monografía - robótica
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UNIVERSIDAD NACINONAL DE EDUCACIÓN
“Enrique Guzmán Y Valle”
La Cantuta
“Alma Máter del Magisterio Nacional”
FACULTAD DE EDUACIÓN INICIAL
ASIGNATURA: INFORMATICA
PROFESORA: CALDERON YAMILE K. LIVIA
SECCIÓN: I-2
INTEGRANTES:
1) GÁLVEZ MORALES, Maribel
2) GUERRA ROMERO, Lizbeth
3) GUERRRO HIDALGO, Karina
4) IZQUIERDO ORTEGA, Mayra
5) LIRA FABIÁN, Ana Rosa
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado
con el afecto más profundo
a todas las profesoras que
día a día entregan su tiempo
para el cuidado de sus
Alumnos.
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La Robótica
Dedicatoria
Sumario
Introducción
Capítulo I
1.1 Historia De La Robótica
1.2 Automatización de la robótica
Capítulo II
2. Clasificación De Los Robots
2.1 Por su arquitectura
2.2 Por nivel de inteligencia
Capítulo III
3. Robots
3.1Aplicación de la robótica
3.2Robots nucleares
Capítulo I V
4. La Industria
Capitulo V
5. El mercado de la robótica y las perspectivas futuras
Conclusiones
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INTRODUCCIÓN
Hay muchos trabajos que las personas no les gusta hacer, sea ya por ser
aburrido o bien peligroso, siempre se va a tratar de evitar para no hacerlo. La
solución más práctica era obligar a alguien para que hiciera el trabajo, esto
se le llama esclavitud y se usaba prácticamente en todo el mundo bajo la
política de que el fuerte y el poder dominan al débil.
Ahora los robots son ideales para trabajos que requieren movimientos
repetitivos y precisos. Una ventaja para las empresas es que los humanos
necesitan descansos, salarios, comida, dormir, y una área segura para
trabajar, los robots no. La fatiga y aburrimiento de los humanos afectan
directamente a la producción de una compañía, los robots nunca se aburren
por lo tanto su trabajo va a ser el mismo desde que abra la compañía a las
8:00 AM hasta las 6:00PM.
El noventa por ciento de robots trabajan en fábricas, y más de la mitad
hacen automóviles. Las compañías de carros son tan altamente
automatizadas que la mayoría de los humanos supervisan o mantienen los
robots y otras máquinas.
Otro tipo de trabajo para un robot es barajar, dividir, hacer, etc. en fábricas
de comidas. Por ejemplo, en una fábrica de chocolates los robots arman las
cajas de chocolates. ¿Cómo lo hacen? Son guiados por un sistema de
visión, un brazo robótico que localiza cada pieza de chocolate y de forma
gentil sin dañar al producto lo separa y divide
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HISTORIA DE LA ROBOTICA
La palabra Robot proviene de la palabra checa "robota" que significa
"servidumbre" o "labor forzada". La utilizó el novelista checo Karel Capek en
su libro "RUR Rossum's Universal Robots" 1921.
La palabra Robótica también proviene de la ciencia ficción, y apareció
por primera vez en el libro "Yo, Robot" del matemático y novelista Isaac
Asimov en el año de 1942. Issac Asimov también introdujo la idea de el
"cerebro positronico" (positronic brain), utilizado en la serie "Viaje a las
Estrellas ( Star Trek ) en el caracter "Data".
Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes
del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las
estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes,
quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses.
Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos,
los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos.
El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo
XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil
programable mediante tarjetas perforadas. La revolución industrial impulsó el
desarrollo de estos agentes mecánicos, entre los cuales se destacaron el
torno mecánico motorizado de Babbitt (1892) y el mecanismo programable
para pintar con spray de Pollard y Roselund (1939). Además de esto durante
los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos
muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de
Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del
siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para
un propósito específico: la diversión. En 1805, Henri Maillardert construyó
una muñeca mecánica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de levas
se utilizaban como ' el programa ' para el dispositivo en el proceso de
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escribir y dibujar. Estas creaciones mecánicas de forma humana deben
considerarse como inversiones aisladas que reflejan el genio de hombres
que se anticiparon a su época.
La palabra robot se empleó por primera vez en 1920 en una obra de
teatro llamada "R.U.R." o "Los Robots Universales de Rossum" escrita por el
dramaturgo checo Karel Capek. La trama era sencilla: el hombre fabrica un
robot luego el robot mata al hombre. Muchas películas han seguido
mostrando a los robots como máquinas dañinas y amenazadoras. La palabra
checa 'Robota' significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se
tradujo al ingles se convirtió en el término robot.
Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con
varias narraciones relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el
acuñamiento del término Robótica. La imagen de robot que aparece en su
obra es el de una máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada
que actúa de acuerdo con tres principios.
Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la
Robótica, y son:
1.- Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción,
que un ser humano sufra daños.
2.- Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos,
salvo que estén en conflictos con la primera ley.
3.- Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en
conflicto con las dos primeras leyes.
Consecuentemente todos los robots de Asimov son fieles sirvientes del
ser humano, de ésta forma su actitud contraviene a la de Kapek.
Inicialmente, se definía un robot como un manipulador reprogramable y
multifuncional diseñado para trasladar materiales, piezas, herramientas o
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aparatos a través de una serie de movimientos programados para llevar a
cabo una variedad de tareas.
