INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA INTELIGENTE

1 Dep. legal: CS-369-2006 INTRODUCCI N A LA ROB TICA INTELIGENTE * Pedro Jos Sanz Valero PJSV ROB TICA INTELIGENTE _____ _____ Dep. legal: CS-369-2006 P g-2 NDICE PR LOGO LA ERA DE LA ROB TICA TEMA I PRELIMINARES TEMA II EL ROBOT MANIPULADOR Localizaci n espacial Cinem tica de posici n Cinem tica del movimiento Control del movimiento TEMA III SISTEMAS DE PERCEPCI N ROB TICA Generalidades del proceso de percepci n Introducci n a la percepci n artificial La percepci n visual La visi n artificial Introducci n al reconocimiento de formas TEMA IV COMUNICACI N HOMBRE-ROBOT Aspectos diferenciales de la programaci n de robots Clasificaci n de los lenguajes de programaci n Lenguajes de programaci n a nivel tarea Interfaces avanzadas BIBLIOGRAF A AP NDICE 1 LA ROB TICA EN EL CIBERESPACIO AP NDICE 2 LA FUNCI N atan2 PJSV ROB TICA INTELIGENTE _____ _____ Dep.

2 Legal: CS-369-2006 P g-3 PR LOGO LA ERA DE LA ROB TICA Aunque los antecedentes de la rob tica se remontan muy atr s en el tiempo, Grecia cl sica e incluso antes, su verdadero motor de desarrollo no llega hasta la aparici n de los microprocesadores, que en definitiva acabar n constituyendo su cerebro, ya en la d cada de los setenta. As pues, la aparici n de los primeros robots industriales comerciales dista tan solo una treintena de a os en el tiempo. Siendo el reto actual, el mismo que potenci su origen, acercar el robot al hombre, para hacerle m s grata su existencia. Marcando su evoluci n, la tecnolog a disponible en cada momento de la historia. Sea como fuere, parece ser que el destino de la humanidad est cada vez m s ligado a la rob tica, y por tanto, nada ni nadie puede inhibirse de esta realidad social, de ah la proliferaci n de congresos, cursos y, en general, planes de estudio de Universidades en los que, cada vez m s, se incluyen asignaturas relacionadas directa o indirectamente con la rob tica.

3 Seguramente en un futuro cercano har falta, incluso, una especializaci n mayor que puede dar lugar a titulaciones espec ficas en esta materia, como en su d a ocurriera con otras disciplinas ( mec nica, electr nica, inform tica, etc.). Para entender mejor los intereses que la sociedad demanda en lo referente al campo de la Rob tica, y, por tanto, las complejidades inherentes a dicha disciplina, ser conveniente que hagamos una peque a reflexi n hist rica de su evoluci n. Perspectiva Hist rica En el desarrollo de la rob tica tal y como la entendemos hoy, existen una pluralidad de intereses y tecnolog as diferentes que hace que sea muy dif cil establecer una secuencia l gica y consistente de eventos descubrimientos en los que apoyarse. No obstante, se pueden establecer algunas l neas maestras para esclarecer el progreso de este campo, teniendo en cuenta que las incorporaciones cient fico-tecnol gicas se suceden a cada momento.

4 Ya en la antigua Grecia, con Her n de Alejandr a (85 ), aparecen los primeros automatismos dirigidos a ahorrar esfuerzo en diferentes tareas. De hecho, la palabra aut mata deriva del t rmino griego automatos . La tecnolog a empleada era hidr ulica y mec nica, fundamentalmente. A medida que los medios tecnol gicos fueron progresando, mejoraron igualmente las posibilidades y prestaciones, desde los mec nicos, en los ingenios de L. Da Vinci (1499), pasando por los mecanismos de relojer a, incorporados por J. De Vaucanson (1738), llegando finalmente, al c lebre telar de Jacquard (1801), que admit a programaci n mediante tarjetas perforadas, fraguando de manera incipiente, la g nesis de la revoluci n inform tica que habr a de venir. Ya en nuestro siglo, N. Wiener, acu el t rmino cibern tica [Wiener, 48], para designar el estudio unificado del control y la comunicaci n en los animales y las m quinas.

