LA ROBOTICA EN NUESTRO MUNDO
Origen y Desarrollo de la Robótica.
lunes, 24 de septiembre de 2012
domingo, 23 de septiembre de 2012
LA ROBOTICA APLICADA EN LA SEGURIDAD CIVIL
Desde que se conocen las tres
primeras "formulaciones matemáticas impresas en los senderos
positrónicos del cerebro" que Asimov decía que todo robot debía tener,
ya se vislumbraba la intención de proteger al ser humano. Ya se
establecía entonces que el valor de una vida humana sería superior al de
un robot; sin embargo, la supuesta ética que se pretende implantar en
los robots con estas leyes entra en conflicto cuando los robots intentan
aplicarse a las áreas de defensa y seguridad.
Hay que tener en cuenta
que muchos de los avances en robótica de seguridad civil vienen
heredados de las investigaciones militares de Defensa, es por ello a
veces difícil delimitar el uso de un determinado robot en un área
concreta.
Una de las mayores
ventajas del uso de los robots es que puede realizar ciertas tareas en
las que un ser humano correría riesgos debido a entornos hostiles o
peligrosidad en la tarea en sí, o incluso también en aquellas en las que
las capacidades humanas están limitadas por la fisonomía y factores
como la fuerza o precisión. En la mayor parte de estos casos el robot no
tiene por qué desarrollar su trabajo en un entorno especialmente
adaptado a sus características,de hecho podría ser totalmente
desconocido, continuamente cambiante y con una importante interacción
con las personas.
CLASIFICACIÓN DE ACTIVIDADES Y TIPOS DE
ARQUITECTURAS DE ROBOTS
Para poder crear un entorno seguro y proteger ante posibles amenazas es necesario analizar el término “seguridad”. Son cinco las claves que hay que tener en cuenta: Prevención, Protección, Preparación, Respuesta y Recuperación.
Según esto las
actividades que los robots realizan en la actualidad en este campo
pueden ser: vigilancia de perímetros de seguridad mediante rondas de
patrullas, reconocimiento de posibles amenazas (como detección de armas o
sustancias peligrosas y/o nocivas), adquisición de datos en zonas
peligrosas/contaminadas, acceso a zonas restringidas o de difícil
acceso, manipulación de objetos o sustancias peligrosas y la limpieza de zonas con minas o desactivación de explosivos.
Aunque trabajen en el
campo de la seguridad civil, no es muy usual que dichos robots tengan
elementos de retención, ataque o disuasorios. Suele tratarse de sistemas
no ofensivos debido a las barreras éticas y sociales expuestas
anteriormente, aunque hay algunas excepciones que se detallarán más
adelante.
Teniendo en cuenta estas
características, hay diferentes tipos de robots con arquitecturas
determinadas para llevar a cabo su misión. Por lo general un robot se
desarrolla para trabajar en un único medio tierra mar o aire, aunque en
ocasiones se diseñan para varios. Es por ello que se pueden clasificar
principalmente según el entorno para el que han sido diseñados:
Robots Marinos de Seguridad Civil
En esta categoría hay que puntualizar según el robot opere bajo o sobre la superficie, según esto tenemos AUV y ASV.
ASV –
Vehículos de Superficie Autónomos. En su mayoría dedicados a Defensa.
En los últimos años se está extendiendo su uso a la vigilancia costera
como apoyo a los guardacostas. También es frecuente utilizarlos como
apoyo de superficie a unidades AUV, en trabajos de desactivación,
limpieza o investigación.
Se componen
en su mayoría de sistemas de flotación,rotores con hélices para la
navegación. Dotados con cámaras para tener visión, ya sea bajo o sobre
la superficie. En el caso de que el robot se destine a tareas de
manipulación, como es frecuente en los submarinos, tendrán brazos
manipuladores.
La
comunicación con el dispositivo de control base para la teleoperación
suele ser cableada para los submarinos e inalámbrica para los de
superficie
AUV –
Vehículos Submarinos Autónomos. Se utilizan sobre todo en Defensa, en
seguridad civil se dedican a detección y desactivación de mina, También
se enfocan a la supervisión de estructuras marítimas tras huracanes u
otros desastres naturales, o para labores de limpieza.