El desarrollo en la tecnología, donde se incluyen las poderosas
computadoras electrónicas, los actuadores de control retroalimentados,
transmisión de potencia a través de engranes, y la tecnología en sensores
han contribuido a flexibilizar los mecanismos autómatas para desempeñar
tareas dentro de la industria. Son varios los factores que intervienen para
que se desarrollaran los primeros robots en la década de los 50's. La
investigación en inteligencia artificial desarrolló maneras de emular el
procesamiento de información humana con computadoras electrónicas e
inventó una variedad de mecanismos para probar sus teorías.
Las primeras patentes aparecieron en 1946 con los muy primitivos
robots para traslado de maquinaria de Devol. También en ese año aparecen
las primeras computadoras: J. Presper Eckert y John Maulchy construyeron
el ENAC en la Universidad de Pensilvania y la primera máquina digital de
propósito general se desarrolla en el MIT. En 1954, Devol diseña el primer
robot programable y acuña el termino "autómata universal", que
posteriormente recorta a Unimation. Así llamaría Engleberger a la primera
compañía de robótica. La comercialización de robots comenzaría en 1959,
con el primer modelo de la Planet Corporation que estaba controlado por
interruptores de fin de carrera.
En 1964 se abren laboratorios de investigación en inteligencia artificial
en el MIT, el SRI (Stanford Research Institute) y en la universidad de
Edimburgo. Poco después los japoneses que anteriormente importaban su
tecnología robótica, se sitúan como pioneros del mercado.
Otros desarrollos Importantes en la historia de la robótica fueron:
· En 1960 se introdujo el primer robot "Unimate'', basada en la transferencia
de artículos. Programada de Devol. Utilizan los principios de control
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numérico para el control de manipulador y era un robot de transmisión
hidráulica.
· En 1961 Un robot Unimate se instaló en la Ford Motors Company para
atender una máquina de fundición de troquel.
· En 1966 Trallfa, una firma noruega, construyó e instaló un robot de pintura
por pulverización.
En 1971 El "Standford Arm'', un pequeño brazo de robot de accionamiento
eléctrico, se desarrolló en la Standford University.
· En 1973 Se desarrolló en SRI el primer lenguaje de programación de
robots del tipo de computadora para la investigación con la denominación
WAVE. Fue seguido por el lenguaje AL en 1974. Los dos lenguajes se
desarrollaron posteriormente en el lenguaje VAL comercial para Unimation
por Víctor Scheinman y Bruce Simano.
En 1978 Se introdujo el robot PUMA (Programmable Universal
Machine for Assambly) para tareas de montaje por Unimation, basándose en
diseños obtenidos en un estudio de la General Motors.
· En 1980 Un sistema robótico de captación de recipientes fue objeto de
demostración en la Universidad de Rhode Island. Con el empleo de visión de
máquina el sistema era capaz de captar piezas en orientaciones aleatorias y
posiciones fuera de un recipiente.
Actualmente, el concepto de robótica ha evolucionado hacia los
sistemas móviles autónomos, que son aquellos que son capaces de
desenvolverse por sí mismos en entornos desconocidos y parcialmente
cambiantes sin necesidad de supervisión.
El primer robot móvil de la historia, pese a sus muy limitadas
capacidades, fue ELSIE (Electro-Light-Sensitive Internal-External),
construido en Inglaterra en 1953. ELSIE se limitaba a seguir una fuente de
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luz utilizando un sistema mecánico realimentado sin incorporar inteligencia
adicional. En 1968, apareció SHACKEY del SRI (standford Research
Institute), que estaba provisto de una diversidad de sensores así como una
cámara de visión y sensores táctiles y podía desplazarse por el suelo. El
proceso se llevaba en dos computadores conectados por radio, uno a bordo
encargado de controlar los motores y otro remoto para el procesamiento de
imágenes.
En los setenta, la NASA inicio un programa de cooperación con el Jet
Propulsión Laboratory para desarrollar plataformas capaces de explorar
terrenos hostiles. El primer fruto de esta alianza seria el MARS-ROVER, que
estaba equipado con un brazo mecánico tipo STANFORD, un dispositivo
telemétrico láser, cámaras estéreo y sensores de proximidad.
En los ochenta aparece el CART del SRI que trabaja con procesado de
imagen estéreo, más una cámara adicional acoplada en su parte superior.
También en la década de los ochenta, el CMU-ROVER de la Universidad
Carnegie Mellon incorporaba por primera vez una rueda timón, lo que
permite cualquier posición y orientación del plano.
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En la actualidad, la robótica se debate entre modelos sumamente
ambiciosos, como es el caso del IT, diseñado para expresar emociones, el
COG, también conocido como el robot de cuatro sentidos, el famoso
SOUJOURNER o el LUNAR ROVER, vehículo de turismo con control
remotos, y otros mucho mas específicos como el CYPHER, un helicóptero
robot de uso militar, el guardia de trafico japonés ANZEN TARO o los robots
mascotas de Sony.
En el campo de los robots antropomorfos (androides) se debe
mencionar el P3 de Honda que mide 1.60m, pesa 130 Kg y es capaz de
subir y bajar escaleras, abrir puertas, pulsar interruptores y empujar
vehículos.
En general la historia de la robótica la podemos clasificar en cinco
generaciones (división hecha por Michael Cancel, director del Centro de
Aplicaciones Robóticas de Science Application Inc. En 1984). Las dos
primeras, ya alcanzadas en los ochenta, incluían la gestión de tareas
repetitivas con autonomía muy limitada. La tercera generación incluiría visión
artificial, en lo cual se ha avanzado mucho en los ochenta y noventas. La
cuarta incluye movilidad avanzada en exteriores e interiores y la quinta
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entraría en el dominio de la inteligencia artificial en lo cual se esta trabajando
actualmente.
