Robótica

El Mano de robot de sombra sistema

Robótica es la rama de Ingeniería mecánica, Ingeniería eléctrica y Ciencias de la computación que trata con el diseño, construcción, operación y aplicación de robots, así como de sistemas informáticos para su control, regeneración sensorial y procesamiento de la información. Estas tecnologías lidiar con máquinas automáticas que pueden tomar el lugar de los seres humanos en ambientes peligrosos o procesos de fabricación, o se asemejan a los seres humanos en apariencia, comportamiento y cognición. Muchos de los robots de hoy están inspirados en la naturaleza contribuye al campo de la robótica bio-inspirados.

El concepto de la creación de máquinas que pueden operar autónomamente se remonta a época clásica, pero la investigación sobre los usos de funcionalidad y potencial de los robots no creció sustancialmente hasta el siglo XX. A lo largo de la historia, robótica se ha visto a menudo a imitar el comportamiento humano y a menudo administrar tareas en una manera similar. Hoy en día, robótica es un campo de rápido crecimiento, como continúan con los avances tecnológicos, investigación, diseño, y construcción nuevos robots servir varios propósitos prácticos, si en el país, comercialmente, o militarmente. Muchos robots hacen trabajos que son peligrosos para la gente como desactivar bombas, minas y explorar naufragios.

Etimología

La palabra robótica se deriva de la palabra robot, que fue presentado al público por Checo escritor Karel Čapek en su obra R.U.R. (Robots universales de Rossum), que fue publicado en 1920. La palabra robot proviene de la palabra Eslava robota, lo que significa el trabajo. La obra comienza en una fábrica que hace gente artificial llamada robots, criaturas que pueden confundirse con los seres humanos – similares a las ideas modernas de androides. Karel Čapek moneda no la palabra. Él escribió una breve carta en referencia a un Etimología En Oxford English Dictionary en el que llamó a su hermano Josef Čapek como su creador real.

Según el Oxford English Dictionary, la palabra robótica primero fue utilizado en la impresión por Isaac Asimov, en su ciencia ficción short story"Mentiroso!", publicado en mayo de 1941 en Astounding Science Fiction. Asimov era consciente de que él era el acuñar el término; desde la ciencia y la tecnología de los aparatos eléctricos es electrónica, asumió robótica Ya se refirió a la ciencia y la tecnología de los robots. En algunas de las otras obras de Asimov, afirma que el primer uso de la palabra robótica era en su historia corta Evasivas (Astounding Science FictionMarzo de 1942). Sin embargo, la publicación original de "Mentiroso!" de "Círculo vicioso" precede por diez meses, así que el ex general es citado como origen de la palabra.

Historia de la robótica

En 1927 el Maschinenmensch ("máquina humana") ginoide robot humanoide (también llamado "parodia", "Futura", "Robotrix" o el "imitador de Maria") fue la primera representación de un robot que aparecen en la película fue interpretada por la actriz alemana Brigitte Helm en Fritz Langes película Metrópolis.

En 1942 el escritor de ciencia ficción Isaac Asimov su formula Tres leyes de la robótica.

En 1948 Norbert Wiener formuló los principios de cibernética, la base de la práctica robótica.

Completamente robots autónomos Sólo apareció en la segunda mitad del siglo XX. El robot primero digitalmente funcionado y programable, la Unimate, fue instalado en 1961 para levantar piezas calientes de metal de una máquina de fundición y apilarlos. Comercial y robots industriales son usados para realizar trabajos más barato, o más precisa y fiable, que los seres humanos y hoy generalizada. También se emplean en trabajos que son demasiado sucio, peligroso o sordo ser convenientes para los seres humanos. Los robots son ampliamente utilizados en fabricación, montaje, embalaje y envasado, transporte, exploración de la tierra y el espacio, cirugía, armamento, investigación de laboratorio, seguridad y la producción masiva de bienes de consumo e industriales.

Fecha	Significado	Nombre de robot	Inventor
Tercer siglo A.C. y versiones anteriores	Una de las descripciones más tempranas de los autómatas aparece en el Mentira Zi texto, en un encuentro entre mucho anterior Rey Mu de Zhou (1023 – 957 BC) y un ingeniero mecánico conocido como Yan Shi, un 'artesano'. El último presuntamente presentó al rey con una figura de tamaño natural, con forma humana de su obra mecánica.		Yan Shi
Primer siglo D.C. y versiones anteriores	Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas, incluyendo un coche de bomberos, un órgano de viento, una máquina que funciona con monedas y un motor de vapor, en Pneumatica y Autómatas por Heron de Alexandría		Ctesibio, Philo de BizancioHeron de Alejandría y otros
c. 420 A.E.C.	Un pájaro de madera, de vapor propulsado, que era capaz de volar		Archytas de Tarento
1206	Creó los primeros autómatas humanoides, banda de autómata programable	Banda de robot autómata de lavarse las manos, automatizado de pavos reales en movimiento	Al-Yazari
1495	Diseños para un robot humanoide	Caballero mecánico	Leonardo da Vinci
1738	Pato mecánico capaz de comer, agitar sus alas y excretar	Pato digiere	Jacques de Vaucanson
1898	Nikola Tesla demuestra primer buque controlado por radio.	Teleautomaton	Nikola Tesla
1921	Primeros autómatas ficticios llamados "robots" aparecen en el juego R.U.R.	Robots universales de Rossum	Karel Čapek
años treinta	Robot humanoide expuso en el 1939 y 1940 Mundial de ferias	Elektro	Westinghouse Electric Corporation
1948	Simples robots exhiben comportamientos biológicos	Elsie y Elmer	William Grey Walter
1956	Primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basado en las patentes de Devol	Unimate	George Devol
1961	Instalado primer robot industrial.	Unimate	George Devol
1973	Primero robot industrial con seis ejes impulsados electromecánico	Famulus	KUKA Robot Group
1974	Del primer mundo microordenador robot industrial eléctrico controlado, IRB 6 de ASEA, fue entregado a una empresa de ingeniería mecánica pequeña al sur de Suecia. El diseño de este robot había sido patentado ya 1972.	IRB 6	Grupo Robot ABB
1975	Brazo de manipulación universal programable, un producto de Unimation	PUMA	Victor Scheinman

Aspectos robóticos

Hay muchos tipos de robots; se utilizan en muchos ambientes diferentes y para muchos usos diferentes, aunque siendo muy diversas en forma comparten similitudes básicas tres cuando se trata de su construcción y aplicación.

