Robótica Inteligente L. Enrique Sucar y Alberto Reyes ITESM Cuernavaca

Robótica Inteligente Intenciones educativas Objetivos Metodología Temario Políticas Concurso: Robótica IEEE

¿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

Partes de un Robot Actuadores Sensores Comunicación “Inteligencia” Control Potencia

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: –Decomposición 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 Servidor Robot móvil Observador Internet

Comunicación Ejemplo de comandos gestuales

Comunicación Reconocimiento y Telecontrol mediante ademanes

Comunicación Ejemplo de interacción humano-robot

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

Temas Principales Mecánica básica Sensores y Actuadores, Visión Introducción a Control Arquitecturas y Programación Modelados del Espacio Planeación de trayectorias Aprendizaje Construcción de mapas, localización

Referencias [Jones, Flynn] Cap. 1 [Russell, Norvig] Cap. 25 [Dudek, Jenkin] Cap. 1

Actividades Integrar grupos de trabajo Consultar páginas de concursos anteriores de MiniRobótica (LA, Universitario, IEEE) Revisar y estudiar plataformas robóticas en el laboratorio Entregar: –equipos de trabajo –análisis de las diferentes plataformas robóticas y selección inicial

Imágenes – Qro. 2002