microrobotica

MICROROBOTICA


Abstract – Un micro robot no es un robot pequeño, su programación esta hecha para cumplir con una tarea pequeña, pero que en conjunto con más de estos llegan a cumplir una tarea global.




I. INTRODUCCION

La idea de la micro robótica surge aproximadamente sobre los 90 en una universidad de Europa. En esta universidad se encontraban unos investigadores y decidieron programar a unos pequeños robot con una tarea sencilla, esta consistía en recoger la mayor parte de trozos de vela que se encontraban en una habitación, cada micro robot recogía estos trozos hasta el tope de su capacidad y luego los apilaba todos en un lugar y seguía recogiendo. Luego de poner en marcha la prueba sucedió que todos los robots colaboraban entre si y dejaban todos los trozos apilados en cierto lugar. Esto no fue coincidencia ya que se realizaban varias veces el mismo proceso y los micro robots siempre dejaban apilados todos los trozos de vela en un solo lugar de la habitación. Por lo tanto cada uno de los micro robots esta programado para una tarea pequeña, y con el trabajo en grupo lograban cumplir con una tarea global.

II. EVOLUCION HISTORICA

La palabra ROBOT, es de origen checo y tiene como significado siervo o esclavo. El concepto de maquinas automatizadas viene desde la antigüedad donde se tenían mitos de seres mecánicos vivientes. En los relojes de las Iglesias medievales ya se veían maquinas parecidas a una persona, los relojeros en esa época eran famosos por los diseños de estos relojes.

Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de retroalimentación, un ejemplo de estos mecanismos es el flotador para determinar el nivel de agua. El primer controlador retroalimentado fue el regulador de WATT, en 1978 este ingeniero británico construyo un dispositivo que constaba de dos bolas metálicas al eje motor de una maquina de vapor y conectadas con una válvula que regulaba el flujo del vapor.

En el siglo XVIII el desarrollo de maquinas que pudieran realizar tareas pequeñas fueron ingredientes importantes en la automatización de las fabricas en esta época. A medida que mejoraba la tecnología se hacían maquinas con tareas especificas como poner tapones a los botellas, sin embargo ninguna de estas maquinas era tan versátil como el brazo humano para alcanzar objetos y ponerlos en la ubicación deseada.

En 1954 George Devol desarrollo un brazo el cual se podía programar para que hiciera pequeñas tareas.

En 1975 el ingeniero Víctor Scheinman desarrollo el Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA), era capaz de coger un objeto y colocarlo en un lugar deseado en cualquier orientación mientras estuviera dentro de su alcanza. El concepto básico de este brazo multiarticulado es la base de la mayoría de los robots actuales.

Las principales características de un robot son:
ü Movilidad
ü Gobernabilidad
ü Autonomía
ü Polivalencia
ü Repetibilidad [1]

A principios de los 90 y motivados por la necesidad de disminuir el peso, volumen, costo y consumo de energía de los productos electrónicos, la creación de componentes electrónicos mas pequeños y los microchips se convirtieron en un gran avance tecnológico. En este momento empezaron a ser útiles los micro robots ya que estos podían realizar tareas específicas y con una precisión del orden de la micra.

III. VETAJAS DE LA APARACION DE LA MICROROBOTICA

Ø Son sistemas de manipulación inmunes a perturbaciones externas
Ø En cuanto a la producción de la microelectrónica es menos costoso hacerlo con micro robots que con operadores humanos
Ø El ahorro de energía que supone la utilización de estos micro robots

Estos factores han hecho que aparezcan estos micro robots, estos constituyen microsistemas de fabricación, los cuales están compuestos de micro mecanismo que realizan tareas que no podría cumplir un operario humano.
Algunos de estos micro mecanismos son:
Sensores
Controladores
Motores o Baterías


IV. ESTRUCTURA GENERAL DE UN MICROROBOT

NIVEL FISICO: Aquí encontramos la estructura física, como por ejemplo unidades motoras que permiten la movilidad de un micro robot y realizar actividades como recoger piezas.
Los micro robots constan de motores que permite la movilidad de sus ruedas y otros motores o actuadotes que permiten coger piezas, taladrar, etc.
Para escoger un motor para aplicaciones de micro robótica hay que tener en cuenta factores como velocidad, inercia, motor de control entre otros.

Existen varios motores de corriente continua, aunque no son muy adecuados para los micro robots porque su numero de revoluciones por minuto, para poder usarlos en estos es necesario utilizar reductores adicionales o un sistema de regulación electrónicos.



Otros tipos de motores son los servomotores, estos son utilizados en radio control, estos son idóneos para la construcción de micro robots hexápodos es decir de 6 patas, ya que tienen características como un buen par de salida, potencia suficiente para trasladar objetos, baja inercia, son capaces de mover hasta 3.5 Kg., por centímetro y son fáciles de fijar en una placa plana, etc.