Construcción robótica

Primero: Todos los Robots tienen algún tipo de construcción mecánica, un marco, forma o forma que suele ser el solución o resultado para un conjunto de tarea o problema. Por ejemplo, si usted quiere un robot para viajar a través de la suciedad pesada o barro, deberías usar pisadas de perseguidor, así que la forma de tu robot puede ser que una caja con tracker peldaños. Los peldaños están la construcción mecánica para viajar por el problema de lodo pesado o suciedad. Este aspecto mecánico se trata generalmente con una aplicación del mundo real de un objeto o de sí mismo ejemplo de elevación, movimiento, llevando, volar, nadar, correr, caminar... etc. El aspecto mecánico es sobre todo del creador solución para completar la tarea de asignar y lidiar con la física del medio ambiente, ejemplo: gravedad, fricción, resistencia... etc. La forma sigue a la función.

Aspecto eléctrico

Segundo: Robots tienen un aspecto eléctrico a ellos en ellos, en forma de alambres, sensores, circuitos, baterías... etc. Ejemplo: el robot de pisada perseguidor que se mencionó anteriormente necesitará algún tipo de poder para mover que el rastreador peldaños. Ese poder viene en forma de electricidad, lo que tendrá que viajar a través de un alambre y originan una batería, un circuito eléctrico básico. Incluso gas Powered máquinas Eso te su energía principalmente de gas aún requieren una corriente eléctrica para iniciar el gas mediante proceso por mayoría de las máquinas de gas alimentado como automóviles, que dispone de baterías. El aspecto eléctrico de robots se utiliza para el movimiento: al igual que en el control de motores que se utilizan en su mayoría eran movimiento es necesario. Detección: señales eléctricas se utilizan para determinar cosas como calor, sonido, posición y estado energético. Operación: necesitan cierto nivel de energía eléctrica suministra a sus motores y sensores para activarse y hacer operaciones básicas.

Un nivel de programación

Tercero: Todos los robots contienen algún nivel de programación informática (código). Un programa es como un robot decide cuándo o cómo hacer algo. Por ejemplo: Qué pasa si querías el robot de la pisada de tractor (a partir de los ejemplos anteriores) para moverse a través de un camino embarrado, aunque tiene la construcción mecánica correcta, y recibe la cantidad correcta de la energía de su batería, que no va a ninguna parte. ¿Por qué? ¿En realidad lo que dice el robot para moverse? Un programa. Incluso si tuviera un control remoto y apretó un botón diciéndole que avanzar todavía necesitará un programa sobre el botón empujó a la acción de avanzar. Los programas son la esencia del núcleo de un robot, podría tener excelente construcción mecánica/eléctrica, pero si su programa está mal construido su rendimiento será muy pobre o es posible que no funcione en absoluto. Hay tres tipos de programas de robóticos, RC, AI y híbridos. RC está parado para el Control remoto, un robot con este tipo de programa tiene un conjunto de comandos que sólo lo hará cuando recibe una señal de una fuente de control, la mayoría del tiempo que la fuente de control es un ser humano con un control remoto preexistente. Soporte de AI para la inteligencia artificial, robots con este tipo de programación interactúan con su medio ambiente por su propia cuenta sin una fuente de control. Robots con AI crean soluciones a los problemas con los objetos o que se encuentran utilizando su programación preexistente para decidir, entender, aprender y crear. Híbrido es una forma de programa que incorpora tanto AI y funciones RC, por ejemplo: tu robot puede trabajar totalmente en su el propios, encuentro un problema, dos soluciones como un sistema de AI y entonces confiar completamente en usted para decidir qué hacer como un sistema de RC. Los robots tienen tres aspectos de la construcción, mecánico, eléctrico y programación.

Componentes

Fuente de alimentación

Para obtener más información: Fuente de alimentación y Almacenamiento de energía

En la actualidad en su mayoría (de plomo) baterías se utilizan como fuente de energía. Muchos tipos diferentes de baterías pueden utilizarse como fuente de energía para los robots. Ellos van desde las baterías de plomo que son seguros y tienen una vida útil relativamente larga pero son muy pesadas para baterías de plata cadmio que son mucho más pequeños en volumen y son actualmente mucho más caros. Diseñar una batería alimentada robot tiene que tomar en cuenta factores como la seguridad, ciclo de vida y el peso. También pueden utilizar generadores, a menudo algún tipo de motor de combustión interna. Sin embargo, esos diseños son a menudo mecánicamente complejos y necesitan combustible, requieren la disipación de calor y son relativamente pesado. Una atadura al conectar el robot a una fuente de alimentación eliminaría la alimentación desde el robot enteramente. Esto tiene la ventaja de ahorrar peso y espacio mediante el movimiento de todos los componentes de generación y almacenamiento de energía en otros lugares. Sin embargo, este diseño viene con el inconveniente de tener constantemente un cable conectado al robot, que puede ser difícil de manejar. Las fuentes potenciales de energía podrían ser:

• neumática (gases comprimidos)
• hidráulica (líquidos)
• almacenamiento de energía del volante
• basura orgánica (a través de digestión anaeróbica)
• heces (humano, animal); puede ser interesante en un contexto militar como heces de pequeños grupos de combate pueden ser reutilizadas para los requerimientos de energía de la asistente robot (motor de DEKA ver proyecto tirachinas Stirling sobre cómo operaría el sistema)

Actuación

Artículo principal: Actuador

Una pierna robótica impulsada por músculos de aire

Actuadores son como el "músculos"de un robot, las piezas que convertir energía almacenada en movimiento. En gran medida los actuadores más populares son motores eléctricos que giran una rueda o engranaje y actuadores lineales que controlan robots industriales en fábricas. Pero hay algunos avances recientes en tipos alternativos de actuadores, accionados por aire comprimido, sustancias químicas o electricidad.

