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PROPUESTA DE INVESTIGACION

APLICACIÓN DE LA ROBÓTICA MÓVIL EN EL CEAD PALMIRA

SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN

STEVEN TIGREROS MOJICA c.c. 1.113.656.335

CLAUDIA MILENA RAMIREZ BOLAÑOS c.c. 29.674.984

PROPUESTA DE INVESTIGACIÓN

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIAS E INGENIERIAS ECBTI

INGENIERIA DE SISTEMAS

PALMIRA

2011

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INTRODUCCION

El estudio de la robótica requiere de un amplio conocimiento de la misma, y

aunque es un área relativamente nueva, los avances realizados en sus pocos

años de historia han sido muy relevantes e importantes en el ámbito global y

general ya que es un área que ha aportado de alguna u otra forma en casi todas

las áreas de conocimiento tanto científico y tecnológico como de las demás áreas

existentes.

Existen dos grandes grupos en los que se divide la robótica, robots manipuladores

y robots móviles. Los primeros están implantados de forma muy importante en la

industria, los robots móviles son mucho más recientes y la investigación es mucho

más activa en este segundo grupo.

A través de los grandes avances de la robótica se pretende crear un mecanismo

electrónico que pueda desplazarse vía terrestre en zonas planas, evadir

obstáculos, identificar rostros y abarcar un medio de comunicación con las

personas; DEIWA como se llamará nuestro dispositivo electromecánico será

producto del estudio de una profunda investigación sobre la robótica móvil.

Debido a la importante investigación que se está realizando en el área de la

robótica, es complicado abarcar un rango representativo de ella. Por ello, en el

siguiente apartado, se investigara la robótica móvil y se implementará al construir

a DEIWA como un avance significativo en la robótica, el cual pretende no solo

cumplir tareas de movilización terrestre, sino también, cumplir con otras funciones

que harán de DEIWA un producto innovador, donde se consolide en grandes

avances tecnológicos.

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RESUMEN

La robótica es un área de investigación y desarrollo de aplicaciones muy diversas.

Su utilización masiva en la industria, y actualmente su creciente uso en

aplicaciones de asistencia y servicio, hacen de ella un área de mucho interés

tanto en el presente como en el futuro. Sus campos de aplicación se extienden

desde la asistencia a personas minusválidas hasta sofisticadas exploraciones

espaciales, pasando por un amplio rango de tareas a realizar.

Un estudio completo del área de la robótica es prácticamente imposible, por lo

que es necesario centrarse en un tema muy concreto donde poder profundizar de

forma eficiente. Pero antes de ello, es importante tener una visión general y

conocer las diferentes ramas de la robótica.

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CONTENIDO

Portada

Introducción

Resumen

Índice General

1. El problema

1.1 Formulación del problema

1.1.1 Importancia y alcances

1.1.2Delimitación del estudio propuesto

Mecanismos de movilidad

Aprovechamiento de la energía

Computación y Control

Sensores y Navegación

2. Revisión y análisis bibliográfico y documental

2.1 Literatura más reciente e importante acerca del problema

Robots Móviles

Movimiento

2.2 Resumen del estado del arte del estudio del problema

2.2.1 Estado del arte de la Robótica

Algunas patentes de robots que se realizaron son:

Isaac

Unimate

Puma

Genghis

Dante

Soujourner

2.3 Estado del arte de la robótica y sus aplicaciones con Java.

Introducción

¿Qué es un robot?

¿Qué es la robótica?

2.3.1 Clasificación de los robots

3. Plan de Trabajo

3.1 Consideraciones Generales

3.2 Etapas del trabajo, principales actividades de cada etapa

Conclusiones

Referencias

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1. EL PROBLEMA

1.1 Formulación del problema

1.1.1 IMPORTANCIA Y ALCANCES

Durante los periodos cursados dentro de la UNAD, no se ha desarrollado un

mecanismo electrónico, que incentive a las estudiantes de carreras como la

electrónica, ingeniería de sistemas entre otras afines a la aplicación de conceptos

teóricos a provechando los avances tecnológicos del día de hoy. A pesar de ser

un área interdisciplinaria, compleja es necesario que los estudiantes de la UNAD

se enfrente a situaciones de gran nivel que les permita desarrollar competencias;

para ser profesionales exitosos reconocidos en el mercado.

Es por esto que nos motivamos a la realización de DEIWA como propuesta

investigativa que permita motivar, a los estudiantes a la creación de sus propios

robots y porque no contribuir a la comunidad estudiantil en la ubicación de los

tutores programados los fines de semana, además de otras aplicaciones que se

le puedan dar.

1.1.2 DELIMITACIÓN DEL ESTUDIO PROPUESTO:

El área de la robótica es una área sumamente extensa es por esto que nos

enfocaremos en la robótica móvil, que emplea un mecanismo que permite

desplazarse autónomamente, en nuestro caso 2 ruedas que reciben la

información del entorno con sus propios sistemas sensores, aun siendo este un

tema bien amplio nuestro robot tendrá mecanismo de locomoción en superficies

lisas, planas lo que hacen que el mecanismo sea diferente a superficies rugosas e

inclinadas, para ello utilizara soluciones tecnologías como las Estrategias wheels

and props, esta utiliza ruedas o cadenas.

