Control i robotica 2016

Què és un robot?

Un robot és un dispositiu o mecanisme articulat que desenvolupa moviments o funcions 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. Els robots actuals no tenen molt que veure amb els humanoides, i la majoria dels experts en robòtica dirien que es complicat oferir una definició tan acertada.

Es sol entendre que un robot poseeix un elevat grau d'autonomia i d'autoplanificació, així que és capaç de fer la seva tasca sense intervenció del operador, prenguent les decisions oportunes a partir de la informació que reben els seus sensors, gracies al programa d'emmagatzamament a la seva memoria.

La paraula robot pot referir-se tant a mecanismes físics com a sistemes virtuals de programari, encara que sol al·ludir als segons amb el terme de bots.

1. Bots: És un programa informàtic, imitant el comportament d'un humà.

Què és la tecnologia del control i la automàtica

La tecnologia ( o sistema ) de control és qualsevol tecnologia que permet controlar , generalment de forma automàtica un ambient, una màquina etc...La tecnologia de control abasta tots els procediments i dispositius que permeten automatitzar les màquines i els processos.

L'objectiu d'un sistema de control és governar la resposta del sistema controlat sense que hagi d'intervenir directament un operari sobre els.Hi ha sistemes semiautòmatic, en els quals cal la intervenció humana en alguns dels aspectes que fa la màquina o el procés.

Hi ha dos tipus de sistemes de tecnologia de control:

• Sistemes de control llaç obert:

Són sistemes que no monitor-en la variable controlada, per la qual cosa no requereixen de sensor. No modifiquen el seu funcionament en funció de les condicions de l'entorn, segueixen una seqüència d'operació prefixada.

• Sistemes de control llaç tancat:

Són sistemes que vigilen permanentment la variable controlada i actuen en funció d'un possible canvi en aquesta variable. Requereixen obligatòriament d'un sensor per poder controlar la variable controlada. Modifiquen el seu funcionament en funció de la informació recollida pels sensors. Tots els exemples vistos fins ara eren sistemes a llaç tancat.

Història dels robots

L'any c.1495 es va crear en disseny d'un robot humanòide per Leonardo da Vinci.

A mitjan segle XVIII Jacques de Vauncansos va construir diversos músics de mida humana, amb el propòsit de divertir.

L'any 1805 Henri Maillardert va construir una pepa mecànica, que era capaç de fer dibuixos.

La paraula robot: va ser utilitzada per primera vegada en l'any 1921, quan l'escriptor txec Karel Capek va estrenar en el teatre nacional de Praga la seva obra Rossum's Universal Robot.

Varen tractar de materialitzar el desig humà de crear éssers a la seva semblança i que ho traguessin del treball.L'enginyer espanyol Leonardo Torres Quevedo (que va construir el primer comandament a distància per al seu automòbil mitjançant telegrafia sense fil,l'escaquista automàtic,el primer transbordador aeri i molts altres enginys) va encunyar el terme "automàtica" en relació amb la teoria de l'automatització de tasques tradicionalment associades.

Més tard, entre els anys 1939 i 1940, Westinghouse Electric Corporation va exhibir un robot humanòdide a la Exposició Universal anomenat Elektro.

Amb l'objectiu de dissenyar una màquina flexible, adaptable a l'entorn i de fàcil maneig,George Devol, va patentar el 1948, un manipulador programable que va ser el germen del robot industrial. El 1948 R.C. Goertz, va desenvolupar, amb l'objectiu de manipular elements radioactius sense risc per a l'operador, el primer tele-manipulador. Aquest consistia en un dispositiu mecànic mestre-esclau.El manipulador mestre reproduïa fidelment els moviments d'aquest.L'operador, a més de poder observar a través d'un gruix vidre el resultat de les seves accions,sentia a través del dispositiu ,les forces que l'esclau exercia sobre l'entorn.

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

L'any 1961 George Devol va instal·lar el primer robot industrial amb el nom de Unimate.

Més tard l'any 2000, Honda Motor Co. Ltd, va crear el robot humanòide capaç de desplaçar-se de forma bípeda i interactuar amb les persones, anomenat ASIMO.

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

En l'actualitat, la robòtica és 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.

En general la història de la robòtica la podem classificar en cinc generacions:

-Les dues primeres generacions, (ja aconseguides en els vuitanta), inclou la gestió de tasques repetitives amb autonomia molt limitada.

-La tercera generació, inclouria una visió artificial, en la qual cosa s'ha avançat molt en els vuitanta i en els noranta.

-La quarta generació, inclou mobilitat avançada en exteriors i interiors.

-La cinquena generació entraria en el domini de la intel·ligència artificial, en la qual cosa s'està treballant actualment.

