ROBOTICA

¿QUÉ ES LA ROBÓTICA?

La robótica es la rama de la ingeniería y la computación que se encarga del diseño, construcción, operación y manipulación de los robots.

HISTORIA DE LA ROBÓTICA

La robótica se remonta hasta antes del siglo III a.C.  y desde entonces ha sido una de las ciencias más innovadoras que practica el ser humano.

El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil programable mediante tarjetas perforadas. Luego, la Revolución Industrial impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos. Además de esto, durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII.En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos.

La palabra robot se utilizó por primera vez en 1920 en una obra llamada "Los Robots Universales de Rossum", escrita por el dramaturgo checo Karel Capek. Su trama trataba sobre un hombre que fabricó un robot y luego este último mata al hombre. La palabra checa 'Robota' significa servidumbre o trabajado forzado, y cuando se tradujo al ingles se convirtió en el término robot.

Luego, Isaac Asimov comenzó en 1939 a contribuir con varias relaciones referidas a robots y a él se le atribuye el acuñamiento del término Robótica y con el surgen las denomidas "Tres Leyes de Robótica" que son las siguientes:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.
2. Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén en conflictos con la primera ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos primeras leyes.

Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50's. La investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías. Las primeras patentes aparecieron en 1946 con los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen las primeras computadoras.En 1954, Devol diseña el primer robot programable.

En 1960 se introdujo el primer robot "Unimate'', basada en la transferencia de artículos.

En 1961 Un robot Unimate se instaló en la Ford Motors Company para atender una máquina de fundición de troquel.

En 1966 Trallfa, una firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura por pulverización.

En 1971 El "Standford Arm'', un pequeño brazo de robot de accionamiento eléctrico, se desarrolló en la Standford University.

En 1978 Se introdujo el robot PUMA para tareas de montaje por Unimation, basándose en diseños obtenidos en un estudio de la General Motors.

Actualmente, el concepto de robótica ha evolucionado hacia los sistemas móviles autónomos, que son aquellos que son capaces de desenvolverse por sí mismos en entornos desconocidos y parcialmente cambiantes sin necesidad de supervisión.

En los setenta, la NASA inicio un programa de cooperación con el Jet Propulsión Laboratory para desarrollar plataformas capaces de explorar terrenos hostiles.

En la actualidad, la robótica se debate entre modelos sumamente ambiciosos, como es el caso del IT, diseñado para expresar emociones, el COG, tambien conocido como el robot de cuatro sentidos, el famoso SOUJOURNER o el LUNAR ROVER, vehículo de turismo con control remotos, y otros mucho mas específicos como el CYPHER, un helicóptero robot de uso militar, el guardia de trafico japonés ANZEN TARO o los robots mascotas de Sony.

En general la historia de la robótica la podemos clasificar en cinco generaciones :las dos primeras, ya alcanzadas en los ochenta, incluían la gestión de tareas repetitivas con autonomía muy limitada. La tercera generación incluiría visión artificial, en lo cual se ha avanzado mucho en los ochenta y noventas. La cuarta incluye movilidad avanzada en exteriores e interiores y la quinta entraría en el dominio de la inteligencia artificial en lo cual se esta trabajando actualmente.

PRINCIPALES EJEMPLOS DE LA ROBOTICA

Cirugía robótica

Desde su lanzamiento en el año 2000, la técnica da Vinci de cirugía robótica ha ayudado a más de 3 millones de pacientes en todo el mundo. Los desarrolladores explican que el dispositivo quirúrgico está bajo el control del cirujano al 100% y le proporciona vídeo del interior del paciente en 3D y en HD. El robot utiliza instrumentos delgados y articulados que se doblan y rotan, lo que otorga una visión, precisión y control mejores.

Cocina robótica

No un simple robot, sino un sistema de cocina totalmente equipado; el robot de cocina tiene dos manos robóticas impresionantes para mezclar los ingredientes y ablandar pollo. También utiliza un procesador de alimentos en lugar de cuchillos (no todos están dispuestos a tener un robot con cuchillos en sus casas).