Robots Aéreos de Seguridad Civil
Los UAV, Vehículo Aéreos No tripulados, suelen utilizarse en misiones de vigilancia a vista de pájaro, adquisiciones de datos, o de inspección remota de zonas de difícil acceso.
Tienen estructuras
idénticas a vehículos aéreos tripulados de mayor escala como aviones,
helicópteros o dirigibles,aunque se están experimentando con nuevas
formas que ofrecen ciertas ventajas en vuelo. En este último caso se
encuentran los cuadricópteros que pese a tener grandes restricciones de
peso tienen una gran estabilidad. El recién patentado Phantom Sentinel
pese a su forma singular tiene la ventaja de poder hacer vigilancias
invisibles y cercanas al objetivo proporcionando una visión en
360º.Compuestos por rotores con hélices también disponen de un giróscopo
para el control de vuelo. Además portan una cámara para
proporcionar la visión, y la comunicación es inalámbrica. En ocasiones
pueden llevar incorporados sensores de medición.
Robots Terrestres de Seguridad Civil
En tierra es donde más
han proliferado la mayoría de robots de seguridad civil. Las áreas de
aplicación suelen ser para los cuerpos de seguridad como la policía, la
vigilancia privada en empresas o industria, y la vigilancia doméstica.
Los robots para cuerpos
de seguridad del estado suelen heredarse de los de Defensa y
aplicaciones militares. Entre ellos podemos encontrar de tipo arrojadizo
para la recopilación de información en zonas hostiles, como el tipo
huevo, el tipo carrete de dos ruedas, de cuatro ruedas o tipo oruga.
Suelen utilizarse por fuerzas especiales, SWAT o GEOs para incursiones
tácticas. Son teleoperados no
armados, y con una o varias cámaras y micrófonos paraobtener información de video y/o audio.
ROBOTS RELEVANTES EN SEGURIDAD CIVIL
Debido a la gran variedad
de situaciones y por tanto de configuraciones para las que son
diseñados este tipo de robots, se van a analizar tres modelos muy
diferentes en el campo de la seguridad civil.
La descripción se centrará en modelos de robots muy utilizados en la seguridad civil en la
actualidad, pero sus características pueden ser aplicadas a otros modelos y marcas de arquitectura similar.
AUNAV
La familia de vehículos
robotizados AUNAV y SUPER AUNAV, ha sido creada específicamente para
tareas de desactivación de explosivos, es actualmente el estándar
reglamentario utilizado desde el año 2003 por todos los Grupos
Policiales Españoles.
Dispone de un elaborado
diseño de la pinza, que junto con su precisión y robustez, permite
abordar desde las más delicadas manipulaciones hasta una fuerza
destructora demás de 5.000 Kg.
La
rotación de la pinza es de 360º, cuenta con movimientos suaves y
precisos que permite manipulaciones de los objetos complejas y
delicadas. AUNAV permite además el soporte de elementos
auxiliares como sistemas de inspección por rayos-X, disruptores, sistemas de corte o hidrocorte.
La consola de control
manejar todo el vehículo AUNAV, se realiza a través de un PC portátil y
un joystick. La interfaz hombre-máquina ha sido especialmente estudiada
para elaborar la correspondiente aplicación de control. El acceso a
cualquier función del robot puede ser realizado a través del joystick
prácticamente con una sola mano.
La pantalla permite
mostrar simultáneamente, tanto el estado operativo de la máquina como
las imágenes obtenidas a través de las cámaras de video.
AUNAV permite la utilización de accesorios necesarios para EOD (Explosive Ordnance Disposal) y NRBQ (Nuclear,
Radiológico, Biológico y Químico). Sistemas de inspección por rayos X,
cañones disruptores, herramientas de hidrocorte, o escopeta que se
situarán en el extremo terminal del brazo manipulador del robot.
UAV AirRobot
El AirRobot
es la solución UAV de AirRobotGMBH&Co. que es un cuadricóptero que
ha alcanzado gran protagonismo debido a las detenciones que se han
realizado con su ayuda en el Reino Unido.
Gracias a su
sistema de propulsión eléctrica silenciosa y a su reducido tamaño es
prácticamente indetectable. Resulta ideal para vigilancia y observación,
filmación y fotografía aérea, y se puede emplear como plataforma para
cargas inferiores a 330 g.
