Robots colaboratorios

Robots colaborativos

Los robots colaborativos son entidades virtuales o mecánicas que por distintos medios y protocolos de comunicación pueden intercambiar información entre ellos para actuar de manera conjunta en el logro de distintos objetivos. Esta comunicación e interacción permite un comportamiento parecido al que se presenta en cardúmene

Introducción:

Cobots son conocidos como un novedoso prototipo de dispositivos robóticos destinados a la colaboración directa con un operante humano en un espacio compartido, como el de una línea de montaje. Los Cobots fueron desarrollados inicialmente por la Universidad Northwestern y General Motors Corporation para abordar dos puntos vitales:
1. Ergonomía: Ofrecen guía virtual de las superficies sobre las que actúan con dirección de movimiento hacia el lugar de trabajo adecuado, estas se encuentran programadas en el espacio y el tiempo exacto mediante una previa planificación adecuada.

2. Seguridad: La cercanía de los operadores con el cobot requiere un gran diseño en materia de seguridad. La planeación de la seguridad exclusiva del cobot proporciona que las capacidades de este así como el máximo de energía en el sistema se vean definidos y limitados por los ejecutores.
Los cobots han sido los nacientes de una nueva generación de computadoras controladas y del montaje programable de herramientas que ayudaran a aliviar las preocupaciones ergonómicas de las grandes industrias y al mismo tiempo proporcionaran la capacidad de cimentar una línea de montaje ágil y flexible en todos los sentidos. Los cobots seguirán evolucionando hacia sistemas prácticos por lo que la funcionalidad que ofrecen es dirigida para efecto de las líneas de montaje arquitectónicas del futuro

Historia de la robótica

1922 Karel Capek, autor checo, escribió la hisoria llamada Rossum's Universal Robots e introdujo la palabra "Rabota" (trabajador).
1950 Isaac Asimov publica las tres leyes de la robótica.
1952 La primera máquina NC fue construida en el MIT.
1954 George Devol desarrollo el primer robot programable.
1955 Denavit y Hartenberg desarrollaron una transformación homogénea de matrices.
1956 George Devol desarrolla un controlador magnético. Eckert y Mauchley construyen la computadora ENIAC en la Universidad de Pensylvania.
1961 Se emite la patente estadounidense 2,998.237 a favor de George Devol por "Transferencia Programada de Artículos", base para los robots Unimate^TM
1962 Se formó Unimation, apareciendo así la primera industria de robótica, y GM instaló su primer robot Unimation.
1967 Unimate^TM introduce el robot Mark II^TM. Se importó el primer robot a Japón para aplicación de pintura en aerosol.
1968 Se construye en el Instituto de Investigación de Stanford, SRI, por sus siglas en inglés, un robot inteligente llamado Shakey.
1972 IBM trabajó en la coordinación rectangular de robots para su uso interno. Después desarrollo la IBM 7565 para la venta.
1973 Cincinnati Milacron^TM introduce el modelo robótico T3, que se volvió popular en la industria.
1978 El primer robot PUMA fue importado a GM por Unimation.
1983 La robótica se vuelve un tema popular en la industria y en la academia. Muchos programas en EUA empiezan a impartir cursos de robótica.
1989 El Dr. Seymour Papert se convierte en Profesor Investigación de Aprendizaje de LEGO
1990 Cincinnati Milacron fue adquirido por ABB de Suiza. La mayor parte de las compañías manufactureras de robots pequeños salieron del mercado. Solo algunas compañías, principalmente productoras de robots industriales permanecieron.
1993 Dante, un robot caminante de 8 piernas desarrollado en la Universidad de Carnegie Mellon, descendió en el Monte Erebus, Antartica. Su misión era la de recolectar datos en un ambiente adverso como el que podría encontrarse en en otros planetas. La misión falló cuando, luego de 20 pies, la cadena se rompió y Dante cayó al crater.
1994 Dante II, versión mas robusta de su predecesor, desciende al volcan Monte Spurr, en Alaska. La misión fue un éxito. Marc Thorpe inicia las Guerras de Robots en el Centro Fort Mason, San Francisco, Ca.
1996 Un Robo Atún es diseñado y construido por David Barret para su dosctorado de tesis en el MIT. Fue usado para estudiar el nado de los peces.
1997 El primer nodo de la Estación Espacial Internacional es puesto en órbita. Durante los siguientes años se añaden más componentes, incluyendo brazos robóticos fabricados por la empresa canadiense MD Robotics. La misión Pathfinder aterrizó en Marte.
2000 Debuta el robot humanoide de Honda, ASIMO. Lego lanza al mercado su Sistema Robótico de Invención MINDSTORMS^TM 2.0
2001 LEGO da a conocer su Último Set Constructor de MINDSTORMS.