Elements d'un robot

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 moltes altres màquines fan servir tecnologies semblants), les altes prestacions que s'exigeixen als robots han motivat que en ells es facin servir elements amb característiques específiques. La constitució física de la major part dels robots industrials són semblants a la anatomia de les extremitats del cos humà, per això les parts del cos humà fan referencia a les parts del robot (braços, cintura, etc.).

Els elements que formen part de la totalitat del robot són:

• L'estructura - l'estructura mecànica (les baules, base, etc.). Això exigeix ​​molta massa, per proporcionar la rigidesa bastant estructural per assegurar l'exactitud mínima sota les càrregues útils variades.
• Actuadors - Els motors, els cilindres, etc., les juntures del robot. Això també podria incloure els mecanismes per a una transmissió, etc.,
• Control a l'Ordinador - Aquest ordinador uneix amb l'usuari, i al seu torn els comandaments les juntures del robot.
• L'extrem de Braç que labora amb eina (EOAT) - La programació que proporciona l'usuari es dissenya per a les tasques específiques.
• Ensenyi el pendent - Un mètode popular per programar el robot. Això és que una mà petita conté un dispositiu que pot dirigir moviment del robot, els punts de registre en les successions de moviment, i comença la repetició de successions. Els pendents més prolongades inclouen més funcionalitat.

Actuadors

Un actuador o accionament és un dispositiu o subsistema destinat a regular o variar la potència d'una planta o d'un automatisme. Es capaç de transformar energia hidràulica, pneumàtica o elèctrica en energia mecànica. El seu principi de funcionament és la conversió d'energia generada normalment per l'aire, l'aigua o l'electricitat i transformar-la en algun tipus d'acció motriu.

Els seus elements son els següents:

• Sistema d'accionament: Es l'encarregat de produir el moviment.
• Sistema de transmissió: Es l'encarregat de transmetre el moviment de l'actuador a altres elements.
• Sistema reductor: Encarregat d'adequar la velocitat de l'actuador als valors requerits.
• Sistema de control: Encarregat d'enviar les ordres al actuador per que es mogui de certa manera.

Tipus d'actuadors

• Hidràulic.
• Pneumàtic.
• Elèctric.
• Electrònic.

Exemples d'actuadors

• cilindres neumàtics o hidràulics.
• Motors neumàtic o hidràulics.
• Valvules.
• Motors elèctrics.
• Bombes, compressors i ventiladors.

Sensors

Un sensor és un dispositiu capaç de mesurar magnituds físiques o químiques, anomenades variables d'instrumentació i transformar-les en variables elèctriques, és a dir, simplement és un dispositiu que experimenta un canvi en resposta a un canvi a la variable de mesura.

La gran característica que tenen els sensors, és que són sensibles a determinats estímuls que, en captar-los valorar-los, es transmeten com a senyal, a un altre dispositiu o sistema, que els utilitza com a informació, bé per a efectuar algun control, algun accionament, etc. Bé per elaborar alguna taula, algun gràfic, etc. Alguns exemples de variables d'instrumentació són: temperatura, distància, acceleració, pressió, força, torsió, humitat... Els sensors són utilitzats en objectes quotidians com els botons d'ascensors sensibles al tacte, les pantalles d'ordinador i en alguns llums que podem augmentar o atenuar una llum.

Hi ha dues maneres de classificar els tipus de senyals dels sensors:

1. Senyals analògics: que a grans trets té més qualitat que els digitals però també resultarà molt més car.
2. Senyals digitals: al donar la informació en estats és clar que perdem informació però surt més econòmic.

Els sensor els utilitzam cada dia sense adonar-nos compte, per exemple quan tocam la pantalla tàctil del nostre mòbil esteim tocant un sensor tàctil. Avui en dia els sensors estan inclosos en el nostre dia a dia.

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

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

Unitat de control

Les funcions bàsiques són dos:

Interpretació de les instruccions:La unitat de control ha de ser capas de codificar els codis de operació i els modes de direccionament de les instruccions i actuar de forma diferent per cada un de elles.

Seqüència de les operacions:S'encarrega de la temporització de les distintes operacions necessàries per la ejecuçió de cada de les instruccions. També controla el seqüènciament de les instruccions en funció de la evolució del registre contador de programa.

S'anomena senyals de contol a les variables binaries que controlen les entrades i sortides de informació dels registres i el funcionament de les unitats funcionals.

La ejecuçció de una instrucció es divideix en varies etapes que deben realitzar-se segon la seqüència en molt precisós senyals de control que estableix la senyal de control.

Hi ha dues formes bàsiques per implementar la unitat de control: Unitat de control cableada: Realitza les seves funcions mitjançant elements de hardware.

