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Capítulo 2 Morfología del robot

2.1 Introducción

El cuerpo humano es una máquina casi perfecta:

Es (usualmente) inteligente. Puede levantar cargas pesadas. Puede moverse por sí mismo. Tiene mecanismos protectores incorporados para alimentarse cuando esta

hambriento o correr cuando se siente amenazado.

Los robots se modelan a menudo al ser humano, aunque sea en funcionalidad. Los científicos e investigadores han tratado de duplicar el cuerpo humano: creando máquinas con inteligencia, fuerza, movilidad y mecanismos autosensoriales. Quizás esto algún día sea una realidad.

La naturaleza provee un modelo llamativo para los experimentadores a imitarla, y está en nosotros en tomar el desafío. Algunos de los mecanismos de la naturaleza pueden ser duplicados en cierto grado.

Se pueden construir robots con ojos para ver, oídos para escuchar, una boca para hablar y accesorios y sistemas de locomoción para manipular el ambiente y explorar los alrededores.

Todo esto es una buena teoría, ¿pero qué en la vida real? ¿Exactamente que constituye un robot real? ¡Cuáles son las partes básicas que debe tener una máquina antes de que pueda ser llamada “robot”?

Vamos a tomar una mirada cercana sobre la anatomía de los robots y la clase de materiales que se usan para construirlos.

2.2 Atados vs. Auto-Contenidos

La parte de la gente que opina que un robot es una máquina autónoma que necesita de instrucciones ocasionales de su maestro para llevar a cabo varias de sus tareas, dice que el robot es una máquina auto-contenida.

Un robot auto-contenido tiene su propio sistema de poder, cerebro, llantas (o patas u orugas), y dispositivos de manipulación. Este robot no depende de algún otro mecanismo o sistema para ejecutar sus tareas.

Decimos que un robot es atado cuando el mecanismo que hace la tarea es el robot en sí mismo, el soporte electrónico o componentes pueden estar separados y el enlace entre el robot y sus componentes de control pueden ser un cable, una onda de luz infrarroja o una señal de radio.

2.3 Móvil vs. Estacionario

Los tipos de robots más comunes, utilizados en fábricas, son de tipo estacionario.

Los robots móviles son diseñados para moverse de un sitio a otro. Llantas, orugas o patas permiten al robot atravesar un terreno.

2.4 Autónomo vs. Teleoperado

Con los robots autónomos, no hay un operador humano, no hay un control remoto, no hay un “hombre detrás de la cortina”

Un robot teleoperado es comandado por un humano y operado a control remoto.

El robot que exploró la superficie de Marte (Rover Sojourner) es un robot en parte autónomo y parte teleoperado.

2.5 El cuerpo del robot

2.5.1 Estructuras esqueléticas

En la naturaleza y en la robótica, cuantos tipos de estructuras de soporte?

Hay 2 principales:

Endoesqueleto. La estructura esquelética del endoesqueleto está adentro; los órganos, músculos, tejidos y piel están fuera de los “huesos”.

Exoesqueleto.La estructura esquelética del exoesqueleto tiene los “huesos” afuera de los órganos y músculos.

2.5.2 Construcción del marco.

El marco es la estructura principal donde se conectan los motores, baterías, tarjetas de circuito, y cualquier otro componente.

De qué material puede estar hecho la estructura principal del robot?

Madera, plástico o metal.

De qué formas puede estar hecho la estructura principal del robot?

Caja, cilíndrica, humana(?), cualquier forma.

2.5.3 Tamaño y forma.

El tamaño y forma del robot pueden variar enormemente, y el tamaño por sí mismo no determina la inteligencia de la máquina.

Categorías:- Turtle (tortuga): Simples y compactos.- Vehicle (vehículo): Autómatas con ruedas. Rover Sojourner de la

NASA.- Rover: R2-D2. Son típicamente construidos con alguna capacidad

humana, como bombero o detección de intrusos. Algunos se asemejan de cerca de un recolector de basura.

- Walker: Para moverse usan patas, no llantas ni orugas. La mayoría tiene 6 patas, como un insecto, porque estas proveen un excelente soporte y balance.

- Appendage (accesorio): Diseños usados específicamente con brazos robóticos, donde el brazo está unido a un robot o es un mecanismo independiente.

- Androide : Comportamiento humano. Humanoide: Apariencia humana

2.5.4 Carne y hueso.

Los metales son los mayores componentes del cuerpo de un robot. Sin embargo hay una extensa lista de materiales alternos.

De que materiales puede estar hecho un robot?

- Aluminio.- Acero.- Lata, hierro y latón.- Madera.- Plástico.- Tarjetas de espuma. Especialmente útil para pequeños robots donde el

peso tiene mucha importancia.- Hoja de plástico expandida rígida.

