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Universidad Católica Andrés BelloDirección de Formación ContinuaEscuela de Ingeniería Informática Prof. Wílmer Pereira

Certificado de Formación ProfesionalGerencia de Proyectos de Software

Módulo IV

Inteligencia ArtificialInteligencia Artificial

RobóticaRobótica

Prof. Wílmer Pereira



Módulo IV

¿ Qué es un robot ?¿ Qué es un robot ?Criatura mecánica que emula

funciones de un humanoSegún T. M. Knasel, los robots se pueden clasificar por generaciones:1 (1960): Selección y colocación con manipuladores2 (1970): Servocontrol con trayectoria de ejecución programada3 (1975): Alta precisión en dispositivos de entrada ante incertidumbre4 (1985): Móviles que usan técnicas de inteligencia y vida artificial5 (1995): Espaciales y militares para ambientes de gran variabilidad

Robot industrial: manipulador automático servocontrolado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y

orientar piezas, útiles o dispositivos especiales,siguiendo trayectorias variables programables

para la ejecución de tareas variadas AFNOR (Asociación Francesa de Normalización)



Módulo IV

Entorno de trabajo robóticoEntorno de trabajo robóticoInaccesible: factores de error como deslizamientos, roce, ruido ...No determinístico: gran cantidad de variable y/o imprevistos No episódico: problemas de decisión secuencialDinámico: procesamiento en tiempo real y con movimientoContinuo: presencia permanente de valores de entrada

Manufactura: manipuladores nucleares e industria automotriz, ...Servicio usuario final: aspiradoras, guías de museos, mesoneros, ...Vehículos terrestres, submarinos y espacialesTelepresencia y realidad virtualExo-esqueletos

Usos de la robóticaUsos de la robótica



Módulo IV

Usos de la Robótica



Módulo IV

Historia de la RobóticaHistoria de la RobóticaRobot proviene de la palabra checa robota, acuñada por el escritor Karel Capek (1890-1938) en una obra de teatro.Manipuladores en la industria nuclear (1943, 2da guerra mundial) George Devol patentó un manipulador programable en 1948En 1954, R. Goertz sustituyó la transmisión mecánica por eléctricaR. Mosher, ingeniero de la General Electric, desarrollo en 1958 undispositivo a dos brazos mecánicos denominado exoesqueletoJ. Engelberger junto con G. Devol, fundan la empresa UNIMATIONen 1960 y desarrollan UNIMATE para una aplicación de fundición.En 1967 se usan robots de UNIMATION en General Motors, en 1968 en Japón y en 1970 en Europa (comprada con Westinghouse)Proyectos de control de robot por computadoras (MIT y Stanford, 1970) Masificación con la aplicación de microprocesadores en 1975 Se funda JIRA en 1972 , RIA en 1974 y 1980 la Federación Internacional de RobóticaInvestigaciones utilizando IA + robótica + vida artificial usando sensores



Módulo IV

Leyes de Robótica y PelículasLeyes de Robótica y Películas Isaac Asimov en “Yo robot”Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado un ser humanoUn robot debe obedecer todas las ordenes de los humanos excepto que contradigan la primera leyUn robot debe autoproteger salvo si esto entra en conflicto con las dos primeras leyes

Películas Leyenda negra Leyenda blanca2001 Odisea del Espacio Hombre BicentenarioTerminator Robot (Walt Disney)Yo Robot IA (Steven Spilberg)Matrix



Módulo IV

Robot

Arquitectura básica de un robotArquitectura básica de un robot

Sensores Efectores

Sensor: Exploran el entorno para posicionarse y/o controlar sus movimientos. Los sensores pueden ser activos o pasivos

Efector: Actuan sobre el entorno según sus grados de libertad (gdl) que son los posibles movimientos básicos independientes bien sean giratorios o de desplazamientos. El ambiente también tiene gdl.

