1 Tema 1 ¿Qué es la robótica?Antecedentes Historia de la robótica Aplicaciones actuales Elementos de un sistema robótico

2 ¿Qué es la robótica? Definición clásica (DRAE, 2015) Conceptos claveTécnica que aplica la informática al diseño y empleo de aparatos que, en sustitución de personas, realizan operaciones o trabajos, por lo general en instalaciones industriales Conceptos clave Técnica Informática Sustituye al hombre Definición incompleta

3 ¿Qué es la robótica? Robótica industrial Robótica de serviciosDefinición clásica (DRAE) Instalaciones industriales y cadenas de producción Tareas totalmente repetitivas No se ajustan a la definición clásica Aplicaciones modernas (desde mediados de los 90) Necesidad de adaptación a tareas no repetitivas

4 ¿Qué es la robótica? Definición más general (Peter Corke, 2011)Un robot es una máquina que puede sentir pensar actuar para conseguir un objetivo predefinido.

5 Autómatas Máquinas automáticas 1.1 antecedentes

6 Antecedentes: Mitos de la antigüedadMito griego: Talos, el gigante de bronce Mito moderno: Frankenstein

7 Autómatas El pato (1738) El hombre de palo (s. XVI)Juanelo Turriano El pato (1738) Jacques de Vaucanson El hombre de vapor (1868) Zadoc P. Dederick El turco (ajedrecista) (1770) Wolfgang von Kempelen

8 Máquinas automáticas Telar programable (1801) Joseph Marie JacquardMáquina analítica (1835) Charles Babbage

9 ¿Máquina automática o primer robot de la historia?Tortugas de William Grey Walter

10 1.2 HISTORIA DE LA ROBÓTICAUNIMATE: El primer robot industrial Stanford Cart Shakey ASIMO IARC Sojourner AIBO Canadarm2 Retos DARPA 1.2 HISTORIA DE LA ROBÓTICA

11 Orígenes de la robóticaLa palabra robot procede del término checo robota, que significa trabajos forzados. Creada por Karel Čapek en 1921 para su obra de teatro Robots Universales Rossum.

12 Orígenes de la robótica: el papel de la ciencia-ficciónIsaac Asimov está considerado como el ‘Padre de la Robótica’ (él mismo creó dicha palabra). Escribió multitud de novelas relacionadas con ella y creo las ‘Tres Leyes de la Robótica’ 1ª Ley Un robot no debe hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño. 2ª Ley Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la 1ª Ley. 3ª Ley Un robot debe proteger su propia existencia siempre que esta protección no entre en conflicto con la 1ª o la 2ª Ley.

13 Orígenes de la robótica: el papel de la ciencia-ficciónLa robótica y el cine Metropolis (1927) Star Wars (1977) Terminator (1984) Cortocircuito (1986) Robocop (1987) Yo, robot (2004) Acero puro (2011) Chappie (2015) …

14 UNIMATE (1954) Primera patente de un robot industrialCreador: George C. Devol Brazo mecánico con pinza en el extremo, montado sobre guías y programado en un tambor magnético Utilizado para manipular piezas metálicas de fundición con temperaturas extremadamente altas

15 Hitos de la robótica Stanford Cart (1960) Stanford Arm (1969)Prototipo para el estudio de la teleoperación de robots móviles Stanford Arm (1969) Primer robot controlado mediante un computador electrónico

16 Hitos de la robótica Shakey (1970) Lunokhod I (1970)Primer robot con capacidad para razonar autónomamente sobre su entorno Lunokhod I (1970) Primer rover lunar (teleoperado desde la tierra) Robot de accionamiento directo (1981) Sin mecanismos de transmisión (poleas, correas…)

17 Hitos de la robótica Robots humanoides de Honda (1986)1986 – 1993: Serie E 1993 – 2000: Serie P 2000 – : ASIMO

18 Hitos de la robótica Genghis (1989) IARC (1990-) RobotTuna (1996)Microrrobot hexápodo Alta integración sensorial IARC (1990-) Competición de robótica aérea Actualmente (2015) en su 7ª misión RobotTuna (1996) Primer robot que imitaba los movimientos de un pez Robótica bioinspirada

