Diferencia entre revisiones de «Robótica»

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__NOTOC__
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==Contenidos==
#[[Robótica/Introducción|'''Introducción''']]
#[[Robótica/Historia de la robótica|'''Historia de la robótica''']]
#[[Robótica/Clasificación|'''Clasificación''']]
#[[Robótica/Ventajas y desventajas de los Robots|'''Ventajas y desventajas de los Robots''']]
#[[Robótica/Características de los Robots|'''Características de los Robots''']]
#[[Robótica/Componentes de los Robots|'''Componentes de los Robots''']]
#[[Robótica/Dispositivos neumáticos|'''Dispositivos neumáticos''']]
#[[Robótica/Dispositivos hidráulicos|'''Dispositivos hidráulicos''']]
#[[Robótica/Dispositivos eléctricos|'''Dispositivos eléctricos''']]
#[[Robótica/Modulación por Ancho de Pulsos (PWM)|'''Modulación por Ancho de Pulsos (PWM)''']]
#[[Robótica/Puente H|'''Puente H''']]
#[[Robótica/Reductores de velocidad|'''Reductores de velocidad''']]
#[[Robótica/Músculos Artificiales|'''Músculos Artificiales''']]
#[[Robótica/Características de los sistemas de actuación|'''Características de los sistemas de actuación''']]
#[[Robótica/Actuadores Hidráulicos|'''Actuadores Hidráulicos''']]
#[[Robótica/Grados de Libertad de los Robots|'''Grados de Libertad de los Robots''']]
#[[Robótica/Configuraciones de un robot|'''Configuraciones de un robot''']]
#[[Robótica/Tipos de robots|'''Tipos de robots''']]
#[[Robótica/Asimo|'''Asimo''']]
#[[Robótica/Aibo|'''Aibo''']]
#[[Robótica/MindStorms|'''MindStorms''']]
#[[Robótica/Herramientas matemáticas para la localización espacial|'''Herramientas matemáticas para la localización espacial''']]
#[[Robótica/Métodos de programación de un robot|'''Métodos de programación de un robot''']]
#[[Robótica/Planificación de Trayectorias|'''Planificación de Trayectorias''']]
#[[Robótica/Bibliografia|'''Bibliografia''']]
 
 
 
=Objetivo del libro=
Este libro trata de dar a conocer los diferentes ámbitos, métodos, medios, lenguajes, los cuales son necesarios para entrar en este mundo, también se hablará acerca de los autómatas programables que existen en la actualidad en el mercado, como el [[w:Aibo|Aibo]] de Sony o los [[w:LEGO_Mindstorms|MindStorms]] de Lego.
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Existen diferentes tipos de músculos artificiales, un ejemplo de estos son los músculos neumáticos.
 
Un musculo neumático no tiene, en efecto, el aspecto de un cilindro normanormal, dotándolo de un correspondiente regulador de presión, dispone de una absoluta servo cualidad incluyendo posibilidades de posicionamiento en cualquier punto deseado y esto con una sola conexión de aire comprimido, se trata prácticamente de un servo neumático ligero y de bajo costo.
 
Compensa grandes errores de alineación, e incluso, suponiendo situaciones de montaje extraordinariamente desfavorables, puede ser utilizado como actuador inverso. A nosNos podemos imaginar una combinación de dos músculos de efecto opuesto como una especie de cilindro neumático sin vástago. También se podría desarrollar, debido a la increíble generación de fuerzas, un sencillo servo pilotaje neumático para grandes válvulas neumáticas o hidráulicas. Contrariamente a estas últimas, aun trabajando a muy baja velocidad, en el musculo no se producen problemas. Posiblemente podría servir también como actuador para motores oscilantes.
 
==Descripción==
 
El musculo neumático es un actuador de tracción que funciona como un musculo humano. En comparación con un cilindro neumático, es capaz de generar una fuerza de tracción inicial más grande. Su fuerza disminuye en el transcurso del movimiento de contracción. Por lo tanto, tiene un gran poder de aceleración y, al mismo tiempo, es capaz de acercarse a la posición nominal suavemente.
 
