, bancos, consultas médicas, ejerciendo de policías o en catástrofes naturales.
Si todavía no te has decidido por tus estudios futuros, la robótica es una disciplina que está en auge actualmente y que tiene un gran futuro.
1.2. DEFINICIÓN DE ROBOT
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek estrenó en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot.
Su origen es de la palabra eslava "robota", que se refiere al trabajo realizado de manera forzada.
La obra trata sobre un inventor que fabrica robots humanoides para hacerles trabajar como esclavos, finalmente los robots se revelan contra él y lo asesinan.
La palabra robot está a la orden del día y muchas veces al escucharla nos imaginamos una máquina con forma humana que camina, habla, gesticula... pero en realidad es algo más complicado de definir.
👀 Definición: Un robot es una máquina automática programable que es capaz de captar información de su alrededor, procesarla y actuar en consecuencia. Tiene la capacidad de interactuar con el entorno y en función de ello, realizar unas acciones u otras.
1.3. TIPOS Y APLICACIONES DE LOS ROBOTS
Actualmente estamos rodeados de robots sin saberlo, como hemos visto antes, no todos los robots tienen forma de humano.
Podemos clasificar los robots en dos grandes grupos:
Los robots industriales: Se utilizan en la fabricación de objetos, en tareas como la soldadura, pintura, unión de piezas, manejo de materias peligrosas, etc. Suelen tener forma de brazos articulados.
Los robots de servicio: Se utilizan para ayudar directamente a las personas, con fines médicos, militares, para entretener, para hacer tareas del hogar, etc.
En función de su ámbito de uso, los robots se pueden clasificar así:
Como hemos visto antes, los robots se utilizan en diversos lugares y además, están siendo introducidos en otros nuevos, como en los coches.
Las principales aplicaciones de los robots son:
Industria: Transporte de materiales, montaje, corte mecánico, rectificado, desbardado y pulido, pintura, manipulación de plásticos y otros materiales, tareas peligrosas como soldaduras, implementación de sustancias inhalantes nocivas, transporte de materiales pesados, reciclaje, medición, inspección, control de calidad.
Servicios: Transporte robotizado, limpieza, atención a usuarios, entretenimiento, vigilancia, domótica.
Medicina: Cirugía asistida telecirugía, prótesis motorizadas.
Otros ambitos: Exploración espacial, exploración del fondo de los océanos, desactivación de artefactos explosivos, inspección de red de saneamiento, agricultura robotizada, educación.
En función de su morfología, es decir, de la forma que tienen:
ACTIVIDADES 1
¿Qué tipo de artilugios ha inventado el Hombre a lo largo de la Historia para hacer su vida más fácil?
¿Qué es la robótica?
¿Qué objetivos principales tiene la robótica?
¿Dónde podemos encontrar robots hoy día?
¿De dónde proviene la palabra robot?
Define con tus palabras qué es un robot
2. FUNCIONAMIENTO DE UN ROBOT
Un robot recoge información del medio físico que le rodea (temperatura, luz, sonido, movimiento, humedad, distancia, etc.). Esto lo realiza mediante unos componentes electrónicos llamados "Sensores".
Dependiendo de los parámetros que reciba de su entorno a través de los sensores, puede realizar ciertas acciones (Moverse, encender luces, emitir sonidos, etc.). Esto lo puede realizar mediante otro tipo de componentes electrónicos llamados "Actuadores".
El "cerebro" del robot, el que decide lo que tiene que hacer al consultar los sensores, es una placa o tarjeta llamada "Controladora", un circuito electrónico que reúne las funcionalidades básicas de un ordenador (unidad de proceso y memoria) y que adapta las señales de entrada y salida. A veces algunos sensores y actuadores pueden estar insertados en la placa controladora.
La controladora contiene el programa que tiene que ejecutar en todo momento, que previamente lo ha introducido un programador/a. Ese programa puede ser modificado para cambiar el funcionamiento del robot cuantas veces se quiera.
Ejemplo: Podemos conectar a una controladora, un pulsador como sensor y un zumbador como actuador y le introduciríamos un programa que ejecute el siguiente algoritmo:
"Si el pulsador es pulsado, haz sonar el zumbador durante 10 segundos".
❓ ¿Para qué nos podría servir el montaje anterior?
❓ ¿Podrías encontrar mas ejemplos de montajes con los sensores y actuadores del esquema anterior?
2.1. HARDWARE Y SOFTWARE
Hemos visto que para hacer funcionar un robot hacen falta varias cosas, algunas son tangibles como lo sensores, la placa controladora y los actuadores y otras son intangibles como los programas y los datos.
👀 Al conjunto de los sensores, la placa controladora y los actuadores, se le conoce con el nombre de Hardware.
👀 Los programas que controlan el robot, que se encuentran alojados en la memoria del controlador, se conocen como Software.
Programamos el software en un ordenador y se lo transmitimos al controlador a través de un cable (lo grabamos en su memoria); de esta forma, el controlador sabe lo que tiene que hacer en cada momento.
A veces, el robot no actúa como nosotros pensábamos, luego tendremos que revisar el programa, volver a transmitirlo a la controladora y volver a probar su funcionamiento en el robot. A este proceso se le llama "depurar" un programa.
La placa controladora tiene un microchip llamado "procesador", que se encarga de leer y ejecutar cada línea del programa que hemos introducido en la memoria de la placa.