19 Hitos de la robótica Sojourner (1997) AIBO (1999) Canadarm2 (2001)Primer rover marciano Realizaba las órdenes de modo autónomo AIBO (1999) Robot mascota de SONY Avance de interacción humano-robot (HRI) Canadarm2 (2001) Brazo flexible robótico de la Estación Espacial Internacional

20 Retos DARPA Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa de Estados Unidos DARPA Grand Challenge ( ) Coche de conducción autónoma Ganador Stanford University (Prof. Sebastian Thrun)

21 Retos DARPA DARPA Urban Challenge (2007)Coche autónomo en entornos urbanos Ganador Carnegie Mellon University (Prof. William “Red” Whittaker)

22 Retos DARPA DARPA Robotics Challenge (2013-2015)Propiciado por el terremoto/tsunami de Fukushima que dañó los reactores de una central nuclear. Tareas que un robot debería realizar en ese entorno: Conducir un vehículo hasta la zona Salir del vehículo Abrir puertas y pasar por ellas Localizar y cerrar válvulas Hacer agujeros en paredes Posibilidad de elegir Limpiar escombros del suelo Caminar sobre terreno inestable Subir escaleras

23 Retos DARPA

24 Retos DARPA Vencedor: DRC-HUBO Colaboradores Dos posicionesKAIST: Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, Corea del Sur Rainbow Co. Dos posiciones De pie: habilidad de caminar sobre dos piernas Arrodillado: para una mayor velocidad puede rodar sobre unas ruedas laterales

25 1.3 robótica en la actualidadRobótica industrial Robótica de servicios Problemática Aplicaciones 1.3 robótica en la actualidad

26 Robótica Industrial Principal actividad de la robótica en nuestras vidas: manufactura en cadenas de producción Posibilita las economías de escala  abaratamiento Sustituye al hombre

27 Robótica Industrial Al sustituir al hombre, se diseño a su imagen: robot antropomórfico (brazo robótico) Por ejemplo: robots Stäubli de las series RX y TX

28 Robótica Industrial Existen otras configuraciones muy utilizadas:Por ejemplo cinemática paralela: Flex Picker de ABB

29 Robótica Industrial Numerosas aplicaciones y especializacionesEmbotellado Soldadura Pintura Paletizado

30 Robótica de servicios Realizar tareas de forma automática (no necesariamente en entornos industriales) Suelen disponer de mecanismos de locomoción Tierra (robots autónomos): ruedas, patas, orugas Aire (drones o UAV): hélices, reactores Agua (AUV): hélices

31 Problemática Tiene que ver con los tres conceptos introducidos en la definición Actuar  Implica desplazarse y/o manejar otros objetos o interactuar con personas Sentir  Implica conocer el estado del robot y del entorno en todo momento Pensar  Significa ser capaces de decidir cómo hay que actuar en base a lo que se ha sentido para conseguir el objetivo deseado

32 Actuar Mecanismo de locomociónDebe adecuarse al entorno por el que hay que desplazarse En un suelo liso (edificio) podemos utilizar mecanismos de ruedas sencillos En un suelo muy rugoso (escombros) necesitaremos sistemas más complejos y robustos

33 Actuar Brazos Manos/pinzas/ventosas Interacción con el entornoTransporte de objetos Manipuladores industriales Mecanismos de agarre Orientación Puntos de contacto

34 Sentir Localización y Mapeado Simultáneo (SLAM)Información sensorial (ultrasonidos, láser, etc.)

35 Pensar Utilizando las dos capacidades anteriores:Recibimos información de los sensores Actuamos sobre el entorno (e.g. desplazamiento) Razonamos cómo actuar sobre el entorno dada la información sensorial para realizar una tarea Adaptabilidad a entornos no estructurados Versatilidad en cuanto a las tareas realizables Agricultura Rescate Limpieza Reconocimiento Transporte Cirugía Exploración espacial ···

