REPÚBLICA BOLIVARIANA
DE VENEZUELA
MINISTERIO
DE EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO
UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA
“ANTONIO
JOSÉ DESUCRE”
MARACAIBO – EDO ZULIA
Ro-botica
Nombre : Aldair Serrano
Carrera : Electrónica (80)
Los movimientos de los robots en el espacio
Podemos entender como robots espaciales aquellos sistemas como brazos para la manipulación o de locomoción para explorador y que poseen flexibilidad para realizar diferentes tareas. Se excluyen las naves espaciales que aun siendo en mayor o menor grado autónomas carecen de la característica de flexibilidad. Los sistemas roboticos espaciales tienen diferentes grados de autonomía existiendo algunos puramente tele operados. Los robots espaciales difieren bastante de los robots terrestres no en su apariencia sino en sus características debido a una serie de condiciones y requerimientos que deben cumplir para su funcionamiento en el espacio, debido a las condiciones extremas que este impone. Ademas existen otra serie de limitaciones debidas a otro tipo de requerimientos de los programas espaciales en si mismos. Estas limitaciones y características especiales a la hora de diseñar un robot espacial han sido tomadas de [1], y se resumen a continuación.
Limitaciones ambientales Sobrevivir al lanzamiento con aceleraciones de hasta 16 g y ruido acústico de 145 dB. Para ello los diseños mecánicos deben ser especiales, as´ı como los componentes electrónicos montados. Sobrevivir al aterrizaje para aquellos robots de misiones espaciales. El descenso a Marte implica una aceleraron de 19 g y una velocidad de impacto de 40 m/s. Los requerimientos son los mismos que para los lanzamientos y ademas deben poseer air-bags para el choque. 2 Funcionamiento en el vacío con atmósferas de entre 10−3 Pa y 10−15 Pa. Los lubricantes usados deben ser secos. No se pueden usar sensores ultrasonidos. Funcionamiento en condiciones de ingravidez, no por debajo de 10−3 g. Los efectos dinámicos están alterados respecto a la tierra ya que el termino de la gravedad desaparece y comienzan a dominar determinados efectos no lineales. Funcionamiento bajo alta radiación de protones e iones pesados. Debido a esto el tiempo de vida de los materiales es limitado, la electrónica requiere de protecciones especiales y generalmente la ´ultima tecnología de ordenadores no puede ser usada. Funcionamiento bajo un amplio rango de temperaturas extremas, que van de los -120oC a los +60oC para la Estación Espacial, de los -130oC a los +20oC en Marte, y de los -230oC a los +130oC en la Luna. Ademas se puede unir el problema del vacıo que hace que no exista conveccion a la hora de disipar el calor. Se usan para combatirlo varias capas aislantes y radiadores eléctricos. Funcionamiento bajo iluminación con alto contraste lo que dificulta las técnicas de visión artificial. Funcionamiento en un ambiente remoto en el que en misiones sin humanos no pueden arreglarse los problemas ocurridos. Por ello deben hacerse tests exhaustivos antes de mandar los robots. Limitaciones debidas al programa espacial Se trata de sistemas de alta complejidad, usualmente con m´as de una docena de subsistemas de diferentes fabricantes. Por ello es importante una buena dirección del proyecto as´ı como una buena descomposición del sistema. Son sistemas con un largo tiempo de vida, normalmente mas de diez a˜nos. Deben funcionar durante el tiempo para el que estén proyectados y tener un software que pueda ser modernizado. Deben ser sistemas seguros, con unos indices de fiabilidad de mas del 80 % para misiones en las que no hay humanos implicados y de m´as del 95 % cuando si los hay. Se usan standards especiales de ingeniería espacial y se pone un gran esfuerzo en la documentación. También se construyen sistemas redundantes de forma que sean m´as tolerantes a fallos. Existen problemas para usar sistemas no determinısticos como loas redes neuronales y la logica borrosa. 3 El peso esta limitado y resulta muy caro, mas de 10000$/Kg. para las cargas lanzadas con el trasbordador espacial y mucho mayores cuando se trata de misiones a la Luna o Marte. Por ello los disenos deben ser extremadamente ligeros, lo que introduce efectos elasticos a la hora de controlar los brazos. La energıa esta limitada por ello debe usarse electronica de bajo consumo y los recursos computacionales tienen restringida la memoria y frecuencia de reloj. Las comunicaciones estan limitadas a determinadas ventanas temporales y ademas existen grandes retardos: de 10 segundos ida y vuelta para Estacion Espacial y de hasta 40 minutos para las comunicaciones con Marte. Por ello se necesitan interfaces de operacion especiales en la Tierra, existiendo diferentes grados de autonomıa. Las pruebas realizadas en la Tierra estan limitadas ya que no se puede recrear la falta de gravedad y los robots pueden ser demasiado debiles para trabajar con ´esta. Se realizan simulaciones y tambien se trata de recrear condiciones de gravedad nula mediante suspensiones o tanques de agua. Se trata de proyectos de muy larga duracion que pueden hacer mella en la moral de los disenadores. Ademas cuando se va a producir el lanzamiento la tecnologıa puede estar ya obsoleta. Ademas de las limitaciones citadas anteriormente hay que tener en cuenta que son sistemas con altos costes de fabricacion y desarrollo, lo que junto con una falta de economıa de escala ha impedido el amplio uso de sistemas roboticos en el pasado. Lo ´optimo serıa que existiese una transferencia tecnologica entre robotica espacial y terrestre en ambos sentidos, de tal forma que a la hora de realizar robots espaciales se utilizasen tecnologıas terrestres, y que luego los resultados de la robotica espacial pudiesen ser aplicados comercialmente al mercado no espacial.
