Robótica Inteligente

L. Enrique Sucary

Alberto Reyes

ITESM Cuernavaca

Robótica Inteligente

• Intenciones educativas

• Objetivos

• Metodología

• Temario

• Políticas

• Concurso: Robótica IEEE

¿Qué es un robot?

Un robot es ...

• “manipulador programable y multifuncional diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos específicos mediante movimientos programados para realizar diferentes tareas” [Instituto de Robótica de América]

Un robot es ...

• “agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico” [Russell y Norvig]

• “conexión inteligente de percepción a acción” [Jones y Flynn]

• “una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía” [Sucar]

Tipos de Robots

• Robots manipuladores (brazos)• Robots móviles• Robots “híbridos” (móviles con

manipulación)• Vehículos autónomos• Robots caminantes

– 2 patas (humanoides)– 4/6 patas (insectos)

Un poco de historia ...

• La palabra robot proviene del checo “robota” (labor,trabajo) y “robotnik” (trabajador). Fue introducida por el escritor Karel Kapek en la obra “R.U.R.”

• Los primeros robots aparecen en la mitología griega y en obras de ficción:– Talos, gigante de bronze que vigilaba Creta– Golem, protector de los judíos en Praga– Frankestein– “I Robot”, Asimov (leyes de la robótica)– Películas: Robbie, Gort, Rosie, Robot, R2D2, ...

Un poco de historia ...

• Primeros robots:– 1890, Tesla: vehículos radio controlados– 1940s, Wiener: dispositivo antiaéreo– 1950: tortuga electrónica– 1966, S.R.I: Shakey (primer robot móvil con IA)– 1960s, G.E., Quadruped (primeros robots de patas)– 1973, Stanford: Cart– 1975, Francia: Hilare I– 1980, C.M.U.: Rover– 1985 explosión de robots en universidades y

compañías

Aplicaciones

• Manufactura y manejo de materiales• Ambientes hostiles• Exploración espacial e interplanetaria• Robots de servicio• Telepresencia y realidad virtual• Mililtares y operaciones de rescate• Ambientes submarinos• Estudios fisiológicos y cognitivos• Entretenimiento y juegos

Partes de un Robot

Actuadores

Sensores

Comunicación

“Inteligencia”

Control

Potencia

Actuadores

• Dispositivos que permiten al robot modificar el medio ambiente

• Dos tipos principales:– Locomoción: cambiar la posición del robot

respecto al medio ambiente– Manipulación: mover otros objetos en el medio

ambiente

Locomoción

• Existen dos formas básicas de locomoción:– Robots con ruedas– Robots con patas

• Ruedas:– más simples y eficientes, fáciles de controlar– limitadas a terrenos planos

• Patas:– complejas, inestables, difíciles de controlar– mayor flexibilidad para todo tipo de terreno

Manipulación• Normalmente construidos en base a una serie de

segmentos con articulaciones entre ellos (como un brazo)

• Tres tipos básicos de articulaciones:– Rotacionales– Cilíndricas– Prismáticas

• Mayor número de articulaciones dan mayor flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más complejo el control

Manipulación

• Los manipuladores tienen en el extremo un efector final que interactúa directamente con los objetos

• Existen diferentes tipos de efectores dependiendo de la tarea:– pinzas– herramientas (desarmador. ...)– pistola de pintura, soldadora– “manos”

Sensores• Dispositivos que permiten al

robot percibir el medio ambiente y su estado interno

• Principales tipos:– “propriception” – posición

y movimiento:• Codificadores en

uniones de manipuladores

• Odometría en robots móviles

– fuerza (bumpers)– Táctiles– Ultrasonido (sonares)

Sensores

– Cámaras– Foto-receptores– Apuntadores láser– Telémetros láser– Sensores de energía– Brújulas

Potencia

• Sistema de potencia que proporcionan la energía eléctrica para la operación de las diferentes partes: electrónica, motores, sensores, etc.