Para su
operación basta con una sola persona, que controla el avión remotamente
desde el centro de control, que recibe y registra las imágenes y los
datos enviados desde el UAV. Dispone de sistema de guiado basado en GPS y
baliza de emergencia.
Una
característica fundamental de estos sistemas es su transportabilidad,
puesto que su emplazamiento es cambiante. Esto les confiere una alta
rentabilidad y potencialidad, lo cual se puede conseguir gracias a la
facilidad de dichos sistemas para adaptarse a las condiciones del
entorno de operación.
Sus puntos
fuertes son la estabilidad, lo silencioso que es frente a otros UAV, y
su facilidad de vuelo y transporte.Como puntos en contra se podrían
enumerar la duración de baterías que suele ser en torno a los 20
minutos, lo cual haceque sean planes de vuelo muy breves comparados con
otros UAVs que tienen mayor autonomía sobre todo en vehículos de
combustible.
Otra
desventaja es su poca capacidad de carga, que requerirá en muchas
ocasiones de elementos y sensores muy ligeros. Es por ello que este tipo
de vehículos se utiliza sobre todo para tareas de vigilancia.
En cuanto a
la obtención, manejo y transmisión de la información, gracias a la
aplicación de nuevas técnicas de protección de la misma es posible
conseguir unas comunicaciones más seguras, difíciles de detectar
e interferir. Sin embargo, a pesar de los grandes avances enestas
tecnologías, se siguen produciendo fallos en el sistema o errores de
operación.
mSecurit
El mSecurit
de MoviRobotics es un robot de vigilancia con capacidad para realizar
rondas en exteriores de forma semi-autónoma, detectar intrusos y dar la
alarma al centro de control.
Es la
herramienta de trabajo ideal de un vigilante, al cual le proporciona
toda la información de forma remota a su puesto de control, de esta
manera se consigue una mayor cobertura de vigilancia, y protección ante
riesgos y peligros.
Dispone de
un sistema de navegación avanzada para exteriores que le permite
realizar las rondas de vigilancia de forma semi-autónoma. Evita los
obstáculos que encuentra en su camino, y vigila activamente todo el
recorrido gracias a su sistema de detección de intrusos.
Es eficaz
incluso en condiciones de oscuridad total, humo,polvo o niebla, puesto
que cuenta con sensores de proximidad, cámara nocturna y térmica.En caso
de intrusión, mSecurit activa la alarma en el centro de control,
informando al vigilante de la situación mediante imágenes y datos. El
vigilante, desde el puesto de mando, puede teleoperar el vehículo para
hacer una inspección remota de la zona y obtener toda la información del
lugar para tomar la decisión adecuada.
Este robot ofrece una solución de seguridad para determinadas instalaciones, que por su complejidad o extensión,
plantean dificultades técnicas que hacen complicada su realización,
consiguiendo un ahorro en costes de instalación de sistemas de seguridad
fijos.
Aplicaciones:
- Exteriores e interiores.
- Zonas perimetrales.
- Puertos,Aeropuertos, Fronteras.
- Huertos solares.
- Recintos nucleares o militares
- Polígonos vallados.
- Aparcamientos exteriores.
- Instalaciones estratégicas.
- Instalaciones militares.
- Zonas en recintos industriales con riesgo de
- concentraciones de gases
LA ROBOTICA APLICADA EN LA MEDICINA
La
Robótica en la medicina es la aplicación de robots en diversas ramas de
la medicina como a nivel quirúrgico, utilización de prótesis robóticas,
en la rehabilitación de pacientes y despacho de medicamentos, entre
otros.
* Robots teleoperados para operaciones con mínima invasión.
* Robots autónomos
* Robots de navegación interactiva
* Micro máquinas
Robots de Cirugía
- Asisten al cirujano durante las cirugías.
- En operaciones laparoscópicas.
- En situaciones donde se requiera fuerza y precisión.
- Trata de compensar las deficiencias y limitaciones del cirujano.
Clasificación de Robots de cirugía
* Robots teleoperados para operaciones con mínima invasión.
* Robots autónomos
* Robots de navegación interactiva
* Micro máquinas
Algunos robots de cirugía
Cirugía articular
Se utilizan robots para fresar el hueso en que se va a colocar una prótesis de cadera o rodilla (CASPAR).
