Control i robòtica

Introducció

Aquest treball ha estat creat per els alumnes de 4rt ESO, amb la finalitat d'aprendre a crear una pàgina a la viquepèdia i conèixer el seu funcionament.

Durant mil·lennisl'home ha creat eines , que amb un llarg procés de perfeccionament s'han anat modificant fins obtenir eines més còmodes, i eficaces. En el treball artesanal, l'home tenia com funcions la de motor , operari i controlador del sistema. Posteriorment ha creat màquines eines que s'encarreguen de realitzar les dures tasques manuals. En el treball mecànic, l'home ha passat a treballar com a operari i a controlar el sistema, deixant a les màquines eines les funcions de motor . En l'actualitat ha creat sistemes automàtics. En el treball automàtic, l'home ha passat a supervisar el sistema. La resta de tasques es realitzen, sense intervenció humana.

Què és un robot?

Un robot és un dispositiu omecanisme articulat que desenvolupa moviments ofuncions automàtiques seguint instruccions externes o unes regles que li han estat incorporades. Les instruccions i regles li poden ser donades per supervisió humana directa, mitjançant un programa informàtic predefinit o seguint un conjunt de regles generals, utilitzant tècniques d'intel·ligència artificial. Generalment aquestes tasques substitueixen, imiten o estenen el treball humà, com l'assemblatge en línies de manufactura, la manipulació d'objectes pesants o perillosos, la feina a l'espai, etc.

Què és la tecnologia del control i la automàtica

La tecnología de control és qualsevol tecnologia que permet controlar, generalment de forma automàtica (encara que no necessàriament ) un ambient , una màquina , etc. Abans d'introduir-nos en l'estudi dels sistemes de control, hem de conèixer una sèrie de definicions i termes que utilitzarem en el desenvolupament dels apartats del tema. Aqui hi ha un quants tipus de sistemes que utilitzen:

• Planta: Conjunt de components i peces que van a tenir un determinat objectiu.

• Procés: Conjunt d'operacions que es van a succeir i que van a tenir un fi determinat.

• Sistema: Combinació de components que actuen junts per realitzar el control.

• Pertorbacions: Tots els senyals indesitjades que intervenen de forma adversa en el funcionament d'un sistema. Poden ser internes si es generen dins del sistema, o externes si es generen fora del sistema i constitueixen una entrada.

• Entrada de comandament: Senyal excitadora del sistema que és independent de la sortida del mateix.

• Selector de referència: Element que es col·loca per tenir una referència. Unitat que estableix el valor de l'entrada de referència. Es calibra en funció del valor desitjat a la sortida del sistema.

• Entrada de referència: Senyal produïda pel selector de referència.

• Unitat de control: Unitat que reacciona amb un senyal activa per produir la sortida desitjada. Realitza el treball de governar la sortida.

• Sortida: Quantitat que s'ha de mantenir en un valor fixat per endavant. Es considera la variable governada.

• Sistema de control en bucle obert: Sistema en el qual la sortida no té in-fluència sobre l'entrada.

• Element de realimentació: Unitat que facilita mitjans per augmentar o disminuir el senyal de sortida.

• Senyal activa: Senyal que és la diferència entre el senyal d'entrada de repti-cia i la sortida realimentat.

• Sistema de control de bucle tancat: Sistema en el qual la sortida afecta l'entrada, de manera que mantingui el valor de sortida desitjat.

• L'objectiu d'un sistema de control: és governar la resposta del sistema controlat sense que hagi d'intervenir directament un operari sobre els elements de sortida. L'operari manipula només les magnituds de sortida desitjades d'aquest sistema , anomenades les consignes , i el sistema de control s'encarrega de governar per mitjà dels accionaments o actuadors corresponents .

• Automàtica: ciència i tècnica de l'automatització: L'automatització reemplaça l'home pura i simplement per una màquina capaç d'efectuar les mateixes operacions que aquest; l'automàtica , per contra , es proposa aprofitar aquesta substitució per reorganitzar el procés de fabricació en funció de les noves possibilitats que presenta l'automatisme respecte a la que imposava anteriorment el caràcter manua de la feina.

