Manipulación [ editar ]
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Los robots necesitan manipular objetos; recoger, modificar, destruir, o de lo contrario tener un efecto. Por lo tanto, las "manos" de un robot a menudo se denominan efectores finales , [55], mientras que el "brazo" se denomina manipulador . [56] La mayoría de los brazos de robot tienen efectores reemplazables, cada uno de ellos les permite realizar algunas tareas pequeñas. Algunos tienen un manipulador fijo que no se puede reemplazar, mientras que algunos tienen un manipulador de propósito muy general, por ejemplo, una mano humanoide. [57] Aprender a manipular un robot a menudo requiere una estrecha retroalimentación entre humanos y robots, aunque existen varios métodos para la manipulación remota de robots. [58]
Pinzas mecánicas [ editar ]
Uno de los efectores más comunes es la pinza. En su manifestación más simple, consiste en solo dos dedos que pueden abrirse y cerrarse para levantar y soltar una gama de objetos pequeños. Los dedos, por ejemplo, pueden estar hechos de una cadena con un alambre de metal que la atraviesa. [59] Las manos que se asemejan y funcionan más como una mano humana incluyen la Mano de la Sombra y la mano de Robonauta . [60] Las manos que son de una complejidad de nivel medio incluyen la mano de Delft . [61] [62]Las pinzas mecánicas pueden venir en varios tipos, incluyendo fricción y mandíbulas que abarcan. Las mordazas de fricción utilizan toda la fuerza de la pinza para mantener el objeto en su lugar mediante la fricción. Abrazar mandíbulas acuna el objeto en su lugar, utilizando menos fricción.
Pinzas de vacío [ editar ]
Las pinzas de vacío son dispositivos astrictivos muy simples [63] que pueden soportar cargas muy grandes siempre que la superficie de prensado sea lo suficientemente suave como para garantizar la succión.
Elija y coloque robots para componentes electrónicos y para objetos grandes como parabrisas de automóviles, a menudo utilizan pinzas de vacío muy simples.
Efectores de propósito general [ editar ]
Algunos robots avanzados están empezando a usar manos totalmente humanoides, como Shadow Hand, MANUS, [64] y la mano Schunk . [65]Estos son manipuladores altamente diestros, con hasta 20 grados de libertad y cientos de sensores táctiles. [66]
Locomoción [ editar ]
Robots rodantes [ editar ]
Para simplificar, la mayoría de los robots móviles tienen cuatro ruedas o una serie de pistas continuas . Algunos investigadores han intentado crear robots con ruedas más complejos con solo una o dos ruedas. Estos pueden tener ciertas ventajas, como mayor eficiencia y piezas reducidas, además de permitir que un robot navegue en lugares confinados que un robot de cuatro ruedas no podría.
Dos ruedas robots de equilibrio [ editar ]
Los robots de equilibrio generalmente usan un giroscopio para detectar cuánto está cayendo un robot y luego mueven las ruedas proporcionalmente en la misma dirección, para contrarrestar la caída a cientos de veces por segundo, según la dinámica de un péndulo invertido. [67] Se han diseñado muchos robots de equilibrio diferentes. [68] Si bien el Segway no es comúnmente considerado como un robot, puede considerarse como un componente de un robot, cuando se usa como tal, el Segway se refiere a ellos como RMP (Robotic Mobility Platform). Un ejemplo de este uso ha sido el Robonaut de la NASA que se ha montado en un Segway. [69]
Robots de equilibrio de una rueda [ editar ]
Un robot de equilibrio de una rueda es una extensión de un robot de equilibrio de dos ruedas para que pueda moverse en cualquier dirección 2D utilizando una bola redonda como su única rueda. Recientemente se han diseñado varios robots de equilibrio de una rueda, como el " Ballbot " de la Universidad de Carnegie Mellon, que es la altura y el ancho aproximados de una persona, y el "BallIP" de la Universidad de Tohoku Gakuin . [70]Debido a la forma larga y delgada y la capacidad de maniobrar en espacios reducidos, tienen el potencial de funcionar mejor que otros robots en entornos con personas. [71]
Robots de esfera esférica [ editar ]
Se han realizado varios intentos en robots que están completamente dentro de una bola esférica, ya sea girando un peso dentro de la bola, [72] [73] o girando las capas externas de la esfera. [74] [75] También se les conoce como un robot orb [76] o un robot de pelota. [77] [78]
Robots de seis ruedas [ editar ]
El uso de seis ruedas en lugar de cuatro puede dar una mejor tracción o agarre en terrenos al aire libre, como tierra o césped rocoso.