"Un manipulador reprogramable, multifuncional, diseñado para mover
materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados, a traves de
varios movimientos programados para la realización de una variedad de
tareas".
El primer robot, según de la época moderna fue creado por Grey
Walters, en la década de los 40, 1942. Y lo llamó "Elsie la Tortuga" (Machina
speculatrix).
Posteriormente el Instituto de Investigación de la Universidad de
Stanford, en California en 1960 desarrolló a "Shakey" que era una caja
inestable con ruedas, que utilizaba memoria y razonamiento lógico para
resolver problemas y navegar en su entorno.
El primer robot industrial moderno fue seguramente "Unimates" creado
por George Devol y Joe Engleberger entre 1950 y 1960. Engelberger inició la
primera compañia robótica, llamada "Unimation" y por ello fue llamada
"padre de la robótica".
Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los
primeros robots en la década de los 50's. La investigación en inteligencia
artificial desarrolló maneras de emular el procesamiento de información
humana con computadoras electrónicas e inventó una variedad de
mecanismos para probar sus teorías. Las primeras patentes aparecieron en
1946 con los muy primitivos robots para traslado de maquinaria de Devol.
También en ese año aparecen las primeras computadoras.En 1954, Devol
diseña el primer robot programable.
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AUTOMATIZACIÓN Y ROBÓTICA
La historia de la automatización industrial está caracterizada por
períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las
técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos
mundiales.
El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos
por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por
computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los
procesos de fabricación y luego se cargaban en el robot.. Éstas tecnologías
conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún
desconocidos.
Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido
lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de
acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su
infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es
claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá.
En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en
operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta
precisión. La Fig. 3.1 refleja el hecho de que en los 80´s las tareas
relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de
materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables
para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación
predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales
incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances
tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas
como el ensamble de materiales.
Como se ha observado la automatización y la robótica son dos
tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede
definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el
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empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la
operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una
forma de automatización industrial.
Hay tres clases muy amplias de automatización industrial :
automatización fija, automatización programable, y automatización flexible.
La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es
muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del
diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un
rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro
inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo
a la vigencia del producto en el mercado.
La automatización programable se emplea cuando el volumen de
producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a
obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a
la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por
medio de un programa (Software).
La automatización flexible, por su parte, es más adecuada para un
rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características
de la automatización fija y de la automatización programada.
CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS
Actualmente hay varias formas de clasificar a los robots, pero nosotros
vamos a analizar a los robots según las siguientes características:
POR SU ARQUITECTURA
ANDROIDES
Los androides son robots que se asemejan y actúan como los seres
humanos. Actualmente, los androides reales solo existen en la imaginación y
en las películas de ficción.
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MÓVILES
Los robots móviles están provistos de patas, ruedas que los capacitan
para desplazarse de acuerdo su programación. Elaboran la información que
reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en
determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el transporte
de mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan
en investigación.
ZOOMÓRFICOS
Robots caracterizados principalmente por su sistema de locomoción
que imita a diversos seres vivos. Los androides pueden ser considerados
robots zoomórficos.
MÉDICOS
Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos
físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de
mando. Con ellos se logra suplir las extremidades o incluso órganos de los
seres humanos.
INDUSTRIALES
Los robots industriales son artilugios mecánicos y electrónicos
destinados a realizar de forma automática determinados procesos de
fabricación o manipulación
OTROS
Teleoperadores: pueden clasificarse o no como robots. Se controlan
remotamente por un operador humano. Son muy sofisticados y se utilizan en
desactivación de bombas.
Híbridos: corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura
es una combinación de las anteriores.
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POR NIVEL DE INTELIGENCIA
Podemos clasificar a los robots dentro de 6 clases según su nivel de
inteligencia.
1.- Dispositivos de manejo manual, controlados por una persona.
2.- Robots de secuencia arreglada.
3.- Robots de secuencia variable, donde un operador puede modificar la
secuencia fácilmente.
4.- Robots regeneradores, donde el operador humano conduce el robot a
través de la tarea.
5.- Robots de control numérico, donde el operador alimenta la programación
del movimiento, hasta que se enseñe manualmente la tarea.
6.- Robots inteligentes, los cuales pueden entender e interactuar con
cambios en el medio ambiente.
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ROBOTS.
Los robots son dispositivos compuestos de sensores que reciben datos
de entrada y que pueden estar conectados a la computadora. Esta, al recibir
la información de entrada, ordena al robot que efectúe una determinada
acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores
que reciben el input de los sensores y que estos microprocesadores ordenen
al robot la ejecución de las acciones para las cuales está concebido. En este
último caso, el propio robot es a su vez una computadora.
Robot industrial: Nace de la unión de una estructura mecánica
articulada y de un sistema electrónico de control en el que se integra una
computadora. Esto permite la programación y control de los movimientos a
efectuar por el robot y la memorización de las diversas secuencias de
trabajo, por lo que le da al robot una gran flexibilidad y posibilita su
adaptación a muy diversas tareas y medios de trabajo.
Un robot industrial es, por su propia naturaleza, un nuevo tipo de
maquinaria que proporciona una flexibilidad doble:
a) Flexibilidad mecánica, proporcionada por estar constituido
por un sistema mecánico articulado que puede variar la
posición de su extremo libre en el espacio, adoptando además
una orientación espacial deseada.
b) Flexibilidad de programación, debida a que su configuración
espacial está controlada por un computador, y por lo tanto
puede ser cambiada fácilmente con solo cambiar el programa.
