SENSORES
Los sensores son dispositivos físicos que miden cantidades físicas. El objetivo de los
sensores es permitir que los robots puedan recibir y percibir información desde el mundo
que los rodea. Su función es similar a la de nuestros sentidos.
El tipo de sensores a utilizar dependerá de la de propiedad física que necesita ser sensada:
El rango de complejidad de los sensores varía dependiendo de la cantidad de información
que estos entregan:
- Un switch es un sensor simple de tipo on/off
- Una cámara de video entrega una gran cantidad de información
Los sensores no proveen directamente la información que uno necesita (símbolos) sino que
señales. Generalmente estas señales deben ser procesadas para poder obtener información que el robot pueda entender.
Los sensores de los robots pueden ser manejados de forma activa o pasiva. De esta forma
un sensor de temperatura es generalmente un sensor de tipo pasivo, es decir, solo capta
información del medio ambiente. Por otra parte una cámara de video puede ser activa si
posee la capacidad para moverse y “activamente” buscar objetos en su medio ambiente.
El tipo de percepción que puede tener un robot puede ser dividida en:
- Propiopercepción: Sensa estados internos .
- Exteropercepción: Sensa estados externos (ej. visión, audición)
EFECTORES Y ACTUADORES
Un efector corresponde a cualquier dispositivo que afecte o modifique al medio ambiente.
Ejemplos de efectores robóticos son piernas, ruedas, brazos, dedos y pinzas. Un efector
robótico esta siempre bajo el control del robot.
Un actuador corresponde a cualquier mecanismo que permita al efector ejecutar una
acción. Ejemplos de actuadores robóticos son motores eléctricos (servomotores, de paso, de
corriente continua, etc.), cilindros neumáticos y cilindros hidraúlicos.
SISTEMA DE LOCOMOCIÓN/MANIPULACIÓN
Los robots pueden tener un sistema de: locomoción y/o de manipulación. El sistema
de locomoción permite que el robot se mueva. El sistema de manipulación permite que el
robot pueda mover o alcanzar objetos que estén cerca de él. En base a estas características
los robots se dividen en robots móviles y manipuladores robóticos.
Locomoción:
Los tipos de efectores que pueden ser utilizados son:
- Piernas/patas (para caminar, gatear, trepar, saltar, rebotar)
- Ruedas (para rodar)
- Brazos (para trepar, gatear, colgar)
- Aletas (para nadar)
A pesar de que la mayor parte de los animales utiliza piernas para desplazarse, la
locomoción en base a piernas es mucho más complicada que la en base a ruedas.
Esto principalmente debido a problemas de estabilidad.
Existen dos tipos de estabilidad: estática y dinámica. La estabilidad estática implica
que el robot puede estar parado sin caerse. La estabilidad dinámica implica que el robot puede desplazarse sin caerse. Poseer estabilidad dinámica no quiere decir que
se posea estabilidad estática (ej. saltar en un pie, equilibrar una escoba invertida en
la palma de la mano).
A modo de ejemplo los seres humanos no poseemos estabilidad estática. Nosotros
podemos estar de pie porque poseemos un control activo de nuestro balance,
logrado por la acción de músculos, nervios y tendones. Este control es aprendido y
es la razón de que los bebes no puedan estar de pie.
Para que un robot posea estabilidad estática su centro de gravedad debe estar dentro
de su polígono de soporte. El polígono de soporte es la proyección de sus puntos de
soporte en la superficie sobre la que se encuentra. En un robot de 2 piernas el
polígono de soporte es una línea y por lo tanto no estable. En un robot de 3 piernas,
con las piernas organizadas en forma de trípode y con el cuerpo sobre las mismas, el
polígono de soporte es estable.
Normalmente mientras más piernas posea un robot más estable será. La mayor parte
de los robots posee 6 piernas (hexápodos) tal como los insectos. El controlar la
caminata de un robot es una tarea complicada, dado que se deben enviar las ordenes
a los actuadores que controlan el movimiento de éstas.
Desde el punto de vista de gasto de energía es más eficiente el utilizar ruedas para
desplazarse. Esto dado que al desplazarse utilizando piernas siempre se debe
levantar parte del cuerpo del robot para mover una pierna. Por otra parte al utilizar
piernas se posee la capacidad de caminar por diferentes tipos de terrenos (este es le
motivo por el cual los animales poseen piernas y no ruedas).
En el ámbito de la locomoción las posibles tareas a realizar son:
- llegar a una posición determinada
- seguir una trayectoria determinada (más complicado)
Manipulación:
El objetivo de un manipulador robótico es mover parte de su cuerpo de tal forma
que uno de sus efectores (ej. mano, dedo, pinza) alcance una posición y una
orientación dada en el espacio. Esto con el objetivo de tomar o tocar algún objeto.
Los manipuladores robóticos más comunes son los brazos robóticos.
Las uniones permiten conectar partes de los manipuladores. A modo de ejemplo en
el caso humano tenemos la muñeca, el codo, la rodilla, etc. Los tipos de uniones
más comunes son:
- rotacional (rotación alrededor de un eje fijo)
- prismática (movimiento lineal)
La manipulación robótica es una tarea bastante complicada, dado que para alcanzar
un objeto dado en el espacio, el robot debe poseer mecanismos de control de las
uniones que permiten mover la parte del manipulador que alcanzará dicho objeto,
respetando las leyes físicas de la cinemática y la .dinámica.
En el contexto de la robótica se entiende por cinemática a la correspondencia que
debe existir entre el movimiento del actuador y el movimiento resultante del efector.
Para controlar un manipulador debemos conocer su cinemática (que está conectado
con que, cuantas uniones existen, los DOF de cada unión, etc.). Este conocimiento
se formaliza utilizando ecuaciones, que generalmente relacionan ángulos de una
unión con movimientos traslacionales (x,y,z) del efector.
La dinámica tiene que ver con la leyes que rigen los movimiento del manipulador
(ej. la velocidad y la aceleración de algún efector).
Generalmente en las tareas de manipulación no solamente se necesita alcanzar un
objeto, sino que también tomarlo (grasping). La tarea de tomar un objeto introduce
una dificultad adicional dado que se debe controlar la fuerza que se aplica al tomar
el objeto, de tal forma de no romperlo. A modo de ejemplo el tomar un huevo o una
ampolleta sin romperlos es una tarea difícil para un robot.
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