Motores eléctricos

Artículo principal: Motor eléctrico

La mayoría de los robots utiliza motores eléctricos, a menudo cepillados y motores brushless DC portátil robots o motores de corriente alterna en robots industriales y CNC máquinas. Estos motores son preferidos a menudo en los sistemas con cargas más ligeras, y donde la forma predominante de movimiento rotacional.

Actuadores lineales

Artículo principal: Actuador lineal

Varios tipos de actuadores lineales mover adentro y hacia fuera en vez de spinning y a menudo tienen más rápidos cambios de dirección, particularmente cuando son necesarias fuerzas muy grandes como con la robótica industrial. Ellos normalmente son accionadas por aire comprimido (actuador neumático) o un (aceite)actuador hidráulico).

Actuadores elásticos serie

A primavera puede ser diseñada como parte del actuador motor, para permitir el control de la fuerza mejorada. Ha sido utilizado en varios robots, particularmente caminando humanoide robots.

Músculos de aire

Artículo principal: Músculos artificiales neumáticos

Neumáticos artificiales músculos, también conocido como aire, son tubos especiales que contratación (normalmente hasta un 40%) cuando el aire es forzado dentro de ellos. Se han utilizado para algunas aplicaciones de robot.

Alambre del músculo

Artículo principal: Aleación con memoria de forma

Músculo alambre, también conocido como aleación con memoria de forma, Nitinol o alambre de Flexinol, es un material que se contrae ligeramente (normalmente debajo del 5%) cuando se recorre la electricidad. Se han utilizado para algunas aplicaciones de pequeño robot.

Polímeros electroactivos

Artículo principal: Polímeros electroactivos

EPA o EPAMs son un nuevo material plástico que puede contratar substancialmente (hasta tensión 380% activación) de electricidad y se han utilizado en los músculos faciales y brazos de robots humanoides, y permitir nuevos robots flotar, volar, nadar o caminar.

Motores piezo

Artículo principal: Motor piezoeléctrico

Son recientes alternativas a los motores de la C.C. motores piezo o motores ultrasónicos. Esto trabaja con un principio fundamentalmente diferente, por el pequeño piezocerámicos elementos, vibrando miles de veces por segundo, provocar movimiento lineal o rotatorio. Existen diferentes mecanismos de operación; un tipo utiliza la vibración de los elementos piezoeléctricos para andar el motor en un círculo o una línea recta. Otro tipo utiliza los elementos piezoeléctricos para causar una tuerca a vibrar y un tornillo. Las ventajas de estos motores son nanómetro resolución, velocidad y fuerza disponible para su tamaño. Estos motores están disponibles comercialmente y se usa en algunos robots.

Nanotubos elásticos

Para obtener más información: Nanotubo

Los nanotubos elásticos son una tecnología prometedora del músculo artificial en etapa temprana de desarrollo experimental. La ausencia de defectos en nanotubos de carbono permite que estos filamentos deformar elásticamente en varios por ciento, con niveles de almacenamiento de energía de tal vez 10J/ cm³ de nanotubos de metal. Bíceps humana podrían ser reemplazado con un alambre de diámetro de 8 mm de este material. Tan compacto "músculo" podría permitir robots del futuro correr más rápido y saltar a los seres humanos.

Detección

Artículo principal: Detección de robótica

Sensores permiten robots para recibir información sobre una cierta medida de medio ambiente, o a los componentes internos. Esto es esencial para los robots realizar sus tareas y actuar sobre cualquier cambio en el entorno para calcular la respuesta apropiada. Se utilizan para diversas formas de mediciones, para dar las advertencias de los robots de seguridad o fallos de funcionamiento y para proporcionar información en tiempo real de la tarea que está realizando.

Contacto

Artículo principal: Sensor táctil

Corriente robótica y manos protésicas reciben mucho menos táctil información de la mano humana. La investigación reciente ha desarrollado una matriz de sensores táctiles que imita los receptores mecánicos de propiedades y toque de dedos humanos. Los sensores se construyen como un núcleo rígido rodeado de fluido conductor contenida por una piel elastomérica. Los electrodos están montados en la superficie de la base rígida y están conectados a un aparato de medición de impedancia dentro del núcleo. Cuando la piel artificial toca un objeto el trazado fluido alrededor de los electrodos es deformada, produciendo cambios de impedancia que se asignan las fuerzas recibidas del objeto. Los investigadores esperan que una función importante de estos dedos artificiales se ajuste de pinza robotizada en objetos sostenidos.

Científicos de varios Países europeos y Israel desarrolló un prótesis de la mano en el 2009, llamado SmartHand, que funciona como una verdadera — pacientes que permite escribir con él, escribe en un teclado, tocar el piano y realizar otros movimientos finos. La prótesis tiene sensores que permiten al paciente a sentir verdadero sensación en sus yemas del dedo.

Visión

Artículo principal: Visión por computador

Visión por computador es la ciencia y la tecnología de las máquinas que ver. Como una disciplina científica, visión por computador se refiere a la teoría detrás de sistemas artificiales que extraer información de imágenes. Los datos de imagen pueden tomar muchas formas, tales como secuencias de vídeo y las vistas de las cámaras.

En aplicaciones de visión de computadora más prácticas, las computadoras están programadas para resolver una tarea determinada, pero métodos basados en el aprendizaje ahora están haciéndose cada vez más común.

Sistemas de visión de computadora dependen de sensores de imagen que detectan la radiación electromagnética que suele ser en forma de o luz visible o luz infrarroja. Los sensores se diseñan utilizando física de estado sólido. El proceso por el cual la luz se propaga y se refleja en las superficies se explicaron mediante óptica. Sensores de imagen sofisticada incluso requieren mecánica cuántica para proporcionar una comprensión completa del proceso de formación de imagen. Los robots también pueden equiparse con múltiples sensores de visión para ser más capaces de calcular la sensación de profundidad en el medio ambiente. Como los ojos humanos, "los ojos" robots también deben ser capaces de concentrarse en un área particular de interés y también adaptarse a las variaciones de intensidades de luz.

