Robótica Inteligente
El cybercafé
Robótica Inteligente
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¿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
Sensores
Comunicación
“Inteligencia”
Control
Potencia
Actuadores
Partes de un Robot
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:– Descomposición 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
Observador
Internet Servidor
Robot móvil
Ejemplo de interacción humano-robot WAMOEBA-3 ha sido desarrollado para investigar la mente
verdadera de los robots, especialmente la inteligencia HRI
Comunicación
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