Instituto Tecnológico de Morelia

1. ITM ROBÓTICA Instituto Tecnológico de Morelia M.C. Rogelio Ferreira Escutia M.C. Miriam Zulma Sánchez Hernández

2. Inteligencia Artificial • Ciencia de la obtención de máquinas que logren hacer cosas que requerirían inteligencia si las hiciesen los humanos. (Minsky, 1968) • “La IA es el diseño de sistemas Inteligentes, que exhiben características que asociamos con la inteligencia humana, como el aprendizaje y el razonamiento” [Barr-Feigenbaum,1986].

3. Fundamentos de la IA • FILOSOFÍA • De la cual han surgido teorías acerca del Razonamiento y el Aprendizaje • MATEMÁTICAS • Han aportado teorías formales relacionadas con la lógica, probabilidad, toma de decisiones y la computación • PSICOLOGÍA • Investiga la mente humana • LINGÜÍSTICA • Ofrece teorías sobre la estructura y el significado del lenguaje • COMPUTACIÓN • Aporta el conjunto de herramientas para que la IA se convierta en una realidad hoy en día

4. ¿Qué es un ROBOT? • “agente activo artificial cuyo ambiente es el mundo físico” [Russell y Norvig]. • “conexión inteligente de percepción a acción” [Jones y Flynn]. • “una máquina programable capaz de percibir y actuar en el mundo con cierta autonomía” [Sucar].

5. ROBOT • La definición adoptada por el Instituto Norteamericano de Robótica aceptada internacionalmente para Robot es: Manipulador multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos programados y variables que permiten llevar a cabo diversas tareas. • Si buscamos en otras fuentes especializadas o diccionarios encontraremos: Aparato automático que realiza funciones normalmente ejecutadas por los hombres. • El término "robot" se debe a Karel Capek, quien lo utilizó en 1917 por primera vez, para denominar a unas máquinas construidas por el hombre y dotadas de inteligencia. Deriva de "robotnik" que define al esclavo de trabajo

6. HISTORIA DE LOS ROBOTS Los autómatas • Precursores de los robots mecánicos (La primer máquina compleja construida por un hombre, fue llamada autómata) • Mecanismos de reloj • El más famoso: Concertista de tímpano (1784), cambiaba de melodías • El autómata de Maillardet, fabricado alrededor de 1800 en Londres • 4 dibujos y 3 poemas • Restaurado en el Instituto Franklin

8. LA CIBERNÉTICA (años 50) • Grey Walter, 1941 • Burden Neurological Institute (UK) • 8 tortugas • Un fototubo como ojo • Comportamiento tropistas: baile alrededor de una luz • Recarga al detectar descarga Intelligent Autonomous Systems Laboratory

9. LA ELECTRÓNICA (años 60) • John Hopkins University (USA) • Transistores • Centrado con sonar • Brazo de recarga • Celulas fotoeléctricas (enchufes negros) • Tarea: patrullar pasillos

10. LOS ORDENADORES (años 70) • Carrito con visión • Stanford University (USA) • Ordenador externo • Seguimiento visual • Luz natural • Tarea: Seguimiento de línea

11. LOS ORDENADORES… • Ordenador Shakey • Stanford University (USA) • Ordenador externo planificación • Ordenador interno control • Cámara de TV • Capaz de encontrar objetos regulares • Entorno altamente controlado • Tarea: Planificar movimientos

12. LOS ORDENADORES EMBARCADOS (años 70) • Versión moderna del carrito • Stanford University • Dos cámaras de TV • Reconstrucción 3D limitada • Entorno estructurado: Reconoce objetos regulares • Tarea: Navegación • Muy lento, 5 horas para navegar 30 metros.

13. NAVEGACIÓN EN ENTORNOS REALES (años 90) • Xavier, Carnegie Mellon University • Construcción de mapas y navegación • Entorno no estructurado • Tarea: navegación • Ordenador: PC’s, Unix

14. HABILIDADES ACTUALES • Mejora del Hardware • Primeros usos de robots móviles: cortacésped • Navegación “superada” • Japón: Humanoides Robot Kismet, MIT

15. EL FUTURO • 2005 Manejo de mapas 3D • 2010 Electrodomésticos robóticos • 2020 Robots de propósito general • 2030 Primates robóticos • Interacción con humanos • Aprendizaje, Adaptación

16. El Sojourner, de la misión espacial Pathfinder, proyecto de la NASA, que tocó suelo marciano el 04/07/1997. Es un robot pequeño (65cm x 45 cm x 25 cm) que se puede mover a 0,6 m/min y que tenía varios objetivos científicos y tecnológicos El perro robot de Sony!  Se llama AIBO, pesa unos 16 kg y cuesta alrededor de U$S 2000. Tiene el aspecto de un can común y su comportamiento es como tal Hoy robots cirujanos realizan intervenciones quirúrgicas con la presteza del mejor colega humano. Este de la foto es un colaborador del cirujano

17. El Sojourner, de la misión espacial Pathfinder, proyecto de la NASA, que tocó suelo marciano el 04/07/1997. Es un robot pequeño (65cm x 45 cm x 25 cm) que se puede mover a 0,6 m/min y que tenía varios objetivos científicos y tecnológicos El perro robot de Sony!  Se llama AIBO, pesa unos 16 kg y cuesta alrededor de U$S 2000. Tiene el aspecto de un can común y su comportamiento es como tal Hoy robots cirujanos realizan intervenciones quirúrgicas con la presteza del mejor colega humano. Este de la foto es un colaborador del cirujano

18. Cog es un proyecto del MIT basado en la premisa de que la inteligencia humanoide requiere interacción humanoide con el mundo. Tiene un conjunto de sensores y actuadores que intentan aproximar su funcionamiento a los sentidos y movilidad del cuerpo humano.