Allí es donde sistemas artificiales están diseñados para imitar el procesamiento y el comportamiento de un subcampo dentro de visión por computador sistema biológico, en diferentes niveles de complejidad. Además, algunos de los métodos basados en el aprendizaje desarrollados en visión por computador tienen sus antecedentes en la biología.

Otros

Utilizan otras formas comunes de detección en robótica LIDAR, RADAR y SÓNAR.

Manipulación

KUKA robot industrial operan en un fundición

Puma, uno de los primeros robots industriales

Baxter, un robot industrial moderno y versátil desarrollado por Rodney Brooks

Para obtener más información: Manipulador de móvil

Necesitan manipular objetos; recoger, modificar, destruir o de lo contrario tienen un efecto. Por lo tanto las "manos" de un robot se refieren a menudo como efectores finales, mientras que el "brazo" es referido como un manipulador. La mayoría de los brazos robot tienen efectores reemplazables, cada permitiéndoles realizar una pequeña gama de tareas. Algunos tienen un manipulador fijo que no puede ser reemplazado, mientras unos pocos tienen un manipulador de propósito general, por ejemplo una mano humanoide.

Para la guía definitiva para todas las formas de robot efectores, su diseño y uso con el libro "Pinzas del Robot".

Pinzas mecánicas

Uno de los efectores más común es la garra. En su manifestación más simple consiste en sólo dos dedos que pueden abrir y a recoger y dejar ir de una gama de pequeños objetos. Los dedos pueden por ejemplo hacerse de una cadena con un alambre de metal corre a través de él. Manos que parecen y funcionan más como una mano humana incluyen la Mano oscura, la Emiten de la mano, ... Manos que son de una complejidad de nivel medio incluyen la mano de Delft. Pinzas mecánicas pueden venir en varios tipos, incluyendo la fricción y abarcando las mordazas. Mordazas de fricción utilizan toda la fuerza de la pinza para sujetar el objeto en su lugar usando la fricción. Mandíbulas que abarca la horquilla del objeto en su lugar, utilizando menos fricción.

Pinzas de vacío

Pinzas de vacío son muy simple astrictivo dispositivos, pero puede sostener cargas muy grandes proporcionadas la prensión la superficie es lo suficientemente suave para asegurar la succión.

Recoger y colocar robots para los componentes electrónicos y para objetos grandes como parabrisas, suelen utilizar a pinzas de vacío muy simples.

Efectores de propósito general

Algunos robots avanzados están comenzando a utilizar las manos completamente humanoides, como la mano de sombra, MANUS, y el Schunk de la mano. Estos son altamente diestros manipuladores, con tantos como 20 grados de libertad y cientos de sensores táctiles.

Locomoción

Artículos principales: Locomoción robot y Robot móvil

Robots rodantes

Segway en el Museo de robots en Nagoya.

Por razones de simplicidad robots más móviles tienen cuatro ruedas o un número de pistas continuas. Algunos investigadores han intentado crear robots con ruedas más complejos con sólo uno o dos ruedas. Estos pueden tener ciertas ventajas como una mayor eficiencia y piezas reducidas, permitiendo un robot navegar en lugares confinados que no sería capaz de un robot sobre ruedas cuatro.

Robots equilibrio dos ruedas

Los robots equilibrio generalmente usan una giroscopio para detectar cuánto un robot está cayendo y luego manejar las ruedas proporcionalmente en la misma dirección, para contrarrestar la caída en cientos de veces por segundo, basado en la dinámica de un péndulo invertido. Muchos robots equilibrio diferentes han sido diseñados. Mientras que el Segway No es comúnmente pensado como un robot, puede ser pensado como un componente de un robot, cuando se utiliza como tal Segway se refieren a ellos como RMP (plataforma robótica de movilidad). Un ejemplo de este uso ha sido como NASAes Emiten se ha montado en un Segway.

Robots equilibradoras ruedas uno

Artículo principal: Uno mismo-equilibrio monociclo

Un robot equilibrado ruedas uno es una extensión de un robot de equilibrio de dos ruedas que puede mover en cualquier dirección 2D usando una pelota redonda como su única rueda. Se han diseñado varios robots equilibradoras ruedas uno recientemente, tales como Universidad Carnegie-Mellones"Ballbot"es la altura aproximada y la anchura de una persona y"BallIP"de la Universidad de Tohoku Gakuin. Debido a la forma larga y delgada y capacidad de maniobrar en espacios reducidos, tienen el potencial para funcionar mejor que otros robots en ambientes con gente.

Robots Orbe esférica

Artículo principal: Robot esférico

Ha habido varios intentos en los robots que están totalmente dentro de una bola esférica, ya sea por un peso dentro de la bola, girando o girando las capas externas de la esfera. Estos también han sido referidos a como un Orbe bot o un bot bola.

Robots de seis ruedas

Con seis ruedas en lugar de cuatro ruedas puede dar mejor tracción o agarre en terreno al aire libre como en tierra rocosa o hierba.

Robots orugas

TALON robots militares utilizada por el Ejército de Estados Unidos

Tanque pistas proporcionan más tracción que un robot de seis ruedas. Ruedas orugas se comportan como si se hicieron cientos de ruedas, por lo tanto son muy comunes para los robots militares y al aire libre, donde el robot debe conducir en terreno muy accidentado. Sin embargo, son difíciles de utilizar en interiores como en alfombras y pisos lisos. Ejemplos Urban Robot de la NASA "Urbie".