El desarrollo de la microelectrónica y los sistemas embebidos ha hecho posible el

diseño de sistemas que combinan la movilidad y la autonomía, dos de los puntos

de interés más relevantes de la investigación robótica.

Se podría hablar de 4 áreas dominantes en la investigación de los robots

Móviles:

Mecanismos de movilidad

Como ya se ha descrito, existen dos tendencias para el diseño de robots móviles,

los diseños de ingeniería y los diseños biocinéticas. Actualmente, ambas

estrategias son la base de una importante área de investigación.

Los estudios sobre la cinemática y dinámica del movimiento en cualquier contexto

(tierra, aire o agua), continúan siendo fundamentales en el desarrollo de los

modernos sistemas. Éstos pueden aprovechar al máximo las fuerzas con las que

interactúan para reducir el gasto energético.

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Las propiedades de los materiales y el diseño, son también un punto de interés

principal en los nuevos mecanismos. El uso de materiales ligeros y a su vez de

una gran resistencia e incluso deformables dinámicamente, es un área muy

importante de investigación.

Aprovechamiento de la energía

Un mayor tiempo de autonomía de los vehículos implica una eficiencia energética

del movimiento mayor es por esto que debemos elegir el mejor recurso energético

para nuestro robot que le permita mantenerse el mayor tiempo posible en

movimiento y con el cumplimiento efectivo de sus tareas de reconocimiento de

rostros y comunicación.

Computación y control

La introducción de la microinformática ha posibilitado el uso de los sistemas

embebidos más pequeños, ligeros y eficientes que los anteriores sistemas de

control. Estos nuevos sistemas embebidos, han permitido a los robots ser

capaces de contener una arquitectura avanzada de programación, basada en la

captación de información por medio de sensores y en una toma de decisiones

inteligente “a bordo”.

Sensores y navegación

Los sensores tienen 2 propósitos principales en los vehículos robóticos:

1. Los sensores monitorizan el entorno y son usados para el control de tareas

interactivas. Por ejemplo, DEIWA nuestro robot terrestre puede desplazarse,

evadir obstáculos, identificar rostros e informar a la comunidad en general de

situaciones de interés.

2. Los sensores son fundamentales para permitir la navegación autónoma de un

robot móvil. Cada vehículo debe ser capaz de saber dónde está localizado y qué

estructura tiene el área que lo rodea, para ser capaz de moverse sin peligro.

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2. REVISION Y ANALISIS BIBLIOGRAFICO Y DOCUMENTAL

2.1 Literatura más reciente e importante acerca del problema

Robots móviles

Los robots móviles están provistos de algún tipo de mecanismo que les permite

desplazarse de lugar autónomamente, como pueden ser patas, ruedas u orugas y

reciben la información del entorno con sus propios sistemas sensores.

Son empleados en plantas industriales para el transporte de mercancías y para la

exploración de lugares de difícil acceso o muy distantes, como es el caso de la

exploración espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.

Movimiento

Con el conocimiento de la cinemática y la dinámica de un manipulador con

elementos series, sería interesante mover los actuadores de sus articulaciones

para cumplir una tarea deseada controlando al manipulador para que siga un

camino previsto. Antes de mover el brazo, es de interés saber si hay algún

obstáculo presente en la trayectoria que el robot tiene que atravesar (ligaduras de

obstáculos) y si la mano del manipulador necesita viajar a lo largo de una

trayectoria especificada (ligaduras de trayectoria). El problema del control de un

manipulador se puede dividir convenientemente en dos subproblemas coherentes:

el subproblema de planificación de movimiento (o trayectoria) y el subproblema de

control del movimiento.

La curva espacial que la mano del manipulador sigue desde una localización

inicial (posición y orientación) hasta una final se llama la trayectoria o camino. La

planificación de la trayectoria (o planificador de trayectoria) interpola y/o aproxima

la trayectoria deseada por una clase de funciones polinomiales y genera una

secuencia de puntos de consignas de control en función del tiempo para el control

del manipulador desde la posición inicial hasta el destino.

En general, el problema de control de movimientos consiste en: 1) obtener los

modelos dinámicos del manipulador, 2) utilizar estos modelos para determinar

leyes o estrategias de control para conseguir la respuesta y el funcionamiento del

sistema deseado. Desde el punto de vista de análisis de control, el movimiento del

brazo de un robot se suele realizar en dos fases de control distintas. La primera

es el control del movimiento de aproximación en el cual el brazo se mueve desde

una posición/orientación inicial hasta la vecindad de la posición/orientación del

destino deseado a lo largo de una trayectoria planificada. El segundo es el control

del movimiento fino en el cual el efector final del brazo interacciona

dinámicamente con el objeto utilizando información obtenida a través de la

realimentación sensorial para completar la tarea.

El sistema de reconocimiento facial es una aplicación dirigida por ordenador que

identifica automáticamente a una persona en una imagen digital. Esto es posible

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mediante un análisis de las características faciales del sujeto extraídas de la

imagen o de un fotograma clave de una fuente de video, y comparándolas con

una base de datos.

Identificación de rostros

El reconocimiento facial se ha convertido en los últimos años en un área de

investigación activa que abarca diversas disciplinas, como procesado de

imágenes, reconocimiento de patrones, visión por ordenador y redes neuronales.