Ciberagricultores

Mundialmente, se están desarrollando varios agricultores robóticos. Por ejemplo, se supone que FarmBot se ocupará de tu jardín. El software es gratuito, pero se tendrá que pagar el hardware (o buscar sus piezas). Pero ¿no vale la pena poder decir que tienes un robot en tu jardín que se ocupa de todo?

Dron mensajero

No hay duda de que a Amazon le gustan los robots. Por ello, quieren usar drones en su servicio de entrega (y no es mala idea). Imagínate estar disfrutando de la mañana en tu terraza, tomando café y recibiendo un paquete de un dron. ¡Algún día!

AREAS DE TRABAJO 

1. Administración de nóminas

Todos los procesos relativos al control y gestión de nóminas incluyendo todo tipo de requisitos legales y administrativos se vuelven una tarea más atractiva gracias a la automatización robótica. Siendo capaz de recopilar, controlar y gestionar los factores de todo este contexto y conectarlo de manera óptima.

2. Migración de datos

Los sistemas de facturación heredados deben interactuar con otros sistemas y se necesita obtener determinados datos relevantes. Por lo general, son tareas que se desarrollan a mano con un gran porcentaje de error humano. Con la automatización robótica se elimina el trabajo manual y se evitan los posibles errores administrativos que conlleva. Además permite la actualización de datos y la integración de diferentes aplicaciones.

3. Elaboración y envío de informes

Cada vez  más a menudo, las empresas requieren informes periódicos para poseer información real, actualizada y acometer la mejor toma de decisiones posible. Las soluciones automatizadas pueden generar fácilmente informes, analizar sus contenidos y, basándose en ellos, enviarlos a las partes interesadas.

4. Gestión de la relación con el cliente

Las tareas de relación y contacto con el cliente dependen de varios sistemas diferentes, los cuales pueden repercutir en la experiencia final, adicionando un gran volumen de tareas repetitivas simples.

Este es el escenario ideal para configurar un sistema de automatización robótica para procesar diferentes áreas con la mayor velocidad e inmediatez posible, aumentando la satisfacción del cliente.

5. Contratación de personal

La gestión relativa a los recursos humanos incluye funciones y diferentes tareas en los procesos de reclutamiento. Los bots de automatización robótica se pueden implementar de manera relativamente rápida y eficaz aportando velocidad y transparencia a todo el proceso.

6. Procesamiento de pedidos

Otra área funcional que conlleva un buen número de tareas, procesos diarios y repetitivos: direcciones, introducir datos, facturas, etiquetas de envío, o control y gestión del  inventario del almacén. Un sistema de automatización robótica podría desarrollar estas funciones con toda la naturalidad y 0% de errores.

7. Control y administración del gasto

Es cierto que existe una gran alternativa de opciones de software para acometer esta función, pero las soluciones robóticas pueden llegar a ser mucho más eficientes. Pueden realizar tareas mucho más específicas como, por ejemplo, la extracción automática de campos importantes de recibos o facturas necesarias para cada tarea a desarrollar.

8. Gestión y mantenimiento de proveedores

Al igual que con los clientes, la gestión de proveedores requiere de un control exhaustivo y seguimiento de su rendimiento. Todas las tareas relativas al conocimiento, comunicación y gestión de proveedores se pueden organizar y automatizar sin perder eficacia.

9. Apoyo y ayuda TI

Los servicios TI de una empresa son esenciales para mantener un control automatizado  y tecnológico de nuevos usuarios. Dichas tareas pueden ser programadas y configuradas para ser realizadas mediante automatización robótica, reduciendo el tiempo en dicha tarea y disponiendo de más tiempo para desarrollar otras labores.

10. Categorización de productos

Especialmente en el caso de las empresas minoristas, la gestión de productos incluye labores tan repetitivas y tediosas como la actualización de código de artículo o número de referencia con el producto. Se pueden utilizar los robots para automatizar este proceso, lo que ahorra miles de horas de trabajo.