Orígens i evolució dels robots

Origen

La robòtica té el seu origen fa milers d'anys enrere ens basarem en registres històrics per aclarir que antigament la paraula robots no existia, sinó que eren coneguts com autòmats. La paraula robot va ser usada per primera vegada l'any 1921, quan l'escriptor txec Karel Capek (1890-1938) estrena al teatre nacional de Praga seva obra Rossum s Universal Robot (RUR). El seu origen és de la paraula esclava robota, que es refereix al treball realitzat de manera forçada.

Dates concretes:

• 1954: A partir d'aquesta data, el nord-americà George Devol, comença la construcció d'un braç articulat que realitza una seqüència de moviments programables per mitjà de computador; es considera que aquest "braç" és el primer robot industrial.
• 1956: Devol va conèixer a Joseph Engelberger i junts van fundar el 1960 l'empresa Unimation dedicada a la fabricació de robots.
• 1961: Es realitzen proves d'un robot Unimat accionat hidràulicament, en un procés de fosa en motlle a General Motors.
• 1968: Kawasaki s'uneix a Unimation i comença la fabricació i l'ús de robots industrials al Japó. En aquest any General Motors, empra bateries de robots en el procés de fabricació de les carrosseries dels cotxes.
• 1973: L'empresa sueca ENDREÇA, fabrica el primer robot completamen et elèctric, és el tipus d'accionament que ha acabat imposant-se, a causa de les avenços registrats en el control de motors elèctrics.
• 1974: S'introdueix el primer robot industrial a Espanya. També és l'any en què es comença a utilitzar el llenguatge de programació A, del qual derivaran altres d'ús posterior com el VAL (Victor s Assembly Languaje) dels robots PUMA, implementat en 1975 per Victor Scheinman, que al costat de Devol i Engelberger, són pioners en la robòtica industrial.
• 1978: Comença a emprar el robot PUMA (Programmable Universal Machine for Assambly) de Unimation, que és un dels models que més s'ha usat, el seu disseny de "braç" multiarticulado és la base de la majoria dels robots actuals.
• 1981: Comença la comercialització del robot tipus scara (Selective Compliance Armfor Robotic Assambly) al Japó.
• 1987: Es constitueix la Federació Internacional de Robòtica amb sedeen Estocolm.

Evolució

La Robòtica ha evolucionat cap als sistemes mòbils autònoms, que són aquells que són capaços de desenvolupar per si mateixos en entorns desconeguts i parcialment canviants sense necessitat de supervisió.

El primer mòbil de la història, malgrat les seves molt limitades capacitats, va ser ELSIE (Electro-Light-Sensitive Internal-External), construït a Anglaterra en 1953. ELSIE es limitava a seguir una font de llum utilitzant un sistema mecànic realimentat sense incorporar intel·ligència addicional.

Shackey el robot

El 1968, va aparèixer SHACKEY del SRI (Stanford Research Institute), que estava proveït d'una diversitat de sensors i una càmera de visió i sensors tàctils i podia desplaçar-se per terra. El procés es portava en dos computadors connectats per ràdio, un a bord encarregat de controlar els motors i un altre remot per al processament d'imatges.

En els setanta, NASA inicia un programa de cooperació amb el Jet Propulsion Laboratory per desenvolupar plataformes capaços d'explorar terrenys hostils. El primer fruit d'aquesta aliança seria el MARS-ROVER, que estava equipat amb un braç mecànic tipus STANFORD, un dispositiu amb telemètric làser, càmeres i sensors de proximitat.

Mars Rover

En els vuitanta apareix el CART del SRI que treballa amb processat d'imatge estèreo, més una càmera addicional acoblada a la part superior. També en la dècada dels vuitanta, el CMU-ROVER de la Universitat Carnegie Mellon incorporava per primera vegada una roda timó, el que permet qualsevol posició i orientació del pla

En l'actualitat, la robòtica es debat entre models summament ambiciosos, com és el cas del IT, dissenyat per expressar emocions, el COG, també conegut com el robot de quatre sentits, el famós SOUJOURNER o el LUNAR ROVER, vehicle de turisme amb control remots, i altres molt més específics com el Cypher, un helicòpter robot d'ús militar, el guàrdia de trànsit japonès Anzen TARO o els robots mascotes de Sony.

Podem classificar l'evolució dels robots amb generacions:

Primera generació

Manipuladors

Manipuladors. Són sistemes mecànics multifuncionales amb un senzill sistema de control, bé manual, de seqüència fixa o de seqüència variable.