Un musculo neumático no tiene partes mecánicas móviles, con lo que tampoco se produce fricción externa. El musculo neumático, también conocido como “musculo fluido”, puede utilizarse como actuador para las más diversas tareas.
* '''Ventajas del musculo neumático'''
** Gran fuerza.
** Gran dinamismo.
** Ausencia de movimientos a tirones.
** Regulación sencilla de las posiciones intermedias mediante ajuste de la presión.
** Estructura robusta.
** Buena relación entre el peso y el rendimiento.
** Liviano.
** Hermético.
===Musculos EAPS===
 
Son un tipo especial de elastómero recubierto, es decir un musculo capaz de estirarse cuando es sometido a una fuerza o a una corriente eléctrica, y después regresar a su tamaño original.
• Gran dinamismo.
Este tipo de material no es ni un motor ni un engrane y tampoco es un sistema de poleas.
 
La forma precisa y exacta de nombrar al músculo elastómero, por las propiedades mecánicas que tienen, es actuador. Este termino es muy conocido en las ciencias químicas y se refiere a todos los materiales que son capaces de cambiar su volumen y forma cuando son sometidos a una descarga eléctrica.
• Ausencia de movimientos a tirones.
 
Los elastómeros son también capaces de funcionar como sensores. Esto es debido a que si estos plásticos son apretados, torcidos o estrujados, son capaces de generar un pequeño voltaje que va de acuerdo a la fuerza que le es aplicada a dicho plástico.
• Regulación sencilla de las posiciones intermedias mediante ajuste de la presión.
 
• Estructura robusta.
 
• Buena relación entre el peso y el rendimiento.
 
• Liviano.
 
• Hermético.
 
===Musculos EAPS===
 
Son un tipo especial de elastómero recubierto, es decir un musculo capaz de estirarse cuando es sometido a una fuerza o a una corriente eléctrica, y después regresar a su tamaño original.
Este tipo de material no es ni un motor ni un engrane y tampoco es un sistema de poleas. La forma precisa y exacta de nombrar al os elastómeros, por las propiedades mecanicas que tienen, es actuador. Este termino es muy conocido en las ciencias químicas y se refiere a todos los materiales que son capaces de cambiar su volumen y forma cuando son sometidos a una descarga eléctrica.
Los elastómeros son también capaces de funcionar como sensores. Esto es debido a si estos plásticos, son apretados, torcidos o estrujados, son capaces de generar un pequeño voltaje que va de acuerdo a la fuerza que le es aplicada a dicho plástico.
 
=Características de los sistemas de actuación=
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En robótica los actuadores son utilizados para proveer movimiento al robot, esto dependiendo de los comandos que reciba de la unidad de control.
Dependiendo de las características del robot se debe evaluar que actuador es el más idóneo para la tarea que queremos realizar, entro otras características, se debe tomar en cuenta:
 
Dependiendo de las características del robot se debe evaluar que actuador es el más idóneo para la tarea que queremos realizar, entre otras características, se debe tomar en cuenta:
• Peso.
* Peso.
 
* Volumen.
* Velocidad.
 
* Mantenimiento.
• Velocidad.
* Disponibilidad.
 
* Precio.
• Mantenimiento.
 
• Disponibilidad.
 
• Precio.
 
=Actuadores Hidráulicos=
 
Existen principalmente dos tipos de actuadores hidráulicos: los llamados motores hidráulicos y los cilíndricos que también son referidos como actuadores lineales. Estos actuadores son alimentados con un fluido a presión y regresa una determinada fuerza y velocidad, así como potencia.
 