PARTES DEL HARDWARE

SENSORES QUE PUEDEN USARSE EN LA ROBOTICA

SENSORES DE AUTOMOCION

Son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

·SENSORES DE CAUDAL DE AIRE

Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

·SENSORES DE CORRIENTE 

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

·SENSORES DE HUMEDAD

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino.

SENSORES DE POSICIÓN DE ESTADO SOLIDO

Los sensores de posición de estado sólido, detectores de 

proximidad de metales y de corriente, están disponibles en 

varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan 

fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con 

diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.

·SENSORES DE PRESIÓN Y FUERZA

Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración.

·SENSORES DE TEMPERATURA

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.

·SENSORES DE TURBIDEZ

Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.

·SENSORES MAGNÉTICOS

Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.

·SENSORES DE POSICIÓN

Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio.

·SENSORES DE DESLIZAMIENTO

Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente.

·SENSORES DE VELOCIDAD

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto

tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot.

·SENSORES DE ACELERACIÓN 

Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento.

QUE ES UNA PROTOBOARD

La protoboard es una placa de pruebas para electrónica que contiene numerosos orificios en los que es posible insertar cables y otros elementos electrónicos para

montar circuitos provisionales.

MOTORES PARA ROBÓTICA

Motores brushless maxon EC flat y EC-i
Los motores brushless planos EC son la elección perfecta en numerosas aplicaciones, gracias a su forma plana. El minucioso y sencillo diseño hace posible una fabricación automatizada, lo que revierte en un precio económico. Gracias a su circuito magnético optimizado, los motores brushless EC-i  con bobinado con hierro poseen una gran densidad de par y presentan, sin embrago, un reducido par de retención. El rotor interior multipolar lo hace un motor brushless muy dinámico.

Programa Heavy Duty

La gama de productos Heavy Duty, de alta resistencia de maxon está especialmente diseñada para condiciones de uso extremadamente hostiles y temperaturas de más de 200 ºC. Concebidos para responder a altas exigencias, estos motores brushless abren nuevas perspectivas de aplicación, gracias a su elevado rendimiento (en el aire hasta un 88%, en lubricante superan el 70%) ofrecen las condiciones ideales para aplicaciones alimentadas a batería. Gracias a sus propiedades de funcionamiento sin par de retención, presentan excelentes capacidades de regulación, siendo idóneos para tareas de posicionamiento de alta precisión, incluso a baja velocidad.

                                     

Motores DC maxon DCX

Los motores DC maxon DCX destacan por una insuperable densidad de potencia (par por volumen) y por su absoluta suavidad. Su robusto diseño, junto con su bobinado sin hierro, patentado en todo el mundo, hace que los motores de corriente continua maxon DCX sean altamente dinámicos en casi todos los ámbitos de aplicación. Los potentes motores eléctricos maxon DCX se configuran online con sus correspondientes reductores y encoders y están fabricados en el plazo de once días laborables.

                               

Motores brushless EC frameless flat

Los kits de motor eléctrico sin bastidor se componen únicamente de rotor y estátor, no disponen ni de cojinete ni de eje del motor. Con un diámetro exterior de solo entre 43 y 90 mm son extremadamente compactos. El diseño plano, los elevados pares y el amplio espacio para los pasos de cable facilitan su integración en la aplicación.

                         

CABLES DE CONEXIÓN

Es un tipo de socket rectangular de plástico que a su vez tiene en su interior dos o más sockets metálicos con un espacio entre ellos de 0.2 mm hechos de fósforo-bronce, de una aleación de cobre­-níquel, de estaño o de latón y con un color dorado o cromado, de tal manera que cuando se introducen y se empujan hacia los pines de un circuito, éstos cierran el circuito cubriendo completamente los pines, resultando en una conexión temporal.