Caminando aplicado a robots

Caminar es un problema difícil y dinámico para resolver. Varios robots han hecho que puede caminar confiablemente en dos piernas, sin embargo no han hecho todavía que son tan robustas como ser humano. Ha habido mucho estudio en poca inspiración humana, como AMBER lab, que fue fundada en 2008 por el Departamento de ingeniería mecánica en Texas A & M University. Muchos otros robots han construido ese paseo en más de dos patas, debido a estos robots siendo significativamente más fáciles de construir. Caminando los robots puede utilizarse para terrenos irregulares, que proporcionarían mayor movilidad y eficiencia energética que otros métodos de locomoción. Híbridos también se han propuesto en películas tales como Yo, Robot, donde caminar sobre dos patas y cambiar a 4 (brazos + piernas) cuando va a un sprint. Por lo general, robots en 2 patas pueden caminar en pisos planos y ocasionalmente pueden subir escaleras. Nadie puede caminar sobre terreno rocoso, desigual. Algunos de los métodos que han sido probados son:

ZMP técnica

Artículo principal: Punto cero momento

El punto de momento cero (ZMP) es el algoritmo usado por robots como Hondaes ASIMO. Ordenador de a bordo del robot trata de mantener el total fuerzas inerciales (la combinación de Tierraes gravedad y el aceleración y la desaceleración de caminar), exactamente en contra de la planta fuerza de reacción (la fuerza de la planta empujando hacia atrás a pie del robot). De esta manera, las dos fuerzas se cancelan, dejando sin momento (fuerza causando el robot girar y caer). Sin embargo, esto no es exactamente cómo un ser humano camina, y la diferencia es obvia para los observadores humanos, algunos de los cuales han señalado que ASIMO camina como si necesita el lavabo. Algoritmo andante de ASIMO no es estática, y un equilibrio dinámico se utiliza (véase abajo). Sin embargo, todavía se requiere una superficie lisa que andando.

Salto

Varios robots, construidos en la década de 1980 por Marc Raibert en el MIT La pierna de laboratorio, caminando muy dinámico con éxito demostrado. Inicialmente, un robot con sólo una pierna y un pie muy pequeño, podría quedarse vertical simplemente por salto. El movimiento es la misma que la de una persona en un Pogo stick. Como el robot cae hacia un lado, saltaría ligeramente en esa dirección, con el fin de atrapar a sí mismo. Pronto, el algoritmo fue generalizado a dos y cuatro patas. Un robot bípedo fue demostrado corriendo y ni siquiera realizar saltos mortales. A cuadrúpedo también se demostró que podía trote, ejecutar, ritmoy encuadernados. Para una lista completa de estos robots, consulte la MIT pierna laboratorio Robots página.

Dinámico equilibrio (caída controlada)

Una forma más avanzada para un robot que camina es mediante un algoritmo de equilibrio dinámico, que es potencialmente más robusto que la técnica del punto de momento cero, ya que constantemente monitorea el movimiento del robot y coloca los pies para mantener la estabilidad. Esta técnica fue demostrada recientemente por Anybots' Dexter Robot, lo cual es muy estable, incluso puede saltar. Otro ejemplo es el TU Delft llama.

Dinámica pasiva

Artículo principal: Dinámica pasiva

Quizás el más prometedor enfoque utiliza dinámica pasiva donde el impulso de hacer pivotar las extremidades se utiliza para mayor eficiencia. Se ha demostrado que totalmente los mecanismos humanoides pueden caminar por una suave pendiente, utilizando únicamente gravedad para propulsarse. Usando esta técnica, un robot sólo necesita suministrar una pequeña cantidad de potencia del motor para caminar a lo largo de una superficie plana o un poco más que subir una colina. Esta técnica promete hacer por lo menos diez veces más eficiente que los caminantes ZMP, como ASIMO robots andantes.

Otros métodos de locomoción

Volando

Dos serpientes de robot. Izquierda uno tiene 64 motores (con 2 grados de libertad por segmento), el derecho un 10.

Un moderno avión de pasajeros es esencialmente un volando robot, con dos seres humanos para gestionarla. El piloto automático puede controlar el avión para cada etapa del viaje, incluyendo incluso aterrizaje, despegue y vuelo normal. Otros robots voladores están deshabitadas y son conocidos como vehículos aéreos no tripulados (UAVs). Pueden ser más pequeño y ligero sin piloto humano a bordo y volar en un territorio peligroso para misiones de vigilancia militar. Algunos incluso pueden disparar contra objetivos bajo mando. También se están desarrollando vehículos aéreos no tripulados que puede disparar contra objetivos automáticamente, sin necesidad de un comando de un ser humano. Incluyen otros robots voladores misiles de crucero, la Entomoptery el Robot Epson micro helicóptero. Robots como el Air Penguin, Ray aire y aire jalea tienen cuerpos ligerísimo, impulsado por remos y guiados por sonar.

De serpiente.

Varios serpiente los robots se han desarrollado con éxito. Día imitando la forma reales serpientes mueven, estos robots pueden navegar en espacios muy reducidos, lo que significa puede utilizar para buscar a personas atrapadas en edificios derrumbados. El robot serpiente japonesa ACM-R5 incluso puede navegar tanto en tierra como en agua.

Patinaje

Un pequeño número de Patinaje los robots se han desarrollado, uno de los cuales es un dispositivo de patinaje y multi-modo caminando. Tiene cuatro patas, con ruedas alimentadas, que paso o rodillo. Otro robot, Plen, puede utilizar una tabla de Skate en miniatura o patines y skate a través de un ordenador de sobremesa.

Capuchino escalada Robot

Escalada

Varios métodos se han utilizado para desarrollar robots que tienen la capacidad de escalar superficies verticales. Un enfoque imita los movimientos de un ser humano escalador en un muro con salientes; ajuste de la Centro de masa y cada miembro a su vez para ganar influencia. Un ejemplo de esto es capuchino, construido por el Dr.. Ruixiang Zhang en la Universidad de Stanford, California. Otro enfoque utiliza el método de almohadilla puntera especializada de escalada en pared Geckoes, que puede funcionar sobre superficies lisas como el vidrio vertical. Ejemplos de este enfoque Wallbot y Stickybot. "Diario de la tecnología" de China 15 de noviembre de 2008 informó nuevo concepto aviones (ZHUHAI) Co., Ltd. el Dr. Li Hiu Yeung y su grupo de investigación han desarrollado recientemente con éxito el robot biónico gecko "Speedy Freelander". Según la introducción del Dr. Li, este robot gecko puede escalar rápidamente hacia arriba y hacia abajo en una variedad de la construcción de las paredes, suelo y la pared vertical fisura o caminar hacia abajo en el techo, es capaz de adaptarse en vidrio liso, paredes de polvo áspero o pegajoso, así como la superficie de varios de los materiales metálicos y también puede identificar automáticamente obstáculos, eludir el bypass y movimientos flexibles y realistas. Su flexibilidad y velocidad son comparables a la salamanquesa natural. Un tercer enfoque es imitar el movimiento de una serpiente escalada un poste.

