La robótica
La historia
de la robótica va unida a la construcción de "artefactos", que
trataban de materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que lo
descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedos (GAP)
(que construyó el primer mando a distancia para su automóvil mediante
telegrafía sin hilo,[cita requerida] el ajedrecista automático, el primer
transbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática"
en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente
asociadas.
La robótica
es la rama de la tecnología que se dedica al diseño, construcción, operación,
disposición estructural, manufactura y aplicación de los robots.1 2
La robótica
combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la
informática, la inteligencia artificial, la ingeniería de control y la física.3
Otras áreas importantes en robótica son el álgebra, los autómatas programables,
la animatrónica y las máquinas de estados.
El término
robot se popularizó con el éxito de la obra R.U.R. (Robots Universales Rossum),
escrita por Karel Čapek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra, la
palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés
como robot.
Clasificación de los
robots
Según su cronología
La que a
continuación se presenta es la clasificación más común:
1. ª Generación.
Manipuladores.
Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control,
bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.
2. ª
Generación.
Robots de
aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada
previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a través de un
dispositivo mecánico. El operador realiza los movimientos requeridos mientras
el robot le sigue y los memoriza.
3. ª
Generación.
Robots con
control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes
de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos
necesarios.
4.ª
Generación.
Robots
inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que
envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso.
Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en
tiempo real.
Según su estructura
La
estructura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede
ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha
introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del
cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos
niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto
terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de
sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que
pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha
indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación
coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La
subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los
siguientes grupos: poliarticulados, móviles, androides, zoomórficos e
híbridos.
1. Poliarticulados
En este
grupo se encuentran los Robots de muy diversa forma y configuración, cuya
característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque
excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y
estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado
espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas, y con un número
limitado de grados de libertad. En este grupo, se encuentran los manipuladores,
los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean cuando es preciso
abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre
objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el
suelo.
2. Móviles
Son Robots
con grandes capacidades de desplazamiento, basadas en carros o plataformas y
dotadas de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando
o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores.
Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena
de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación
electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas
detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y
están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.
3. Androides
Son Robots
que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento
cinemático del ser humano. Actualmente, los androides son todavía dispositivos
muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente,
al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos de estos
Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción
bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y
coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el
equilibrio del Robot.
4. Zoomórficos
Los Robots
zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también
a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus
sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. A pesar de la
disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar
a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no
caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco
evolucionado. Los experimentos efectuados en Japón basados en segmentos
cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento
relativo de rotación. Los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy
numerosos y están siendo objeto de experimentos en diversos laboratorios con
vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteados o
autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las
aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración
espacial y en el estudio de los volcanes.
5. Híbridos
Corresponden
a aquellos de difícil clasificación, cuya estructura se sitúa en combinación
con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por
yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas,
es al mismo tiempo, uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots
zoomórficos.
articulado hidráulico para permitir a las cuchillas ser
La robotica en la agricultura
La agricultura es el arte de cultivar la tierra y comprende
todas las actividades humanas de acondicionamiento del
medio ambiente natural y del suelo haciéndolo más apto para
el posterior cultivo de cereales, frutas, hortalizas, pasto y
forrajes con fines alimenticios o para producir flores,
plantas
ornamentales, madera, fertilizantes, productos químicos,
productos biofarmacéuticos, entre otros.
Actualmente,
el sector agroalimentario es objeto de
especial
atención en cuanto a la incorporación de tecnologías
avanzadas,
dadas las exigencias cada vez mayores de
producción,
diversidad y calidad de los productos, así como
de la
presentación de los mismos. Todo ello con el problema
creciente de
la falta de mano de obra. Cabe por ello hacer un
análisis del
estado actual, ventajas y posibilidades de
robotización
de las tareas agrícolas .
1) Tractor
robotizado detección de plantas y malas
hierbas y
para la selección de productos químicos: La
robótica
está resultando ser una muy buena solución para la
producción
de cultivos orgánicos y medioambientales.
Ejemplo de
ello la limpieza de terrenos en los cultivos, en
especial de
las malas hierbas o de la optimizando del uso de
pesticidas
en problemas de polución y contaminación del
suelo que
esta produce. Tillett and Hague Technology Ltd.,
de UK [4],
es una empresa de desarrollo e investigación de
tecnología
de automatización para el sector agrícola y otros
sectores
relacionados, la cual desarrolló un sistema para
reducir el
uso de productos agroquímicos por medio de la
aplicación
selectiva de los productos químicos a través un
tractor
robotizado que navega por un mapa que representa el
cultivo del
campo.
2) Robocrop:
Es un tractor robotizado con visión por
computador
basado en sistema de orientación para de control
de químicos
en malezas, desarrollado por la empresa Tillett
and Hague Technology Ltd., de UK [4]. Este robot usa
navegación
por guiado a través de las líneas de cultivo y al
detectar una
mala hierba por medio de visión artificial este
la elimina a
través de un corte realizado en forma mecánica.
Este es
robot se comercializa como Robocrop .
3) Control
mecánico de malezas guiado por visión: Este
proyecto fue
desarrollado por la Universidad de Halmstaden
y la empresa
Danisco Sugar AB de Suecia, entre 1997 a
2000 [5].
Esta empresa que produce azúcar de la remolacha,
reconoce la
importancia de la consideración del medio su
objetivo
para este proyecto fue la reducción del uso de
productos
químicos para el control de la maleza de 3,5 a 2
kg por
hectárea en el año 2000.
Siembra
Dentro de
esta fase se consideran las etapas de plantación
de semillas,
producción de esquejes y realización de injertos,
multiplicación
vegetativa de plantas, fertirrigación de las
plántulas,
control ambiental de las plántulas y trasplante. En
cultivos
extensivos existen tractores robotizados y
maquinaria
agrícola modificada para realizar esta labor.
