Robotica

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Robótica
Unidad I
Historia de la robótica
¿En qué año se originó el término de robot?
Antecedentes remotos
322 A.C Aristóteles «Si cada instrumento pudiese, en virtud de una orden recibida o, si se quiere, adivinada, trabajar por sí mismo, los empresarios prescindirían de los operarios, y los señores de los esclavos.»
200 A.C Ctesibus de Alejandría: Diseña
 relojes de agua con figuras movibles
Antecedentes remotos
1774 Jaquet-Droz  Autómatas «la pianista», «el dibujante» y «el escritor»
«La pianista» es un autómata en forma de mujer que toca un Órgano
«El dibujante» que tiene la forma
de un niño sentado en un 
pupitre puede realizar cuatro 
dibujos distintos
«El escritor» es el más complejo 
de los tres autómatas también con 
forma de niño, y que podía escribir
en inglés y francés, así como 
realizar algunos dibujos.
Origen del termino «robot»
Karel Čapek (1920)
Obra de teatro titulada "R.U.R." (Rossum's Universal Robots)
El término "robot" se utiliza para referirse a seres artificiales que son creados para realizar tareas laborales.
El origen de la palabra "robot" proviene del término checo "robota", que significa "trabajo forzado" o "servidumbre".
Trama
En la obra, los robots son creados por el científico Rossum y su compañía, y se utilizan como mano de obra para realizar trabajos físicos y monótonos. 
A medida que los robots se vuelven más avanzados, empiezan a adquirir características humanas y se plantean cuestiones relacionadas con la inteligencia artificial, la esencia de la humanidad y la moralidad.
¿Cuál fue el desenlace?
Primer uso del termino «robótica»
Isaac Asimov (1920 - 1992)
El término "robótica" fue acuñado por primera vez en 1941 por el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov en su relato corto titulado "Runaround".
"Runaround", establece las Tres Leyes de la Robótica, que son principios éticos que rigen el comportamiento de los robots. 
Tres leyes de la robotica
Primera Ley: Un robot no hará daño a un ser humano o, por inacción, permitirá que un ser humano sufra daño.
Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley.
Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia existencia, siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley.
Historia de la robotica
Desarrollado por George Devol y Joseph Engelberger en la década de 1950
Unimate fue el primer robot programable y se utilizó para realizar tareas repetitivas en la línea de producción de una fábrica.
Fue utilizado por primera vez en 1961 en la fábrica de General Motors en Ewing Township, Nueva Jersey, para levantar y soldar piezas de automóviles
*video*
Historia de la robotica
Desarrollado en la década de 1960 en el Laboratorio de Inteligencia Artificial de Stanford Shakey, también conocido como el "robot Shakey", fue un robot pionero en el campo de la inteligencia artificial y la percepción visual.
Shakey fue uno de los primeros robots móviles controlados por computadora que tenía la capacidad de desplazarse de forma autónoma en entornos reales. Tenía un cuerpo móvil montado sobre ruedas y estaba equipado con una serie de sensores, incluidas cámaras de video y sensores de contacto.
Una de las características destacadas de Shakey era su capacidad para percibir y comprender su entorno. Utilizaba sus cámaras y sensores para reconocer obstáculos, como paredes y objetos, y generaba un mapa del entorno. Esto le permitía planificar rutas y evitar obstáculos mientras se desplazaba.
Historia de la robotica
1970
Robots industriales
Control y programación
Sensores y percepción
Robótica móvil
Investigación en inteligencia artificial
En los años 70 se produjeron avances en la robótica industrial, el control y programación de robots, la percepción del entorno, la robótica móvil y la inteligencia artificial. Estos avances sentaron las bases para el desarrollo futuro de la robótica y allanaron el camino para la creación de robots más avanzados y autónomos en las décadas siguientes.
Historia de la robotica
1980
Robots colaborativos: robots que podían trabajar en colaboración con los seres humanos
Miniaturización de robot
Robótica móvil autónoma: robots capaces de navegar y operar de manera autónoma en entornos desconocidos
Visión artificial: mejoró la capacidad de los robots para reconocer y comprender su entorno visual
Integración de sensores
Varias universidades introducen la robótica (enseñanza e investigación)
Definición de robot
¿qué es un robot?