Segona generació

Robots d'aprenentatge. Repeteixen una seqüència de moviments que ha estat executada prèviament per un operador humà. La manera de fer-ho és a través d'un dispositiu mecànic. L'operador realitza els moviments requerits mentre el robot li segueix i els memoritza.

Tercera generació

Robots amb control per sensors. El controlador és una computadora que executa les ordres d'un programa i les envia al manipulador perquè realitzi els moviments necessaris.

Robot Intel·ligent

Quarta generació Robots intel·ligents. Són similars als anteriors, però a més posseeixen sensors que envien informació a la computadora de control sobre l'estat del procés. Això permet una presa intel·ligent de decisions i el control del procés en temps real.

Elements d'un robot

Estructura

Com es va avançar al sistema robòtic, un robot està format pels següents elements: estructura mecànica, transmissions, actuadors, sensors, elements terminals i controlador. Encara que els elements emprats en els robots no són exclusius d'aquests ( màquines eines i altres moltes màquines fan servir tecnologies semblants ), les altes prestacions que s'exigeixen als robots han motivat que en ells s'utilitzin elements amb característiques específiques.

Els elements que formen part de la totalitat dels robots són:

• Manipulador: És el component principal. Està format per una serie d'elements estructurals sòlids o eslabons units mitjançant articulacions que permeten el moviment.

• Dispositius especials: Entre aquests es troben els eixos que faciliten el moviment transversal del manipulador i les estacions d'acoblament, que són utilitzades per a subjectar les diferents peces de treball.

Actuadors

Un actuador son dispositius capaços de transformar la força en moviment a energia, ex: pistons, motors.

Els actuadors més comuns són:

• Cilindrepneumàtics i hidràulics: Realitzen moviments lineals.
• Motors (actuadors de gir) pneumàtics i hidràulics: Realitzen moviments de gir per mitjà d'energia hidràulica o pneumàtica.
• Vàlvulas: N'hi ha de comandament directe, motoritzades, electropneumàtiques, etc. S'utilitzen per a regular el cabal de gasos i líquids.
• Resistències calefactores: S'utilitzen per a escalfar.

Hi ha diferents tipus:

• Actuadors Hidràulics: La transmissió de la força es realitza a partir de l’utilització de fluids incomprimibles, com per exemple els olis.

Avantatges

• Elevada potència en relació al seu tamany.
• Reduit Baklash: Problemes de transmissió indessitjat de moviment deguts a canvis en la carrega.
• Possibilitat de generar grans forces transmitint pressions.
• Utilitzable en ambients perillosos ja que necessiten de molt poca electrònica i el fluid pot ser no inflamable.
• Poden manipular carregues de major pes que els sistemes o elèctrics.
• Petit temps de resposta a sobtats canvis de potència.
• Més robust a colisions que els equips elèctrics.
• Més fàcils de ser controlats que els equips .

Desventatges

• Perdues de fluid poden contaminar l’entorn.
• Sorollós.
• Canvis de temperatura en l’ambient modifiquen la viscositat del fluid de manera que a baixes temperatures la viscositat augmenta provocan moviments a batzegades.
• El preu econòmic dels components no decrementen proporcionalment al seu tamany.
• El control amb servo es més complexe que l’elèctric.

• Actuadors Pneumàtics: La transmissió es realitza a menors pressions utilitzant fluids gasossos (comprimibles), com per exemple l’aire comprimit .

Avantatges

• Són els actuadors més barats.
• Disposa d’un menor número de parts en moviment, reduintse els costos i augmentant l’eficiència.
• El més rapid de resposta permeten cicles de treball de periòdes molt curts de temps.
• Segurs en ambients perillosos, fins i tot humits, al poguer funcionar sense electrònica de control. De fet el control sol ser de tot o res, ja que els canvis de volum son dificils de controlar.

Desventages

• Determinats moviments molt sofisticats i el control de velocitat esdevenen sistemes molt i molt complexes de realitzar amb pneumàtica.
• No massa útils per manipular carregues pesades amb precissió degut a la compressió d’aire.
• El canvis de temperatura de l’aire, al ser comprimit, pot provocar condensació i una determinada humitat dins dels conductes i actuadors.
• Aquesta aigua al ser més densa pot provocar problemes en la transmissió de pressions, obligant el sistema a ser drenat.
• El problema s’atenua ubicant apropiadament refredadors i drenadors d’aigua.