La movilidad del manipulador es el resultado de una serie de
movimientos elementales, independientes entre sí, denominados grados de
libertad del robot.
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Los beneficios que se obtienen al implementar un robot de este tipo
son:
- Reducción de la labor.
- Incremento de utilización de las máquinas.
- Flexibilidad productiva.
- Mejoramiento de la calidad.
- Disminución de pasos en el proceso de producción.
- Mejoramiento de las condiciones de trabajo, reducción de riesgos
personales.
- Mayor productividad.
- Ahorro de materia prima y energía.
- Flexibilidad total.
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APLICACIÓN DE LA ROBÓTICA
Las aplicaciones de la robótica examinadas anteriormente responden a
los sectores que, como el del automóvil o el de la manufactura, han sido
desde hace 30 años usuarios habituales de los robots industriales. Este uso
extensivo de los robots en los citados se ha visto propiciado por la buena
adaptación del robot industrial a las tareas repetitivas en entornos
estructurados. De este modo, la competitividad del robot frente a otras
soluciones de automatización se justifica por su rápida adaptación a series
cortas, sus buenas características de precisión y rapidez, y por su posible
reutilización con costes inferiores a los de otros sistemas.
Sin embargo, existen otros sectores donde no es preciso conseguir
elevada productividad, en los que las tareas a realizar no son repetitivas, y
no existe un conocimiento detallado del entorno.
Entre estos sectores podría citarse la industria nuclear, la construcción,
la medicina o el uso domestico. En ninguno de ellos existe la posibilidad de
sistematizar y clasificar las posibles aplicaciones, pues estas responden a
soluciones aisladas a problemas concretos.
Este tipo de robots ha venido a llamarse robots de servicio y pueden
ser definidos como:
Un dispositivo electromecánico, móvil o estacionario, con uno o más
brazos mecánicos, capaces de acciones independientes.
Estos robots están siendo aplicados en sectores como:
Agricultura y silvicultura.
Ayuda a discapacitados.
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Construcción.
Domésticos.
Entornos peligrosos.
Espacio.
Medicina y salud.
Minería.
Submarino.
Vigilancia y seguridad.
En general, la aplicación de la robótica a estos sectores se caracteriza
por la falta de estructuración tanto del entorno como de la tarea a realizar, y
la menor importancia de criterios de rentabilidad económica frente a la de
realizar tareas en entornos peligrosos o en los que no es posible el acceso
de las personas.
Estas características obligan a que los robots de servicio cuenten con
un mayor grado de inteligencia, puesto que se traduce en el empleo de
sensores y del software adecuado para la toma rápida de decisiones. Puesto
que en muchas ocasiones el estado actual de la inteligencia artificial
(disciplina que aborda esta problemática) no esta lo suficientemente
desarrollado como para resolver las situaciones planteadas a los robots de
servicio, es frecuente que estos cuenten con un mando remoto, siendo en
muchas ocasiones robots teleoperados.
Centros de investigación en robótica, como la universidad de Carnegie-
Mellon o el jet propulsión laboratory (JPL) en Estados Unidos, han orientado
desde hace tiempo buena parte de sus esfuerzos de investigación en
robótica en esta línea, desarrollando robots especializados, capacitados para
trabajar en el exterior, en entornos no estructurados y peligrosos (superficie
de planetas, volcanes, desastres nucleares, etc.).
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AEROBOTS.
Muchos de estos sistemas responden en buena medida a los
conceptos de tele manipulador o robot teleoperado, para dar una idea de las
posibilidades de la robótica en estos sectores, se comentaran algunas
aplicaciones concretas en las que el robot ha aportado mejoras y beneficios
al proceso primitivo.
INDUSTRIA NUCLEAR.
Por sus especiales características, el sector nuclear es uno de los más
susceptibles de utilizar robots de diseño especifico. Entre las diversas
aplicaciones se han escogido aquí, por su especial relevancia, las relativas a
las operaciones de mantenimiento en zonas contaminadas y de
manipulación de residuos.
Inspección de los tubos del generador de vapor en un reactor nuclear.
Las operaciones de inspección y mantenimiento de las zonas mas
contaminadas de una central nuclear de producción de energía eléctrica son
por su naturaleza largas y costosas.
De realizarlas manualmente, el tiempo de exposición de los operadores
a la radiación es un factor crítico que, junto con el elevado coste que supone
una interrupción temporal del funcionamiento del sistema en cuestión,
justifica sin lugar a dudas la utilización de sistemas robotizados,
normalmente teleoperador, total o parcialmente, que sustituyan al operador.
En el generador de vapor se produce el intercambio de calor entre el
fluido primario y secundario. Para ello, dentro de la vasija del generador, se
encuentran dispuestas en forma matricial los tubos por los que circula el
fluido receptor del calor.
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El inevitable desgaste de estos tubos obliga a realizar periódicamente
labores de inspección, para que en el caso de que alguno se encuentre
dañado inutilizarlo, poniendo en funcionamiento alguno de los tubos de
reserva que a tal fin se han dispuesto en el generador.
Para realizar esta labor de manera automática puede utilizarse un robot
de desarrollo especifico que, introducido en la vasija, posicione una sonda
de inspección en la boca de cada tubo. Esta, empujada por el interior del
tubo, proporcionara información sobre el estado mismo.