¿qué es un robot?
Puede definirse como una máquina programable y multifuncional capaz de interactuar con su entorno físico y llevar a cabo tareas de manera autónoma o semiautónoma. 
Los robots suelen estar equipados con sensores para percibir su entorno y actuar en consecuencia, así como con actuadores para realizar movimientos físicos y manipular objetos.
La norma ISO 8373:2012 un robot se define como :
"un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos específicos mediante movimientos variables programados para la realización de tareas diversas".
Aplicaciones de la robótica
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Aplicaciones de la robótica
Automatización industrial: Los robots son ampliamente utilizados en la industria para realizar tareas de fabricación, como ensamblaje, soldadura, pintura, embalaje, manipulación de materiales y control de calidad. Ayudan a aumentar la eficiencia, mejorar la precisión y reducir los costos de producción.
Medicina y atención médica: Los robots se utilizan en cirugía asistida por robot para realizar intervenciones quirúrgicas precisas y mínimamente invasivas. También se utilizan en la rehabilitación física, asistencia a personas con discapacidades y para realizar tareas de apoyo en hospitales y centros de atención médica.
Exploración espacial: Los robots espaciales, como los rovers, se utilizan para explorar planetas y lunas, recopilar datos científicos y realizar investigaciones en entornos extraterrestres.
Aplicaciones de la robótica
Agricultura: Los robots agrícolas ayudan en tareas como la siembra, la cosecha, el riego y el monitoreo de cultivos. Ayudan a mejorar la eficiencia y la productividad en la agricultura.
Logística y almacenes: Los robots se utilizan en almacenes y centros de distribución para la gestión y clasificación de inventarios, empaquetado, carga y descarga de mercancías, y entrega autónoma de productos.
Servicios y atención al cliente: Algunos robots se utilizan en servicios de atención al cliente, como robots de recepción en hoteles o robots asistentes en tiendas, para brindar información, guiar a los visitantes y realizar tareas de servicio básicas.
Educación y entretenimiento: Los robots educativos y de entretenimiento se utilizan en escuelas, museos y parques temáticos para enseñar conceptos educativos, interactuar con las personas y proporcionar entretenimiento interactivo.
fundamentos de la robótica
fundamentos de la robótica
Los fundamentos de la robótica incluyen los principios básicos y las áreas clave de conocimiento que sustentan el campo de la robótica. 
Estos fundamentos se basan en varias disciplinas, como la ingeniería mecánica, la electrónica, la inteligencia artificial y la ciencia de la computación.
fundamentos de la robótica
Mecánica: La mecánica es fundamental en la robótica, ya que se ocupa del diseño y la construcción de los componentes físicos de un robot, como estructuras, mecanismos, actuadores y sistemas de transmisión de movimiento.
Electrónica y sistemas de control: La electrónica es esencial en la robótica para el diseño y la implementación de circuitos electrónicos, sensores y actuadores. Los sistemas de control permiten gestionar el movimiento y las acciones del robot, controlando los actuadores en respuesta a las señales de los sensores.
Inteligencia artificial y aprendizaje automático: La inteligencia artificial (IA) es una disciplinacentral en la robótica. Los robots pueden utilizar técnicas de IA para tomar decisiones, planificar acciones, aprender de la experiencia y adaptarse a diferentes situaciones.
fundamentos de la robótica
Percepción y sensores: La percepción es fundamental para que los robots puedan interactuar con su entorno. Los sensores, como cámaras, micrófonos, sensores táctiles y de proximidad, permiten que los robots perciban y comprendan el entorno físico y social en el que se encuentran.
Programación y algoritmos: La programación es esencial para controlar el comportamiento de los robots. Los algoritmos se utilizan para planificar rutas, realizar tareas específicas, procesar datos de los sensores y tomar decisiones en tiempo real.
Seguridad y ética: La seguridad es un aspecto crucial en la robótica, especialmente cuando se trata de robots colaborativos o autónomos que interactúan con humanos. La ética también desempeña un papel importante en la consideración de los impactos sociales y morales de la robótica.