• Actuadors Elèctrics: La transmissió es realitza a partir de la força generada per camps electromagnètics.

Avantatges

• Els elements bàsics, en aquest cas el motor elèctric, es molt mes lleuger que l’hidràulic.

• La precisió i repetibilitat és més elevada que els hidràulics o * pneumatics
• Nets i poc sorollosos.
• Poc manteniment i facilment reperables.
• El lligam entre l’actuador i * l’electrònica de control és molt simple.
• En constant evolució.
• Facilment controlables.

Desventatges

• Cal adaptació de transmissions de moviment, és molt més fàcil transmetre un fluid que transmetre un moviment mecànic com pot ser una rotació o traslació.
• No utilitzable en entorns perillosos. Tot i aixi el recent motor sense escombretes permet l’utilització en entorns inflamables al no produir-se guspires per fregament.

Sensors

Sensor d'un robot

Els sensors són com els nostres òrgans dels sentits: recullen informació de l'exterior i la envien a la unitat de control on és processada per establir la seqüència en la qual han d'intervenir els actuadors.

Hi ha diversos tipus de sensors, segons el lloc on actuen, i poden ser:

• Sensors de moviment i posició dels [ http://es.wikipedia.org/wiki/Motor motors ]: Determinen la rotació angular del motor i, per tant, si estan o no en moviment.
• Sensors de posició lineals: Determinen la posició lineal d'un objecte.
• Sensors de força: Permeten conèixer les forces exercides sobre els elements terminals quan realitzem una tasca.
• Sensors de velocitat: S'anomenen també tacòmetres, poden ser mecànics o elèctrics.
• Sensors d'acceleració: S'utilitzen també com a detectors d'inclinació.
• Sensors de proximitat: És un sensor capaç de detectar la presència d'objectes propers sense que hi hagi contacte físic.

Unitat de control

La unitat de control en els robots permet a l'arquitectura mecanica del braç efectuar amb eficiencia la tasca encomanada. El sistema informatic que consisteix la unitat de control efectua quatre funcions basiques:

• Emmagatzemar els programes que permeten executar les possibles tasques previstes.

• Calcular les consignes de comanda a cada actuador, a intervals de temps el mes petit possibles, a fi d'efectuar el control dels moviments que son necessaris per executar correctament la tasca realitzar.

• Efectuar la planificació i control de la tasca

• Generalment la unitat de control es molt important

Tipus de robots

Hi ha molts tipus de robots, i poden ser:

• Androides: Aquests artefactes s'assemblen i actuen com si fossin éssers humans. Aquest tipus de robots no existeixen en la realitat, almenys de moment, sinó que són elements funcionals.

• Mòvils: Són robots que tenen rodes o potes que els permeten desplaçar-se segons la seva programació. Aquests robots compten amb rodes o potes que els permeten desplaçar d'acord amb la programació a que han estat sotmesos. També tenen sistemes de sensors, que són els que capten la informació que aquests robots elaboren. Els mòbils són utilitzats en instal·lacions industrials, en la majoria dels casos per transportar la mercaderia en de producció així com també en magatzems.

• Robots Industrials: Els robots d'aquest tipus poden ser electrònics o mecànics i se'ls utilitza per a la realització dels processos de manipulació o fabricació automàtics. També se'ls anomena robots industrials a aquells electrodomèstics que realitzen simultàniament diferents operacions.

• Robots Metges: Sota aquesta categoria s'inclouen bàsicament les pròtesis per a disminuïts físics. Aquestes compten amb sistemes de comandament i s'adapten fàcilment al cos. Aquests robots el que fan és suplantar aquells òrgans o extremitats, realitzant les seves funcions i moviments. A més existeixen robots mèdics destinats a la realització d'intervencions quirúrgiques.

• Robots Teleoperadors: Aquests robots són controlats de manera remota per un operador humà. A aquests artefactes se'ls utilitza en situacions extremes com la desactivació d'una bomba o bé, per manipular residus tòxics.

D'acord a la seva arquitectura, els robots poden classificar-se en:

• Poliarticulados: Aquests poden tenir de diverses configuracions, el que tenen en comú aquests robots és que són sedentaris. Aquests són dissenyats per moure els seus terminals amb limitada llibertat i d'acord a certs sistemes de coordenades. Aquests robots són ideals per quan fa falta omplir una àmplia zona de treball.