La potencia a la entrada es igual a:
 
* Potencia de entrada = Presión'''presión Xx Caudalcaudal'''
* Potencia entregada en el actuador = '''Variación de presión x caudal'''
 
Potencia entregada en el actuador = Variación de presión X Caudal
 
La potencia mecánica en los actuadores lineales está dada por:
 
*Potencia de salida = Fuerza'''fuerza Xx Velocidadvelocidad'''
 
Mientras que para los actuadores rotacionales se define como:
 
* Potencia de salida = Torque'''torque Xx Velocidadvelocidad angular'''
 
Se puede apreciar que las pérdidas entre la potencia de entrada y la de salida son debido al roce.
Cabe destacar que este tipo de actuadores es estable ante las cargas estáticas. Otro punto notable que tienen este tipo de actuadores tiene una alta capacidad de carga y una relación importante de potencia-peso, así como una gran robustez.
Cabe destacar que este tipo de actuadores es estable ante las cargas estáticas. Otro punto notable que tienen este tipo de actuadores es que tienen una alta capacidad de carga y una relación importante de potencia-peso, así como una gran robustez.

Pero así como tienen muchas ventajas también existen desventajas como lo son las fugas de aceite propiciadas por las '''altas presiones''' a las que trabaja. También la instalación de estos sistemas es más compleja que en el caso de actuadores neumáticos y aún mucho más que los actuadores eléctricos, debido a que se necesitan sistemas de refrigeración, filtrado de partículas, y filtrado de aire entre otros.
 
Estos actuadores son utilizados con más frecuencia en robots que están encargados de trabajar con cargas bastante considerables.
Son utilizados con más frecuencia en robots que están encargados de trabajar con cargas bastante considerables.
 
=Grados de Libertad de los Robots=
de mentira
Para que un robot pueda posicionar y orientar un punto arbitrario en los espacios (X, Y, Z), es necesario que tenga como mínimo 6 grados de libertad independientes entre sí. Debe pensarse en un extremo fijo (base) y otro extremo libre, que con un “efector final” (pinza, ventosa, etc.) realizara el trabajo. Este tipo de configuración, requiere que todas sus articulaciones sean activas.
 
EntreCuanto más grados de libertad tenga el robot, también tendrá más flexibilidad para posicionarse.

Por lo general, los robots industriales solo cuentan con 6 grados de libertad, aunque frecuentemente se da un grado más para aumentar la distancia del desplazamiento del robot. Es importante señalar, que cuando los grados de libertad de un robot exceden a los necesarios, éste es considerado redundante.
 
== Articulaciones ==
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=Configuraciones de un robot=
===Configuración Cartesiana.===
[[ImagenFile:ConfcartesianoDescartes_configuration.JPGpng|thumb|250px|right|Configuración Cartesianacartesiana]]
La configuración tiene tres articulaciones prismáticas. Esta es bastante usual en estructuras industriales, empleadas para el transporte de cargas voluminosas. La especificación de posición de un punto se efectúa mediante las coordenadas cartesianas (X, Y, Z). Los valores que deben tomar las variables articulares corresponden directamente a las coordenadas que toma el efector final o extremo del brazo. Esta configuración no resulta adecuada para acceder a puntos situados en espacios relativamente cerrados y su volumen de trabajo es pequeño cuando se compara con el que puede obtenerse con otras configuraciones.
===Configuración cilíndrica.===
[[ImagenFile:ConfcilindricoCylindrical configuration.JPGpng|thumb|250px|right|Configuración cilíndrica]]
Esta configuración tiene dos articulaciones prismáticas y una de rotación. Generalmente la primera articulación es de rotación describiendo una configuración “RPP”. La posición se especifica de forma natural en coordenadas cilíndricas. Esta configuración puedes ser de interés en una célula flexible, con el robot situado en el centro de la célula sirviendo a diversas máquinas dispuestas a su alrededor. El volumen de trabajo de esta estructura RPP (o de la PRP), suponiendo un radio de giro de 360 grados y un rango de desplazamiento de L, es el de un toro de sección cuadrada de radio interior L y radio exterior 2L. Se demuestra que el volumen resultante es: 2πL^3.
===Configuración polar o esférica.===
[[Imagen:Confesferica.JPG|thumb|250px|right|Configuración Esferica]]
Está configuración se caracteriza por dos articulaciones de rotación y una prismática (RRP). En este caso las variables articulares expresan la posición del extremo del tercer enlace en coordenadas polares. En un manipulador con tres enlaces de longitud L, el volumen de trabajo de esta estructura, suponiendo un radio de giro de 360 grados y un rango de desplazamiento de L, es el que existe entre una esfera de radio 2L y otra concéntrica de radio L. Por consiguiente el volumen es (28/3)πL^3.
===Configuración angular.===
[[Imagen:Confangular.JPG|thumb|250px|right|Configuración angular]]
Esta configuración es una estructura con tres articulaciones de rotación (RRR). La posición del extremo final se especifica de forma natural en coordenadas angulares. La estructura tiene un mejor acceso a espacios cerrados y es fácil desde el punto de vista constructivo. Es muy empleada en robots manipuladores industriales, especialmente en tareas de manipulación que tengan una cierta complejidad. La configuración angular es la más utilizada en educación y actividades de investigación y desarrollo. En esta estructura es posible conseguir un gran volumen de trabajo. Si la longitud de sus tres enlaces es de L, suponiendo un radio de giro de 360 grados, el volumen de trabajo sería el de una esfera de radio 2L, es decir (32/3)πL^3.
 
