¿Qué es un robot?

Componentes de un robot

Dr. Héctor Darío Aguirre Arvizu

20-03-23

     La robótica es el estudio y aplicación de la automatización, empleando conocimientos científicos y técnicos, aunando a una programación y, en la actualidad, con inteligencia artificial.
     El robot es una máquina o mecanismo capaz de realizar tareas de forma automática sin la intervención directa del ser humano. Ello le permite tener diversas aplicaciones en las que no puede trabajar el ser humano, por ser peligroso, o que realice actividades que al humano le pueden ser aburridas, las haría más lentas o con baja precisión. Es decir, el robot realiza tareas con precisión y alta velocidad.
     La gran diferencia entre un robot y un autómata es que el primero toma decisiones basado en los resultados de su propio actuar o considerando variables que captará por medio de sus sensores o atrayendo hacia sí información de otros lugares. En cambio el autómata realizará la misma acción siempre hasta que se acabe la energía.

     A continuación indicamos las diez partes básicas con que debe contar un robot para considerarse tal. Si alguna de las partes falta lo más seguro es que no se trata de un robot, sino de un autómata simple.
     
     a) Hardware:

     1) Fuente de alimentación o fuente de energía, que puede ser una pila sencilla o una fuente más compleja que transforma la energía eléctrica de voltaje de 120 o 220 V C. A. en D. C. utilizable. Proporciona la energía adecuada para que el mecanismo se mueva. Si son pilas le darán un cierto grado de dependencia, pero estará la desventaja de que hay que cambiarlas o recargarlas. 
      La fuente de potencia permite entregar grandes cantidades de energía para funciones de largo plazo.

Pilas voltaicas

Fuente de voltaje regulado

     2). Estructura de soporte, que puede ser la base del mecanismo, por ejemplo el soporte de un brazo mecánico, o pueden ser las patas de un robot caminante.

Brazo mecánico, con base para pilas.

Hexápodo, sus patas son el soporte y el actuador.

Robot bípedo, se apoya en sus dos pies.

     3) Motores, que transforman la energía proporcionada en movimiento circular que se puede aprovechar en alguna acción.

Motor sencillo de CC.

Motor con motorreductor.

     4) Estructura mecánica de transmisión de movimiento, que lleva el giro del motor a otros componentes que la puedan utilizar. Puede ser desde una barra, o mecanismo de unión simple, hasta una caja de engranes de transmisión u otro mecanismo complejo.

Caja de engranes y sus partes.

Caja de engranes para dos motores independientes.

     5) Mecanismo actuador que llevará la energía hacia el exterior del robot para ejercer una acción mecánica u operar algún objeto.

Pinza robótica como actuador.

Tractor de oruga para robot.

Carrito donde los actuadores son las ruedas.

     b) Electrónica:

     6) Los robots requieren de recibir información del medio ambiente, como nosotros tenemos para nuestro propio funcionamiento (ojos, oídos, tacto, etc.). 
     Los sensores le indican a robot sobre la condición de algún elemento de la realidad que es importante manejar. Hay sensores de luz, movimiento, posición, tensión, temperatura, presencia de agua, etc.

Sensor de movimiento por ultrasonido.

Diversos tipos de sensores para robots.

     7) Circuitos de potencia (driver) que ayudan a una parte de la electrónica a mover los motores, ya que estos requieren de una relativamente grande cantidad de energía comparada con la que utilizan loso componentes de control, anotados más adelante.

Driver para motores.

     8) Exhibidores o indicadores que dan información al humano sobre los estados o condiciones iniciales o finales del robot, información básica para hacer ajustes a los objetivos que cumplirá el robot.

Display de 4 dígitos.

Display para automóvil.

      9). Circuitos de procesamiento de información, aritmética y control, que realizan todo tipo de operaciones matemáticas para calcular datos necesarios. Son importantes para que el robot pueda tomar decisiones de corrección de movimientos, afinación de los mismos, su evitación o cualquier cambio en el camino de su acción.

Tarjeta Arduino.

Tarjeta Raspberry Pi.

Tarjeta para robot específico, SR1.

     c) Software o programas.

     10) Por una parte hay programas que permiten programar los robots para la realización de diversas acciones, pero al mismo tiempo el propio robot debe llevar un programa fundamental, llamado sistema operativo, que utiliza la información de entrada y de los sensores.

Explorador para Robot SR1.

Interfaz para Arduino.

Interfaz para LEGO.

Dr. 2017-20 Darío Aguirre

Historia de los autómatas

Un poco de historia de los autómatas

Parte 1

Dr. Héctor Darío Aguirre Arvizu

20-03-21

     Es interesante ver cómo en las redes, en particular en el YouTube, a todo mecanismo que se mueva se le llama robot. Sin embargo lo que presentan son mecanismos, simples o complejos, que siempre funcionan de la misma manera.
     Es importante diferencias entre dos tipos de mecanismos: los autómatas y los robots.

