Robótica y Hardware

Desde la década de los 40 venimos escuchando él término róbotica y en realidad, desde esos años y a pesar de que cada autor puede proporcionar un concepto propio, la idea original no ha cambiado mucho. Se puede decir que la robótica es la ciencia que estudia los robots, se encarga de su diseño, construcción, aplicabilidad.

Dentro de la robótica confluyen muchas áreas como: mecánica, electrónica, informática, Inteligencia Artificial, física, entre otras, que han permitido evolucionar a los robots a dispositivos cada vez más complejos y con mayores capacidades para la ejecución de tareas que unos años atrás parecían impensables. Por su complejidad y por los requerimientos de las mismas, se puede ampliar el conocimiento sobre robótica gracias a los cursos de robótica y hardware.

Justamente, la complejidad de las tareas y las necesidades de un mundo cambiante, tanto en la industria como en otras áreas, hizo que la robótica evolucionará hacia distintas áreas, una de ellas el estudio de mecanismos de locomoción, que permitieran que los robots se movilizarán de forma autónoma o teledirigida en sus espacios de trabajo, y con esto eliminar las barreras que podía representar el estar en estaciones de trabajo fijas y con rango de movimiento limitado, el estudio de estos mecanismos permite que hoy en día hablemos de robots móviles.

Qué es la robótica móvil

De forma simple podemos definir la robótica móvil como sistemas robóticos que pueden desplazarse en distintos entornos y que cuenta con distintas capacidades que les permiten ejecutar tareas complejas, ya sea de forma autónoma o controlados por un operador humano. Estos sistemas cuentan con sensores y actuadores que los dotan de capacidades para conocer el entorno y modificarlo.

En el concepto anterior aparecen dos términos interesantes y claves en la robótica en general: sensores y actuadores. Los primeros, son dispositivos que permiten recabar información del ambiente para su posterior procesamiento, de esta forma el robot puede sentir los estímulos presentes y actuar en función de ellos, por ejemplo, sensores de luz, de sonido, GPS, de gases, etc. Los segundos, los actuadores, son dispositivos que dotan al robot de la capacidad de modificar su entorno, de ejercer una acción sobre el ambiente donde se desenvuelven, por ejemplo, un dispositivo que le permita tomar y mover objetos, una herramienta de soldadura, entre otros; dentro de los actuadores se encuentran los motores que permiten que el robot se desplace o sea capaz de realizar alguna acción.

Los robots móviles pueden realizar tareas que para robots manipuladores (otra clasificación de robots) pueden ser imposibles pos sus limitaciones físicas y por, generalmente, estar acoplados a estaciones fijas. Podemos encontrar manipuladores ensamblados sobre robots móviles y de esta manera ampliar sus capacidades.

Tipos de robots móviles

En cuanto a los tipos de robots móviles no existe un solo enfoque, y en este artículo comentaremos sobre dos de ellos.

El primero es su clasificación de acuerdo a su tipo de locomoción, es decir sobre la manera en que se desplaza de un punto a otro, en los que se encuentran los robots terrestres, aéreos, acuáticos, flotantes y submarinos.

El segundo enfoque es sobre cómo se guían en el ambiente, y aquí se encuentran los robots guiados y los no guiados. Los primeros son aquellos que siguen un camino predeterminado en su accionar, por ejemplo, robots que siguen líneas sobre el suelo para desplazarse. Los no guiados son los que no siguen ningún patrón predeterminado de movimiento y se desplazan de acuerdo a la información que captan del entorno y las características del mismo.

Usos de los robots móviles

Los robots móviles terrestres son ampliamente utilizados para diversos fines, a continuación, se presentan las configuraciones de robots móviles más comunes presentes en la industria:

Robots móviles con ruedas: Las ruedas desde hace siglos han representado el mecanismo de tracción y desplazamiento por excelencia, desde que se comenzaron a utilizar en la antigüedad para permitir el desplazamiento de elementos como las carretas, y más reciente de los vehículos que utilizamos en nuestra vida diaria. Este sistema de locomoción permite al robot desplazarse por distintas superficies, es simple de controlar e implementar, y permite alcanzar distintas velocidades, pero también presenta desventajas cuando se enfrenta a terremotos muy irregulares, con mucha complejidad.

Robots móviles con orugas: Las orugas permiten a los robots desplazarse en terrenos blandos y les da una capacidad de tracción mayor a las ruedas debido a sus múltiples puntos de contacto, pero de igual forma existen algunas desventajas, en cuanto a su tracción, velocidad, control.