Unitat de control microprogramada: Es més lenta que la de anterior, però permet implementar instrucions més potents i flexibles.

Tipus de robots

• Androides: aquests artilugis es pareixen i actuen com si fossin sers humans(cerquen. Actuen com aquests i fan accions com fer gests, parlar... inclús n'hi ha que ballen.
• Industrials: Els robots d'aquest tipus poden ser electrònics o mecànics i s'utilitzen per a la realització de processos de fabricació. També anomenam robots industrials a aquells aparells que realitzen diferents operacions simultàniament.
• Mèdics: En aquesta categoria s'inclueixen bàsicament pròtesis per als discapacitats. Estan equipades amb sistemes de control i són fàcilment adaptables al cos. Aquests robots el que fan és imitar els òrgans o les extremitats, realitzant les seves funcions i moviments. D'altra banda, robots de mèdics destinats a intervencions quirúrgiques.
• Tele-operadors:Aquests robots son controlats de manera remota per un operador humà. A aquests se'ls utilitza en situacions extremes com la des-activació d'una bomba o bè, per manipular residus tòxics.
• Poliarticulats:Aquests poden tenir diferents configuracions, però el què tenen en comú aquests robots és que són sedentàries. Aquests estan dissenyats per moure els seus terminals amb llibertat limitada i segons certs sistemes de coordenades. Aquests robots són ideals per quan es necessita cobrir una gran àrea de treball.
• Zoomòrfics: La locomoció d'aquests robots imita a diferents animals i pot dividir-los en caminants i no caminants. Aquests últims són encara molt poc desenvolupat mentre que els caminants són útils per volcànica i l'exploració espacial.

Per què es fan servir els robots?

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'investigacióes va aconseguir crear un robot " amb coneixement científic " capaç de realitzar centenars d'experiments repetitius sense avorrir-se.

En medicinas'utilitzen en els laboratoris en el transport de mostres biològiques i químiques.

En exploració és on els robots estan reemplaçant als humans,s'utilitzen especialment en l'exploració del fons oceànic i en exploració espacial. Per a aquestes tasques se sol recórrer a robots del tipus artròpode .

Els robots es poden classificar en:

• Robots mòbils: Els robots mòbils no es troben fixats a un punt físic i tenen la capacitat de moure's.

• Robots industrials: És una màquina proveïda de mecanismes i dispositius que la capaciten per realitzar automàticament determinades operacions industrials que intervenen en el procés de fabricació. Dins aquest robot es poden trobar diferents tipus.

• Robots industrials manipuladors.
• Robots d'aprenentatge.
• Robots de control numèric.
• Robots intel·ligents.

Els robots a la xarxa

Enllaços de tendes robòtiques:

• http://www.juguetronica.com/robots Aquesta tenda online està dedicada a juguetes per a nins.

• http://www.ro-botica.com/ Aquesta tenda està dedicada a robòtica educativa per nens petits.

• http://www.kuka-robotics.com/spain/es/ Els robots d'aquesta pàgina web estan més dedicats a treballs industrials, a més ofereix serveis tècnics les 24 hores del dia.

• http://www.andorobots.com/ Aquesta pàgina ofereix un àmplia diversitat de robots de tot tipus, com per exemple, robots dedicats a la neteja, a la educació o impressores 3D.

Enllaços de informació robòtica:

• https://es.wikipedia.org/wiki/Robot A aquesta pàgina pots trobar la informació bàsica sobre robots.

• http://www.monografias.com/trabajos88/evolucion-inteligencia-artificial-aplicada-robotica/evolucion-inteligencia-artificial-aplicada-robotica.shtml Aquesta web parla de la evolució dels robots des del començament.

• http://www.todofp.es/todofp/que-como-y-donde-estudiar/que-estudiar/familias/electricidad-electronica/automatizacion-y-robotica-industrial.html Aquest enllaç, du a la pàgina del govern d'Espanya, per poder estudiar Técnic Superior en Automatització i Robòtica Industrial.

• http://www.educ.ar/sitios/educar/blogs/ver?id=122836 Aquest enllaç conté informació clara sobre temes de robòtica bàsics.

Enllaços a vídeos de robots

• https://www.youtube.com/watch?v=zFAOeJ5NfB8 El vídeo tracta dels 10 robots més avançats del món.

• https://www.youtube.com/watch?v=8wCap2KaHls Al vídeo apareix un dels millors robots humanoides, el NAO.

• https://www.youtube.com/watch?v=C5TWifECjMQ Es tracta d'un video sobre els robots més avançats a una convenció al Japó.

• https://www.youtube.com/watch?v=TVTvOT-2GTI Es tracta d'un video que explica alguns exemples de robòtica educativa.