2.6 Sistema de Energía

Nosotros ingerimos alimentos que son procesados por nuestro estómago e intestinos para crear el combustible para nuestros músculos, huesos, piel y el resto de nuestro cuerpo.

La mejor manera para hacer que nuestros robots funcionen es ir a la tienda y compra r un par de pilas, conectar las baterías a los motores, circuitos y demás partes, y eso es todo!

2.6.1 Tipos de baterías

Que tipo de baterías existen en el mercado?

- Las baterías generan corriente DC y vienen en dos categorías: recargables y no recargables.

- Baterías no recargables: zinc, alcalinas, litio y mercurio.- Baterías recargables: Ni-Cd, celdas de ácido selladas.

2.6.2 Fuentes de poder alternos

Las baterías son requeridas en la mayoría de robots Auto-Contenidos porque el autómata no puede estar conectado por un cable de poder a un tomacorriente. Eso no implica que no pueda usarse otra fuente de energía.

Que otro tipo de fuentes de energía para alimentar a un robot pueden existir?

- Energía solar.- Una alternativa a las baterías puede ser el uso de un regulador AC-DC

que provea de energía a los robots. Útil cuando se están haciendo pruebas.

2.6.3 Sistemas de presión

Hay otras dos formas de poder en los robots: Hidráulica y neumática.

¿A qué se refiere cada una de ellas?

Hidráulica: Usa la presión de ciertos aceites o fluidos para mover algún acoplamiento. Ej. Retroexcavadora, pedal del freno.

Neumática: Usa la presión del aire para mover acoplamientos.

Ambos sistemas deben estar presurizados para trabajar, y esta presurización es realizada por una bomba.

2.7 Sistemas de locomoción

Como se mencionó anteriormente, algunos robots no son diseñados para moverse libremente (brazos robóticos). Pero esta es una excepción más que una regla para los robots de hobby, que son típicamente diseñados para moverse en alguna superficie.

¿Qué tipos de locomoción tienen los robots?

Llantas: Método más popular para dar movilidad al robot. Diferentes tamaños y diferentes números, usualmente se usan dos llantas y uno o varios “casters” o ruedas falsas.

Patas: Hay ciertas dificultades en el diseño y construcción de un robot con patas. ¿Cuantas patas tendrá el robot? ¿Como las patas impulsan al robot hacia delante o hacia atrás?

Dos patas (bípedos): desafíos relacionados con el balance y control.

Cuatro patas (cuadrúpedos): Fáciles de balancear, pero una buena locomoción y manejo son difíciles de conseguir.

Seis patas (hexápodos): Tienen buena velocidad sin caerse y pueden ser más capaces para girar esquinas, caminar sobre un terreno desigual, y hacer que los perros y gatos de los vecinos corran a esconderse!

Orugas: El diseño de los robots manejado por orugas es muy simple. Dos orugas, una en cada lado del robot, actúan como llantas gigantes. Excelente tracción, pero disipan mucha energía.

Brazos y manos

La habilidad de manipular objetos es un rasgo que tienen los humanos y algunos animales.

Se pueden duplicar brazos robóticos con un par de motores, algunas barras de metal, y algunos engranajes.

Recibe el nombre de manipulador o brazo de un robot, el conjunto de elementos mecánicos que propician el movimiento del elemento terminal (aprehensor o herramienta). 

Manipuladores independientes (stand-alone) o en-construcción (built-on)

Independientes: robots utilizados en la manufactura de carros, tiene una buena velocidad y una excelente precisión.

En-construcción: aquellos que forman parte de un robot.

Agarradores (grippers)

Las manos de un robot son comúnmente referidos como agarradores (grippers). Existen de muchas clases de acuerdo al objeto que se desea manipular: paralelos, angulares, radiales, centrales.

2.8 Dispositivos Sensores

Imagine un mundo sin vista, sonido, tacto, olor o sabor!

Qué tipos de sensores pueden ser adaptados a un robot?

La sensibilidad al sonido es un sistema sensorial comúnmente dado a los robots debido a su facilidad de detectarlo, por lo general se la utiliza para aplicaciones de reconocimiento de voz.

Sensibilidad a la luz. La vista de un robot es una materia completamente diferente. Visión por

computador. Sentido del tacto está confinado a la colisión de interruptores montados

alrededor de la periferia del robot. Los sentidos del gusto y olor generalmente no son implementados en

sistemas robóticos.

2.9 Dispositivos de salida

Son componentes que proporcionan información del robot hacia el exterior.

¿Qué dispositivos de salida pueden tener los robots?

- Una pantalla de video- Leds.- Pantalla de 7 segmentos.- Sonido?