Anatomía 
Pero enfocado a la robótica 
Anatomía 
La anatomía en el contexto de la robótica se refiere a la estructura y diseño físico de los robots. 
Al igual que los seres vivos tienen una estructura anatómica que determina sus capacidades y funciones, los robots también tienen una anatomía que determina su forma, movilidad y capacidad para realizar tareas específicas. A continuación, se describen algunos elementos anatómicos comunes en los robots:
Anatomía
Estructura mecánica: La estructura mecánica de un robot incluye elementos como brazos, piernas, ruedas o cualquier otra parte móvil que permita el movimiento. Estos elementos están diseñados para proporcionar la movilidad necesaria para que el robot se desplace y realice tareas específicas.
Articulaciones: Las articulaciones son los puntos de unión entre diferentes segmentos o partes del robot. Permiten el movimiento y la flexibilidad en las diferentes direcciones. Las articulaciones pueden ser rotatorias, como las articulaciones de los brazos y piernas humanas, o deslizantes, como las articulaciones lineales utilizadas en algunos robots.
Anatomía
Actuadores: Los actuadores son componentes que generan el movimiento en las articulaciones o en otras partes del robot. Pueden ser motores eléctricos, hidráulicos o neumáticos que proporcionan la fuerza y el torque necesarios para el movimiento del robot.
Sensores: Los sensores son dispositivos utilizados para captar información del entorno y proporcionar retroalimentación al robot. Pueden incluir sensores táctiles, sensores de proximidad, cámaras, micrófonos y otros tipos de sensores para percibir aspectos físicos, químicos o ambientales.
Controladores: Los controladores son componentes electrónicos que interpretan la información de los sensores y generan las señales necesarias para controlar los actuadores. Los controladores permiten coordinar el movimiento y las acciones del robot de acuerdo con su programación y las entradas del entorno.
Sistemas de impulsión
Existen varios tipos de sistemas de impulsión utilizados en robótica, que incluyen:
Ruedas: Las ruedas son uno de los sistemas de impulsión más comunes en los robots. Pueden ser ruedas convencionales, como las utilizadas en vehículos terrestres, o ruedas omnidireccionales, que permiten movimientos multidireccionales. Las ruedas se pueden controlar mediante motores eléctricos o servomotores para generar el movimiento.
	
Sistemas de impulsión
Orugas: Las orugas, similares a las utilizadas en los tanques, son otro tipo de sistema de impulsión utilizado en robots. Las orugas proporcionan una mayor tracción y estabilidad en terrenos difíciles o irregulares, lo que permite a los robots moverse con facilidad en diferentes superficies.
Sistemas de impulsión
Patas: Algunos robots utilizan sistemas de impulsión basados en patas, imitando la locomoción de animales como insectos o cuadrúpedos. Estos sistemas de impulsión permiten un movimiento más versátil y la capacidad de superar obstáculos o terrenos complicados.
Sistemas de impulsión
Propulsores acuáticos: En el caso de robots submarinos o acuáticos, se utilizan propulsores para generar el movimiento en el agua. Estos propulsores pueden ser hélices o chorro de agua, dependiendo de las necesidades específicas del robot y el entorno en el que opera.
Sistemas de impulsión
Propulsores aéreos: Los robots voladores, como los drones, utilizan sistemas de impulsión basados en hélices o rotores para generar el levantamiento y el movimiento en el aire. Estos sistemas de impulsión permiten a los robots volar y maniobrar en diferentes direcciones.
El robot y sus periféricos
dispositivos robot para ampliar sus capacidades
Sensores: Los sensores son periféricos fundamentales en la robótica, ya que permiten a los robots percibir y medir información del entorno. Pueden incluir sensores táctiles para detectar el contacto físico, sensores de proximidad para detectar objetos cercanos, cámaras para capturar imágenes y videos, micrófonos para capturar sonidos, sensores de temperatura, acelerómetros, giróscopos y una variedad de otros sensores especializados.
Actuadores adicionales: Además de los actuadores incorporados en la estructura principal del robot, se pueden utilizar actuadores adicionales como periféricos. Estos pueden incluir garras, pinzas, ventosas u otros dispositivos de agarre especializados que permiten al robot manipular objetos de formas específicas.
