La robótica es una disciplina interdisciplinaria que engloba la ingeniería mecánica, eléctrica y electrónica, junto con la informática y otras ciencias. Se centra en el diseño, operación, manufactura, estudio y aplicación de robots, máquinas automatizadas capaces de realizar tareas complejas y repetitivas de manera autónoma o semiautónoma. Estos sistemas avanzados, dotados de inteligencia artificial, representan la cumbre del desarrollo tecnológico, permitiendo afrontar labores peligrosas, agotadoras o inaccesibles para los seres humanos.
La robótica no solo busca eficiencia y rapidez en la ejecución de tareas, sino también la simulación del comportamiento humano o animal. Desde la antigüedad, con los primeros autómatas, hasta la modernidad con la popularización del término «robótica» por Isaac Asimov y el impulso actual hacia la Industria 4.0, los robots han evolucionado como herramientas que redefinen la manufactura, la producción y el entorno laboral, enfrentando también desafíos éticos y sociales sobre el reemplazo de la mano de obra humana y el control de estas tecnologías.
Diferencia entre robots y máquinas automáticas.
- Robots:
Los robots son máquinas programables que pueden realizar tareas de manera autónoma o semiautónoma.
Tienen la capacidad de interactuar con el entorno utilizando sensores y actuadores para adaptarse a cambios y realizar decisiones en tiempo real.
Suelen estar equipados con inteligencia artificial o algoritmos de control sofisticados que les permiten aprender y mejorar su desempeño con el tiempo.
Pueden realizar una amplia gama de tareas complejas, desde ensamblaje industrial hasta cirugías asistidas por robots.
- Máquinas automáticas:
Las máquinas automáticas son dispositivos diseñados para ejecutar tareas específicas de manera automatizada.
Operan según un conjunto predefinido de instrucciones o programas y no suelen tener capacidad para adaptarse a cambios en su entorno sin intervención humana.
Son comunes en entornos industriales para realizar operaciones repetitivas y precisas, como líneas de ensamblaje o máquinas CNC (Control Numérico Computarizado).
Mientras que los robots son más versátiles y pueden realizar tareas diversas con autonomía y adaptabilidad, las máquinas automáticas están diseñadas para realizar tareas específicas de manera automatizada, pero con menos flexibilidad y capacidad de aprendizaje.
La historia de la robótica:
La historia de la robótica se remonta a milenios atrás, cuando los antiguos egipcios desarrollaron modelos matemáticos avanzados y construyeron automatismos sofisticados, como el reloj de agua, considerado una de las primeras máquinas automáticas. En la Antigua Grecia, Arquímedes utilizó palancas y poleas para crear mecanismos que imitaban el movimiento humano, sentando las bases para la ingeniería mecánica. Durante la Edad Media, surgieron autómatas como el hombre de hierro de Alberto Magno y el Automa Cavaliere de Leonardo da Vinci, destacándose por su capacidad para imitar gestos humanos.
En el siglo XVII, Gottfried von Leibniz introdujo el sistema binario, fundamental para el desarrollo posterior de la computación y el lenguaje máquina. Más tarde, en 1921, el término «robot» fue acuñado por Karel Čapek en su obra «R.U.R. (Rossum’s Universal Robots)», popularizando el concepto de autómatas humanoides. Isaac Asimov, conocido por sus obras de ciencia ficción, definió la robótica como la ciencia que estudia a los robots, influenciando profundamente el desarrollo ético y técnico de esta disciplina.
En la actualidad, la robótica ha experimentado un notable crecimiento impulsado por tecnologías como el 5G, la inteligencia artificial y la realidad aumentada, transformando sectores industriales y servicios con robots móviles autónomos que aumentan la eficiencia y reducen costes de producción.
Evolución de la robótica desde la antigüedad hasta la era moderna.
La evolución de la robótica desde la antigüedad hasta la era moderna es un viaje fascinante que muestra cómo la humanidad ha soñado y construido máquinas automatizadas a lo largo de los siglos. Aquí te presento un resumen de los hitos más importantes:
- Antigüedad:
Autómatas griegos: En la antigua Grecia, se crearon autómatas mecánicos como el «Pájaro de Arquitas» y el «Hombre de Bronce de Talos», que eran estatuas con movimientos mecánicos.
China y Oriente: Inventos como el «Pato de Vaucanson» en el siglo XVIII en Europa y otros autómatas orientales indican avances tempranos en la automatización.
- Renacimiento y siglos posteriores:
Leonardo da Vinci diseñó planes para lo que podrían considerarse máquinas automáticas, aunque muchos de sus diseños no se realizaron en su tiempo.