Robots rastreados [ editar ]
Las pistas del tanque proporcionan incluso más tracción que un robot de seis ruedas. Las ruedas con orugas se comportan como si estuvieran hechas de cientos de ruedas, por lo que son muy comunes para los robots militares y al aire libre, donde el robot debe conducir en terrenos muy difíciles. Sin embargo, son difíciles de usar en interiores, como alfombras y pisos lisos. Los ejemplos incluyen el robot urbano "Urbie" de la NASA. [79]
Caminata aplicada a robots [ editar ]
Caminar es un problema difícil y dinámico de resolver. Se han fabricado varios robots que pueden caminar confiablemente sobre dos patas, sin embargo, aún no se ha hecho ninguno que sea tan robusto como un humano. Se han realizado muchos estudios sobre caminatas inspiradas en el ser humano, como el laboratorio AMBER, establecido en 2008 por el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad Texas A&M. [80] Se han construido muchos otros robots que caminan sobre más de dos patas, debido a que estos robots son mucho más fáciles de construir. [81] [82] Los robots ambulantes se pueden usar para terrenos irregulares, lo que proporcionaría una mejor movilidad y eficiencia energética que otros métodos de locomoción. También se han propuesto híbridos en películas como I, Robot., donde caminan sobre dos piernas y cambian a cuatro (brazos + piernas) cuando van a una carrera de velocidad. Por lo general, los robots con dos piernas pueden caminar bien en pisos planos y ocasionalmente pueden subir escaleras . Ninguno puede caminar sobre terreno rocoso y desigual. Algunos de los métodos que se han intentado son:
Técnica ZMP [ editar ]
El punto de momento cero (ZMP) es el algoritmo utilizado por robots como el ASIMO de Honda . La computadora a bordo del robot trata de mantener las fuerzas de inercia totales (la combinación de la gravedad de la Tierra y la aceleración y desaceleración de la marcha), opuestas exactamente por la fuerza de reacción del piso (la fuerza del piso que empuja el pie del robot). De esta manera, las dos fuerzas se cancelan, sin dejar ningún momento (la fuerza hace que el robot gire y se caiga). [83]Sin embargo, esto no es exactamente cómo camina un humano, y la diferencia es obvia para los observadores humanos, algunos de los cuales han señalado que ASIMO camina como si necesitara el lavabo . [84] [85] [86] El algoritmo de caminar de ASIMO no es estático, y se usa un equilibrio dinámico (ver más abajo). Sin embargo, todavía requiere una superficie lisa para caminar.
Saltando [ editar ]
Varios robots, construidos en la década de 1980 por Marc Raibert en el Laboratorio de Piernas del MIT , demostraron con éxito la marcha muy dinámica. Inicialmente, un robot con una sola pierna y un pie muy pequeño podrían mantenerse erguidos simplemente saltando . El movimiento es el mismo que el de una persona en un palo de pogo . Cuando el robot cae hacia un lado, salta ligeramente en esa dirección para atraparse. [87] Pronto, el algoritmo se generalizó a dos y cuatro patas. Un robot bípedo se demostró corriendo e incluso realizando saltos mortales . [88] También se demostró un cuadrúpedo que podía trotar , correr, ritmo, y atado. [89] Para obtener una lista completa de estos robots, consulte la página MIT Leg Lab Robots. [90]
Equilibrio dinámico (caída controlada) [ editar ]
Una forma más avanzada para que un robot camine es mediante el uso de un algoritmo de equilibrio dinámico, que es potencialmente más robusto que la técnica del Punto de Momento Cero, ya que monitorea constantemente el movimiento del robot y coloca los pies para mantener la estabilidad. [91] Esta técnica fue demostrada recientemente por el robot Dexter de Anybots , [92] que es tan estable que incluso puede saltar. [93]Otro ejemplo es el TU Delft Flame .
