Robótica Aplicada: Construyendo un Robot MC. Juan Fco. Robles Camacho Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México. (INIDETAM)

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1 Robótica Aplicada: Construyendo un Robot MC. Juan Fco. Robles Camacho Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México. (INIDETAM)

2 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 2 Contenido: Introducción Introducción Percepción Percepción Actuación Actuación Arquitecturas de Control de Robots Arquitecturas de Control de Robots

3 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 3 Introducción ¿Que es un Robot? Máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas Máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas Una maquina con capacidad de movimiento y acción capaz de realizar tareas que pueden desempeñar los seres humanos Una maquina con capacidad de movimiento y acción capaz de realizar tareas que pueden desempeñar los seres humanos Robot Robota = fuerza de trabajo (Karel Capek)

4 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 4 Introducción ¿Para que sirven los Robots? Dependiendo del tipo Dependiendo del tipo Investigación científica Investigación científica

5 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 5 Introducción Clasificación de los Robots: Área de trabajo: Fijos, Móviles, Semi-fijos. Área de trabajo: Fijos, Móviles, Semi-fijos. Tipo de control: Tele-dirigidos, Autónomos, Híbridos. Tipo de control: Tele-dirigidos, Autónomos, Híbridos. Medio Ambiente en el que operan: Terrestres, Acuáticos, Aéreos/espaciales, Híbridos. Medio Ambiente en el que operan: Terrestres, Acuáticos, Aéreos/espaciales, Híbridos. Aplicación: Industriales, educativos, entretenimiento, experimentales. Aplicación: Industriales, educativos, entretenimiento, experimentales. Otros: Integración, Grados de Libertad Otros: Integración, Grados de Libertad

6 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 6 Introducción Composición: CONTROL SENSORES ACTUADORES AMBIENTE

7 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 7 CONTROLSENSORESACTUADORES Hardware Software

8 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 8 Percepción Los mecanismos por los cuales el robot percibe o mide su entorno: Los mecanismos por los cuales el robot percibe o mide su entorno: Transductor: dispositivo que convierte variaciones de una energía de entrada, en otra diferente de salida Transductor: dispositivo que convierte variaciones de una energía de entrada, en otra diferente de salida Sensor: es un transductor que convierte algún estímulo físico en señales eléctricas que el control del robot puede leer Sensor: es un transductor que convierte algún estímulo físico en señales eléctricas que el control del robot puede leer INTERFAZ SENSORCONTROL

9 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 9 Percepción Tipos de Sensores según la señal entregada: Tipos de Sensores según la señal entregada: Analógicos: entregan una señal continua Analógicos: entregan una señal continua Digitales: entregan medidas discretas o cuantificadas Digitales: entregan medidas discretas o cuantificadas SENSORCONTROL Acondicionamiento de la señal de entrada. Convertidores Analógicos-Digitales Tarjetas de Adquisición de Datos

10 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 10 Percepción Tipos de Sensores según su forma de medición: Tipos de Sensores según su forma de medición: Pasivos: solo reciben energía y miden su valor Pasivos: solo reciben energía y miden su valor Fuente de luzSensor

11 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 11 Percepción Activos: emiten energía que es reflejada por los objetos del entorno y miden la energía regresada Activos: emiten energía que es reflejada por los objetos del entorno y miden la energía regresada Objeto envió recepción sensor

12 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 12 Percepción Características de los Sensores: Rango o campo de acción: conjunto de valores de algún estimulo físico que pueden ser medidos por el sensor Rango o campo de acción: conjunto de valores de algún estimulo físico que pueden ser medidos por el sensor Sensibilidad: mide el grado de variación de la señal enviada por el sensor cuando se produce un cambio en el estimulo físico. Sensibilidad: mide el grado de variación de la señal enviada por el sensor cuando se produce un cambio en el estimulo físico.

13 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 13 Percepción Calidad en la Percepción Depende de la manera en que el estimulo físico es transformado en valores digitales Depende de la manera en que el estimulo físico es transformado en valores digitales

14 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 14 Percepción Diversos tipos de sensores: De luz De luz Temperatura Temperatura Contacto Contacto Acústicos Acústicos De posición y orientación De posición y orientación Propioceptivos Propioceptivos Otros como cámaras de video y laser Otros como cámaras de video y laser

15 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 15 Actuación La actuación de un Robot es su capacidad de acción en el ambiente en el que se encuentra inmerso. La actuación de un Robot es su capacidad de acción en el ambiente en el que se encuentra inmerso. Diversos factores determinan la capacidad de actuación de un robot: Diversos factores determinan la capacidad de actuación de un robot: Morfología Morfología Locomoción Locomoción Actuadores y Efectores Actuadores y Efectores