Natación (piscina)

Se calcula que cuando natación algunos peces pueden alcanzar un propulsivo eficacia superior al 90%. Además, puede acelerar y maniobrar mucho mejor que cualquier artificial barco o submarinoy producen menos ruido y agua el disturbio. Por lo tanto, muchos investigadores estudian robots submarinos desea copiar este tipo de locomoción. Los ejemplos notables son el Ciencias de la Computación Universidad de Essex Pez robótico, y el atún Robot construido por el Instituto de campo robótica, para analizar y modelar matemáticamente movimiento thunniform. El Aqua pingüino, diseñado y construido por Festo de Alemania, copia la forma aerodinámica y propulsión por delanteras "aletas" de pingüinos. Festo también han construido el Aqua Ray y jalea de Aqua, que emulan la locomoción de mantarraya y medusas, respectivamente.

Vela

El robot autónomo velero Vaimos

También se han desarrollado robots velero para realizar mediciones en la superficie del océano. Es un típico velero robot Vaimos construido por IFREMER y ENSTA-Bretagne. Puesto que la propulsión de los robots velero utiliza el viento, la energía de las baterías se utiliza solamente para el equipo, la comunicación y para los actuadores (sintonizar el timón y la vela). Si el robot está equipado con paneles solares, el robot teóricamente podría navegar para siempre. Son las dos principales competiciones de robots velero WRSC, que se celebra cada año en Europa, y Sailbot.

Navegación e interacción ambiental

Artículo principal: Asignación de robótica

RADAR, GPS, LIDAR,... son combinadas para proporcionar navegación adecuada y evitación del obstáculo (vehículo desarrollado para 2007 DARPA Urban Challenge)

Aunque un porcentaje significativo de robots en Comisión hoy son controlados o humanos, u operar en un entorno estático, hay un creciente interés en robots que pueden funcionar autónomamente en un entorno dinámico. Estos robots requieren una combinación de software y hardware de navegación con el fin de recorrer su entorno. En particular, acontecimientos imprevistos (por ejemplo, personas y otros obstáculos que no son inmóviles) pueden causar problemas o colisiones. Algunos robots más avanzados tales como ASIMO, y Robot Meinü tienen robot particularmente buena navegación hardware y software. También, auto-controlado coches, Ernst Dickmanns' coche sin conductory las entradas en el DARPA Grand Challenge, son capaces de teleobservación del medio ambiente bueno y posteriormente decisiones navegación basada en esta información. La mayoría de estos robots emplea un GPS dispositivo de navegación con puntos de referencia, junto con radar, a veces combinada con otros datos sensoriales tales como LIDAR, cámaras de vídeo, y sistemas de guía inercial para una mejor navegación entre puntos de ruta.

Interacción humano-robot

Artículo principal: Interacción humano-robot

Kismet puede producir una amplia gama de expresiones faciales.

Si los robots son trabajar eficazmente en hogares y otros entornos no industriales, la forma en que se instruyeron a realizar sus trabajos, y especialmente cómo tendrá que parar será de vital importancia. Las personas que interactúan con ellos pueden tener poco o ningún entrenamiento en robótica, y así cualquier interfaz necesitará ser extremadamente intuitivo. Autores de ciencia ficción también suelen suponer que los robots eventualmente será capaces de comunicarse con los seres humanos a través de discurso, gestos, y expresiones faciales, en lugar de un interfaz de línea de comandos. Aunque el discurso sería la forma más natural para el ser humano para comunicarse, es antinatural para el robot. Probablemente será mucho tiempo antes de que los robots interactúan tan natural como la ficción C-3PO.

Reconocimiento de voz

Artículo principal: Reconocimiento de voz

Interpretar el flujo continuo de sonidos viniendo de un ser humano, tiempo real, es una tarea difícil para una computadora, principalmente debido a la gran variabilidad de discurso. Igualmente palabra, hablado por la misma persona puede sonar diferente dependiendo en el local acústica, volumen, la palabra anterior, el orador tenga o no un frío, etc... Se convierte en aún más difícil cuando el orador tiene un diferente acento. Sin embargo, grandes avances se han hecho en el campo desde que Davis, Biddulph y Balashek diseñaron el primer "entrada sistema de voz" que reconoce "diez dígitos habladas por un solo usuario con 100% de precisión" en 1952. En la actualidad, los mejores sistemas pueden reconocer discurso continuo, natural, hasta 160 palabras por minuto, con una precisión de 95%.

Voz robótica

Otros obstáculos existen al permitir el robot utilizar la voz para interactuar con los seres humanos. Por razones sociales, voz sintética prueba subóptimas como un medio de comunicación, por lo que es necesario desarrollar el componente emocional de voz robótica a través de diversas técnicas.

Gestos

Para obtener más información: Reconocimiento de gestos

Uno puede imaginar, en el futuro, explicando cómo hacer un pastel para un chef robot, o preguntar direcciones de un robot policía. En ambos casos, quedando mano gestos ayudaría a las descripciones verbales. En el primer caso, el robot podría ser reconociendo gestos hechos por el ser humano y tal vez repetirlos para la confirmación. En el segundo caso, el oficial de policía robot que gesto para indicar "por el camino, luego girar a la derecha". Es probable que gestos formarán parte de la interacción entre humanos y robots. Han desarrollado un gran muchos sistemas para reconocer los gestos de la mano humana.

Expresión facial

Para obtener más información: Expresión facial

Expresiones faciales pueden proporcionar retroalimentación rápida sobre el progreso de un diálogo entre dos seres humanos y pronto pueden ser capaces de hacer lo mismo con los seres humanos y robots. Robóticas caras han sido construidos por Hanson Robotics utilizando su polímero elástico llamado Frubber, permitiendo que a un gran número de expresiones faciales debido a la elasticidad del engomado facial y motores subsuperficial incrustado (servos). La capa y los servos están construidos sobre un metal cráneo. Un robot debe saber cómo acercarse a un ser humano, a juzgar por su expresión facial y lenguaje corporal. Si la persona es feliz, asustados o cara afectan el tipo de interacción que se espera del robot. Además, como los robots Kismet y la más reciente adición, Nexi puede producir una amplia gama de expresiones faciales, lo que le permite tener intercambios sociales significativos con los seres humanos.