Robots móviles con extremidades (patas): La robótica se ha inspirado comúnmente en los comportamientos y habilidades de los seres vivos. La locomoción a través de extremidades es común en la naturaleza, los seres humanos, los insectos, los animales, se desplazan a través de configuraciones de extremidades. En robótica móvil este tipo de configuración permite realizar maniobras que las ruedas o las orugas no permiten, este tipo de mecanismo presenta una alta complejidad en cuanto al diseño y control de los robots.

En la actualidad es muy común combinar dos o más sistemas de locomoción, de esta forma los robots móviles pueden tener un mayor margen de maniobra y actuar en terrenos de alto grado de variabilidad, el contar con robots con estas características permite incrementar sus aplicaciones.

El estudio de los movimientos de un robot se denomina cinemática, esta se encarga de analizar la posición, velocidad y aceleración de cada elemento que influye en el movimiento del mismo, de esta forma se pueden desarrollar elementos de control que permitan guiar al robot sobre su espacio de trabajo.

En los robots móviles con ruedas se consideran las siguientes configuraciones: ackerman, triciclo clásico, tracción diferencial, skid steer, síncrona y tracción omnidireccional, las cuales dotan al robot de características y propiedades distintas respecto a la eficiencia energética, dimensiones, cargas y maniobrabilidad.

Aplicaciones de la robótica móvil

Los robots terrestres son utilizados en la actualidad en múltiples aplicaciones, encontrando robots apoyando la función militar y policial, para desactivar explosivos, explorar terrenos peligrosos, captar información tras las líneas enemigas, entre otros. También encontramos robots que son usados en operaciones de rescate en estructuras, siendo una aplicación muy común es el uso de robots móviles como asistentes en el área médica para la atención y cuidado de pacientes o en el área del entretenimiento.

Hoy en día con la evolución de la economía la logística se ha vuelto un tema vital en las empresas de distribución de recursos. Es por ello que la gestión de bodegas con robots móviles es una aplicación de la industria del supply chain que cada vez se vuelve más común, el poder contar con enjambres de robots ejerciendo las operaciones en grandes bodegas alrededor del mundo, ayuda a optimizar esta tarea que es cada vez más compleja, siendo la coordinación de sistemas multi-robots un área de investigación de interés en la actualidad. Ya estamos viendo también robots haciendo tareas de delivery en nuestras ciudades.

Otra clasificación de robots, son los aéreos, estos robots, como su nombre indica, tienen la capacidad de volar con distintas configuraciones, ya sean robots con alas, hélices, turbinas, etc. También son conocidos como UAVs por sus siglas en inglés o vehículos aéreos no tripulados.

Al igual que los anteriores, pueden ser guiados o autónomos dependiendo, de la aplicación y su área de acción. Los UAVs son utilizados en la agricultura para el monitoreo de cultivos y detección de enfermedades o plagas en ellos, también para el monitoreo de zonas de riesgos, cuencas de ríos, etc. Son también usados con fines de entretenimiento, como ya hemos visto en los últimos años, en espectáculos aéreos con enjambres de UAVs. En el área militar, el uso de estos vehículos o drones es cada vez más común, desde en operaciones de monitoreo y apoyo, hasta en tareas ofensivas, donde actúan desde un robot hasta un equipo de ellos.

Explorar fuentes acuáticas es una tarea que puede ser peligrosa para los seres humanos, por lo que se han venido estudiando robots con capacidades de movilidad en fuentes de aguas, para operaciones de exploración, recolección, rescate, y que pueden actuar a distintas profundidades. Ya hemos tenido noticias de como robots submarinos son utilizados para la búsqueda de naufragios, por ejemplo.

Como vemos, los robots móviles han permitido evolucionar el uso de estos dispositivos, abriendo líneas de investigación cada vez de mayor interés para la comunidad científica. Con el paso del tiempo, la evolución de los componentes electrónicos, mecánicos, sensores y los sistemas de control, las posibilidades son cada vez mayores y veremos un crecimiento en los próximos años, que hará que los robots móviles sean cada vez más cotidianos en nuestra vida.

En el sector IT también son múltiples las aplicaciones de los robots, es un mundo interesante donde confluyen diversas tecnologías y disciplinas, como ya tratamos en el interesante artículo sobre robótica y su aplicación en el sector IT y que te recomendamos leer.