Una Área de Desarrollo Multidisciplinario, la Robótica Industrial en México

M. en C. Griselda Cortés Barrera

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec

Av. Tecnológico s/n Col. Valle de Anáhuac C.P. 55210

griscar7772@yahoo.com.mx

M. en C. Mercedes Flores Flores

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec

Av. Tecnológico s/n Col. Valle de Anáhuac C.P. 55210

merfloresflores@yahoo.com.mx

M. en C. Xóchitl Raquel Wong Cohén

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec

Av. Tecnológico s/n Col. Valle de Anáhuac C.P. 55210

xochitlwong@yahoo.com

Abstract. El presente artículo pretende dar una visión general sobre una importante área de la Inteligencia Artificial IA, el campo de la robótica industrial. En la primer parte se aborda el origen de la IA, así como la creación de las primeras máquinas denominadas inteligentes, hasta los desarrollos actuales. En un segundo apartado se describen las características de los robots, continuando con los principales campos de aplicación de estos, la utilización de la robótica industrial en México donde se describen algunos proyectos y su utilización en áreas como la medicina, el uso de la visión artificial y el reconocimiento de voz; finalizando con la recopilación de información manifestando que en el ámbito de la robótica se debe dar continuidad para con ello el desarrollo tecnológico, contribuyendo al incremento de la competitividad del país.

Palabras Clave: Inteligencia Artificial, Robótica Industrial, desarrollo, investigación

I. Introducción

La Inteligencia Artificial (IA), es una forma de interpretar o tratar de entender el modelo cognitivo del pensamiento humano, el paradigma es, demostrar que una máquina es “capaz de pensar”.La IA fue introducida a la comunidad científica en 1950 por el científico inglés Alan Turing con uno de sus principales aportes que fue la denominada “maquinaria computacional e inteligencia ”, es decir la inteligencia de las máquinas, tiempo después Mac Carthy y Raphael construyeron un robot móvil llamado “Shakey”, cuyo reto fue tener conocimiento e interactuar en términos de espacio, tiempo y movimientos, así como lograr que este aprendiera por experiencia. El primer robot humanoide fue desarrollado en la Universidad de Waseta, Japón en 1972 y fue llamado WABOT-1 mismo que contaba con un par de piernas, un torso y dos articulaciones para balancear el cuerpo durante su caminar. Muchos han sido los desarrollos de robots humaniodes en los países que tienen un avance tecnológico significativo en este rubro. En México se han llevado a cabo algunos desarrollos en este ámbito como es el caso del robot desarrollado en la UNAM llamado Golem. Por otra parte la utilización de los robots de tipo industrial, se utilizan en la industria maderera, plásticos, farmacéutica, alimentos, electrónicos y metalmecánica, siendo uno de los más utilizados los robots de la serie PUMA.

II. La Robótica, una área de la IA con amplias expectativas de aplicación.

Los robots son agentes físicos capaces de realizar tareas, están equipados con efectores, como piernas, ruedas extremidades con manos, dedos. Estos efectores tienen como propósito transmitir fuerzas físicas al entorno, también cuentan con sensores que les permiten percibir el entorno, estos pueden ser de diversos tipos, dentro de los que podemos destacar: cámaras, giroscopios, acelerómetros que son utilizados para medir el movimiento propio del robot.

Existen tres categorías principales en las que se basan los robots en la actualidad, mismos que se describen a continuación.

Manipuladores. Este tipo de robots se encuentran anclados en su lugar de trabajo, son utilizados para líneas de ensamble. Los robots manipuladores son utilizados principalmente en la industria, en el ensamble de automóviles, en la actualidad una parte muy importante en la generación de productos terminados se logra gracias a la automatización y la utilización de robots para ensamble y generación de líneas de producción.

Móviles. Se consideran con un poco más de “autonomía” ya que este tipo de robots pueden desplazarse utilizando ruedas, piernas o mecanismos que permitan su movimiento. Así como también pueden ser utilizados para realizar recorridos por autopistas, funcionar como pilotos automáticos, en vehículos aéreos sin tripulación para realizar tareas de vigilancia, operaciones militares, etc.

Híbridos. Mejor conocidos como robots humanoides. Los robots híbridos pueden aplicar sus efectores en un campo más amplio que los robots manipuladores.