Per què es fan servir els robots

En l'actualitat, els robots comercials i industrials són àmpliament utilitzats ja que realitzen tasques amb més precisió que els humans i amb menor cost també. S'utilitzen amb molta freqüència en tasques que són perilloses , brutes... , com la recerca i rescat de persones , així com per localitzar bombes en zones de guerra o en les ciutats.

En el sector industrial s'utilitzen els robots en plantes de manufactura , muntatge i embalatge, en transport, en exploracions a la Terra i en l'espai, en cirurgia , armament , laboratoris d'investigació i en la producció massiva de béns industrials de consum.

En laboratoris d'investigació, recentment científics de la Universitat d'Aberystwyth , a Gal·les , va aconseguir crear el col·lega perfecte , un robot " amb coneixement científic " capaç de realitzar centenars d'experiments repetitius sense avorrir-se.

El robot , anomenat Adam, és la primera màquina que aconsegueix descobrir de manera independent nova informació científica, identificant el paper de diversos gens en cèl·lules de llevat i més és capaç de planificar més experiments amb les seves pròpies hipòtesis.

En medicina, encara que en aquesta àrea ja hi ha diverses aplicacions , com la gran quantitat de robots quirúrgics aplicats a la Urologia , Ginecologia , Cirurgia, Pediàtrica , general i Toràcica . I com aquells usats en procediments de cirurgia poc invasiva , També n'hi ha d'aquells que s'utilitzen en els laboratoris en el transport de mostres biològiques i químiques

En exploració, és on els robots estan reemplaçant als humans, especialment en l'exploració del fons oceànic i en exploració espacial. Per a aquestes tasques se sol recórrer a robots del tipus artròpode . En educació, es tracta d'un humanoide que pot expressar emocions d'alegria , disgust , enuig i tristesa. És d'origen japonès i esperen que pugui reemplaçar, en deu anys, als cirurgians de guerra

Saya és el primer robot professor . El seu creador, el científic Hiroshi Kobayashi, va treballar en el projecte prop de 15 anys. Parla diversos idiomes i pot dictar activitats de llibres de text . Saya donar les seves primeres classes, durant un trimestre , en una escola primària de Tòquio . Després de passar aquesta primera prova, la idea va ser adoptada a Gran Bretanya

Japó està preparant un hotel, que estarà atés exclusivament de robots, tot estarà controlat per robots, de ser atés per un robot recepcionista, fins a dur el menjar a la teva habitació, pujar les maletes, netetjar la habitació, etc... Deixam aquí un enllaç perquè hi poseu un ull. Primer hotel dirigit per robots

Els robots a la xarxa

Per mes informació:

Continguts

• Tipus de robots
• explicació de tipus de robots
• Aquest link xerra sobre els robots aspiradors.
• Article de la wikipedia
• Article evt.cat
• El pais
• Robots industrials

Noticies

• Robotica
• Els robots serán els protagonistes de la 30a edició del Saló del Comic
• Hotel de Japó gestionat per robots
• Noticias sobre Robotica
• Robotica Xataka
• Robots Socials
• Robot Realista

jocs

• http://www.paisdelosjuegos.es/juegos/robots
• http://jocsflash.dibuixos.cat/habilitat/el-robot-jardiner.html
• http://www.chulojuegos.com/search.html?q=robots
• http://www.pequejuegos.com/juego-camin-cargador-4.html
• http://dynamic.paisdelosjuegos.es/buscar?q=robots

videos

• Robots mes realista del mon
• Robots mes realistes

Tendes

• http://www.globalrobots.com/?gclid=Cj0KEQiA6ounBRCq0LKBjKGgysEBEiQAZmpvA5u0VerEhNNTK7qMYyoTfNXZWKL06HEmJweQLiKFxYUaAkO58P8HAQ
• http://www.juguetronica.com/robotronica/?gclid=CLPwwunY7cMCFUPJtAodklUApg
• http://ro-botica.com/?gclid=CLrau53Z7cMCFZMZtAods2YAew
• http://www.todoenrobots.es/
• http://www.andorobots.com/
• http://www.superrobotica.com/soportes.htm
• http://www.andorramania.net/tiendas-robots-robotica-andorra.php
• http://www.tiendaarduino.com/
• http://www.electan.com/robotica-c-331.html