Tipos de células robóticas
Existe una amplia gama de células de robotizadas manipuladoras qué responden a distintas exigencias y factores por velocidad/peso, embarcado/espacio u ocupación y agrupación de productos, los robots se han convertido en piezas indispensables para diferentes procesos industriales colabora en la ejecución de proyectos en pequeña y gran escala, optimizando los resultados y detallando información, procesos técnicos, ajustando presupuestos y respondiendo a las necesidades de la industria actual. Con ayuda de los robots se pueden obtener productos de una alta calidad y con la terminación esperada, además de acortar el tiempo de producción y de esta manera aumentar la cantidad de producto resultante.
Hay muchos tipos de robots, los grandes que se utilizan en máquinas como por ejemplo las de fundición de piezas automotrices, robots medianos cuyo uso puede ser por ejemplo las esmeriladoras y pulidoras, y por último los robots pequeños que son los que por lo general tienen el trabajo pesado por la versatilidad que tiene al momento de decidir su uso, su tamaño permite utilizarlos para tareas delicadas y que por lo general podría ser difícil de ejecutar por la mano humana, pueden realizarlo con el mínimo de esfuerzo bajo la supervisión de un trabajador mediante un monitor por el cual se indicara el procedimiento Cómo se pueden diferenciar y manejar las interferencias robóticas
Cinemática
La cinemática del robot se centra en el estudio del movimiento sin tener en cuenta las fuerzas que intervienen en dicho movimiento.
Bajo esta definición se dividen dos tipos de problemas, la Cinemática Directa (DK) y la Cinemática Inversa (IK).
El primero de los problemas consiste en calcular que posición, en las dimensiones en las que nos movamos, se encontrará el extremo de nuestro robot para cada movimiento de nuestras articulaciones. Con los correspondientes cálculos, podremos conocer en todo momento donde se encuentra cada una de nuestros eslabones.
Como os podréis imaginar, y poniendo como ejemplo un simple brazo robótico que coge tiene que coger una pieza, es fundamental conocer en qué posición nos encontramos. Si no fuese así, no sabríamos si nuestra pinza deberá sujetar la pieza.
El otro problema es el de la cinemática inversa, y que consiste en averiguar cómo colocar nuestros eslabones y articulaciones para que el extremo llegue a una posición concreta. Si lo pensamos un poco, este es un problema muy complejo de resolver ya que, dependiendo del número de grados de libertad, el número de posiciones llegará a ser elevado y por tanto muy difícil de calcular.
Para brazos con un par de grados de libertad, la resolución se puede realizar mediante trigonometría y el teorema de los triángulos semejantes, pero para un mayor número de articulaciones deberemos utilizar otras técnicas más complejas como las matrices de transformación homogéneas
Dinámica
La dinámica se centra en la fuerza necesaria para realizar el movimiento. Para ello se han de tener en cuenta detalles tan importantes como la fricción, la potencia de los motores, la gravedad, la masa del propio brazo robótico o el objeto que deseemos mover.
Para realizar el movimiento con la suficiente suavidad, se suelen utilizar controladores PID. Estos controladores disponen de 3 tipos de parámetros:
Proporcional (P)
Integral (I)
Derivado (D)
Hasta aquí una breve y rápida explicación de algunos conceptos que manejaremos en la construcción de nuestro brazo robótico. En el próximo post de Robótica veremos una breve lista de simuladores.