Los modelos comerciales son:
- CASPAR de Ortomaquet
- ROBODOC® de ISS (Integrated Surgical Systems)
El Robodoc
Especialista en operaciones de cadera
- Se realiza una única cirugía
- El software crea un fémur virtual en 3D
- El robot detecta los puntos sobresalientes del hueso, los compara con el modelo, y lleva a cabo el fresado.
CASPAR
Precisa 2 anestesias (la primera para colocar 2 tornillos de referencia)
- Un software de planificación integra las imágenes scanner y determina la posición óptima de la prótesis
Ventajas
- Mejor superficie de contacto hueso-prótesis (90% contra 50%) => Disminución de complicaciones post-operatorias
- Evita fisuras y fragilización ósea
- Menos daño cortical => Reducción del dolor => Reducción del tiempo de hospitalización y de convalescencia
DA VINCI
Este sistema manipula instrumentos endoscópicos
comandados a distancia por un cirujano
Se compone de:
- Una consola maestra con visor estéreo 3D
- Un carro de cirugía con 3 brazos de instrumentación (esclavo)
- Un carro con los equipos de procesamiento de imágenes
ZEUS
Es un asistente de pabellón controlado por la voz
- Los brazos con las herramientas se fijan sobre la mesa de cirugía
- Sólo tiene 5 grados de libertad (es una transposición robótica de las técnicas clásicas)
Ventajas
- El cirujano trabaja en una posición más cómoda, lo que reduce su fatiga
- Elimina los temblores en la imagen de video, debidos a movimientos del operador
- Reduce el tiempo de hospitalización debido a que se realizan cortes más precisos
- Útil para la rehabilitación de enfermos y accidentados.
- Es un elemento desarrollado con el fin de reemplazar una parte o un miembro del cuerpo.
- Mejoran la calidad de vida de las personas.
Brazos biónicos
Las nuevas prótesis mioeléctricas se controlan con el pensamiento y son capaces de percibir sensaciones como la presión.
Ojos biónicos
Son implantes de retina o corticales que ayudan a recuperar la visión mediante la estimulación de las áreas afectadas.
Origen y Desarrollo de la Robótica.
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.). Su origen es de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada.
Con
el objetivo de diseñar una maquina flexible, adaptable al entorno y de
fácil manejo, George Devol, pionero de la Robótica Industrial, patento
en 1948, un manipulador programable que fue el germen del robot
industrial.
En
1948 R.C. Goertz del Argonne National Laboratory desarrollo, con el
objetivo de manipular elementos radioactivos sin riesgo para el
operador, el primer tele manipulador. Este consistía en un dispositivo
mecánico maestro-esclavo. El manipulador maestro, reproducía fielmente
los movimientos de este. El operador además de poder observar a través
de un grueso cristal el resultado de sus acciones, sentía a través del
dispositivo maestro, las fuerzas que el esclavo ejercía sobre el
entorno.
Años
mas tarde, en 1954, Goertz hizo uso de la tecnología electrónica y del
servocontrol sustituyendo la transmisión mecánica por eléctrica y
desarrollando así el primer tele manipulador con servocontrol bilateral.
Otro de los pioneros de la tele manipulación fue Ralph Mosher,
ingeniero de la General Electric que en 1958 desarrollo un dispositivo
denominado Handy-Man, consistente en dos brazos mecánicos teleoperados
mediante un maestro del tipo denominado exoesqueleto. Junto a la
industria nuclear, a lo largo de los años sesenta la industria submarina
comenzó a interesarse por el uso de los tele manipuladores.
A este interés se sumo la industria espacial en los años setenta.
La
evolución de los tele manipuladores a lo largo de los últimos años no
ha sido tan espectacular como la de los robots. Recluidos en un mercado
selecto y limitado(industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en
general desconocidos y comparativamente poco atendidos por los
investiga- dores y usuarios de robots. Por su propia concepción, un tele
manipulador precisa el mando continuo de un operador, y salvo por las
aportaciones incorporadas con el concepto del control supervisado y la
mejora de la tele presencia promovida hoy día por la realidad virtual,
sus capacidades no han variado mucho respecto a las de sus orígenes.
La
sustitución del operador por un programa de ordenador que controlase
los movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot.