Emociones artificiales

También se pueden generar emociones artificiales, compuesta por una secuencia de expresiones faciales o gestos. Como puede verse en la película Final Fantasy: The Spirits dentro, la programación de estas emociones artificiales es compleja y requiere una gran cantidad de observación humana. Para simplificar esta programación en la película, ajustes preestablecidos se crearon junto con un programa de software especial. Esto disminuye la cantidad de tiempo necesario para hacer la película. Estos ajustes preestablecidos posiblemente podrían transferirse para su uso en robots reales.

Personalidad

Muchos de los robots de ciencia ficción tienen una personalidad, algo que puede o no ser deseable en los robots comerciales del futuro. Sin embargo, los investigadores están tratando de crear robots que parecen tener una personalidad: por ejemplo, usan sonidos, expresiones faciales y lenguaje corporal para tratar de transmitir un estado interno, que puede ser alegría, tristeza o miedo. Un ejemplo comercial es Pleo, un dinosaurio de juguete robot, que puede exhibir varias emociones aparentes.

Control

Marioneta Magnus, una marioneta manipulada por el robot con sistemas de control complejos

RuBot II puede resolver manualmente cubos de Rubik

Para obtener más información: Sistema de control

El mecánica estructura de un robot debe controlarse para realizar tareas. El control de un robot consiste en tres fases distintas – percepción, procesamiento y acción)paradigmas robóticos). Sensores dar información sobre el medio ambiente o el robot de sí mismo (por ejemplo la posición de sus articulaciones o su efector final). Esta información es procesada para ser almacenados o transmitidos y para calcular las señales adecuadas a los actuadores (motores) que mueven la mecánica.

La fase de procesamiento puede variar en complejidad. Nivel reactivo, puede traducir información del sensor crudo directamente en comandos del actuador. Fusión de sensores puede utilizarse para estimar los parámetros de interés (por ejemplo la posición de pinza del robot) de los datos del sensor ruidoso. Una tarea inmediata (por ejemplo, mover a la pinza en una dirección determinada) se deduce de estas estimaciones. Técnicas de teoría de control convertir la tarea de comandos que impulsan los actuadores.

A escalas de tiempo más largo o con tareas más sofisticadas, el robot puede necesitar construir y razonar con un modelo "cognitivo". Modelos cognitivos trata de representar el robot, el mundo, y cómo interactúan. Visión de reconocimiento y equipo patrón puede utilizarse para localizar objetos. Mapeo pueden utilizarse técnicas para construir mapas del mundo. Por último, planificación de movimiento y otros inteligencia artificial pueden utilizarse técnicas para averiguar cómo actuar. Por ejemplo, un planificador puede averiguar cómo lograr una tarea sin golpear obstáculos, caerse, etc..

Niveles de autonomía

TOPIO, un robot humanoide, jugó mesa de ping pong en Tokio 2009 IREX.

Sistemas de control también pueden tener diferentes niveles de autonomía.

1. Interacción directa se utiliza para háptica o dispositivos operados tele y el ser humano tiene un control casi completo sobre movimiento del robot.
2. Asistencia de operador modos tiene el operador al mando de las tareas de mediano a alto nivel, con el robot automáticamente ingeniárselas alcanzarlos.
3. Un robot autónomo puede ir durante períodos prolongados de tiempo sin la interacción humana. Mayores niveles de autonomía no necesariamente requieren capacidades cognitivas más complejas. Por ejemplo, robots en plantas de montaje son completamente autónomos, pero operan en un patrón fijo.

Otra clasificación toma en cuenta la interacción entre el control humano y los movimientos de la máquina.

1. Teleoperación. Un ser humano controla cada movimiento, cada cambio del actuador de la máquina es especificada por el operador.
2. Supervisión. Un ser humano especifica movimientos generales o posición de cambios y la máquina decide movimientos específicos de sus actuadores.
3. Nivel de tarea autonomía. El operador especifica solamente la tarea y el robot se las arregla para completarla.
4. Plena autonomía. La máquina creará y completar todas sus tareas sin la interacción humana.

Investigación de robótica

Para obtener más información: Open source robótica, Robótica evolutiva, Áreas de la robótica y Simulador de robótica

Gran parte de la investigación en robótica se centra no en tareas industriales específicas, pero en las investigaciones sobre nuevos tipos de robots, formas alternativas de pensar o de diseño de robots y nuevas formas para la fabricación de ellos pero otras investigaciones, como la del MIT cyberflora proyecto, son casi exclusivamente académica.

Una primera novedad particular en el diseño de robot es el opensourcing de robot-proyectos. Para describir el nivel de avance de un robot, se puede utilizar el término "generación de Robots". Este término es acuñado por el profesor Hans MoravecDirector científico de investigación en el Universidad Carnegie-Mellon Instituto de robótica al describir la evolución futura cerca de la tecnología robótica. Primera generación los robots, Moravec predijo en 1997, deben tener una capacidad intelectual comparable a tal vez un Lagarto y debe estar disponible para el año 2010. Porque el primera generación robot sería incapaz de aprendizaje, sin embargo, Moravec predice que el segunda generación robot sería una mejora sobre el primera y estén disponibles para el año 2020, con la inteligencia tal vez comparable a la de un ratón. El tercera generación robot debe tener la inteligencia comparable a la de un mono. Aunque cuarta generación robots, robots con humano inteligencia, predice el profesor Moravec, llegaría a ser posible, que él no predice esta pasando antes alrededor 2040 o 2050.