Dispositivos de comunicación: Los dispositivos de comunicación, como los módulos Wi-Fi, Bluetooth o Ethernet, se utilizan para permitir la conectividad y la comunicación inalámbrica entre el robot y otros dispositivos externos, como computadoras, dispositivos móviles o sistemas de control.
Dispositivos de almacenamiento y procesamiento de datos: Los robots pueden estar equipados con periféricos de almacenamiento, como discos duros o tarjetas de memoria, para almacenar datos y programas. También pueden contar con unidades de procesamiento adicional, como microcontroladores o tarjetas de procesamiento de alto rendimiento, para tareas computacionalmente intensivas.
Dispositivos de visualización y retroalimentación: Estos periféricos pueden incluir pantallas, luces indicadoras o altavoces que proporcionan información visual o auditiva al usuario sobre el estado del robot, instrucciones o retroalimentación sobre el progreso de las tareas.
Dispositivos de seguridad: En algunos casos, los periféricos de seguridad, como sensores de detección de colisiones, barreras de luz o sistemas de parada de emergencia, se utilizan para garantizar la seguridad del entorno y la interacción segura entre el robot y los humanos.
Precisión de movimiento
precisión del movimiento
La precisión del movimiento en robótica se refiere a la capacidad de un robot para realizar movimientos de manera precisa y exacta. 
La precisión del movimiento es crucial en muchas aplicaciones robóticas, especialmente en aquellas que requieren manipulación precisa de objetos, ensamblaje, cirugía asistida por robots, fabricación de alta precisión, entre otras.
precisión del movimiento
La precisión del movimiento puede evaluarse en términos de varios aspectos:
Resolución: La resolución se refiere a la mínima unidad de medida o el tamaño más pequeño en el que un robot puede moverse o posicionar sus componentes.
Repetibilidad
Error de posicionamiento
Estabilidad
Controladores 
En robótica, los controladores son componentes esenciales que permiten a un robot llevar a cabo tareas específicas y realizar movimientos precisos. 
Los controladores son programas o algoritmos que se ejecutan en el sistema del robot y supervisan y regulan el comportamiento y las acciones del robot. 
Controladores
Controladores de posición: Estos controladores se utilizan para controlar la posición de las articulaciones de un robot. Permiten establecer y mantener una posición objetivo para cada articulación,lo que permite al robot realizar movimientos precisos y repetibles.
Controladores de velocidad: Estos controladores se encargan de regular la velocidad de movimiento de las articulaciones del robot. Controlan la velocidad angular de las articulaciones y permiten ajustarla según las necesidades específicas de la tarea que se esté realizando.
Controladores
Controladores de fuerza/torque: Estos controladores se utilizan cuando se requiere que el robot interactúe con su entorno físico y ejerza una fuerza o un torque específico sobre los objetos con los que entra en contacto. Estos controladores permiten al robot mantener una fuerza o un torque constante durante la interacción.
Controladores de trayectoria: Estos controladores permiten al robot seguir una trayectoria específica en el espacio. Se utilizan para controlar los movimientos suaves y continuos del robot a lo largo de una trayectoria predefinida. Estos controladores son útiles en aplicaciones como soldadura, pintura o ensamblaje, donde se requiere un movimiento preciso del robot a lo largo de una trayectoria específica.
Controladores basados en visión: Estos controladores utilizan información visual capturada por cámaras u otros sensores para guiar el movimiento del robot. Se utilizan para tareas como reconocimiento de objetos, seguimiento visual y navegación autónoma.
Programación de robots y lenguaje
La programación de robots implica la creación de secuencias de instrucciones que permiten a un robot realizar tareas específicas.
Estas instrucciones se basan en un lenguaje de programación específico que es compatible con el sistema de control del robot. A continuación, se presentan algunos lenguajes de programación comunes utilizados en la programación de robots:
Lenguaje de programación de robots (RPL)
Python
C/C++
MATLAB
Además de estos lenguajes, existen otros lenguajes de programación específicos de robots y marcos de trabajo, como ROS (Robot Operating System) y LabVIEW, que se utilizan ampliamente en la comunidad robótica.