=Tipos de robots=
==Humanoide==
Los robots humanoides son los que presentan una apariencia similar a la humana.: 2dos piernas, 2dox brazos, tronco, y cabeza. Existen robots con partes humanoides.
 
==Androide==
Androide Término mencionado por primera vez por '''Alberto Magno''' en 1270 y popularizado por el autor francés '''Villiers''' en su novela de 1886 ''L'Ève future,''. esEs la denominación que se le da a un robot antropomorfo que, además de imitar la apariencia humana, imita algunos aspectos de su conducta de manera autónoma. Etimológicamente "androide" se refiere a los robots humanoides de fisionomía masculina, a los robots de apariencia femenina se les llama ocasionalmente ginoides, principalmente en las obras de ciencia ficción, aunque en el lenguaje coloquial el término androide suele usarse para ambos casos.
 
Etimológicamente "androide" se refiere a los robots humanoides de fisionomía masculina, a los robots de apariencia femenina se les llama ocasionalmente ginoides, principalmente en las obras de ciencia ficción, aunque en el lenguaje coloquial el término androide suele usarse para ambos casos.
==MAS...==
 
=Asimo=
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Debido a la gran diversificación de robots y a que los lenguajes utilizados en las ciencias informáticas no cumplen con las necesidades de la robótica se desarrollaron lenguajes dedicados a esta ciencia. El diseñador de cada robot diseña un lenguaje para controlar su robot.
Los lenguajes de programación textual se clasifican en 3 ramas. Por objetos, por robot y por tarea.
La programación actual de un robot utiliza los lenguajes a nivel robot.
Debido a la gran dificultad que se ha encontrado al tratar de diseñar un lenguaje a nivel objeto en la robótica, estos no han tenido mucho excito en su implementación.
Algunas de las características que debe tener un lenguaje de programación para que sea universal según Pratt son:
 
La programación actual de un robot utiliza los lenguajes a nivel robot.
1. Claridad y sencillez.
Debido a la gran dificultad que se ha encontrado al tratar de diseñar un lenguaje a nivel objeto en la robótica, estos no han tenido mucho éxito en su implementación.
 
Algunas de las características que debe tener un lenguaje de programación para que sea universal según Pratt son:
2. Claridad de la estructura del programa.
# Claridad y sencillez.
 
# Claridad de la estructura del programa.
3. Sencillez de aplicación.
# Sencillez de aplicación.
 
4. # Facilidad de ampliación.
# Facilidad de corrección y mantenimiento.
 
# Eficacia.
5. Facilidad de corrección y mantenimiento.
 
6. Eficacia.
 
=Planificación de Trayectorias=
Es claro que una de las finalidades del robot y otras que se basan en esta, es alcanzar tal ocual objeto para su manipulación o incluso movimientos del robot para alcanzar alguna posición definida.
 