El segundo es Robots evolutivos. Se trata de un metodología que utiliza computación evolutiva para ayudar a los robots de diseño, especialmente la forma del cuerpo, o movimiento y del comportamiento Controladores. De manera similar a evolución natural, una gran población de robots se le permite competir de alguna manera, o su capacidad para realizar una tarea se mide utilizando un función de la aptitud. Aquellos que realizan el peor son extraídos de la población y reemplazados por un nuevo sistema, que tienen nuevos comportamientos basados en los de los ganadores. Con el tiempo la población mejora, y eventualmente puede aparecer un robot satisfactorio. Esto sucede sin ninguna programación directa de los robots por los investigadores. Los investigadores utilizan este método tanto para crear los mejores robots, y para explorar la naturaleza de la evolución. Porque el proceso a menudo requiere de muchas generaciones de robots para ser simulado, Esta técnica puede ejecutarse total o mayoritariamente en simulación, entonces probó sobre robots reales una vez que los algoritmos desarrollados son bastante buenos. En la actualidad, hay aproximadamente 1 millón robots industriales trabajando alrededor del mundo, y Japón es el país superior con alta densidad de utilización de robots en la industria manufacturera.

Dinámica y cinemática

Para obtener más información: Cinemática y Dinámica (mecánica)

El estudio del movimiento se puede dividir en cinemática y dinámica. Cinemática directa se refiere al cálculo de la posición del efector final, orientación, velocidad, y aceleración Cuando se conocen los valores correspondientes de la articulación. Cinemática inversa se refiere al caso opuesto, en el cual requiere valores comunes se calculan teniendo en cuenta los valores de efector final, como en la planificación de la ruta. Algunos aspectos especiales de la cinemática incluyen manejo de redundancia (diferentes posibilidades de realizar el mismo movimiento), colisión evitación, y singularidad evitación. Una vez todos los puestos pertinentes, las velocidades y aceleraciones han sido calculadas usando cinemática, desde el campo de los métodos dinámica se utilizan para estudiar el efecto de fuerzas de a estos movimientos. Dinámica directa se refiere al cálculo de las aceleraciones en el robot de una vez las fuerzas aplicadas son conocidas. Dinámica directa se utiliza en simulaciones por computadora del robot. Dinámica inversa se refiere al cálculo de las fuerzas de actuador necesarios crear una aceleración efector final prescrita. Esta información puede utilizarse para mejorar los algoritmos de control de un robot.

En cada área mencionada, los investigadores se esfuerzan desarrollar nuevos conceptos y estrategias, mejorar las existentes y mejorar la interacción entre estas áreas. Para hacer esto, deben desarrollar e implementar criterios de "óptima" y maneras de optimizar el diseño, estructura y control de robots.

Educación y formación

Artículo principal: Robótica Educativa

El SCORBOT-ER 4u – robot educativo.

Robótica ingenieros diseño de robots, mantienen, desarrollan nuevas aplicaciones para ellas y realizan investigaciones para ampliar el potencial de la robótica. Los robots se han convertido en una herramienta educativa popular en algunas secundarias y preparatorias, así como en numerosos campamentos de verano de la juventud, criando interés por programación, inteligencia artificial y robótica entre los estudiantes. Cursos de Ciencias de computación de primer año en varias universidades ahora incluyen programación de un robot además de cursos basados en ingeniería del software tradicional. En el Technion I & M facultad que un laboratorio educativo fue establecido en 1994 por el Dr.. Jacob Rubinovitz.

Carrera de formación

Universidades oferta solteros, amos, y tesis de doctorado en el campo de la robótica. Escuelas vocacionales ofrecer formación robótica dirigida a carreras en robótica.

Certificación

El Alianza de las normas de certificación de robótica (RCSA) es una autoridad de certificación internacional de robótica que confiere diversas certificaciones de robótica y educativo-relacionados con la industria.

Campamento de verano de robótica

Varios programas de campamento de verano nacionales incluyen la robótica como parte de su currículo, incluyendo Digital Media AcademyRoboTech y Cybercamps. Además, programas para jóvenes verano robótica con frecuencia son ofrecidos por célebres museos tales como el Museo Americano de Historia Natural y El Tech Museum of Innovation en Silicon Valley, CA, sólo para nombrar unos pocos. Un laboratorio de Robótica Educativa también existe en el IE & mgmnt Facultad de la Technion. Fue creado por el Dr.. Jacob Rubinovitz.

Programas después de clases de robótica

Muchas escuelas en todo el país están empezando a agregar programas de robótica a su escuela después currículo. Son dos programas principales para la robótica afterschool BotBall y Concurso de Robótica FIRST.

Empleo

Un técnico de robot construye pequeños robots de todo terreno. (Cortesía: MobileRobots Inc)

Artículo principal: Desempleo tecnológico

Robótica es un componente esencial en muchos entornos de fabricación moderna. Como fábricas aumentan su uso de robots, el número de empleos relacionados con la robótica – crece y se han observado a estar aumentando.

Véase también

• Inteligencia artificial
• Glosario de la robótica
• Índice de artículos de robótica
• Mecatrónica
• Esquema de la robótica

Bibliografía

• K. S. Fu & R.C. Gonzalez C.S.G. Lee, Robótica: Control, detección, visión e inteligencia (visión de CAD/CAM, robótica e informática)
• C.S.G. Lee & R.C. Gonzalez & K.S. Fu, Tutorial de robótica
• "SP200 con centro de Control abierto. Receta robótica sistema de distribución", visitado el 22 de noviembre de 2008.
• "McKesson potenciar la salud. Robot RX", visitado el 22 de noviembre de 2008.
• "Aethon. Entregas el cuidado. REMOLCADOR ofrece el resto", visitado el 22 de noviembre de 2008.
• Club de robótica Waukee
• Marco Ceccarelli, "Fundamentos de mecánica de manipuladores robóticos"

Lectura adicional

• Diario de campo robótica
• R. Andrew Russell (1990). Robot sensor táctil. Nueva York: Prentice Hall. ISBN0-13-781592-1.

Enlaces externos

• Robótica en DMOZ
• Noticias de robótica
• Portal de robótica
• Harvard Graduate School of Design, diseño Robotics Group
• Academia de robótica del Irán
• El Instituto de robótica de la Carnegie Mellon University
• Diseño y fabricación de sistemas de Control de robótica
• Laboratorio de robótica inspirada biológicamente, Case Western Reserve University
• PRIMER robótica: ¿Quiénes son las celebridades del futuro? PRIMERO 2013 championship presentado por Archivos públicos galácticos
• AI, robótica y el futuro de puestos de trabajo, Pew Research Center

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