Involucra tanto a investigadores del área de informática como a seudocientíficos y

psicólogos. Se podría considerar también dentro del campo de reconocimiento de

objetos, donde la cara es un objeto tridimensional sujeto a variaciones de

iluminación, pose, etc., y ha de ser identificada basada en su proyección 2D

(excepto cuando se utilizan técnicas 3D).

El objetivo de un sistema de reconocimiento facial es, generalmente, el siguiente:

dada una imagen de una cara "desconocida", o imagen de test, encontrar una

imagen de la misma cara en un conjunto de imágenes "conocidas", o imágenes

de entrenamiento. La gran dificultad añadida es la de conseguir que este proceso

se pueda realizar en tiempo real. El sistema identificará las caras presentes en

imágenes o videos automáticamente. Puede operar en dos modos:

Verificación o autentificación de rostros: compara una imagen de la cara con otra

imagen con la cara de la que queremos saber la identidad. El sistema confirmará

o rechazará la identidad de la cara.

Identificación o reconocimiento de rostros: compara la imagen de una cara

desconocida con todas las imágenes de caras conocidas que se encuentran en la

base de datos para determinar su identidad.

Por su naturaleza amigable, este tipo de sistemas siguen siendo atractivos a

pesar de la existencia de otros métodos muy fiables de idenficiación personal

biométricos, como el análisis de huellas dactilares y el reconocimiento del iris.

Se utiliza principalmente en sistemas de seguridad para el reconocimiento de

usuarios. En estos sistemas se utiliza un lector que define las características del

rostro, y cuando este solicita el acceso, se verifica comparando los datos

obtenidos con la base de datos. Sin embargo, estos sistemas no son útiles a largo

plazo ya que, a medida que pasan los años, los rasgos faciales varían y al

solicitar el acceso ya no coinciden con la imagen en la base de datos. Para

solucionar este problema se puede utilizar un algoritmo que interprete el paso de

los años, aunque igualmente sigue sin ser del todo fiable), o bien, renovar

frecuentemente la base de datos.

También se utiliza en aplicaciones de interacción persona-ordenador, en gestión

multimedia, y en software como Google's Picasa, Apple iPhoto, Sony's Picture

Motion Browser (PMB), Facebook y Asus Smart Logon.

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Sensores del robot

La utilización de mecanismos sensores externos permite a un robot interaccionar

con su entorno de una manera flexible, esto está en contraste con operaciones

reprogramadas en las cuales a un robot se le enseña para efectuar tareas

repetitivas mediante un conjunto de funciones pre programadas. Aunque esto

último es con mucho la forma más predominante de operación de los robots

industriales actuales, la utilización de tecnología sensorial para dotar a las

máquinas con un mayor grado de inteligencia al tratar con su entorno es

realmente un tema de investigación y desarrollo activo en el campo de la robótica.

La función de los sensores del robot se pueden dividir en dos categorías

principales: estado interno y estado externo. Los sensores del estado interno

tratan con la detección de variables tales como la posición de la articulación del

brazo, que se utiliza para controlar el robot. Por otra parte, los sensores de estado

externo tratan con la detección de variables tales como alcance, proximidad y

contacto. Los sensores externos se utilizan para guiado de robots, así como para

la identificación y manejo de objetos. Aunque los sensores de proximidad,

contacto y fuerza juegan un papel significativo en la mejora del funcionamiento del

robot, se reconoce que la visión es la capacidad sensorial más potente del robot.

La visión del robot se puede definir como el proceso de extraer, caracterizar e

interpretar información de imágenes de un mundo tridimensional. Este proceso,

también comúnmente conocido visión de máquina o de ordenador, se puede

subdividir en seis áreas principales:

1) sensor 2) pre procesamiento 3) segmentación 4) descripción 5) reconocimiento 6) interpretación.

Es conveniente agrupar estas diversas áreas de visión de acuerdo con la

sofisticación que lleva su desarrollo. Consideramos tres niveles de procesamiento:

visión de bajo, medio y alto nivel. Aunque no existen fronteras nítidas entre estas

subdivisiones, proporcionan un marco útil para categorizar los distintos procesos

que son componente inherente de un sistema de visión por máquina. En nuestra

discusión, trataremos los sensores y el pre procesamiento como funciones de

visión de bajo nivel.

Esto nos llevará desde el propio proceso de formación de imagen hasta

compensaciones tales como la reducción de ruido, y finalmente a la extracción de

características primitivas de imágenes tales como discontinuidades en la

intensidad. Asociaremos con la visión de medio nivel aquellos procesos que

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extraen, caracterizan y etiquetan componentes en una imagen resultante de la

visión de bajo nivel. En términos de nuestras seis subdivisiones, trataremos la

segmentación, descripción y reconocimiento de objetos individuales como

funciones de visión de medio nivel. La visión de alto nivel se refiere a procesos

que intentan emular el conocimiento.

Lenguaje de programación

Un gran obstáculo en la utilización de los manipuladores como máquinas de uso

general es la falta de comunicación eficaz y apropiada entre el usuario y el

sistema robótico, de forma que éste pueda dirigir al manipulador para cumplir una

tarea dada. Hay algunas formas de comunicarse con un robot, y los tres grandes

enfoques para lograrlo son: el reconocimiento de palabra discreta, enseñar y

reproducir y lenguajes de programación de alto nivel.