19. ROBÓTICA Concepto Tipos de robots Elementos de un robot

20. Robótica • Existe una ciencia, que implica un gran reto para los investigadores, debido a que abarca un gran conjunto de áreas afines entre sí. Éste campo es la Robótica. Algunas de éstas áreas son: • Visión: Por medio de imágenes que capta un robot, puede reconocer objetos y evitar obstáculos, esto le ayuda a moverse dentro de su entorno. • Instrumentación y Control: Por medio de varios tipos de sensores, se pueden reconocer los objetos que se encuentran alrededor, así como saber la ubicación del robot. También se requiere desarrollar nuevos tipos de mecanismos para mover los robots.

21. Robótica… • Planeación:Por medio de algoritmos de planeación, se generan secuencias de acciones a ejecutar por un robot, para cumplir una lista de tareas. • Aprendizaje: El aprendizaje ayuda a que un robot reciba información de entorno y poder aprender de él, mejorar su comportamiento y realizar mejor sus tareas.

22. Tipos de Robot • Robots manipuladores (brazos). • Robots móviles. • Robots “híbridos” (móviles con manipulación). • Vehículos autónomos. • Robots caminantes: • – 2 patas (humanoides) • – 4/6 patas (insectos)

23. 23 Robot • Curso “Robótica Móvil”, Enrique Sucar, ITESM Cuernavaca 2004.

24. Actuadores • Un robot interacciona con el mundo a través de sus actuadores. • Dos tipos principales: • – Locomoción: cambiar la posición del robot • respecto al medio ambiente (trasladarse de un lugar a otro) • – Manipulación: mover otros objetos en el medio • ambiente (manejo de objetos)

25. Locomoción • Existen dos formas básicas de locomoción: • Robots con ruedas • Robots con patas • Ruedas: más simples y eficientes, fáciles de controlar limitadas a terrenos planos • Patas: complejas, inestables, difíciles de controlar mayor flexibilidad para todo tipo de terreno

26. Manipulación • Normalmente construidos en base a una serie de segmentos con articulaciones entre ellos (como un brazo).Tres tipos básicos de articulaciones: Rotacionales Cilíndricas Prismáticas • Mayor número de articulaciones dan mayor flexibilidad (grados de libertad), pero hacen más complejo el control. Aquí va un brazo de robot

27. Manipulación • Los manipuladores tienen en el extremo un efector final que interactúa directamente con los objetos. • Existen diferentes tipos de efectores dependiendo de la tarea: Pinzas herramientas (desarmador. ...) pistola de pintura, soldadora, … “manos”,

28. Sensores • Dispositivos que permiten al robot percibir el medio ambiente y su estado interno. • Principales tipos: • a) posición y movimiento: Codificadores en uniones de manipuladores Odometría en robots móviles • b) De choque (bumpers). • c) Táctiles. • d) Ultrasonido (sonares).

29. Sensores • Detector de choques: • Sonares

30. Sensores • Cámara de video:

31. Sistema Eléctrico • Sistema de potencia que proporcionan la energía eléctrica para la operación de las diferentes partes: electrónica, motores, sensores, etc. • Los robots manipuladores se pueden alimentar de las líneas eléctricas (fijos), mientras que los robots móviles normalmente se alimentan de baterías.

32. Control • Provee la interfaz entre el sistema de procesamiento del robot y sus sensores y actuadores. • Normalmente se realiza mediante una combinación de hardware y software. • Provee una serie de comandos (subrutinas) para los programas de alto nivel del robot (“inteligencia”).

33. Memoria (“Inteligencia”) • Conocimientos que tiene el robot: Mapas, comportamientos… • MAPAS • Topológicos • Métricos • Elementos geométricos • COMPORTAMIENTOS • Ad-hoc incorporados por el programador • Aprendidos: Redes neuronales, algoritmos genéticos, etc.

34. LEYES DE LA ROBÓTICA • El término "robótica" termino de popularizarse por Isaac Asimov, quien la comenzó a utilizar en una de sus obras en 1942.  • Asimov propuso tres "Leyes de la Robótica", a las cuales les añadió una cuarta, llamada Ley Cero. Estas son. • Ley Cero: Un robot no puede dañar a la humanidad, o a través de su inacción, permitir que se dañe a la humanidad. • Primera Ley: Un robot no puede dañar a un ser humano, o a través de su inacción, permitir que se dañe a un ser humano. • Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la Primera Ley. • Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia existencia, siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la Primera y la Segunda Ley.