Dinamica pasiva [ editar ]
Quizás el enfoque más prometedor utiliza una dinámica pasiva en la que se utiliza el impulso de las extremidades oscilantes para lograr una mayor eficiencia . Se ha demostrado que los mecanismos humanoides totalmente sin potencia pueden caminar por una suave pendiente, utilizando solo la gravedad para impulsarse a sí mismos. Usando esta técnica, un robot solo necesita suministrar una pequeña cantidad de potencia del motor para caminar a lo largo de una superficie plana o un poco más para subir una colina . Esta técnica promete hacer que los robots caminantes sean diez veces más eficientes que los caminantes ZMP, como ASIMO. [94] [95]
Otros métodos de locomoción [ editar ]
Volando [ editar ]
Un moderno avión de pasajeros es esencialmente un robot volador , con dos humanos para manejarlo. El piloto automático puede controlar el avión para cada etapa del viaje, incluido el despegue, el vuelo normal e incluso el aterrizaje. [96] Otros robots voladores están deshabitados y se conocen como vehículos aéreos no tripulados (UAV). Pueden ser más pequeños y livianos sin un piloto humano a bordo, y volar a un territorio peligroso para misiones de vigilancia militar. Algunos incluso pueden disparar contra objetivos bajo el mando. Los UAV también se están desarrollando y pueden disparar a objetivos automáticamente, sin la necesidad de un comando de un humano. Otros robots voladores incluyen los misiles de crucero , el Entomopter y elEpson micro helicóptero robot . Robots como Air Penguin, Air Ray y Air Jelly tienen cuerpos más livianos que el aire, propulsados por paletas y guiados por sonar.
Serpiente [ editar ]
Varios robots de serpientes han sido desarrollados con éxito. Estos robots, que simulan la forma en que se mueven las serpientes reales, pueden navegar por espacios muy limitados, lo que significa que algún día se pueden usar para buscar personas atrapadas en edificios colapsados. [97] El robot de serpiente ACM-R5 japonés [98] incluso puede navegar tanto en tierra como en agua. [99]
Patinaje [ editar ]
Se ha desarrollado una pequeña cantidad de robots de patinaje , uno de los cuales es un dispositivo multimodo para caminar y patinar. Tiene cuatro patas, con ruedas sin motor, que pueden avanzar o rodar. [100] Otro robot, Plen, puede usar una patineta en miniatura o patines de ruedas, y patinar en un escritorio. [101]
Escalada [ editar ]
Se han utilizado varios enfoques diferentes para desarrollar robots que tienen la capacidad de escalar superficies verticales. Un enfoque imita los movimientos de un escalador humano en una pared con protuberancias; ajustando el centro de masa y moviendo cada extremidad a su vez para ganar apalancamiento. Un ejemplo de esto es Capuchin, [102] construido por el Dr. Ruixiang Zhang en la Universidad de Stanford, California. Otro enfoque utiliza el método especializado de la almohadilla de la punta de los geckos para escalar paredes , que se puede ejecutar en superficies lisas como el vidrio vertical. Ejemplos de este enfoque incluyen Wallbot [103] y Stickybot. [104] Technology Daily deChinainformó el 15 de noviembre de 2008 que el Dr. Li Hiu Yeung y su grupo de investigación de New Concept Aircraft ( Zhuhai ) Co., Ltd. habían desarrollado con éxito un robot giónico biónico llamado " Speedy Freelander ". Según el Dr. Li, el robot gecko podía subir y bajar rápidamente una variedad de muros de edificios, navegar a través de las fisuras del suelo y los muros, y caminar de cabeza hacia abajo en el techo. También fue capaz de adaptarse a las superficies de vidrio liso, paredes ásperas, pegajosas o polvorientas, así como a varios tipos de materiales metálicos. También podría identificar y sortear obstáculos automáticamente. Su flexibilidad y velocidad eran comparables a un gecko natural. Un tercer enfoque es imitar el movimiento de una serpiente que sube a un palo. [105]