El estado actual del reconocimiento de voz es bastante primitivo y generalmente

depende del orador. Pueden reconocer un conjunto de palabras discretas de un

vocabulario limitado y normalmente requiere que el usuario pare entre palabras.

Aunque es posible reconocer palabras en tiempo real debido a componentes de

ordenador más rápidos y algoritmos de procesamientos eficientes, la utilidad del

reconocimiento de palabras discretas para describir una tarea es limitada. Más

aún, requiere una gran cantidad de memoria para almacenar el discurso, y

normalmente se necesita un período de entrenamiento para incorporar patrones

de voz con fines de reconocimiento.

El método de enseñar y reproducir lleva consigo el instruir al robot al dirigirlo a

través de los movimientos que va a realizar. Esto se suele efectuar en los pasos

siguientes: 1) dirigir al robot en movimiento lento utilizando control manual a

través de la tarea de montaje completa, siendo grabados los ángulos de las

articulaciones del robot en posiciones apropiadas con el fin de reproducir el

movimiento; 2) edición y reproducción del movimiento enseñado, y 3) si el

movimiento enseñado es correcto, entonces el robot lo ejecuta a una velocidad

apropiada de forma repetitiva. Este método se conoce también como guiado y es

el enfoque más comúnmente utilizado en los robots industriales de hoy día.

Un planteamiento más general para resolver los problemas de comunicación

hombre-robot es la utilización de programación de alto nivel. Los robots se utilizan

comúnmente en áreas tales como soldadura por arco, soldadura de punto y

pintura al spray". Estas tareas no requieren interacción entre el robot y el entorno

y se pueden programar fácilmente mediante guiado. Sin embargo, el uso de

robots para efectuar tareas de montaje requiere generalmente técnicas de

programación de alto nivel. Se necesita este esfuerzo porque el manipulador se

controla normalmente por un ordenador, y la manera más efectiva para que los

humanos se comuniquen con el ordenador es a través de un lenguaje de

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programación de alto nivel. Más aún, al utilizar programas para describir tareas de

montaje, permite a un robot efectuar trabajos diferentes simplemente ejecutando

el programa apropiado. Esto aumenta la flexibilidad y versatilidad del robot.

2.2 RESUMEN DEL ESTADO DEL ARTE DEL PROBLEMA

2.2.1 ESTADO DEL ARTE DE ROBOTICA

Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes del cuerpo

humano, los griegos tenían una palabra específica para denominar estas

máquinas: autómatas. De esta palabra deriva la actual autómata: máquina que

imita la figura y movimientos de un ser animado.

La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor

checo carel Capel (1890-1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra

Rossum´s Universal Robot (T.U.R). Su origen es la palabra eslava robota, que se

refiere al trabajo realizado de manera forzada.

Se le atribuye a Asimov la creación del término robotics (robotica) que desde su

obra literaria, ha contribuido decisivamente a la divulgación y difución de la

robótica. Asimov es considerado el padre de la robotica.

La RIA (Robot Industries Association) lo define así: un robot es un manipulador

reprogramable y multifuncional, diseñado para mover cargas, piezas,

herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variadas y

programadas.

ROBÓTICA: El diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas

programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de

automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa

de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores,

mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc."

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. 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.

Algunas patentes de robots que se realizaron son:

1938 ELEkTRO. Humanoide presentado en la feria mundial de Nueva York.

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Robot de 136 kilogramos por la firma Westinghouse: Elektro the Moto Man. Siete

pies de altura, con un peso de 265 libras, humanoide, podría caminar por

comando de voz, hablar (usando un tocadiscos de 78-rpm),podia fumar, volar

globos, y mover la cabeza y los brazos. Elektro el cuerpo de acero consiste en un

conjunto de engranajes, levas y motores con un esqueleto cubierto por una piel de

aluminio. Sus fotoeléctrica "ojos" podría distinguir el rojo y el verde la luz.Elektro

se puede ver en el museo Mansfield Memorial en Ohio, EEUU. Esto ha sido

posible gracias a la labor de restauración de Jack Weeks quien ahora, está

buscando al perro Sparko la mascota creada para Elektro, un perro robot que

podría inclinarse, sentarse, y mendigar.

1942. Isaac Asimov crea el concepto las tres leyes de la robótica:

Un robot no debe lastimar a un ser humano o, por falta de acción, permitir que un

ser humano se lastime.

Un robot debe obedecer las órdenes dadas por un ser humano, con excepción de

las órdenes que contradigan a la primera ley.

Un robot debe proteger su propia existencia mientras dicha protección no esté en

conflicto con la primera y segunda ley.

1956. UNIMATE, de tipo industrial utilizado por la línea de ensamble GM. Por

George Devol. Fue el primer robot industrial. Utilizan los principios de control

numérico para el control de manipulador y era un robot de transmisión hidráulica.

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1975. PUMA, (Maquina Universal Programable para ensamblado). De tipo

industrial. Para tareas de montaje por Unimation, basándose en diseños

obtenidos en un estudio de la General Motors.