     El autómata es un dispositivo mecánico, simple o complejo, que  repite una acción o conjunto de ellas, en función de su forma o dependiente de la forma de ciertas partes, y que la realizará hasta que se agote la energía proporcionada.

     Como ejemplo de autómatas podemos mencionar al mecanismo de relojería, el más clásico de todos.
     El objetivo de los autómatas, y de los robots, ha sido imitar funciones de seres biológicos.
     De manera inversa podemos definir al autómata como un sistema basado en leyes mecánicas que reproduce o imita alguna condición humana o animal, pudiendo movilizar algún objeto o moverse en el espacio.
     Por otro lado están lo robots propiamente, de los cuales hablaremos en otra entrada.
 Los mecanismos siempre han producido asombro en el gran público y para ello se han utilizado siempre.
     En 2,500 a. C. los egipcios usaban estatuas de Osiris con el fin de infundir miedo en la población. La figura movía los brazos, salía fuego de ellas o había las que se activaban con la luz del sol. También estaba la versión de viento, que producía un sonido al paso del aire en ciertas horas del día.

Estatua de Osiris.

     El filósofo griego Arquytas, nacido en el 498 a. C. Tarento, al sur de Italia, en el 498 a. C., aproximadamente, inventó un autómata volador, muy semejante a los ahora llamados ornitópteros.

Mecanismo de Arquytas.

     En el siglo IV a. C. Fylon (o Phylon, en inglés), inventó una máquina expendedora de jabón y agua para que la gente se lavara las manos antes de entrar al templo. ¡La primera máquina que sirvió para vender!
     Estaba formada por un mecanismo que, al entrar la moneda a un recipiente, activaba un mecanismo que abría una puerta y de la caja que lo contenía salía un brazo con el jabón, para después salir agua de un pequeño grifo.

Mecanismo de Fylon.

     El más grande inventor de la antigüedad fue el que ahora llamaríamos emprendedor Herón de Alejandría. utilizó todo tipo de fuentes de energía para construir mecanismos prácticos, no solamente como novedosas ideas, sino como aplicaciones prácticas que vendía a sus amigos o a nobles.

Herón de Alejandría.

     Herón armaba mecanismos basándose en principios físicos, movidos por resortes, agua, fuego, gravedad o viento.
Entre sus inventos está un mecanismo de apertura de puertas por medio de fuego que calentaba agua que a su vez caía en un recipiente que funcionaba como contrapeso para abrir las puertas.
     También hizo un mecanismo para que, por pura gravedad, hacía salir agua de un recipiente en donde era recibido a otro, simulando una fuente sin motor.
      Inventó además un odómetro o medidor de velocidad de un mecanismo, que hacía salir unas pequeñas esferas mismas que se iban contando para hablar de la velocidad. Hizo también un órgano activado con viento, adelantándose a los inventores del siglo XVII en Europa del norte. Como los amigos de nuestro inventor eran muy aficionados a servirse grandes cantidades de vino en las fiestas que organizaba, inventó un dispensador de vino que les servía una cantidad limitada de tal líquido.
     Por otro lado del mundo, en China, algún inventor no identificado diseñó una carreta de madera, con una estatua en la parte superior cuyo brazo estaba levantado en actitud de señalar, y servía para indicar siempre el centro del país con el fin de que los viajeros no se pedieran sin importar a dónde fueran. Para lograr tal hazaña inventaron un mecanismo "diferencial" formado por engranes de madera. Tal mecanismo hacía que, sin importar si la carreta giraba en un sentido o en otro, la velocidad de las mismas fuera diferente, de modo que se compensaba el giro de una con el de la otra, y la figura, que estaba conectada a un engrane central, siempre mantenía la misma posición y dirección. 

Carro chino con diferencial.

     Este mismo mecanismo se utiliza actualmente en todos los automóviles para lograr que las llantas giren a diferentes velocidades para que el conjunto pueda girar fácilmente a un lado u otro.
    Al Jazari (1150-1220), por su parte, inventó un reloj gigante que daba la hora con gran precisión y activaba varios mecanismos con formas humanas. También inventó diversos mecanismos de transmisión por medio de engranes de madera. y diversas fuentes de energía.

Un mecanismo de Al Jazari.

     Leonardo Da Vinci, fue un gran inventor de todo tipo de mecanismos. Mencionaremos de momento su león mecánico que, de acuerdo a las crónicas, contaba con un mecanismo impulsado por resorte enrollable (como el de muchos carros de tracción de juguete actuales) que caminaba varios metros para después sentarse en sus patas y dejar que se abrieran unas puertas de su pecho y dejar salir una flor. 

Reconstrucción hipotética del mecanismo del León.

     Hasta aquí esta breve historia, en una siguiente entrada anotaremos muchos más mecanismos.

D. R. 2017-20 Darío Aguirre