1)
Plantadora de arroz automática: Este proyecto es un
robot móvil
capaz de trasplantar arroz además de fertilizar y
aplicar productos
químicos con precisión para su adecuado
manejo, con
esto el robot es capaz de mejorar la calidad y
producción
del arroz .
2) Robot
trasplantador de hortalizas, Kikump: Muchos
productos
agrícolas primero se siembran en invernaderos
para luego
ser trasplantados al campo, siendo este el caso de
las
hortalizas. El Instituto Brian, de Japón, ha desarrollado
un robot
trasplantador. Este brazo manipulador
pertenece a
la clase de robots manipuladores con aplicación
en la
agricultura .
3)
Traje-Robot para ayuda a los agricultores, FarmBot:
Científicos
de la Universidad de Atricultura y tecnología en
Tokio,
Japón, han inventado un traje-robot diseñado para
ayudar a los
agricultores en la plantación y el cultivo de la
tierra [13].
El traje , tiene
un peso de
alrededor de
25 kilos. Tiene ocho motores y 16 sensores.
Según los
inventores, “el traje lleva su propio peso y coloca
una carga
mínima sobre el operador". La compañía que va a
producir
estos trajes-robots estima un costo de venta de entre
4000 a 8000
euros, y se espera que salga al mercado dentro
de tres
años.
Producción
La
producción se encuentra integrada por las etapas de
fertirrigación
del cultivo, pulverización de productos
fitosanitarios,
eliminación de malas hierbas, podas de las
plantas,
limpieza de cubiertas en invernaderos y sombreado
de las mismas
.
La
fertirrigación y aplicación de productos sanitarios en
cultivos
intensivos y en árboles está resulta mediante los
sistemas de
riego automático.
1) Robot Móvil para invernaderos, AURORA:
desarrollado
por el departamento de Ingeniería de Sistemas y
Automática,
de la Universidad de Málaga y del Grupo de
Robótica
Visión y Control, de la Universidad de Sevilla,
particularmente
para tareas de fumigación.
Incorpora
una motorización basada en motores de alterna,
alimentados
por un generador de alterna a 220V con 2.5KW
de potencia.
Su sistema de control está basado en PC
industrial.
Su sistema sensorial está basado en sensores de
ultrasonidos
de tipo analógico y digital utilizables en control
reactivo.
Incorpora cámara CCD para teleoperación .
2) Robot
Móvil con un sistema de Visión por computador
y otro de
micro-pulverización: Esta aplicación robótica
pertenece al
proyecto AGROBOTIC desarrollado por el
Instituto
Danés de Ciencias Agrícolas, la Universidad de
Aalborg, la
Universidad de Agricultura y Veterinaria Royal,
y 4 empresas
industriales [16]. Su objetivo en esta aplicación
es la
reducción de la emisión de herbicidas al pulverizar las
plantas de
un cultivo. Este micro sistema de pulverización
mejora la
precisión, con resoluciones de hasta 5mm. La
reducción de
los herbicidas .
3) Robot para el cuidado de plantas, Hortibot:
Es un
robot de
cuidado de plantas autónomo coordinado por la
Universidad
de Aarhus, Instituto de Ingeniería Agrícola,
Centro de la
Investigación Bygholm. HortiBot
proporciona
precisión desyerbando un huerto, realizando
siembra
robótica puede reconocer 25 tipos diferentes de
malezas que
elimina usando sus herramientas láser, por
micro
rociada y por dispositivos mecánicos.
La robotica en al ganaderia
Quizás el
mayor impacto en la agricultura ha sido a través de
que los
granjeros se han dado cuenta del poder de las
computadoras.
La computación móvil puede medir el
rendimiento
durante la cosecha, relacionándolo con la
precisión del
mapa del campo. Tareas que han sido
razonablemente
mecanizadas pueden ahora ser sincronizadas
y
automatizadas.
El sistema de posicionamiento global por
satélite ha sido
adaptado
para las operaciones mapeo y navegación.
Robot de
ordeño
Aunque las
cosas han avanzado mucho desde el ordeño
manual, el
ordeño automático todavía requiere muchas
operaciones.
La vaca debe ser identificada, trasladada a la
estación de
ordeño y sujetada, entonces la ubre debe ser
inspeccionada
y preparada para luego colocar las copas de
ordeño. La
leche debe ser evaluada para garantizar su
calidad y
seguridad para luego ser añadida al tanque general
de
conservación, una vez finalizado el ordeño retirar las
copas, y
finalmente tratar la ubre con antibióticos después
del ordeño.
Esquilado de
ovejas
Sin duda, uno de los aspectos más espectaculares de la robótica
de investigación para la ganadería fue el sistema de
esquila robótico desarrollado por la Universidad de Australia
Occidental, Shear Magic . Se desarrolló un robot
articulado hidráulico para permitir a las cuchillas ser
manipuladas en una emulación de las trayectorias que son
acciones de un esquilador. Innovadores sensores capacitivos
permitieron que las cuchillas pasaran de forma exacta y en
paralelo con la piel del animal, de modo que las mellas y
cortes se podrían reducir por debajo del nivel que un
esquilador podría imponer.
Matadero
Los
delegados a una conferencia de robótica de Brisbane en
1993 fueron
llevados en una visita para ver un sistema
robótico
instalado en el matadero de Kilcoy. Ellos fueron
capaces de
comparar el sistema manual, en el que cada
animal es
aturdido y luego levantado por una grúa para
luego poder
cortar su garganta, en contra posición del
sistema
Fututech en el que el proceso de aturdimiento y
desangrado
se encuentra automatizado.