Es preciso considerar que el robot se introduce en la vasija mediante un
sistema mecánico que, junto con los posibles errores en la disposición
matricial de los tubos, obliga a que el robot trabaje, bien con ayuda de tele
operación, o bien con sistemas sensoriales externos como visión láser, que
proporcionen la posición real relativa entre el extremo del robot y los tubos.
ROBOTS NUCLEARES
Manipulación de residuos radioactivos.
La industria nuclear genera una cantidad considerable de residuos
radioactivos de baja contaminación (vestimentas, envases de plástico, papel,
etc.) o de alta contaminación (restos de las células del reactor, materiales en
contacto directo prolongado con las zonas radioactivas, etc.). La forma
tamaño y peso de estos desechos es variable y su manipulación tiene por
objeto final su envase de contenedores especiales, que son posteriormente
transportados y almacenados (lo que origina una nueva problemática).
Para manipular remotamente estos residuos se hace uso tanto de
manipuladores con unión mecánica y seguimiento directo del proceso por
parte del operador a través de un cristal (en caso de baja contaminación),
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como con sistemas con mando remoto por radio o cable en el caso de
contaminación elevada. Estos manipuladores permiten la flexibilidad
necesaria para manipular elementos de peso variable y forma no definida.
Además, es preciso considerara la importancia que tiene la
optimización del espacio ocupado por los residuos en su almacenamiento,
por lo que antes de su envasado en los contenedores puede ser preciso
fragmentarlos.
Medicina.
De entre la s varias aplicaciones de la robótica a la medicina destaca la
cirugía. Las primeras aplicaciones de la robótica a la cirugía del cerebro
datan del año 1982. En esta fecha se comenzó en Memorial Medical Center
de Long Beach (California) un programa cuyo objetivo consistía en utilizar un
robot comercial (Puma 260) para realizar determinadas operaciones de
neurocirugía. Desde entonces se han puesto a punto varios sistemas que,
con ayuda de un scanner, un ordenador registre toda la información
necesaria del cerebro para que el equipo medico decida el punto exacto
donde debe ser realizada la incisión, donde penetrara la sonda para obtener
una muestra para realizar una biopsia. El robot, que se encuentra
perfectamente situado con respecto al paciente, porta en su extremo los
instrumentos necesarios para realizar la incisión, tomar la muestra, etc.
La utilización de un robot conectado al ordenador permite que tanto la
incisión como la toma de la muestra se realicen con la máxima precisión y en
un tiempo notablemente inferior al que se consumiría en caso de emplear el
sistema habitual. Además, se descarga al cirujano de la mecánica de ciertas
tareas como el correcto posicionamiento de los instrumentos de cirugía con
respecto al cráneo del paciente, permitiendo una mayor concentración en el
seguimiento y control de la operación. También, otro posible beneficio de la
aplicación de la robótica a la cirugía se encuentra en el tele diagnostico y la
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tele cirugía. Esta ultima consiste en la operación remota de un paciente
mediante un tele manipulador.
TELEPRESENCIA.
En julio de 1993 un robot SCARA en Milán (Italia) realizo sobre el
hígado de un cerdo una biopsia y una incisión para introducir un
laparoscopio. El robot estaba siendo teleoperado en tiempo real desde
14000km de distancia en el Jet Propulsión Lab. De Pasadena, California.
Las ordenes del cirujano y al información procedente de la sala de
operaciones eran intercambiadas a través de 2 satélites de comunicaciones
y redes de fibra óptica.
Esta primera experiencia en operación remota permite asegurar que
este tipo de intervenciones sobre pacientes humanos podrá ser una realidad
en un futuro próximo. Su justificación puede encontrarse en el tratamiento de
pacientes situados en localizaciones difícilmente alcanzables (espacio,
plataformas submarinas, minería, etc.). No obstante hay que considerar que
aun existen importantes dificultades técnicas, como es el retraso en las
comunicaciones y el elevado coste.
Construcción.
El sector de la construcción es, en la mayoría de los países
industrializados, uno de los que moviliza mayor numero de recursos
económicos y humanos. No es pues de extrañar que desde hace algo mas
de una década se estén desarrollando gran numero de sistemas
robotizados, orientados a automatizar en lo posible algunas de las múltiples
labores que entran a formar parte delos procesos constructivos.
En este tipo de aplicaciones de la robótica, como en otros muchos, es
Japón el país que cuenta con mayor numero de sistemas en funcionamiento.
En algunos casos se trata de robots parcialmente teleoperados, construidos
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a partir de maquinaria convencional (grúas, excavadoras, etc.). En otros es
maquinaria específicamente construida para resolver un proceso concreto.
Si se analizan las condiciones existentes para la robotización de la
construcción se llega entre otras a las siguientes conclusiones:
Las condiciones de trabajo son complejas.
Los robots deben tener capacidad de locomoción y cierto grado de
inteligencia.
Deben manejar piezas pesadas y de grandes dimensiones.
Las operaciones a realizar son complejas, variadas y poco repetitivas.
Los robots deben ser fácilmente transportables a la obra.
Con estos condicionantes, las posibles tareas robotizables dentro de la
construcción de edificios (comerciales, industriales o residenciales) podrían
agruparse en:
Operaciones de colocación de elementos.
Construcción mediante colocación repetitiva de estructuras básicas
(ladrillos, Bloques, etc.).
Posicionamiento de piezas, normalmente grandes y pesadas (vigas, etc.).
Unión de diferentes piezas que componen una estructura (soldadura,
remaches, etc.).
Sellado de las uniones entre diferentes piezas.
Operaciones de tratamiento de superficies.