TIPOS DE ESTRUCTURA
1. Estructuras metálicas: Este tipo de estructuras emplean piezas metálicas que son aseguradas con tornillos. Estas poseen una gran resistencia pero tienen inconvenientes como por ejemplo peso, falta de flexibilidad y dificultad en la mecanización.

2. Estructuras plásticas: Esto implica que las dimensiones finales del micro robot sean más reducidas.

3. Estructuras a medida: Estas permiten crear estructuras magnificas. Ejemplos de estas estructuras son madera, metacrilato, cristal, etc.

V. NIVEL DE REACCION

Esta formado por el conjunto de sensores, así como por sistemas básicos para su funcionamiento. Estos sensores juegan el papel de “sentidos” para este robot, como por ejemplo: Infrarrojos, detectores de proximidad, radares, sonar, equipos de visión y de sonido.

VI. NIVEL DE CONTROL

Permite interpretar información que proveen los sensores para poder realizar ciertas tareas. Por ejemplo desplazarse sin chocar contra una pared. En estos circuitos se incluye un microcontrolador que tiene una memoria en donde se aloja un programa que se encarga del comportamiento del robot.


VII. NIVEL DE INTELIGENCIA

El programa que se aloja en la memoria del microprocesador es el encargado del comportamiento de un robot. En los micro robots debido a la memoria limitada (256 bytes), no se pueden utilizar lenguajes de alto nivel, generalmente el lenguaje utilizado es C o ensamblador, el sistema operativo utilizado es Linux.



VIII. NIVEL DE COMUNIDAD Y COOPERACION

El nivel de comunidad consiste en colocar varios micro robots en un mismo entorno, y sin que ninguno de ellos tenga conocimientos de los otros robots. El nivel de cooperación consiste en programar a los robots para que tengan conocimientos de otros micro robots que están en el mismo entorno.

IX. SIMILITUDES Y DIFERENCIAS

No se puede pensar que un micro robot es simplemente un robot pequeño. Existen diferencias en cuanto al concepto, la arquitectura y la aplicación. Una micromáquina es un dispositivo capaz de realizar una tarea sin disponer de un control interno. Una similitud es que los micro robots pueden reprogramar su comportamiento como los robots industriales o con adaptabilidad a circunstancias como robots avanzados en entornos no estructurados o robots de servicios, o control habilidad remota como robots teleoperadores. La diferencia fundamental entre un macro robot y un micro robot además de su tamaño es el campo de acción. Los micro robots no fueron diseñados para reemplazar ni competir contra los macro robots estos fueron diseñados para cumplir tareas pequeñas y con gran precisión.

X. ESTADO DEL ARTE

v Clasificación: En cuanto a su escala los robots se pueden clasificar en robot miniatura, micro robot y nanorobot. Es de destacar que en la actualidad la mayoría de los micro robots implementados pueden ser clasificados como robots miniatura. Esto a su vez pueden clasificarse en fijos y móviles. La gran diferencia entre estos es que los fijos solo actúan con objetos que se encuentran a su alrededor, mientras que los móviles pueden desplazarse para alcanzar objetos y manipularlos.


v Estado actual de las categorías: En la actualidad los micro robots móviles son los mas usados por sus ventajas en cuanto a poder ser empleados para realizar varias tareas ya que estos pueden ajustarse en diferentes entornos y por lo tanto tienen mucho mas aplicación. Algunos ejemplos de estos micro robots son los arácnidos y los voladores.

Micro robots Voladores: Los prototipos se movían a tan solo 1 milímetro por segundo, pero ahora se encuentran micro robots que alcanzan velocidades de hasta 30 cm. por segundo, pueden cargar una cámara de video pequeña sin problema alguno. Con las baterías actuales la autonomía que se consigue es de 45 minutos lo cual es suficiente para recorrer 800 metros. En el futuro se quieren desarrollar micro-robots voladores pero estos no se han podido elevar del piso.




Micro robots Arácnidos: Investigadores de la Jet Propulsión Laboratory han creado un robot en forma de arácnido que en un tiempo podrá emplearse para tareas como explorar pequeños cometas.

“Al igual que un arácnido real, este robot tiene antenas sensoras que le sirven de ayuda para poder detectar obstáculos. El primer prototipo realizado es lo suficientemente pequeño como para caber en la palma de la mano y las versiones futuras podrían tener un tamaño de una décima parte del primer diseño original. Equipado con cámaras que analizan los alrededores, el micro robot consta de seis pies y para sostenerse en equilibrio emplea un paso de tres en tres patas. En el futuro, dependiendo de las necesidades y del tipo de trabajo que realicen, este tipo de robots podrían contar con 8, 12 o incluso hasta 50 patas.

Los investigadores creen que un conjunto de varios robots que estuviesen intercomunicados podría tener éxito para la exploración de superficies planetarias: cada robot recogería datos individualmente y transmitirían la información a corta distancia, de tal modo que todos ellos podrían compartir información y conocer qué datos han sido recogidos en distintos puntos.” [2]