II.1 Principales Campos de Aplicación de la Robótica Industrial

Uno de los robots más utilizados en la industria en México, es la serie PUMA los cuales pueden ser aplicados en paneles de instrumentos automotrices, motores eléctricos, placas de circuito impreso; así como otras aplicaciones que incluyen funciones de embalaje en industrias de alimentos y farmacéuticas entre otras. La figura 1 muestra el modelo PUMA 500.

Figura 1 El robot PUMA 500 [1]

Cada vez es más sorprendente los adelantos tecnológicos que ha tenido la robótica industrial sobresale en Japón principalmente; los campos de aplicación de la robótica es

bastante amplia ya que ésta es aplicable en diversas áreas donde se requiera la ejecución de tareas de aspecto mecánico, dicha actividad requiere de la presencia física para mantener el control y movimiento, actualmente se consideran los robots de Investigación-Exploración, Entretenimiento, Construcción, Automatización industrial; la figura 2 muestra algunos de los campos de aplicación de la robótica.

Figura 2 Aplicaciones de la Robótica* [2 ]

La estructura básica de los robots industriales está compuesta por un brazo mecánico, considerados estos no es su totalidad como robots, debido que no trabajan de manera autónoma.

Los robots industriales se clasifican en 3 grupos; Secuenciales, Computarizados e Inteligentes.

Los robots secuenciales: considerados como robots de aprendizaje, estos realizan una serie de movimientos con la finalidad de lograr ciertas instrucciones ya programados con anterioridad.

Los robots computarizados: estos son controlados por medio de un ordenador, ejecuta de forma secuencial ciertas acciones establecidas en un programa informático, gracias a esto permite al robot lograr la ejecución de tareas más complejas.

Tanto os robots secuenciales como los computarizados son capaces de ejecutar tareas repetitivas, pero no pueden interactuar con el medio ambiente; más sin embargo los robots inteligentes tienen la capacidad de interactuar con su entorno, logrando esto a través de un conjunto de sensores, estos también son controlador por un ordenador y siguen las instrucciones de un programa informático, aunque las acciones que este ejecute dependen de los datos recibidos por los sensores, la figura 3 representa la clasificación de los robots industriales.

Figura 3 Clasificación de los Robots Industriales* [2]

La tendencia para la industria es la creación de robots autónomos, con el fin de automatizar los procesos en la operación de las plantas, aunque en nuestro país la

automatización de los procesos es parcial, la tendencia es la utilización de la robótica industrial para múltiples aplicaciones, actualmente se utilizan robots en la exploración de túneles de minería, en la industria petrolera para sumergirse a profundidades que son riesgosas para los humanos.

III. Utilización de la Robótica Industrial en México

A continuación se describen algunos ejemplos de aplicación de la robótica industrial en México:

Iniciamos con el proyecto denominado Zeus, el cual es un sistema de tres brazos robóticos AESOP 300, el primer brazo son los ojos de Zeus que tiene siete grados de libertad, y los otros dos son los brazos robóticos manipuladores (derecho e izquierdo del cirujano); su principal tarea es permitir al cirujano la manipulación de instrumentos quirúrgicos a distancia. Su aplicación principal es la Cirugía laparoscópica. []

La figura 4 muestra una imagen representativa del Primer Curso Latinoamericano de Cirugía Robótica con Robot AESOP 3000 con interfaz de voz.

Figura 4. Primer Curso Latinoamericano de Cirugía Robótica con Robot AESOP 3000 con interfaz de voz. [3]

El robot denominado Fanuc ArcMate 100i, es un equipo de visión convencional y un sistema de luz láser estructurada el cual facilita la tarea de análisis de las imágenes de las superficies arbitrarias sobre las que se realiza la tarea. Este es un proyecto que expone aspectos de una metodología para el posicionamiento tridimensional de una herramienta manipulada por un robot industrial usando una técnica basada en el uso de visión artificial conocida como manipulación de espacio de cámara. Se describe el uso de múltiples sensores para realizar la maniobra de posicionamiento que ofrece la ventaja de aumentar la precisión del sistema y al mismo tiempo, brindar una alternativa que permita incrementar el volumen de trabajo en el que el robot es capaz de realizar la maniobra [ ].