16 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 16 Actuación Morfología Considera la forma física que debe tener un robot. Considera la forma física que debe tener un robot. Es determinada por principalmente: Es determinada por principalmente: Tipo de ambiente en el que el robot actuará Tipo de ambiente en el que el robot actuará La tarea que va a realizar La tarea que va a realizar

17 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 17 Actuación Locomoción Estudia como se puede desplazar un robot móvil Estudia como se puede desplazar un robot móvil Comúnmente se utilizan: Comúnmente se utilizan: Llantas Llantas Orugas Orugas Patas Patas Con su propio cuerpo Con su propio cuerpo

18 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 18 Actuación

19 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 19 Actuación Actuadores: Elementos que mueven las extremidades o impulsan al robot: Elementos que mueven las extremidades o impulsan al robot: Motores CD Motores CD Servomotores Servomotores Motores de pasos Motores de pasos

20 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 20 Actuación Efectores: Elementos del robot que actúan directamente sobre el ambiente y que son movidos o impulsados por los actuadores: Elementos del robot que actúan directamente sobre el ambiente y que son movidos o impulsados por los actuadores: Ruedas Ruedas Patas Patas Extremidades Extremidades Pinzas Pinzas Dedos y músculos Dedos y músculos

21 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 21 Arquitecturas de Control de Robots Paradigmas utilizados para diseñar e implementar el control de un Robot Paradigmas utilizados para diseñar e implementar el control de un Robot Basados en conocimiento o Deliberativo Basados en conocimiento o Deliberativo Basados en comportamiento, reactivo o situado Basados en comportamiento, reactivo o situado Hibrido o deliberativo/reactivo Hibrido o deliberativo/reactivo Probabilista Probabilista

22 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 22 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Deliberativo: Se basa en una visión introspectiva sobre como piensan y toman decisiones los humanos Se basa en una visión introspectiva sobre como piensan y toman decisiones los humanos

23 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 23 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Deliberativo: Las funciones de un robot pueden ser divididas en categorías generales Las funciones de un robot pueden ser divididas en categorías generales Sensar Sensar Planear Planear Actuar Actuar Sensar Planear Actuar sensores actuadores Ambiente

24 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 24 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Reactivo: Se basa en modelos biológicos y sicológicos para explicar el comportamiento (inteligentes) en diversos organismos vivos Se basa en modelos biológicos y sicológicos para explicar el comportamiento (inteligentes) en diversos organismos vivos En un comportamiento complejo se encuentran conductas básicas del tipo: En un comportamiento complejo se encuentran conductas básicas del tipo: ESTIMULORESPUESTA

25 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 25 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Reactivo: Funcionamiento del robot modelado como un conjunto de módulos Funcionamiento del robot modelado como un conjunto de módulos Los módulos son independientes Los módulos son independientes Las funciones de sensados y actuación son descentralizadas en módulos Las funciones de sensados y actuación son descentralizadas en módulos Ambiente Modulo1 Modulo2 ModuloN sensores actuadores SENSAR ACTUAR

26 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 26 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Hibrido: Nace de la fusión de los paradigmas deliberativos y reactivos Nace de la fusión de los paradigmas deliberativos y reactivos Se intenta tomar lo mejor de cada paradigma: Se intenta tomar lo mejor de cada paradigma: Comportamiento deliberativo, orientado a metas Comportamiento deliberativo, orientado a metas Comportamiento reactivo, de rápida respuesta y adaptivo a los cambios del mundo Comportamiento reactivo, de rápida respuesta y adaptivo a los cambios del mundo

27 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 27 Arquitecturas de Control de Robots Enfoque Hibrido: Capa Reactiva encargada de las acciones de base (avanzar, evitar obstáculos) Capa Reactiva encargada de las acciones de base (avanzar, evitar obstáculos) Capa Deliberativa encargada de planificar acciones mas elaboradas (dirigirse a un sitio preciso, reconocimiento visual) Capa Deliberativa encargada de planificar acciones mas elaboradas (dirigirse a un sitio preciso, reconocimiento visual) Mecanismos Deliberativos Mecanismos Reactivos sensores actuadores SENSAR ACTUAR PLANEAR Ambiente

28 Instituto de Investigación y Desarrollo Tecnológico de la Armada de México 24-05-2007 28 Arquitecturas de Control de Robots El tipo de arquitectura de control a seleccionar depende de: El tipo de arquitectura de control a seleccionar depende de: El problema a resolver El problema a resolver El perfil del diseñador El perfil del diseñador Tipo de hardware que se utilizará Tipo de hardware que se utilizará

29 Gracias por su atención MC. Juan Fco. Robles Camacho juanfco@aulati.net