La
primera patente de un dispositivo robotico fue solicitada en marzo de
1954 por el inventor británico C.W. Kenward. Dicha patente fue emitida
en el Reino Unido en 1957, sin embargo fue Geoge C. Devol, ingeniero
norteamericano, inventor y autor de varias patentes, él estableció las
bases del robot industrial moderno. En 1954 Devol concibió la idea de un
dispositivo de transferencia de artículos programada que se patento en
Estados Unidos en 1961.
En
1956 Joseph F. Engelberger, director de ingeniería de la división
aeroespacial de la empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford,
Conneticut. Juntos Devol y Engelberger comenzaron a trabajar en la
utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated
Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation(Universal
Automation), e instalando su primera maquina Unimate (1960), en la
fabrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicación de
fundición por inyección.
Otras grandes empresas como AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares (Versatran- 1963.
En
1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron
acuerdos con Kawasaki para la construcción de robots tipo Unimate. El
crecimiento de la robótica en Japón aventaja en breve a los Estados
Unidos gracias a Nissan, que formo la primera asociación robótica del
mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos
años mas tarde se formo el Instituto de Robótica de América (RIA), que
en 1984 cambio su nombre por el de Asociación de Industrias Robóticas,
manteniendo las mismas siglas (RIA.
Por
su parte Europa tuvo un despertar más tardío. En 1973 la firma sueca
ASEA construyo el primer robot con accionamiento totalmente eléctrico,
en 1980 se fundo la Federación Internacional de Robótica con sede en
Estocolmo Suecia.
La
configuración de los primeros robots respondía a las denominadas
configuraciones esférica y antropomórfica, de uso especialmente valido
para la manipulación. En 1982, el profesor Makino de la Universidad
Yamanashi de Japón, desarrolla el concepto de robot SCARA (Selective
Compliance Assembly Robot Arm) que busca un robot con un numero reducido
en grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una configuración
orientada al ensamblado de piezas.
La
definición del robot industrial, como una maquina que puede efectuar un
numero diverso de trabajos, automáticamente, mediante la programación
previa, no es valida, por que existen bastantes maquinas de control
numérico que cumplen esos requisitos. Una peculiaridad de los robots es
su estructura de brazo mecánico y otra su adaptabilidad a diferentes
aprehensores o herramientas. Otra característica especifica del robot,
es la posibilidad de llevar a cabo trabajos completamente diferentes e,
incluso, tomar decisiones según la información procedente del mundo
exterior, mediante el adecuado programa operativo en su sistema
informatico.
Se pueden distinguir cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robótica Industrial:
1. El laboratorio ARGONNE diseña, en 1950, manipuladores amo-esclavo para manejar material radioactivo.
2.
Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por
Whestinghouse, realiza los primeros proyectos de robots a principios de
la década de los sesentas de nuestro siglo, instalando el primero en
1961 y posteriormente, en 1967, un conjunto de ellos en una factoría de
general motors. Tres años después, se inicia la implantación de los
robots en Europa, especialmente en el área de fabricación de
automóviles. Japón comienza a implementar esta tecnología hasta 1968.
3.
Los laboratorios de la Universidad de Stanford y del MIT acometen, en
1970, la tarea de controlar un robot mediante computador.
4.
En el año de 1975, la aplicación del microprocesador, transforma la
imagen y las características del robot, hasta entonces grande y costoso.
5.
A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigación, por parte de
las empresas fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos
departamentos de Universidades de todo el mundo, sobre la informática
aplicada y la experimentación de los sensores, cada vez mas
perfeccionados, potencian la configuración del robot inteligente capaz
de adaptarse al ambiente y tomar decisiones en tiempo real, adecuarlas
para cada situación.
En
esta fase que dura desde 1975 hasta 1980, la conjunción de los efectos
de la revolución de la Microelectrónica y la revitalización de las
empresas automovilísticas, produjo un crecimiento acumulativo del parque
de robots, cercano al 25%.
La
evolución de los robots industriales desde sus principios ha sido
vertiginosa. En poco mas de 30 años las investigaciones y desarrollos
sobre robótica industrial han permitido que los robots tomen posiciones
en casi todas las áreas productivas y tipos de industria. En pequeñas o
grandes fabricas, los robots pueden sustituir al hombre en aquellas
áreas repetitivas y hostiles, adaptándose inmediatamente a los cambios
de producción solicitados por la demanda variable.
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