36 Aplicaciones AgriculturaRecolección Uva Oliva Fresa Cereal … Viveros automáticos

37 Aplicaciones LimpiezaLimpieza del hogar Limpieza de superficies marinas Roomba (iRobot) Seaswarm (MIT)

38 Aplicaciones TransporteTransporte de pasajeros Transporte de mercancías Google Car (Toyota Prius) Google Car (Diseño propio) Kalmar Amazon PrimeAir

39 Aplicaciones Almacenes automáticosRobots cartesianos Robots móviles Antil Robotics Enormes estructuras robóticas de desplazamiento lineal KIVA Systems Cientos de robots móviles coordinados por software

40 Aplicaciones ReconocimientoDante Volcanes Versatrax Tuberías Bruie Océanos

41 Aplicaciones Exploración espacialRovers (vehículos todoterreno) en Marte Opportunity, Spirit (2004) Curiosity (2010) Sojourner (1997)

42 Aplicaciones Exploración espacialRovers (vehículos todoterreno) en Marte Opportunity, Spirit (2004) Curiosity (2012) Sojourner (1997)

43 Aplicaciones Robots bioinspiradosÁpodo (Serpiente) Hexápodo (Lagarto) Cuadrúpedo (Caballo) Bípedo (humanoide)

44 Aplicaciones Cirugía Da Vinci Reduce la invasividad de la operaciónElimina la vibración de la mano del cirujano

45 Aplicaciones Otras Entretenimiento: Pleo, KeepOn, RoboSapien.Colaborativos: CoCoRo, Harvard TERMES, Swarmanoid, RoboSoccer. Vigilancia: Knightscope K5, PatrolBot, SDR Mastiff. Militares: Foster-Miller TALON. Detección de explosivos: iRobot Packbot. Asistencia: TAO7, iBot Mobility System. Guías de museo: REEM, Minerva. …

46 Un robot en cada casa Bill Gates, 2007“Cuando veo las tendencias que comienzan a surgir, puedo visionar un futuro en el que los sistemas robóticos estarán en todas partes de nuestra vida diaria.” “Los retos a los que se enfrenta la industria de la robótica son similares a los que acometimos en la informática tres décadas atrás.” A robot in every home, Bill Gates. Revista Scientific American, Enero de 2007

47 Previsiones económicasThe rise of robots, Boston Consulting Group, 2014

48 Elementos de un sistema robótico

49 Elementos de un sistema robóticoAlimentación Baterías con alta densidad de carga Generalmente Li-Ion ó Li-Po Circuitos reguladores de tensión Desde 3.3V hasta 15V Etapa de potencia Alimenta elementos que demandan más potencia como servos o motores partes móviles) Etapa de control Alimenta los dispositivos puramente electrónicos

50 Elementos de un sistema robóticoPercepción (sentir) Sensores internos Dan información acerca del estado del robot Ejemplos: encoders, brújulas, medidor de carga de baterías... Sensores externos Dan información acerca del entorno del robot Ejemplos Pulsadores Ultrasonidos Cámaras

51 Elementos de un sistema robóticoActuadores (actuar) Generan el movimiento en un robot Motores DC Servos Pistones hidráulicos Realizan tareas de manipulación Agarre Estructura mecánica Da soporte físico a todo el robot Debe ser ligera y compacta

52 Elementos de un sistema robóticoControlador (pensar) Recibir la información de sensores (sentir) Analizar la situación del robot y su entorno (pensar) Enviar comandos a los actuadores (actuar) Comunicarse con otros dispositivos Ser comandado a distancia Enviar información de su estado/entorno Ejemplos Microcontroladores: PIC16F84 Microprocesadores: Motorola 68000

53 Elementos de un sistema robóticoElemento cada vez más importante Robótica cooperativa Robots de vigilancia (detección de incendios) Búsqueda y rescate Tipos Inalámbrica WiFi (IEEE x) Bluetooth ZigBee Por cable CAN-BUS I2C USB RS-232