Robótica Fundamental: Conceptos, Clasificación y Transformaciones en Sistemas Robóticos
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Introducción a la Robótica
Un vector es un elemento que posee magnitud y dirección. En la robótica, un vector representa la agrupación de varias señales físicas del robot para ser analizadas, procesadas o controladas, como por ejemplo la velocidad, posición, pares y fuerzas.
El término robot apareció por primera vez en 1921, en la obra teatral Rossum’s Universal Robots del escritor Karel Capek (1890-1938), derivado de la palabra checa «robota» que significa fuerza de trabajo o servidumbre.
Definición de Robot Industrial
Según la ISO y la RIA (Robot Institute of America), un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, a través de movimientos variables programados para la ejecución de diversas tareas.
Clasificación de Robots por Funcionamiento
- Robots Teleoperados
- En estos robots, las tareas de percepción del entorno, planificación y manipulación son realizadas por humanos.
- Robots de Funcionamiento Repetitivo
- Son la mayoría de los que se emplean en cadenas de producción industrial. Trabajan en tareas predecibles e invariantes, con limitada percepción del entorno, por lo que no toman en cuenta posibles alteraciones. Son precisos, de alta repetitividad y relativamente rápidos.
- Robots Autónomos o Inteligentes
- Son máquinas capaces de percibir, modelar el entorno, planificar y actuar para alcanzar objetivos con un mínimo de intervención o supervisión humana.
Robots Móviles
El desarrollo de robots móviles responde a la necesidad de extender el campo de acción de la robótica. Se trata de que el robot tenga la suficiente «inteligencia» para reaccionar y tomar decisiones basándose en observaciones de su entorno, probablemente desconocido.
Clasificación de Robots por Apariencia
- Humanoide
- El robot humanoide es aquel que simplemente imita los actos y movimientos de un humano, pero no necesariamente parece hombre o mujer, sino una simple marioneta humana animatrónica.
- Androide
- Del origen etimológico griego andro (hombre) y eides (forma), es decir, humanoide de fisionomía y apariencia masculina, que además imita algunos aspectos de su conducta de manera autónoma.
- Ginoide
- Del origen etimológico griego gyno (mujer) y eides (forma), es decir, humanoide de fisionomía y apariencia femenina, que además imita algunos aspectos de su conducta de manera autónoma (Fembot).
- Cyborg
- Se forma a partir de las palabras inglesas Cybernetics y Organism (organismo cibernético) y se utiliza para designar una criatura parte orgánica y parte robot, generalmente con la intención de mejorar las capacidades del organismo utilizando dispositivos tecnológicos.
Morfología y Componentes del Robot
La morfología del robot significa el estudio de la forma, estructura, configuración y componentes de los diferentes tipos de robots que existen. El esquema básico de un robot está integrado por una estructura mecánica, actuadores y transmisiones, sensores, efector o herramienta final y sistemas de control.
El Efector Final (End-Effector)
El efector final representa la herramienta especial que permite a un robot de uso general realizar una aplicación particular. Los efectores finales pueden dividirse en dos categorías principales: Sujeción y Transformación.
El Punto de Centro de la Herramienta (Tool Center Point: TCP) se usa para referirse a la posición del punto focal de la herramienta del robot.
Tipos de Articulaciones Robóticas
- La articulación de rotación tiene un grado de libertad de rotación alrededor del eje de la articulación.
- La articulación de traslación lineal tiene 1 GDL a lo largo del eje de la articulación.
- En la articulación cilíndrica existen dos GDL: uno de rotación y uno de traslación.
- La articulación planar tiene movimiento de traslación en 2 direcciones del plano (2 GDL).
- La articulación esférica combina giros en tres direcciones rotacionales en el espacio (3 GDL).
Transformaciones en Robótica
Traslación
Un vector r(xyz) desplazado según T tendrá como representantes r' (xyz). Por ejemplo: r(-2,7,3) y p(6,-3, 8).
Rotación
El sistema Ouvw se encuentra girado -90° alrededor del eje Oz con respecto al sistema Oxyz. Calcula las coordenadas de rxyz si ruvw [4,8,12].
Rotación-Traslación
El sistema Ouvw ha sido girado 90° en Ox y trasladado P(8,-4, 12) con respecto al sistema Oxyz.
Calcular (rx, ry, rz) si ruvw (-3,4,11).
Traslación-Rotación
El sistema Ouvw ha sido trasladado P(8,4,12) con respecto a Oxyz y girado 90° en Ox. Si ruvw (-3, 4, 11), calcula (rx, ry, rz).