1977. Los robots llegan al espacio en el voyager 1 y voyager 2.

Sondas compuestas de cámaras y sensores para fotografía y adquisición de

datos, estas sondas Voyager I y Voyager II, ambas de idéntica estructura, fueron

lanzadas en 1977 con el objetivo de explorar gran parte de nuestro sistema solar.

Estas naves aprovecharon hasta la extenuación la fuerza gravitacional de los

planetas por los que iban pasando para poder "impulsarse" de un planeta a otro.

La situación en ese instante de los planetas exteriores del Sistema Solar (los

situados más lejos del Sol que la Tierra) era idónea para que de un planeta las

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sondas pudieran pasar a otro y así ganar velocidad. Exploraron Júpiter, Saturno,

Urano y Neptuno proporcionando información tremendamente útil sobre estos

planetas y hoy en día (Enero 2005) están al doble de distancia del Sol que Pluto,

el planeta más alejado de los que giran en torno al Sol.

Ruta de los voyager:

1979. se funda el instituto de robótica en la universidad Carnegie Mellon (RI)

1981. brazo de transmisión directa que tiene motores en las articulaciones para

que el movimiento sea más fino y preciso. Por takeo kanade.

1986. media Lab del MIT y LEGO, desarrollan y venden productos educativos.

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1989. GENGHIS, por MIT.

Robot de forma similar a un insecto. Demuestra la eficacia de usar los numerosos

robots pequeños, ligeros, móviles para reconocer la superficie marciana. Genghis

fue un prototipo posterior a otras autónomas arañas como los robots attila y

hannibal. Genghis pesa alrededor de 1 kilogramo, contiene 6 censores piro

eléctricos para detectar vida animal y ocupa 12 motores para impulsar el

movimiento en sus 6 patas independientes. Genguis se encuentra ahora

localizado en el National Air and Space Museum, en Washington.

1993 DANTE Universidad Cgie.

Robot destinado a servir de modelo para la exploración futura del planeta Marte.

Enviado al cráter del volcán activo del monte Erebus en la Antártida para tomar

muestras. El descenso del robot al interior del Monte Erebus, que ofrece

similitudes con el universo marciano, se detuvo debido a fallos en un cable de

fibra óptica.

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1994 Dante II, Asciende el monde Spurr en Alaska. Tuvo éxito.

Se trata de un robot de 8 patas, con un sistema de locomoción denominado

framewalker, caracterizado por el desplazamiento de dos planos paralelos a la

superficie, cada uno dotado de 4 patas que pueden subir y bajar. El movimiento

es estáticamente estable. Fue utilizado en Julio de 1994 para la exploración del

volcán del Monte Spurr en Alaska, proyecto subvencionado por la NASA.

Se diseñó específicamente para descencer al volcan y obtener datos para su

posterior análisis científico. Utilizó para ello una cuerda, que une al robot con la

cima del volcán, y que le permite controlar el descenso (como si estuviese

haciendo rapel).

Este robot no es totalmente autónomo, está tele controlado, aunque es capaz de

realizar algunas acciones por su cuenta. Los operadores se encontraba a 120Km

de distancia, recibiendo la información vía satélite. El robot estuvo operativo

durante 5 días, en unas condiciones adversas (altas temperaturas y presencia de

gases tóxicos) y un terreno muy escarpado. Los objetivos de la misión fueron:

Descender al interior del cráter.

Recolectar y enviar datos del interior.

Realizar toda la operación sin necesidad de presencia humana.

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1996 P3, humanoide desarrollado por Honda, 10 años en desarrollo.

El robot P3 de honda es posiblemente el robot más famoso del mundo, sobre

todo, desde que protagonizo un anuncio publicitario de la multinacional japonesa.

En este anuncio se podía ver al robot P3 ejerciendo una de las tareas que ningún

otro robot podía hacer hasta entonces (y es posible que todavía no haya ninguno):

subir escaleras. Este robot es de los conocidos como humanoides, debido a su

aparente forma humana.

Honda define la inteligencia como la "capacidad de establecer estrategias de

resolución de problemas para lograr un objetivo concreto mediante el

reconocimiento, el análisis, la asociación y la combinación de datos, la

planificación y la toma de decisiones". Honda es la primera en reconocer que

ASIMO todavía dista mucho de tener todas estas capacidades, pero considera

que se han realizado avances importantes.

Además de las capacidades cognitivas asociadas al sistema de "avance

inteligente", las versiones de ASIMO que se están desarrollando en Japón

cuentan con varias funciones inteligentes, entre las que destacan la capacidad de

reconocer a personas, objetos y gestos, calcular las distancias y el sentido de

desplazamiento de varios objetos.

Estas informaciones visuales se registran, interpretan y traducen en acciones.

Gracias a estas funciones, ASIMO puede evitar los objetos que se encuentran en

su camino, saber que alguien quiere darle la mano y actuar en consecuencia

tendiéndole la suya.

En cierta medida, ASIMO también puede entender y hablar. Puede reconocer

voces, distinguir sonidos y palabras, responder a determinadas instrucciones e

intercambiar frases simples y saludos con una persona. Actualmente, ASIMO

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puede entender 50 saludos y tratamientos distintos, así como 30 instrucciones, y

actuar en consecuencia.

1997 SOUJOURNER, misión Pathfinder. En el 2008 fue aceptado en la sala de la

fama de los robots.