ACABADO DE SUPERFICIES (pulido, etc.).
Recubrimiento de superficies con pintura, barniz, etc.
Extensión de material sobre la superficie (cemento, espuma aislante, etc.).
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Operaciones de rellenado.
Vertido de cemento u hormigon en encofrados.
Excavación para la preparación de terrenos y movimiento de tierras.
Rellenado con tierra de volúmenes vacíos.
Otras.
Fuera de la construcción de edificios, cabrían destacar las realizaciones
de robots para la construcción de túneles, carreteras (asfaltado), inspección
de estructuras en puentes o muros de edificios difícilmente accesibles, etc.
La tabla recoge alguna de las realizaciones más conocidas en esta área.
Como se puede observar, destacan los desarrollos japoneses. No obstante,
debe indicarse que, como en muchas otras ocasiones, los robots japoneses
son, en su mayoría, teleoperados total o parcialmente, mientras que en
Europa y EU existe una mayor tendencia al desarrollo de sistemas con un
mayor grado de autonomía.
LA INDUSTRIA
El diseño e implementación de procesos cada vez más automatizados,
es lo que ha permitido a la industria automotriz fabricar cantidades
inimaginables de autos por año a precios competitivos, sin descuidar su
calidad y seguridad.
Actualmente resulta difícil que alguno de los sectores de nuestra vida
diaria, de la economía o de la técnica, pueda prescindir del uso de los
plásticos. Sólo basta con mirar a nuestro alrededor y analizar cuántos
objetos son de plástico, para visualizar la importancia de este material que,
por supuesto, se refleja en los índices de crecimiento que ha desarrollado en
las últimas décadas.
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Actualmente, la industria automotriz, una de las más importantes a nivel
mundial económicamente hablando y muy competida por marcas de
diferentes países, está utilizando cada vez más el plástico para la fabricación
de sus componentes. El rápido crecimiento de la industria plástica ha
beneficiado grandemente a estas compañías, de manera que han podido
diversificar el diseño de sus piezas sin tener que limitar su funcionalidad.
En la actualidad, los robots ofrecen ventajas en las líneas de
producción, ya que mantienen una constante comunicación con dispositivos
que están a su alrededor, y permiten llevar un monitoreo constante de lo que
hace el robot las 24 horas del día, lo que los vuelve altamente seguros y
confiables.
Algunos pueden detectar errores del mismo robot o de otros
dispositivos, frenando las líneas de producción en caso de problemas.
Además, presentan una gran versatilidad, pues cada robot puede tener
diversas aplicaciones dentro de una misma línea de producción, como
palletizar partes, ensamblar las mismas, pintar, hacer monitoreos con fines
de calidad, colocar etiquetas en algunas piezas, prácticamente sin la
intervención de la mano de obra humana.
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Las velocidades que actualmente desarrollan los robots son
impresionantes, pueden trabajar en un ciclo completo en menos de tres
segundos, hablando de piezas de pared delgada, o si tenemos un proceso
de decoración de piezas como un tablero de automóvil donde es necesario
un sistema IML (etiquetado dentro del molde) podemos lograr todo el ciclo
en menos de 30 segundos, y lo mejor de todo es que como resultado se
obtiene una pieza completamente terminada, evitando la necesidad de
trabajos adicionales y duplicidad de almacenes.
También existen robots con sistemas de visión que pueden detectar si
la pieza cumple o no con las características necesarias, simplificando
enormemente el proceso de calidad.
LABORATORIOS
Los robots están encontrando un gran número de aplicaciones en los
laboratorios. Llevan acabo con efectividad tareas repetitivas como la
colocación de tubos de pruebas dentro de los instrumentos de medición. En
ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados para realizar
procedimientos manuales automatizados. Un típico sistema de preparación
de muestras consiste de un robot y una estación de laboratorio, la cual
contiene balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de pruebas,
etc.
Las muestras son movidas desde la estación de laboratorios por el
robot bajo el control de procedimientos de un programa.
Los fabricantes de estos sistemas mencionan tener tres ventajas sobre
la operación manual: incrementan la productividad, mejoran el control de
calidad y reducen la exposición del ser humano a sustancias químicas
nocivas.
Las aplicaciones subsecuentes incluyen la medición del pH, viscosidad,
y el porcentaje de sólidos en polímeros, preparación de plasma humano para
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muestras para ser examinadas, calor, flujo, peso y disolución de muestras
para presentaciones espectromáticas.
MANIPULADORES CINEMATICOS
La tecnología robótica encontró su primera aplicación en la industria
nuclear con el desarrollo de teleoperadores para manejar material radiactivo.
Los robots más recientes han sido utilizados para soldar a control remoto y
la inspección de tuberías en áreas de alta radiación. El accidente en la
planta nuclear de Three Mile Island en Pennsylvania en 1979 estimuló el
desarrollo y aplicación de los robots en la industria nuclear. El reactor
numero 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y provocó la destrucción de la
mayoría del reactor, y dejo grandes áreas del reactor contaminadas,
inaccesible para el ser humano. Debido a los altos niveles de radiación las
tareas de limpieza solo eran posibles por medios remotos. Varios robots y
vehículos controlados remotamente han sido utilizados para tal fin en los
lugares donde ha ocurrido una catástrofe de este tipo. Ésta clase de robots
son equipados en su mayoría con sofisticados equipos para detectar niveles
de radiación, cámaras, e incluso llegan a traer a bordo un minilaboratorio
para hacer pruebas.