• Los robots manipuladores se pueden alimentar de las líneas eléctricas (fijos), mientras que los robots móviles normalmente se alimentan de baterías

Control

• Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus sensores y actuadores

• Normalmente se realiza mediante una combinación de hardware y software

• Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (“inteligencia”)

“Inteligencia”

• Programas que permiten que el robot realice sus tareas

• Dependiendo del tipo de robot y de la complejidad y variedad de las tareas a realizar, se tienen diferentes tipos de programas

“Inteligencia”• Algunas tareas de un robot móvil:

– Integrar/interpretar la información de sus sensores– Navegación (evitar obstáculos, ir a cierto lugar -

meta)– Planeación (decidir la serie de pasos para cumplir

una o más metas)– Construir modelos del ambiente (mapas)– Localizarse en el mundo (en el mapa)– Reconocer lugares y/o objetos– Manipular objetos– Comunicarse con otros agentes: computadoras, otros

robots, personas

“Inteligencia”

• Modelos del ambiente: mapa• Un mapa es una representación del espacio que indica

los lugares libres y ocupados que ayudan a navegar al robot, y posiblemente objetos y lugares específicos (marcas)

• Tipos de mapas:– Decomposición espacial– Representaciones geométricas– Representaciones topológicas

“Inteligencia”

• Ejemplos de integración sensorial, construcción de mapas y navegación

Mapas de celdas probabilísticos

“Inteligencia”

• Ejemplo de robot construyendo un mapa

Comunicación

• En diversas aplicaciones es necesario que el robot se comunique con otros agentes

• Tipos de comunicación:– Telecontrol: programación y control a distancia– Coordinación: comunicación con robots u otras

máquinas para realizar tareas conjuntas– Interacción humano-robot: comunicación con

personas para recibir comandos o dar información

Comunicación• Ejemplo de telecontrol via Internet

Servidor

Robot móvil Observador

Internet

Comunicación

• Ejemplo de comandos gestuales

Comunicación

• Reconocimiento y Telecontrol mediante ademanes

Comunicación• Ejemplo de interacción humano-robot

Tipos de Robots

• Desde el punto de vista de la tarea, podemos clasificar a los robots en 2 tipos principales:– robots industriales– robots de servicio

Robots industriales

• Tarea repetitiva

• Ambiente conocido y controlado

• No hay interacción con personas

• Poca flexibilidad

• Poca movilidad

Robots de servicio• Ambientes desconocidos

• Ambientes dinámicos

• Necesidad de movilidad

• Interacción con personas

• Ambientes exteriores

• Necesidad de flexibilidad

Robots de servicio• Guías – guiar en un

museo, explicar exhibiciones, ...

• Ayudantes – cortar pasto, aspirar la casa, vigilar cuando no estoy, ayudar a personas discapacitadas, ...

Robots de servicio• Rescate – localizar

sobrevivientes en un desastre natural, ...

• Exploración – explorar un volcán, un arrecife, Marte, ...

• ...

Áreas del conocimiento

• Ingeniería mecánica

• Ingeniería eléctrica / electrónica

• Control

• Computación

• Inteligencia artificial

• Matemáticas

• Psicología, zoología, neurociencias

Temas Principales

• Mecánica básica• Sensores y Actuadores, Visión• Introducción a Control• Arquitecturas y Programación• Modelados del Espacio• Planeación de trayectorias• Aprendizaje• Construcción de mapas, localización

Referencias

• [Jones, Flynn] Cap. 1

• [Russell, Norvig] Cap. 25

• [Dudek, Jenkin] Cap. 1

Actividades

• Integrar grupos de trabajo• Consultar páginas de concursos anteriores

de MiniRobótica (LA, Universitario, IEEE)• Revisar y estudiar plataformas robóticas en

el laboratorio• Entregar:

– equipos de trabajo– análisis de las diferentes plataformas robóticas

y selección inicial

Imágenes – Qro. 2002

Imágenes – Qro. 2002