La misión Mars PathFinder formó parte del proyecto Discovery de la NASA. El 4

de julio de 1997 Pathfinder llegó a su destino final. Una vez allí envió datos que

permitieron el estudio de la atmósfera y la superficie de Marte. Así mismo se

realizaron experimentos diversos.

El sistema enviado a Marte consta de dos partes bien diferenciadas. Por un lado

el lander, que es el sistema base, y por otro el rover, un vehículo robot de nombre

'Sojourner' con capacidad para moverse sobre suelo marciano.

El lander lleva tres antenas: la antena de alta ganancia (HGA), usada en el enlace

con la Tierra; la antena de baja ganancia (LGA), usada para el enlace con la

Tierra durante el viaje hasta Marte; y la antena del LMRE (Lander Mounted Rover

Equipment), utilizada para comunicarse con el 'Sojourner'. De todas ellas

hablaremos más tarde, en la sección de comunicaciones.

El elemento más llamativo de la misión es el 'Sojourner'. Por primera vez un

vehículo fabricado por el hombre y manejado por control remoto se movía sobre la

superficie de otro planeta. Sus principales características son:

Peso total: 16 Kg.

Peso de los equipos: 4.5 Kg., incluyendo la antena UHF y el modem.

Navegación: autónoma, usando un láser que detecta la presencia de obstáculos.

Sistema de movilidad: seis ruedas y suspensión.

Comandos y telemetría: por un enlace UHF con el lander.

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Payload: dos cámaras (anterior y posterior) y el APXS y su mecanismo de

despliegue.

Fuente de energía: panel solar 0.25-M2 con potencia de pico 16 W., y una bateria

de 50 W. Control térmico: tres calentadores de radioisótopos (RTGs).

Ordenador: 80C85 MIPS con 0.5 Mbyte RAM. Peso: 0.5 Kg. Consumo: 1.5 W

Tiempo de las operaciones en la superficie: 10 A.M. a 2 P.M. cada día marciano.

Lander.

Soujourner.

1998 FURBY. Juguete robótico.

La criatura ofrece una amplia gama de emociones, movimientos, reconocimiento

de voz avanzado y bilingüe, reacciona basándose en la reacción que el propio

niño tenga ante él, pudiendo: Hablar, bailar, cantar, contar bromas, jugar, contar

cuentos, chistes, se ríe. Es flexible, sus ojos son expresivos, los oídos y las cejas

movibles permiten que la criatura sonría, frunza el ceño e incluso produzca un

grito de asombro pero nada aterrorizador.

Aibo ("amigo" en japonés) es un robot mascota que tiene forma de perro. Dispone

de sensores que le evitan chocar contra objetos, y una cola que funciona de

antena, además de "sentido del tacto".

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Usa una combinación de tecnologías robóticas y multimedia e inteligencia artificial

para hacer posible que una serie de hardware y software, normalmente

“inanimado”, pueda tratarse como si fuera un compañero interactivo. Bajo una

“vestimenta” en forma de perro, el Aibo genera interacción con su operador: Es

capaz de reconocer los gestos e incluso la actitud corporal de su dueño. Es

sensible a las caricias, tiene una enorme capacidad de movimientos, equilibrio y

flexibilidad, y lo más importante: aprende.

Según la compañía, Aibo verdaderamente tiene emociones e instintos

programados en su cerebro, según la situación.

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2.3 ESTADO DEL ARTE DE LA ROBÓTICA Y SUS APLICACIONES CON

JAVA.

INTRODUCCIÓN

La robótica, como se conoce hoy en día nació con el primer robot de la era

moderna llamado “Hélice la Tortura”, creada por Grey Walters en la década de los

40. Sin embargo, la robótica tiene su origen hace miles de años. Basándose en la

historia, cuando la robótica no era una ciencia y los robots eran llamados

autómatas. En sí, la palabra robot fue creada por un checoslovaco llamado Karel

Capek que dio el nombre de robot por primera vez en una obra teatral titulada,

R.U.R. (Rossum´s Universal Robot). La palabra “robota” en checoslovaco significa

“trabajador que proporciona servicio obligatorio (esclavo)”.

Isaac Asimov presenta en sus libros de ciencia ficción un mundo futuro en que

existían reglas de seguridad para que los robots no puedan ser dañinos para los

seres humanos, por tal razón propuso las tres leyes para la robótica y luego

adicionó la ley cero.

Ley Cero: Un robot no puede afectar a la humanidad, o permitir que por su

inacción la humanidad resulta afectada.

Ley Uno: Un robot no puede dañar a un ser humano o, a través de la inacción,

permitir que se dañe a un ser humano.

Ley Dos: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos,

excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.

Ley Tres: Un robot debe de proteger su propia existencia siempre y cuando esta

protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.

¿QUÉ ES UN ROBOT?

Es un manipulador automático servo controlado, reprogramable, polivalente

(apropiado), capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos

especiales, siguiendo trayectorias variables programables, para la ejecución de

diversas tareas. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y

ocasionalmente de percepción del entorno.

¿QUÉ ES LA ROBÓTICA?

La Robótica es una ciencia aplicada, que surgió aproximadamente en 1960.