AGRICULTURA
Para muchos la idea de tener un robot agricultor es ciencia ficción, pero
la realidad es muy diferente; o al menos así parece ser para el Instituto de
Investigación Australiano, el cual ha invertido una gran cantidad de dinero y
tiempo en el desarrollo de este tipo de robots. Entre sus proyectos se
encuentra una máquina que esquila a las ovejas. La trayectoria del cortador
sobre el cuerpo de las ovejas se planea con un modelo geométrico de la
oveja.
Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un
conjunto de sensores que registran la información de la respiración del
animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora
que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del
cortador en tiempo real.
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Debido a la escasez de trabajadores en los obradores, se desarrolla
otro proyecto, que consiste en hacer un sistema automatizado de un
obrador, el prototipo requiere un alto nivel de coordinación entre una cámara
de vídeo y el efector final que realiza en menos de 30 segundos ocho cortes
al cuerpo del cerdo.
Por su parte en Francia se hacen aplicaciones de tipo experimental
para incluir a los robots en la siembra, y poda de los viñedos, como en la
pizca de la manzana.
ESPACIO
La exploración espacial posee problemas especiales para el uso de
robots. El medio ambiente es hostil para el ser humano, quien requiere un
equipo de protección muy costoso tanto en la Tierra como en el Espacio.
Muchos científicos han hecho la sugerencia de que es necesario el uso de
Robots para continuar con los avances en la exploración espacial; pero
como todavía no se llega a un grado de automatización tan precisa para ésta
aplicación, el ser humano aún no ha podido ser reemplazado por estos. Por
su parte, son los teleoperadores los que han encontrado aplicación en los
transbordadores espaciales.
En Marzo de 1982 el transbordador Columbia fue el primero en utilizar
este tipo de robots, aunque el ser humano participa en la realización del
control de lazo cerrado.
Algunas investigaciones están encaminadas al diseño, construcción y
control de vehículos autónomos, los cuales llevarán a bordo complejos
laboratorios y cámaras muy sofisticadas para la exploración de otros
planetas.
En Noviembre de 1970 los Rusos consiguieron el alunizaje del
Lunokhod 1, el cual poseía cámaras de televisión, sensores y un pequeño
laboratorio, era controlado remotamente desde la tierra.
En Julio de 1976, los norteamericanos aterrizaron en Marte el Viking 1,
llevaba abordo un brazo robotizado, el cual recogía muestras de piedra,
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tierra y otros elementos las cuales eran analizadas en el laboratorio que fue
acondicionado en el interior del robot. Por supuesto también contaba con un
equipo muy sofisticado de cámaras de vídeo.
EN EL HOGAR
La aplicación más antigua es en el hogar. Los electrodomésticos,
como hoy los conocemos, forman parte del mundo de la robótica, y aunque
parezca increíble, éstos son robots domésticos. No se requiere de una gran
programación previa, ni de mecanismos súper complejos para poder
caracterizar a un robot doméstico, puesto que este es su fin: facilitar las
labores domésticos, y por consiguiente ocupar el menor espacio posible
para poder realizar las tareas.
Uno de los primeros robots domésticos fue la estufa, ya sea de leña o
de gas; le siguen el refrigerador, el lava trastes, el horno de microondas, el
horno eléctrico y así muchos más electrodomésticos que pasan
desapercibidos por la mayoría de nosotros, y no nos damos cuenta de que
también son considerados como robots, robots electrodomésticos.
Para el Entretenimiento
La robótica ha invadido la mayoría de nuestras actividades cotidianas,
muestra de ello, es la robótica en los medios de esparcimiento, y como
ejemplo podemos citar al fabuloso parque de diversiones Disneylandia.
En este parque de diversiones se pueden encontrar una gran variedad
de aplicaciones de la robótica, desde pájaros cantores, elefantes en
movimiento, cocodrilos, osos, hasta simuladores de vuelo, androides,
submarinos, etc.
Como se puede ver, la robótica puede ser utilizada en casi cualquier
actividad que el ser humano realice, y puede ser de gran utilidad.
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Nos damos cuenta de que la robótica empieza a ser parte de nuestras
vidas cotidianas, así como lo empezaron algunas de las actividades que
actualmente realizamos todos los días.
EL MERCADO DE LA ROBOTICA Y LAS PERSPECTIVAS FUTURAS
Las ventas anuales para robots industriales han ido creciendo en
Estados Unidos a razón del 25% de acuerdo a estadísticas del año 1981 a
1992. El incremento de ésta tasa se debe a factores muy diversos. En primer
lugar, hay más personas en la industria que tienen conocimiento de la
tecnología y de su potencial para sus aplicaciones de utilidad. En segundo
lugar, la tecnología de la robótica mejorará en los próximos años de manera
que hará a los robots más amistosos con el usuario, más fáciles de
interconectar con otro hardware y más sencillos de instalar.
En tercer lugar, que crece el mercado, son previsibles economías de
escala en la producción de robots para proporcionar una reducción en el
precio unitario, lo que haría los proyectos de aplicaciones de robots más
fáciles de justificar. En cuarto lugar se espera que el mercado de la robótica
sufra una expansión más allá de las grandes empresas, que ha sido el
cliente tradicional para ésta tecnología, y llegue a las empresas de tamaño
mediano, pequeño y por que no; las microempresas. Estas circunstancias
darán un notable incremento en las bases de clientes para los robots
La robótica es una tecnología con futuro y también para el futuro. Si
continúan las tendencias actuales, y si algunos de los estudios de
investigación en el laboratorio actualmente en curso se convierten finalmente
en una tecnología factible, los robots del futuro serán unidades móviles con
uno o más brazos, capacidades de sensores múltiples y con la misma
potencia de procesamiento de datos y de cálculo que las grandes
computadoras actuales. Serán capaces de responder a ordenes dadas con
voz humana. Así mismo serán capaces de recibir instrucciones generales y
traducirlas, con el uso de la inteligencia artificial en un conjunto específico de
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acciones requeridas para llevarlas a cabo. Podrán ver, oír, palpar, aplicar
una fuerza media con precisión a un objeto y desplazarse por sus propios
medios.