Investigaciones actuales

Control de Robots Colaborativos basado en Reglas:

El comportamiento de los robots está basado en reglas muy simples. En la actualidad los usos de los múltiples robots en misiones colaborativas han atraido más y más la atención de los investigadores. Varios grupos de investigadores se han enfocado en el comportamiento colectivo de los robots. Investigadores de la Escuela Naval de Posgrado desarrollaron el Robot Multi-Agente Simulación Swarm para modelar el comportamiento de los enjambres de robots militares. Con estos modelos se investigaron los efectos de incrementar la complejidad del comportamiento de un escenario de búsqueda involucrando un enjambre de robots buscando taques móviles en una región determinada. Nuevamente en este modelo el robot es muy primitivo, la velocidad es constante y las rutas son lineales.
El "robot colaborativo" simple y de bajo costo, sólo reacciona ante situaciones locales. La misión que tienen los investigadores es averiguar y controlar un área cuadrada usando robots colaborativos, tales como los vehículos Micro Air. El objetivo es cubrir el área en la medida de lo posible. Para lograr precisión y alta fidelidad, modelos complejos son utilizados para simular el comportamiento de los robots. Los robots colaborativos se distinguen por circular libremente basado en reglas muy simples. Las simulaciones se han ejecutado bajo diferentes configuraciones de los robots. Los resultados de dichas simulaciones muestran que los robots pueden desempeñar misiones colaborativas en conjunto y adecuadamente con sensores primitivos.
Modelos de sistemas
Como ya se mencionó, la misión de los investigadores es inspeccionar y monitorear un área mediante la utilización de robots colaborativos. El objetivo es obtener la máxima cobertura. Los modelos de sistemas incluyen el modelo al que se desea llegar, es decir el objetivo, y los modelos de robots. Los robots colaborativos tienen las siguientes características:

• El robot es homogéneo.
• Cada robot solo responde a situaciones locales o amenazas basadas en los estímulos sensoriales.
• Los robots colaborativos son controlados por un conjunto de reglas de comportamiento.

Los modelos de robots incluyen el modelo sensorial, el modelo de dinámica del movimiento y el modelo de dinámica del comportamiento. El robot con una dinámica de movimiento también puede ser modelo de dinámicas de partículas, dinámicas bidimensionales o modelos de dinámicas tridimensionales.
El comportamiento del robot con un modelo de dinámica se enfoca en el comportamiento colectivo de robots colaborativos.
Modelo sensorial:el robot tiene un conjunto de ocho sensores de los cuales cada uno cubre un rango de 45 grados, completando 360 grados en total, para la detección de la región vecina. Los sensores solo pueden percibir la presencia de otros objetos en el sector o frontera de la detección pero no pueden detectar el número o la distacncia de ellos.
Modelo dinámico: es un modelo más sofisticado y desarrollado para lograr una mayor seguridad en el comportamiento de los robots colaborativos. Pueden ajustar su ángulo de percepción y su fuerza de empuje.

Diseño de simulación:

La simulación de robots colaborativos debe definir las variables del estado del robot, la definición de los acontecimientos de los robots, y los controladores de eventos para cada evento. Básicamente, este paso implica la abstracción de los rasgos esenciales de un problema, y seleccionar y modificar los supuestos que caracterizan el sistema, y luego enriquecer y elaborar el modelo hasta que resulte una aproximación útil. Cada robot es un individuo independiente, que recibe información, se mueve de acuerdo a algunas normas de control, y publica información a otras personas. Estos robots interactúan unos con otros para llevar a cabo misiones colectivas. El marco de simulación se muestra en la Figura

s de peces, enjambres o parvadas. En estos conjuntos, los animales involucrados interactúan entre sí, pero manteniendo un movimiento propio; en el caso de los robots colaborativos se pretende tener este mismo comportamiento mediante la utilización de distintos sensores.