Desde entonces ha despertado un interés de cualquier previsión. El auge de la

Robótica y la imperante necesidad de su implantación en numerosas

instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen número de

especialistas en la materia.

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A continuación se muestra un cronograma resumido de los avances de la

robótica.

2.3.1CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS.

La potencia del software en el controlador determina la utilidad y flexibilidad del

robot dentro de las limitantes del diseño mecánico y la capacidad de los sensores.

Los robots han sido clasificados de acuerdo a su generación, a su nivel de

inteligencia, a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programación. Estas

clasificaciones reflejan la potencia del software en el controlador, en particular, la

sofisticada interacción de los sensores.

Androides:

Los androides son robots que se asemejan y actúan como los seres humanos. Es

el nombre que se le da a un robot antropomorfo, es decir, que tiene forma o

apariencia humana, y además imita algunos aspectos de su conducta de manera

autónoma. La palabra androide posee un origen etimológico griego, al estar

constituido por andro (hombre) y eides (forma).

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 y situaciones.

Zoomórficos:

Robots caracterizados principalmente por su sistema de locomoción que imita a

diversos seres vivos. Los androides pueden ser considerados robots zoomórficos.

Se agrupan en dos categorías principales: caminadores y no caminadores.

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.

UNO DE TANTOS EJEMPLOS QUE SE TIENE HOY EN DÍA DENTRO DEL

ESTADO DE ARTE EN LA ROBÓTICA Y SUS APLICACIONES JAVA, LO

TENEMOS EN EL PLANETA ROJO.

El primer explorador espacial que arribó a tierras marcianas tiene un sistema de

control basado en las capacidades de la tecnología Java de Sun Microsystems,

que operan científicos de la NASA desde el Jet Propultion Laboratory (JPL).

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Java™3D y Java™ Advanced Imaging Technology, son claves para la operación

del software que utiliza el JPL para retener e interpretar las imágenes de tiempo

real que captura el Spirit. La NASA ha creado una versión del software, disponible

en la Red, que demuestra simulaciones en 3D del paisaje marciano, visión que les

permite a los expertos en la Tierra manejar los movimientos del robot en ese

agreste paisaje.

Existen múltiples razones por la cuales JPL se apoya en la tecnología Java para

el control y el sistema de imágenes del robot: la NASA obtiene una grandiosa

rentabilidad y productividad, al mismo tiempo que reconoce la habilidad de Java

de correr en cualquier plataforma.

En la actualidad Sun y el JPL de la NASA suman esfuerzos para el desarrollo de

un sistema de control de tecnología Java que proporcione a futuros robots la

capacidad de tomar decisiones inteligentes e independientes mientras exploran el

planeta rojo.

LA CONTRIBUCIÓN DE HP:

El mismo software que permite en todo el mundo ejecutar videojuegos en

teléfonos celulares es el que ahora permite que los científicos conduzcan el

vehículo de última tecnología controlado remotamente sobre la superficie de

Marte. Java es utilizado para manejar el vehículo por la superficie del planeta rojo,

mientras que Hewlett Packard (HP) ha contribuido en el desarrollo de la

tecnología de transmisión de imágenes. Esto último ha sido posible gracias a las

investigaciones de tres científicos israelíes del centro de investigaciones de Haifa,

"Technion", vinculado a los laboratorios de Hewlett Packard.

ARQUITECTURA ACROMOVI:

Los avances en robótica móvil, poder de computación y comunicaciones

inalámbricas han hecho posible el desarrollo de comunidades de robots

autónomos. En los últimos años, hay un creciente interés en sistemas de múltiples

robots autónomos capaces de llevar a cabo tareas cooperativas.

La implementación de la arquitectura tiene la capacidad de permitir al equipo de

robots el cumplimiento de tales tareas, y también tiene herramientas y

características que permiten a los programadores desarrollar aplicaciones

complejas en un tiempo razonable.

La arquitectura Acromovi es un framework para el desarrollo de aplicaciones por

medio de agentes embebidos y agentes interfaz con código nativo de bajo nivel.

La arquitectura además implementa la compartición de los recursos de un robot

entre todo el grupo. También facilita la cooperación entre los robots de manera

que se puedan realizar tareas de modo coordinado. Además, Acromovi es una

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arquitectura distribuida que trabaja como middleware de otra arquitectura global

para la programación de los robots.

Aunque la programación de robots se ha hecho mayoritariamente en C o C++, se

ha elegido un sistema de desarrollo de sistemas multiagente basado en Java para

el desarrollo de la arquitectura de nuestro equipo de robots. Cualquier sistema de

desarrollo de sistemas multiagente común podría haber sido elegido, pero se ha

optado por implementar la arquitectura por medio de JADE, una herramienta para

el desarrollo de sistemas multiagente, implementada en Java, que cumple las

especificaciones FIPA.

El estado del arte se hace mención a lo relacionado con las arquitecturas de

control y sistemas de múltiples robots trabajando cooperativamente.

Arquitecturas:

GOPHER: Fue pensada para resolver problemas de una manera distribuida

mediante multirobots en entornos internos.

CTPS: Sistema Central de Planificación de Tareas, comunica con todos los robots

y dispone de una visión global de las tareas que han sido hechas o de la

disponibilidad de los robots para realizar el resto de tareas.