¿PORQUÉ VIENEN PEGADOS?  Vienen todos pegados por si quieres hacer algún proyecto sin separar los cables, pero se pueden separar con facilidad. Suelen ser  cables con conectores IDC que vienen en diferentes tamaños

DIFERENTES POSICIONES: en dos posiciones es empleado especialmente para interconectar dos terminales macho separados entre sí 2.54m (0.1"). Ideal para la creación de configuraciones, combinaciones o contraseñas por hardware, para reemplazar dip-switches, para unir señales, puenteo, etc. Puede usarse junto con regleta de macho 40 pines.

BATERÍAS PARA ROBÓTICA

Una batería es un elemento eléctrico que transforma energía química en energía eléctrica, y viceversa. A esta transformación se la denomina proceso electroquímico.

Se componen de un conjunto de elementos individuales (o celdas) conectados en serie, cada uno de los cuales tiene, si está cargado, un voltaje nominal, que oscila entre 1,2 y 3,6 V.

En el mercado se comercializan elementos con diversas capacidades, que se expresan en el cuerpo de la batería como 500 mAh, 1700 mAh, 3300 mAh, etc. Una batería de 1000 mAh es capaz de entregar una corriente de 1000 mA (1A) durante una hora, ó 10 A durante la décima parte de una hora (en teoría, porque muchas baterías no soportan un régimen tan alto de descarga), etc.

Baterías de Plomo-ácido

Las baterías plomo-ácido, como las que se utilizan en los autos, poseen seis celdas con un voltaje nominal de 2,1 V cada una. Cuando están cargadas, las celdas están formadas por electrodos de plomo metálico (Pb) y óxido de plomo (PbO₂) sumergidos en un electrolito de alrededor de 37 % de ácido sulfúrico (H₂SO₄) disuelto en agua.

Cuando la batería está descargada, los dos electrodos se convierten en sulfato de plomo y el electrolito se convierte en agua (por esta razón las baterías de plomo descargadas se pueden congelar más fácil). Los diseños modernos tienen un electrolito gelificado.

Baterías de gel

Una batería de gel es una batería de plomo-ácido con un electrolito gelificado. Las celdas de una batería de gel están selladas, lo que hace que la batería no tenga problemas con su orientación física, como pasa con las baterías normales de plomo-ácido, que deben colocarse en una única posición para que no se vuelque el líquido del electrolito. Se debe tener un cuidado especial al cargar baterías selladas, porque el proceso de carga puede desprender gases. Esto quiere decir que en lugar de cargarla con un voltaje constante (de 13,6 V para una batería de 12 V) uno debe comenzar con una corriente constante si la batería está descargada, y sólo en la última parte de la carga, cuando la resistencia interna alcanza un determinado valor, se pasa al método de voltaje constante, hasta que la batería alcanza su voltaje definitivo de 13,6 V.

Baterías de Niquel-Cadmio (Ni-Cd)

Una batería recargable de Ni-CD (o NiCd) está formada por una placa positiva de hidróxido de níquel y una placa negativa de hidróxido de cadmio. Ambas placas están separadas por un electrolito, compuesto por una solución acuosa de potasio cáustico, contenida dentro de un tejido poroso.

La tensión de una batería medida en voltios (V), sin circulación de corriente, es diferente a la que se obtiene cuando ésta es sometida a un consumo, es decir, cuando se toma la medición en una situación de trabajo. Para el caso de un elemento recargable de Ni-Cd la tensión entre los bornes sin carga conectada tiene un valor de alrededor de 1,45 V. Pero con una carga que consume energía esta tensión disminuye a un valor de aproximadamente 1,25 V.

Efecto inversión de polaridad: Una batería de Ni-Cd no debe ser descargada por debajo de su tensión mínima, que es de 1,1 V por elemento, ya que se corre el peligro de que se produzca una inversión de polaridad en uno o varios de sus elementos. Esto ocurre con frecuencia cuando las baterías se descargan por debajo de su valor mínimo. La inversión de polaridad se produce a causa de un cambio químico, que causa daño en el interior de los elementos y que en general no es reversible.