Natación (Piscine) [ editar ]
Se calcula que al nadar algunos peces se puede lograr una eficiencia de propulsión superior al 90%. [106]Además, pueden acelerar y maniobrar mucho mejor que cualquier barco o submarino hecho por el hombre , y producir menos ruido y perturbaciones por el agua. Por lo tanto, muchos investigadores que estudian robots submarinos querrían copiar este tipo de locomoción. [107] Ejemplos notables son el Robotic Fish G9 de Ciencias de la Computación de Essex , [108] y el Robot Tuna construido por el Institute of Field Robotics, para analizar y modelar matemáticamente el movimiento thunniform . [109] El pingüino acuático, [110]diseñado y construido por Festo de Alemania, copia la forma aerodinámica y la propulsión de "aletas" delanteras de pingüinos . Festo también ha construido el Aqua Ray y el Aqua Jelly, que simulan la locomoción del manta ray y las medusas, respectivamente.
En 2014, iSplash- II fue desarrollado por el estudiante de doctorado Richard James Clapham y el profesor Huosheng Hu en la Universidad de Essex. Fue el primer pez robótico capaz de superar a los peces carangiformes reales en términos de velocidad máxima promedio (medida en longitudes de cuerpo / segundo) y resistencia, la duración que se mantiene la velocidad máxima. [111] Esta construcción alcanzó velocidades de natación de 11.6BL / s (es decir, 3.7 m / s). [112] La primera versión, iSplash -I (2014) fue la primera plataforma robótica para aplicar un movimiento de natación carangiforme de cuerpo entero que se encontró que aumentaba la velocidad de natación en un 27% con respecto al enfoque tradicional de una forma de onda confinada posterior. [113]
Navegación [ editar ]
Los robots de veleros también se han desarrollado para realizar mediciones en la superficie del océano. Un robot de velero típico es Vaimos [114] construido por IFREMER y ENSTA-Bretagne. Dado que la propulsión de los robots de veleros utiliza el viento, la energía de las baterías solo se utiliza para la computadora, para la comunicación y para los actuadores (para ajustar el timón y la vela). Si el robot está equipado con paneles solares, el robot podría, en teoría, navegar para siempre. Las dos principales competiciones de robots de veleros son WRSC , que tiene lugar cada año en Europa, y Sailbot .
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Aunque un porcentaje significativo de robots en comisión hoy en día son controlados por humanos o operan en un entorno estático, existe un interés creciente en los robots que pueden operar de manera autónoma en un entorno dinámico. Estos robots requieren una combinación de hardware y software de navegación para atravesar su entorno. En particular, los eventos imprevistos (por ejemplo, personas y otros obstáculos que no son estacionarios) pueden causar problemas o colisiones. Algunos robots altamente avanzados, como ASIMO y Meinü, tienen hardware y software de navegación de robots particularmente buenos. También, los coches de auto-controlado , Ernst Dickmanns ' coche sin conductor , y las entradas de laDARPA Grand Challenge , son capaces de detectar bien el entorno y, posteriormente, tomar decisiones de navegación basadas en esta información. La mayoría de estos robots emplean un dispositivo de navegación GPS con puntos de referencia, junto con un radar , a veces combinado con otros datos sensoriales, como lidar , cámaras de video y sistemas de guía inercial para una mejor navegación entre los puntos de referencia.
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