MICRobES: Es un experimento de robótica colectiva que trata de estudiar la

adaptación a largo plazo de una micro-sociedad de robots autónomos en un

entorno con humanos.

CEBOT: (CEllular roBOTics System) Es una arquitectura jerárquica

descentralizada inspirada por la organización celular de las entidades biológicas.

Es capaz de reconfigurarse dinámicamente para adaptarse a las variaciones del

entorno.

ThinkingCap-II: Es una arquitectura desarrollada en un proyecto de plataforma

distribuida basada en agentes para robots móviles. Implementada sobre una

máquina virtual en tiempo real (RT-Java), efectuando un conjunto de

comportamientos reactivos.

Miro: Es un middleware para crear aplicaciones para robots móviles autónomos.

Este software además proporciona servicios abstractos genéricos, los cuales

pueden ser aplicados en diferentes plataformas robóticas sin realizar

modificaciones.

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3. PLAN DE TRABAJO 3.1 Consideraciones generales

DEIWA, es un proyecto costoso que requiere la financiación de un ente privado o

público para la consecución del mismo, se estudiaran cuáles son los materiales

apropiados de acuerdo a la relación costo beneficio, para poder lograr que DEIWA

sea una realidad.

3.2 Etapas del trabajo, principales actividades de cada etapa Trabajaremos con el método científico cada una de sus etapas harán nuestras etapas de trabajo para esto:

1. Observación: Observar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, para estudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente.

Para ello visitaremos Universidades de la ciudad de Palmira, públicas o privadas, que desarrollen robótica y permitan darnos una visión amplia del caso.

2. Inducción: La acción y efecto de extraer, a partir de determinadas observaciones o experiencias particulares, el principio particular de cada una de ellas.

2.2.1 Recolección de la información 2.2.2 Clasificación de la información de acuerdo a la utilidad del proyecto 2.2.3 Procesar la información

3. Hipótesis: Planteamiento mediante la observación siguiendo las

normas establecidas por el método científico. 3.1 Implementación de la teórica en desplazamiento, identificación de rostros y

comunicación.

4. Probar la hipótesis por experimentación.

4.1 En este apartado entraría cada una de las pruebas que se desarrollan de acuerdo a los avances en la creación de DEIWA.

5. Demostración o refutación (antítesis) de la hipótesis.

6. Tesis o teoría científica (conclusiones).

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CONCLUSIÓN:

Durante el desarrollo de la investigación nos dimos cuenta de la importancia que

hoy en día tienen los Robots y lo que han tenido desde su origen. Por ejemplo, el

comportamiento de un robot autónomo viene determinado por el programa que

gobierna sus actuaciones. La creación de programas para robots debe cumplir

con ciertos requisitos específicos frente a la programación en otros entornos más

tradicionales, como el ordenador personal. Por lo general el software de los robots

se estructura actualmente en tres niveles: sistema operativo, plataforma de

desarrollo y aplicaciones concretas.

El principal objetivo de la robótica es la construcción de máquinas capaces de

realizar tareas con la flexibilidad, la robustez y la eficiencia que exhiben los

humanos. Los robots son potencialmente útiles en escenarios peligrosos para el

ser humano, aburridos, sucios o difíciles. En este sentido los brazos robóticos que

se emplean en las fábricas de coches para soldar y pintar, los robots móviles que

se envían a Marte, o los que se utilizan para limpiar centrales nucleares son

varios ejemplos de aplicaciones reales en las cuales se utilizan robots hoy día.

Por lo que la existencia de robots que realicen autónomamente tareas de modo

eficiente dependiendo fundamentalmente de su construcción mecánica y de su

programación. (Como Ejemplo el lenguaje de programación de Java que es uno

de los encargados de manipular las actividades que realicé).

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REFERENCIAS

[1] K-team. Khepera user manual. Lausana: EPFL, 1998.

[2] Nomadic Technologies, Inc. http://www.robots.com/. Diciembre/2005

[3] Real world interface. http://www.rwii.com/. Enero/2006.

[4] Bacca EB y Paz EA. “Diseño e implementación de un robot móvil modular”.

Energía y computación. 2000, Vol. 9, No. 2, p. 34-39.

[5] Cubas C, Consuegra M, López R et al. ”Dispositivos autómatas para navegación, detección, recolección de pelotas de tenis en ambientes conocidos”. Ingenieríay Desarrollo. 2001, No. 9, p. 98-112.

[6] Muñoz ND, Trespalacios E, Aedo JE. “Giraa_01: Una plataforma para investigación en robótica móvil. Revista Silicio. 2002, Vol.1, n.14, p. 26 – 31.

[7] Ramirez G. “Método de aprendizaje simple para navegación de minirobots móviles rodantes”. Dyna. 2003, Vol. 70, No. 138. p. 47-54

[8] Córdoba JP, Restrepo C, Ríos LE. “Descripción de una plataforma móvil implementada para el estudio de técnicas inteligentes de navegación: p-metin”. Scientia et Técnica. 2005, Año XI, No 27, p.37-42.

[9] Jones J, Flynn A, Seiger B. Mobile Robots Inspiration to implementation. Massachusetts: Editorial A K Peters, Ltd, 1998.

[10] Ollero A. Robótica manipuladores y robots móviles. Marcombo, Barcelona, 2001.