Batería de níquel e hidruro metálico (Ni/MH)

Una batería de níquel e hidruro metálico (o Ni/MH) es un tipo de batería recargable similar a una de níquel-cadmio (Ni-Cd) pero que no contiene cadmio, un metal caro y dañino para el medioambiente.

Las baterías de níquel e hidruro metálico tienden a tener una mayor capacidad que las Ni-Cd y sufren bastante menos el efecto memoria.

Las baterías de níquel e hidruro metálico son más amigables con el medio ambiente. Pueden almacenar un 30% más de energía que una de Ni-Cd equivalente, y por tanto, la carga dura más tiempo.

Baterías de Ni-Cd frente a Ni/MH

Como ventajas fundamentales, las baterías de Ni/MH tienen una mayor densidad de carga (capacidad/peso superior, aproximadamente 40%-70% más capacidad); no contienen cadmio (tóxico) y aparentemente no tienen efectos de pérdida de capacidad por mal uso o de formación de dendritas (que se forman en las baterías de Ni-Cd al producirse la inversión de la polaridad de la celda).

Las baterías de Ni/MH tienen una resistencia interna superior que limita su uso en aplicaciones de alta potencia, si bien la industria ha ido solucionando esto al ofrecer nuevos tipos que igualan en capacidad de descarga a las celdas del mismo tamaño de Ni-Cd.

Otro inconveniente es que las Ni/MH no admiten una carga tan rápida como las de Ni-Cd, bajo riesgo de deteriorarlas.

Batería de iones de litio (Li-Ion)

Las baterías Li-Ion poseen una elevada densidad de energía, acumulando un carga mayor por unidad de volumen. Por esta razón tienen menor peso en relación a baterías de otro tipo de la misma capacidad. Se presentan en placas rectangulares, de poco espesor, de menos de 0,5 cm, los que las hace especialmente interesantes para integrarlas en dispositivos portátiles con poco espacio.

Presentan un alto voltaje por celda; cada unidad proporciona 3,6 voltios, lo mismo que tres celdas de Ni-Cd (1,2 V cada una). Carecen de efecto memoria. Su descarga es lineal, es decir, que durante toda la descarga el voltaje de la batería apenas varía, lo que evita la necesidad de circuitos reguladores. (Se debe tener en cuenta que esto puede ser una desventaja en algunos casos, ya que hace difícil averiguar el estado de carga de la batería.) Los resistores o resistencias eléctricas son elementos que tienen dos terminales y cumplen con la función de ofrecer oposición al paso de la corriente eléctrica.

TIPOS DE RESISTENCIAS 

Resistencias o resistores fijos: Las resistencias fijas o resistores son un tipo de resistencia que siempre conservan el mismo valor; el material del que están fabricadas es carbón y otros materiales resistivos que ayudan a controlar la corriente de un circuito; generalmente se les denomina resistencias solamente.

RESISTENCIAS VARIABLES

Las resistencias variables o resistores tienen a su vez diferente tipos:

Potenciómetros

Este tipo de resistencias cambia su valor de acuerdo con el giro de un mando que se ajusta, entre 0 y el valor máximo del elemento. Entre los potenciómetros se tienen diferentes valores máximos, dependiendo su uso: 10 KΩ, 100 KΩ, 1 MΩ, 10 MΩ.

Resistencias variables no lineales

• LDR: son resistencias que cambian el valor dependiendo de la intensidad de luz que les llega, si el ambiente es oscuro el valor de la resistencia es mayor; si la luz del ambiente aumenta el valor de la resistencia baja. Se emplean en sistemas de control de iluminación.
• NTC: son resistencias que cambian su valor dependiendo del nivel de temperatura. Se emplean en diferentes aplicaciones como termostatos, sistemas de control de temperatura y alarmas.

BOMBILLOS LED

El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él una corriente eléctrica .