Ingeniería en Robótica

¿De que se trata esta carrera?


La carrera de Ingeniería en Robótica responde a las necesidades del país de contar con profesionistas que integren conocimientos de las áreas de Computación, Electrónica, Diseño Digital y Robótica.
Estas áreas, al integrarse, han permitido el desarrollo de dispositivos que se han vuelto cotidianos en nuestros días, tales como los teléfonos celulares, cámaras fotográficas y de video digital, reproductor de música y video, videojuegos, y muchos de los juguetes electrónicos que conocemos hoy en día.

Así mismo, otras industrias han incorporado en sus operaciones y en sus desarrollos, sistemas digitales que potencializan las capacidades de sus productos, como por ejemplo los sistemas de control en los automóviles, los electrodomésticos inteligentes, los equipos de diagnóstico médico y los robots.




¿Quién es un Ingeniero en Robótica?

Es un profesionista con sólidos conocimientos en las áreas de Computación, Electrónica, Diseño Digital y Robótica.
Su especialidad le permite generar soluciones tecnológicas al servicio de las personas y las organizaciones a través de dispositivos electrónicos y sus correspondientes sistemas de software.
En su práctica profesional, estará involucrado en la innovación y desarrollo de productos electrónicos cotidianos de alto consumo como teléfonos celulares, cámaras fotográficas y de video digital, reproductor de música y video, videojuegos; así como en los de aplicación industrial y de las empresas de servicios.
Profesional capacitado para implementar proyectos de automatización industrial en diferentes ámbitos productivos. Este ingeniero posee una fuerte preparación teórico-práctica en técnicas de control automático, instrumentación, máquinas eléctricas, robótica y mecatrónica, entre otros, soportado lo anterior por una sólida formación en ciencias básicas y complementado con conocimientos en fundamentos de la computación, gestión de proyectos y procesos industriales.


Descripción de la carrera de Ingeniería en Robótica

Un Ingeniero en Robótica es capaz de:

a) Diseñar, construir y mantener dispositivos electrónicos y sus correspondientes sistemas de software, cumpliendo con requerimientos de costo, velocidad, confiabilidad y gasto de energía, entre otros factores.

b) Utilizar herramientas especializadas para apoyar los procesos de diseño, construcción y pruebas de estos dispositivos, generando así productos con altos estándares de calidad.

c) Trabajar de manera interdisciplinaria en el diseño y construcción de robots de propósito específico para aplicaciones industriales y de servicio, entre las que destacan las del área médica, aparatos electrodomésticos y la industria del entretenimiento.

d) Dar soporte a la infraestructura cómputo y de comunicación de las empresas.



¿Dónde puede trabajar un Ingeniero en Robótica?

Un Ingeniero en Robótica podrá trabajar en empresas o instituciones públicas y/o privadas, tanto nacionales como extranjeras, en donde la innovación tecnológica y la administración de la tecnología sean estratégicas.
Entre las áreas principales en las que se puede desarrollar un profesional en esta carrera son:

• Empresas de manufactura.
• Empresas que utilicen redes de comunicación de datos.
• Empresas que se dediquen al diseño y construcción de sistemas digitales o embebidos.
• Empresas que fabriquen robots de propósito específico.
• Empresas de consultoría.
• Empresas fabricantes de equipo electrónico y computacional.
• Centros de investigación y desarrollo para la generación de nuevas tecnologías.

Método científico

El método científico es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Para ser llamado científico, un método de investigación debe basarse en la empírica y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento. El Oxford English Dictionary, dice que el método científico es: "un método o procedimiento que ha caracterizado a la ciencia natural desde el siglo 17, que consiste en la observación sistemática, medición y experimentación, y la formulación, análisis y modificación de las hipótesis."