Criterios:ModularidadPertinencia en la aplicaciónPortabilidadRobustez

Mientras la arquitectura es más general, más lenta será



Módulo IV

SensoresSensoresContacto: Limitados para explorarFuerza: Dificiles de manejarInfrarojos: Sensibles a la luz solar y fluorescentesCámaras: Se debe tener gran capacidad de procesamientoSonares:

Muy utilizados en navegación con pulsos > 20KHz 300 mts/seg => 1 mt en 0,006 seg

Problemas: El rayo es cónico => puede no dar la distancia más corta A ciertos ángulos de reflexión, pueden desaparecer obstáculos Múltiples rebotes => ruido => falsos obstáculos



Módulo IV

EfectoresEfectoresLocomoción:

Estáticamente estable (no se cae ante pausas)Dinámicamente estable (más rápido pero complejo al programar)

Manipulación:Holomónico (gdl del robot = gdl del ambiente) o no holomónicoRotatorio o Prismático (Mayor gdl son más precisos pero más

complejos de programar)Motores

Hidraulicos: Aceite mineral rápidos y gran capacidad de carga, pero ... dificil de mantenimiento y costosos

Eléctricos: Motor paso a paso precisos, fiables y silenciosos, pero ... Potencia limitada

Neumáticos: Aire a presión barato y sencillo de mantenimiento, pero ... Dificil de control continuo y ruidosos



Módulo IV

LegomindstormLegomindstorm

Sensores adicionales:UltrasónicosTemperaturaRotaciónCámara ...

Facilidades de software:Programación visual orientado a eventos

• Procesamiento concurrente en tiempo real• Únicas variables internas: contador y reloj• Ciclos de ejecución controlados por eventos• Comunicación entre RCX’s a través del puerto infrarojo

Firmwares en Java, C, VisualBasic, etc.Extensiones para diseñar criaturas, robots deportistas y módulos espaciales

Kit robótico básico con hardware configurable y software para programar aplicaciones móviles



Módulo IV

Tipos de Robots Móviles



Módulo IV

Paradigmas en Robótica

ManipuladoresTelepresencia Autónomovs

Jerárquico

Híbrido

Reactivo

Normalmente sin técnicas de inteligencia artificial

Filosofías y/o técnicas que caracterizan el enfoque para resolver problemas



Módulo IV

Paradigma Jerárquico

Sense Plan Act

Las sensaciones se reúnen en un modelo global de planificación que actúa después por introspección

Es necesaria la suposición de mundo cerrado CWA(Closed World Assumption). El mundo es sólo lo explícito

Inconvenientes … no considera el aceptado esquema estímulo/respuesta



Módulo IV

Sense Act

Paradigma ReactivoPlanPlan

Fuerte tendencia biológica que acopla sense-act con comportamientos predeterminados (Plan omnipresente)

Basado en el paradigma Estímulo-Respuesta de los psicólogos de Harvard inspirados en B. F. Skinner

Inconvenientes … obviar el plan es una situación en ocasiones extrema



Módulo IV

Sense Act

Plan

Paradigma Híbrido

Primero planifica y luego es reactivo

El planner está presente en todos los sensing pero sólo actúa en ciertas condiciones

Inconvenientes … muy dependiente de la aplicación



Módulo IV

Robótica con manipuladoresRobótica con manipuladores

No es solución a largo plazoSe usa en trabajos riesgosos y tediososEn casos de haber cambios, deben ser reprogramados

Automatización industrial en tareas repetitivasque no requiere sensores pues los algoritmos

normalmente son determinísticos



Módulo IV

Integración de Paradigmas: Robótica Espacial

La robótica espacial integra todos los paradigmas pues debe ser autónomo y también es posible la telepresencia

Rovers recientes Spirit y Opportunity (Enero 2004) activosmás del tiempo previsto

IDEA = Agentes Inteligentes de Ejecución Instalable, futuros robots en el Centro Ames (NASA), en Silicon Valley.

Capsula Huygens de la misión Cassini, que se posó en Titán (una de las lunas de Jupiter)

Multiagentes

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