En resumen, los futuros robots tendrían muchos de los atributos de los
seres humanos. Es difícil pensar que los robots llegarán a sustituir a los
seres humanos en el sentido de la obra de Carel Kapek, Robots Universales
de Rossum. Por el contrario, la robótica es una tecnología que solo puede
destinarse al beneficio de la humanidad. Sin embargo, como otras
tecnologías, hay peligros potenciales implicados y deben establecerse
salvaguardas para no permitir su uso pernicioso.
El paso del presente al futuro exigirá mucho trabajo de ingeniería
mecánica, ingeniería electrónica, informática, ingeniería industrial, tecnología
de materiales, ingenierías de sistemas de fabricación y ciencias sociales.
La Sociedad actual se encuentra inmersa en una Revolución
Tecnológica, producto de la invención del transistor semiconductor en 1951 (
fecha en la que salió al mercado ). Este acontecimiento ha provocado
cambios trascendentales así como radicales en los ámbitos sociales,
económicos, y políticos del orbe mundial.
Ésta Revolución da origen a un gran número de ciencias
multidiciplinarias; este es el caso de la Robótica. La Robótica es una ciencia
que surge a finales de la década de los 50´s, y que a pesar de ser una
ciencia relativamente nueva, ha demostrado ser un importante motor para el
avance tecnológico en todos los ámbitos (Industria de manufactura, ciencia,
medicina, industria espacial; etc.), lo que genera expectativas muy
interesantes para un tiempo no muy lejano.
Sin embargo es en la Industria de Manufactura donde la Robótica
encuentra un campo de aplicación muy amplio, su función es la de suplir la
mano de obra del Hombre en aquellos trabajos en los que las condiciones no
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son las óptimas para este (minas, plantas nucleares, el fondo del mar; etc.),
en trabajos muy repetitivos y en innumerables acciones de trabajo.
Debido al alto costo que representa el automatizar y robotizar un
proceso de producción, la tendencia actual en Robótica es la investigación
de microrobots y robots móviles autónomos con un cierto grado de
inteligencia, este último es el campo en el que se basa este proyecto de
investigación.
Por lo anteriormente expuesto se explica la necesidad y la importancia
de que Institutos de Investigación, Centros Tecnológicos, la Industria Privada
en coordinación con las Universidades se den a la tarea de destinar recursos
tanto económicos y humanos para aliviar el rezago tecnológico que el país
padece.
Cabe hacer mención que este proyecto fue financiado por el Centro de
Investigación y Estudios Avanzados del IPN (CINVESTAV).
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CONCLUSIÓN
La robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de
la gente tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus
aplicaciones y el potencial que tiene; sin embargo, no conocen el
origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen de las
aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.
El principal objetivo del presente proyecto, es el de dar un vistazo
al mundo de la robótica. No se muestra información ficticia,
solamente se tiene un breve resumen del mundo de la robótica;
todas las fuentes de información se pueden encontrar al final del
documento en el apartado de Bibliografía, ahí se muestran las
referencias bibliográficas y algunas direcciones de Internet en
donde se basó para generar este documento.
La robótica como hoy en día la conocemos, tiene sus orígenes
hace miles de años. Nos basaremos en hechos registrados a
través de la historia, y comenzaremos aclarando que antiguamente
los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la
robótica no era reconocida como ciencia, es mas, la palabra robot
surgió hace mucho después del origen de los autómatas.
Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear vida
artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le
acompañen en su morada, seres que realicen sus tareas
repetitivas, tareas pesadas ó difíciles de realizar por un ser
humano. De acuerdo a algunos autores, como J. J. C. Smart y
Jasia Reichardt, consideran que el primer autómata en toda la
historia fue Adán creado por Dios. De acuerdo a esto, Adán y Eva
son los primero autómatas inteligentes creados, y Dios fué quien
los programó y les dio sus primeras instrucciones que debieran de
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seguir. Dentro de la mitología griega se puede encontrar varios
relatos sobre la creación de vida artificial, por ejemplo, Prometeo
creó el primer hombre y la primer mujer con barro y animados con
el fuego de los cielos. De esta manera nos damos cuenta de que la
humanidad tiene la obsesión de crear vida artificial desde el
principio de los tiempos. Muchos han sido los intentos por lograrlo.
Los hombres creaban autómatas como un pasatiempo, eran
creados con el fin de entretener a su dueño. Los materiales que se
utilizaban se encontraban al alcance de todo el mundo, esto es,
utilizaban maderas resistentes, metales como el cobre y cualquier
otro material moldeable, esto es, que no necesitara o requiriera de
algún tipo de transformación para poder ser utilizado en la creación
de los autómatas.
Estos primeros autómatas utilizaban, principalmente, la fuerza
bruta para poder realizar sus movimientos. A las primeras
máquinas herramientas que ayudaron al hombre a facilitarle su
trabajo no se les daba el nombre de autómata, sino más bien se les
reconocía como artefactos ó simples máquinas.
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