Deja tu comentario pos si te interesa que amplíe algo en concreto o si por el contrario no estas interesado y lo tuyo es otra rama:
Programación WEB
Programación de Videojuegos
Programación de Sistemas de percepción Visual
Manejo de rotación y traslación en robótica
El planteamiento de la posición de un sólido en el espacio requiere el uso de seis coordenadas, usualmente las coordenadas de un punto de referencia P y tres ángulos de orientación. De esos parámetros posicionales se puede deducir que el desplazamiento de sólido rígido es representable mediante la matriz de transformación, la cual contiene a la matriz de rotación. En muchas de las aplicaciones de ingeniería mecánica, la matriz de rotación se plantea con los ángulos de Euler por ser una representación de la orientación intuitiva. En la literatura se han desarrollado alternativas a la representación de la orientación que se basan en parámetros redundantes como son los parámetros de Rodrigues, o eventualmente los cuaterniones. Estas técnicas matemáticas se idearon a finales del siglo XIX y se emplean con profusión en aplicaciones como la robótica, control de orientación de satélites, aplicaciones de software… Una de sus ventajas es que el planteamiento de las ecuaciones de posición en mecanismos resulta en sistemas de ecuaciones no lineales polinomiales, que al carecer de funciones trigonométricas son factibles de resolver mediante métodos homotópicos, bases de Groebner o métodos de eliminación. En cuanto a la expresión del desplazamiento completo, también existe una técnica que emplea parámetros redundantes para su representación y que da generalidad a la representación redundante de la orientación, los parámetros de Study. La aplicación de esta representación a la cinemática data de principios del siglo XX y es menos conocida, pero recientemente se emplea con más frecuencia en el análisis de problemas de posición en mecanismos espaciales de cadena cerrada. Esta ponencia trata de exponer de una forma ilustrativa la ventaja que se puede obtener al emplear estas parametrizaciones tanto en la resolución del problema de posición como en el análisis de singularidades
Diferentes células robóticas y sus controles
El diseño está inspirado en el complejo músculo-tendón-hueso de la naturaleza. Hay una columna vertebral de hidrogel impreso en 3D, lo suficientemente fuerte como para dar estructura al bio-bot, pero lo suficientemente flexible para doblarse como una articulación. También contiene estructuras que imitan a los tendones, que unen el músculo al hueso, y que además actúan como pies.
La velocidad de un robot puede controlarse mediante el ajuste de la frecuencia de los pulsos eléctricos. Una frecuencia más alta hace que el músculo se contraiga más rápidamente, lo que permite acelerar el avance del bio-robot.
"Es natural que utilizáramos un principio de diseño biomimético, en concreto la organización del sistema musculoesquelético, como punto de partida", explica la estudiante de posgrado Caroline Cvetkovic, co-autora principal del trabajo.
"Este trabajo representa un primer paso importante en el desarrollo y control de máquinas biológicas que puedan ser estimuladas, entrenadas, o programadas para hacer un trabajo. Es emocionante pensar que este sistema podría llegar a convertirse en una generación de máquinas biológicas que podrían ayudar en la administración de fármacos, la robótica quirúrgica, los implantes "inteligentes", o como analizadores ambientales móviles, entre un sinnúmero de otras aplicaciones
Ahora, los investigadores trabajarán para obtener un mayor control sobre el movimiento de los bio-bots, por ejemplo integrando neuronas de modo que los bio-robots puedan ser dirigidos en diferentes direcciones mediante luz o gradientes químicos.
Por el lado de la ingeniería, se espera diseñar una columna vertebral de hidrogel que permita al bio-robot moverse en diferentes direcciones según diferentes señales.
Gracias a la impresión en 3-D, los ingenieros pueden explorar diferentes formas y diseños rápidamente. Bashir y sus colegas planean incluso integrar una unidad en el programa de laboratorio de los grados para que los estudiantes puedan diseñar diferentes tipos de bio-robots.
"El objetivo de "construir con biología" no es nuevo: Los investigadores de ingeniería de tejidos han trabajado durante muchos años en ello", recuerda la estudiante de posgrado Ritu Raman, co-autora principal del artículo. "Pero, ¿por qué detenerse ahí? Podemos ir más allá mediante el uso de las capacidades dinámicas de las células para auto-organizarse y responder a las señales ambientales, para crear nuevas máquinas y sistemas biológicos no naturales".
"La idea de hacer avanzar la ingeniería con estas estructuras basadas en células es muy emocionante", reconoce Bashir. "Nuestra meta es que estos dispositivos puedan ser utilizados como sensores autónomos. Queremos que detecten un producto químico específico y avancen hacia él; y luego suelten agentes neutralizantes de la toxina