El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales. El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos. El segundo pilar es la refutabilidad. Es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada o refutada (falsacionismo). Esto implica que se podrían diseñar experimentos, que en el caso de dar resultados distintos a los predichos, negarían la hipótesis puesta a prueba. La falsabilidad no es otra cosa que el modus tollendo tollens del método hipotético deductivo experimental. Según James B. Conant, no existe un método científico. El científico usa métodos definitorios, métodos clasificatorios, métodos estadísticos, métodos hipotético-deductivos, procedimientos de medición, etcétera. Y según esto, referirse a el método científico es referirse a este conjunto de tácticas empleadas para constituir el conocimiento, sujetas al devenir histórico, y que eventualmente podrían ser otras en el futuro. Ello nos conduce tratar de sistematizar las distintas ramas dentro del campo del método científico.

Etapas del Método Científico

Charla: "La Vida del Ingeniero".

Por

Matias Valdenegro T.

 

                                                                                                         8 de mayo de 2012

ESTRUCTURA INTERNA DE UN ROBOT (2)

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.

                                               Robot  manipulación.

                                             Robot móvil


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.

ESTRUCTURA INTERNA DE UN ROBOT

Un robot está formado por:

1. Sistema de control (sistema nervioso)

2. Sensores

3. Efectores y actuadores

4. Sistema de locomoción/manipulación

SISTEMA DE CONTROL (SISTEMA NERVIOSO)

La función de este sistema es controlar las acciones que ejecuta el robot de tal forma que

pueda cumplir con la tarea que le ha sido asignada y tomando en consideración la

información del medio ambiente.

Este sistema de control corresponde a una suerte de sistema nervioso del robot, el cual
puede variar en complejidad, de igual forma como varía la complejidad del sistema
nervioso de los diferentes animales (humano v/s insecto).

Las acciones a desarrollar por un robot son gatilladas por la información que éste capta del
medio ambiente, pero considerando el estado interno (mental) del mismo y la tarea a
realizar.

Las diferentes estrategias de control que pueden ser utilizadas se dividen en:
- Control Reactivo (no piense, reaccione)
- Control Deliberativo (piense intensamente, luego actúe)
- Control Híbrido (Piense y actúe independientemente, en paralelo)
- Control basado en la conducta (Piense en la forma en que actúa)
Control Reactivo
- Conjunto de reglas estímulo/respuesta (sensar/actuar)
- Inherentemente concurrente (paralelo)
- No hay memoria
- Muy rápido y reactivo
- Incapaz de planificar y aprender
Control Deliberativo
- Basado en el modelo clásico sensar->planificar->actuar
- Inherentemente secuencial
- Planificar requiere búsqueda, la cual es lenta
- Buscar requiere poseer internamente un modelo del mundo
- El modelo del mundo muchas veces queda obsoleto (el mundo cambia!)
- Normalmente la búsqueda y la planificación requieren mucho tiempo
Control Híbrido
- Combina los dos esquemas anteriores y es llamado frecuentemente sistemas de 3
capas: a) es reactivo en su capa inferior; b) es deliberativo en su capa superior y c)
posee una tercera capa que conecta las 2 anteriores
- Las capas deben operar en forma concurrente
- Existen diferentes tipos de representaciones y escalas de tiempo en las diferentes
capas
Control basado en la conducta
- Alternativa a los sistemas híbridos pero sin capa intermedia
- También posee la habilidad de actuar en forma reactiva y deliberativa
- Utiliza una representación y una escala de tiempo única en todo el sistema, esto
permite la existencia de conductas concurrentes
La forma en que el sistema de control es construido da lugar a dos grandes familias de
robots, robots clásicos y robots BEAM (Biology Electronics Aesthetics Mechanics).
Los robots clásicos están construidos en base a componentes digitales, microprocesadores
que procesan información en base a programas, y memorias que almacenan la información
y los programas. Este tipo de componentes implementan un sistema nervioso similar al
sistema nervioso central de los humanos.
Los robots BEAM están construidos en base a componentes analógicos, los cuales
implementan en hardware (su estructura) la funcionalidad que necesitan. Este tipo de
componentes implementan un sistema nervioso similar al sistema nervioso de los insectos.

                                                     Presentación.