La importancia de la planificación de trayectorias radica en la búsqueda y obtención de estrategias de control para obtener del robot trayectorias adecuadas, seguras y que posean la mayor calidad en su desplazamiento.
 
Es claro que una de las finalidades del robot y otras que se basan en esta, es alcanzar tal ocual objeto para su manipulación o incluso movimientos del robot para alcanzar alguna posición definida
La importancia de la planificación de trayectorias radica en la búsqueda y obtención de estrategias de control para obtener del robot trayectorias adecuadas, seguras y que posean la mayor calidad en su desplazamiento.
Para poder llevar a cabo la planificación de trayectorias resulta fundamental conocer o ser capaz de obtener el modelo cinemática y también dinámico del robot que se pretenda controlar.
La trayectoria posible, depende de las características físicas del robot así como de sus articulaciones, porque solo será posible realizar aquellos movimientos alcanzables por el robot y que no requieran de desplazamientos al límite de lo imposible. Además dependiendo de las características de operación definidas por el usuario (destino, trayectoria cartesiana de efectores y el tiempo en que se desee que se ejecute el movimiento) y la aplicación, será proyectado el trabajo, lo anterior es básicamente precisión, restricciones de tipo de movimiento (suave, rudo), etc.
 
La planificación de trayectorias presenta dos puntos fundamentalmente, estos son: planificación del movimiento y control del movimiento. El primero de estos puntos parte de llevar al brazo o al robot a las posiciones idóneas para la manipulación y el segundo punto se fundamenta en controlar cada uno de esos desplazamientos para que el efector final llegue con éxito y precisión al punto requerido.
 
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== Bases de Planificación de Trayectorias==
 
Para planificación de trayectorias el control cinemática debe ser capaz de :
# Conversión de la especificación de movimiento a un plano cartesiano.
 
# Obtener una cantidad de puntos finitos que correspondan a la trayectoria.
1. Conversión de la especificación de movimiento a un plano cartesiano.
# Utilizando la Cinemática inversa, obtener la posición de las articulaciones dependiendo de la posición final de efector.
 
# Interpolación de los puntos de la articulación obtenidos del análisis anterior, para generar puntos o expresiones realizables. Aquí se genera una trayectoria cartesiana lo más próxima a lo surgido del análisis anterior.
2. Obtener una cantidad de puntos finitos que correspondan a la trayectoria.
# Se muestrea la trayectoria para generar referencias de control dinámico.
 
3. Utilizando la Cinemática inversa, obtener la posición de las articulaciones dependiendo de la posición final de efector.
 
4. Interpolación de los puntos de la articulación obtenidos del análisis anterior, para generar puntos o expresiones realizables. Aquí se genera una trayectoria cartesiana lo más próxima a lo surgido del análisis anterior.
 
5. Se muestrea la trayectoria para generar referencias de control dinámico.
 
== Planificación de Trayectorias en el Espacio de las Articulaciones==
 
Los robots al realizar alguna tarea deben ejecutar determinada trayectoria, principalmente podemos suponer un punto de inicio y un punto de llegada. El planteamiento anterior conlleva una enorme cantidad de posibles movimientos para alcanzar determinado punto. Es claro que algunas de ellas son las mejores, sea por simplicidad, limitantes geométricas o espaciales, o por el tipo de operación. Para determinar las trayectorias existen tres posibilidades:
 
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Cuando la trayectoria del extremo del robot es conocida por el usuario. Esta se tiene que obtener mediante cálculos continuos para cada articulación.
Al observar después de esta análisis las articulaciones se puede denotar un movimiento posiblemente ilógico, descontrolado , sin sentido de estas yt posiblemente al límite; pero si se realiza una observación al efector final, podremos notar como el extremo realiza la trayectoria que se le pidió siguiendo todos los puntos, de ser posible.
 
 
==Trayectorias en el Espacio Cartesiano==