Además, el procesador se encarga de leer los datos de los sensores y de controlar los actuadores conectados a la placa.
EJEMPLO
En el dibujo de la derecha podemos ver una placa controladora Arduino UNO con un botón y un zumbador conectados a la misma.
Dentro de su procesador se almacena el programa que previamente hemos escrito en el ordenador le hemos enviado a la placa mediante un cable USB.
Siguiendo el ejemplo anterior, al presionar el pulsador, sonará el zumbador durante 10 segundos.
En cualquier momento, podemos modificar el programa para hacer que funcione de otra manera, por ejemplo, que al presionar el botón, el zumbador suene durante 2 segundos.
Con un poco de imaginación podemos combinar los sensores y actuadores para construir proyectos interesantes.
2.1.1. Sensores y actuadores
Algunos de los sensores que se pueden conectar a una placa controladora son los siguientes:
Sensor de temperatura
Sensor de humedad
Sensor de luz
Sensor de sonido
Sensor de gas
Sensor de presión
Sensor de movimiento
Sensor de distancia
Algunos de los actuadores que se pueden conectar a una placa controladora son los siguientes:
Motores
Luces
Relés
Pantallas
Altavoces
2.1.2. Placas controladoras
Actualmente, la placa controladora más famosa es Arduino, que fue inventada por un estudiante italiano en el año 2005. Se han vendido más de 250 mil unidades en todo el mundo, sin contar los numerosos clones y compatibles.
Existen varios modelos de placas Arduino con diferentes especificaciones, todas ellas sencillas de usar y a precios muy asequibles, por lo que son ideales para la enseñanza.
También existen otros tipos de placas controladoras, pero las más utilizadas en el ámbito educativo son las siguientes:
Estas dos últimas son las placas que vamos a utilizar en este curso para construir nuestros robots.
En cursos superiores estudiaremos las placas de Arduino UNO.
ACTIVIDADES 2
¿Qué son los sensores de un robot? Pon un ejemplo
¿Qué son los actuadores de un robot? Pon un ejemplo
¿Qué función tiene la controladora en un robot?
¿Qué es el Hardware de un robot?
¿Qué es el Software de un robot?
Elige un sensor y un actuador de la lista del apartado 2.1.1. Sensores y actuadores y describe un sistema robótico con los mismos.
¿Cuál es la placa controladora más famosa?, ¿Qué otras placas controladoras conoces?
2.2. Ventajas e inconvenientes de los robots
Vamos a analizar brevemente las ventajas e inconvenientes de los robots en la sociedad:
Ventajas
Capacidad de realizar trabajos complejos y/o peligrosos con precisión.
Mayor velocidad en la realización de las tareas sin cansarse.
Se pueden adaptar a nuevos trabajos y/o situaciones cambiando el programa que los gobierna.
Inconvenientes
Sustituyen a las personas, quitándoles el puesto de trabajo.
Son muy caros y solo se los pueden permitir las grandes empresas
Pueden ser hackeados para que funcionen mal.
En algunas ocasiones podrán plantearse cuestiones éticas en las aplicaciones de los robots.
2.3. Leyes de la robótica
Las primeras leyes de la robótica fueron introducidas por Isaac Asimov en una de sus obras literarias, en 1942, estas 3 leyes son:
Un robot no puede dañar a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daños.
Un robot debe obedecer las órdenes que le den los seres humanos, excepto cuando tales órdenes entren en conflicto con la Primera Ley.
Un robot debe proteger su propia existencia siempre que dicha protección no entre en conflicto con la Primera o Segunda Ley.
En 2011, el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas (EPSRC) y el Consejo de Investigación de Artes y Humanidades (AHRC) del Reino Unido publicaron conjuntamente un conjunto de cinco "principios éticos para diseñadores, constructores y usuarios de robots" en el mundo real:
Los robots no deben diseñarse única o principalmente para matar o dañar a los seres humanos.
Los seres humanos, no los robots, son agentes responsables. Los robots son herramientas diseñadas para lograr los objetivos humanos.
Los robots deben diseñarse de manera que garanticen su seguridad y protección.
Los robots son artefactos; no deben diseñarse para explotar a los usuarios vulnerables provocando una respuesta emocional o dependencia. Siempre debería ser posible distinguir un robot de un humano.
Siempre debería ser posible averiguar quién es legalmente responsable de un robot.
El mensaje que se pretendía transmitir era que los robots tienen el potencial de proporcionar un inmenso impacto positivo a la sociedad y hay que fomentar la investigación robótica responsable, pues la mala práctica nos lastima a todos. Hay que abordar las preocupaciones públicas obvias, esto nos ayudará a todos a progresar.
Para comprender el contexto y las consecuencias de la investigación en robótica, debemos trabajar con expertos de otras disciplinas, que incluyen: ciencias sociales, derecho, filosofía y artes. Hay que considerar cada avance en robótica desde el punto de vista ético, preguntándonos si debemos poner límites a ciertas cuestiones.
ACTIVIDADES 3
Nombra cuatro aplicaciones de los robots industriales.
Nombra cuatro aplicaciones de los robots de servicios.
Nombra cuatro aplicaciones de los robots médicos.
¿En que otros ámbitos se utilizan los robots?
¿Qué ventajas tiene el uso de los robots?, añade otra ventaja más que creas que tienen.
¿Qué inconvenientes tiene el uso de los robots?, añade otro inconveniente más que creas que tienen.