En el siglo XVII, se desarrollaron autómatas más sofisticados en Europa, como el «Pato Digestivo» de Jacques de Vaucanson.
- Siglo XX y la Revolución Industrial:
Con la Revolución Industrial, surgieron máquinas más complejas y sistemas automatizados en las fábricas, como telares automáticos y máquinas de vapor.
En 1921, el escritor checo Karel Čapek acuñó el término «robot» en su obra de teatro «R.U.R.», que significa «trabajador forzado» en checo.
- Mediados del siglo XX y la robótica moderna:
En 1954, George Devol y Joseph Engelberger crearon el primer robot industrial, llamado Unimate, que se utilizó en la línea de montaje de General Motors.
Desde entonces, la robótica industrial ha crecido enormemente, con robots utilizados en diversas aplicaciones como soldadura, pintura, ensamblaje y manipulación de materiales.
- Siglo XXI y la integración de la robótica:
La robótica se ha extendido a campos como la medicina, la exploración espacial, la agricultura de precisión, los servicios públicos y el entretenimiento.
Los avances en inteligencia artificial han permitido robots más autónomos y adaptativos, capaces de aprender y realizar tareas complejas.
Esta evolución muestra cómo la robótica ha pasado de ser un sueño de la imaginación humana en la antigüedad a convertirse en una realidad omnipresente y en rápida expansión en el mundo moderno, transformando industrias y abriendo nuevas posibilidades para el futuro.
Componentes de un Robot
Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, actuadores, sensores, elementos terminales y controlador. Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos de estos (máquinas herramientas y otras muchas máquinas emplean tecnologías semejantes), las altas prestaciones que se exigen a los robots han motivado que en ellos se empleen elementos con características específicas.
La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc.
Los componentes principales de un robot son los siguientes:
- Manipulador: mecánicamente, es el componente principal. Está formado por una serie de elementos estructurales sólidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Las partes que conforman el manipulador reciben, entre otros, los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y actuador final (o elemento terminal). A este último se le conoce habitualmente como aprehensor, garra, pinza o gripper.
- Cuerpo: La estructura base que sostiene y conecta los eslabones del manipulador.
- Brazo: La parte que se extiende desde el cuerpo y puede constar de uno o varios eslabones.
- Muñeca: La articulación que permite movimientos adicionales al final del brazo.
- Actuador final o elemento terminal: También conocido como aprehensor, garra, pinza o gripper, es la parte del manipulador que interactúa directamente con el entorno, sujetando o manipulando objetos.
- Controlador: es el componente que regula cada uno de los movimientos del manipulador, las acciones, cálculos y procesado de la información. El controlador recibe y envía señales a otras máquinas-herramientas (por medio de señales de entrada/salida) y almacena programas. Existen varios grados de control que son función del tipo de parámetros que se regulan, lo que da lugar a los siguientes tipos de controladores: de posición, cinemático, dinámicoy adaptativo.
- Controlador de posición: Regula la posición precisa de cada articulación del manipulador.
- Controlador cinemático: Gestiona los movimientos y la cinemática del manipulador, asegurando trayectorias precisas.
- Controlador dinámico: Controla las fuerzas y momentos aplicados durante el movimiento del manipulador para evitar daños.
- Controlador adaptativo: Ajusta automáticamente los parámetros del control según las condiciones cambiantes del entorno o la tarea.
- Dispositivos de entrada y salida de datos: los más comunes son: teclado, monitor y caja de comandos (teach pendant). Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y, a su vez, ver los datos del controlador. Para mandar instrucciones al controlador y para dar de alta programas de control, comúnmente se utiliza una computadora adicional. Es necesario aclarar que algunos robots únicamente poseen uno de estos componentes. En estos casos, uno de los componentes de entrada y salida permite la realización de todas las funciones.
- Teclado: Permite la introducción manual de comandos y datos al controlador.
- Monitor: Muestra información crucial como estados del robot, datos de sensores y resultados de operaciones.
- Caja de comandos (teach pendant): Un dispositivo portátil que permite al operador interactuar directamente con el robot, programar movimientos y ajustar parámetros durante la operación.
- Dispositivos especiales: entre estos se encuentran los ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador y las estaciones de ensamblaje, que son utilizadas para sujetar las distintas piezas de trabajo.
- Ejes adicionales: A menudo utilizados para permitir movimientos adicionales o transversales del manipulador, mejorando su versatilidad.
- Estaciones de ensamblaje: Utilizadas para fijar y posicionar las piezas de trabajo de manera precisa durante procesos de ensamblaje.