La figuras 5 y 6 muestran el Diagrama de flujo de una tarea de posicionamiento y el robot industrial usado en la fase experimental de Fanuc ArcMate 100i, respectivamente.

Figura 5. Diagrama de flujo de una tarea de posicionamiento. [4 ]

Figura 6 Robot industrial usado en la fase experimental [4].

Otra versión de robots, Celda de Manufactura CIATEQ, presenta un sistema de visión que le permite a un robot manipulador KUKA de 6 grados de libertad (DOF) obtener información del POSE (localización del objeto), este sistema permite realizar tareas de ensamble en línea (tiempo real). La base de funcionamiento con formas de imágenes binarias, hace al sistema robusto y flexible, lo que permite utilizarlo también en aplicaciones de “visual servoing”.La arquitectura del sistema de celda de manufactura, está formada por una PC maestra industrial en donde residen una tarjeta de sensado F/T basada en DSP, el software de reconocimiento de voz y el NNC Neural Network Controller). En una computadora dedicada se implementa el sistema de visión y reside el “frame grabber”. Otros elementos de la celda son: el manipulador industrial KUKA KR15, controlador KRC2, el Panel de Control KCP, sensor de fuerza torque JR3 F/T, cámara progresiva con sensor CCD y micrófono. La figura 7 muestra la Celda de Manufactura CIATEQ

Fig. 7. Celda de Manufactura CIATEQ [5].

Como se puede apreciar, existen diversas aplicaciones de los robots en la industria, estos pueden ser de gran utilidad para potenciar el trabajo en las empresas, así como también en otras áreas como la medicina.

Conclusiones

Una de las áreas de sumo interés en la IA es la robótica, la robótica industrial constituye un importante eje de investigación y desarrollo tecnológico.

Un robot industrial es un sistema programable, multifuncional, diseñado para mover o ensamblar piezas, su constitución es una estructura mecánica que contiene eslabones unidos entre si por articulaciones.

Una de las principales ventajas en el uso de robots industriales es potenciar su utilización en aplicaciones donde el volumen de producción es muy grande; los robots industriales funcionan a un nivel constante de calidad minimizando el desperdicio de materia prima, así como la generación de la producción con materiales que pudieran resultar riesgosos para la salud.

Según palabras de Francisco Sandoval gerente de ventas de Fanuc Robotics, México tiene un retraso de quince años [6] en esta área. Desde luego no podríamos contrariar su opinión ya que estamos lejanos a desarrollar prototipos como los experimentados en países de primer mundo como Japón.

El desarrollo de la robótica en México permitirá que la tecnología utilizada sea más alcanzable para la industria, haciendo más eficientes los procesos en los sectores productivos, mejorando la calidad y cantidad de producción, incrementando la competitividad del país.

La continuidad de estudios para el mejoramiento y adaptación de nuevas tecnologías a robots considerados como obsoletos, potencializando su utilización mediante implementaciones como visión, planificación, e interacción hombre-robot, así como desarrollos mecatrónicos para aplicaciones de seguridad, control de calidad y análisis de imagen entre muchos otros.

Bibliografía

Russell,S. Inteligencia Artificial, Un Enfoque Moderno. Ed. Pearson. 2da. Edición.España.2008

Referencias de internet

http://www.mty.itesm.mx/die/ddre Accedido el 11 de marzo de 2012

http://www.uv.moep.mx/ emorales/papers/2009/ Accedido el 11 de marzo de 2012

http://ccc.inaoep.mx/emorales/papers/2009 Accedido el 12 de marzo de 2012

[1] http://www.prsrobots.com/puma500.htlm Accedido el 15 de marzo de 2012

[2] *Autoría Propia

[3] http://www.medigraphic.com/pdfs/endosco/ce-200/ce031f.pdf . Accedido el 15 de marzo, 2012

[4] http://www.scielo.org.ve/scielo.php?pid=S0378-442001001100003&script=sci_arttext Accedido el 15 de marzo, 2012

[5] http://www.mecamex.net/anterior/cong02/papers/art17.PDF Accedido el 15 de marzo, 2012

[6]http://oem.com.mx/elsoldelbajio/notas/n1346004.htm Accedido el 15 de marzo de 2012