5 Siendo la famosa tortuga de Walter, uno de los primeros ingenios en utilizar esta tecnolog a anal gica, denominada cibern tica. Conforme la industria nuclear fue expandi ndose, a ra z de la segunda guerra mundial, surge otro campo impulsor de la rob tica moderna, sin duda, el de los telemanipuladores, iniciado por Goerz, en 1948, en el Argonne National Laboratory (EEUU)] que, mediante una arquitectura maestro-exclavo, permit an manipular a distancia materiales radiactivos. PJSV ROB TICA INTELIGENTE _____ _____ Dep. legal: CS-369-2006 P g-4 Casi al mismo tiempo, para automatizar determinadas tareas en la industria, aparece la primera m quina de control num rico, desarrollada en el MIT1 (EEUU), durante 1952. Y con este panorama, tremendamente simplificado, se llega a la aparici n del primer robot industrial, por Devol, en 1954.

6 [Fu et al., 88]: La clave de este dispositivo (Robot) era el uso de un ordenador en conjunci n con un manipulador para producir una m quina que pod a ser ense ada para realizar una variedad de tareas de forma autom tica . La primera empresa productora de robots fue Unimation (Universal Automation, Devol y Engelberger, 1958) que instal su primer robot en la General Motors, incorpor ndolo a su sistema de producci n, en 1961. Casi desde su inicio, los ingenieros e investigadores en el campo de la rob tica, fueron conscientes de que la flexibilidad, conducta adaptativa, capacidad de reacci n ante situaciones imprevistas, en definitiva, el trabajo en entornos denominados no-estructurados , estaba ligado a capacidades perceptivas que posibilitaran la realimentaci n sensorial en los movimientos del robot. Ello produjo un ingente esfuerzo investigador en este sentido, desde los sensores t ctiles (Ernst, 1962) y de presi n (Tomovic y Boni, 1962), hasta el denominado Remote Center Compliance (RCC, Nevins et al.)

7 , 1974), pasando por la visi n ( sistema ojo-mano de M. Minsky, en el MIT, 1965). Puntualicemos, que algunos trabajos de esta poca, como el denominado SRI2 vision system , desarrollados en Stanford, en la d cada de los setenta [Agin & Duda, 75], han sido fuentes de inspiraci n de sistemas industriales actuales. En 1960, J. McCarthy, en el MIT, acu a el t rmino Inteligencia Artificial , encarg ndose sus disc pulos m s sobresalientes, Minsky, Newell y Simon, de difundir los benepl citos que esta nueva rama del saber deparaba. Incluyendo, el razonamiento autom tico, los sistemas expertos, y, como no, la Rob tica. Entusiasmados con las nuevas herramientas de planificaci n y razonamiento autom tico que la IA promov a, se dise a en la Universidad de Stanford (1969), el primer robot m vil controlado por visi n, Shakey . En realidad, la caracter stica m s singular de este robot era que su control se realizaba fundamentalmente por medio de programas de razonamiento (de hecho, el planificador era STRIPS, desarrollado por Nilsson et al.

8 En palabras de H. Moravec [Moravec, 93]: Shakey era impresionante como concepto pero digno de compasi n cuando se mov a El estrepitoso fracaso de Shakey , puso de manifiesto que trasladar a una m quina el razonamiento l gico de alto nivel era m s sencillo, que incorporar habilidades sensomotoras [Churchland & Sejnowski, 92], en contra de lo que se pensaba inicialmente. Siguiendo un dise o de arriba hacia abajo , se le hab a dado prioridad al razonamiento sobre la percepci n y la movilidad. Precisamente este fracaso, y otros que le siguieron, obligaron a volver la vista atr s y retomar viejos conceptos provenientes de la cibern tica, que segu a el enfoque contrario de abajo hacia arriba , apareciendo un primer intento, proveniente del MIT, en los 1 Massachusetts Institute of Technology 2 Stanford Research Institute PJSV ROB TICA INTELIGENTE _____ _____ Dep.

9 Legal: CS-369-2006 P g-5 denominados robots insectoides de R. A. Brooks [Brooks, 86], y su arquitectura de subsumci n . Finalmente, ya pr cticamente en nuestros d as, se hace patente el principio de la denominada rob tica INTELIGENTE , preconizado por investigadores como M. Brady [Brady, 85]: Conexi n INTELIGENTE entre percepci n y acci n La lecci n que parece desprenderse de todo lo anterior es que si bien, en un principio la rob tica presagiaba un r pido progreso, haciendo un uso creciente de realimentaci n sensorial, para el control de sus acciones, e incorporando los nuevos avances en la teor a del control, en el dise o mec nico, en la electr nica, en la tecnolog a inform tica y, sobre todo, en las potentes herramientas (al menos, potencialmente) que ofrec a la IA, esto no ha sido as . De hecho, la Rob tica est constituyendo un aut ntico reto para todas estas reas y tecnolog as.

10 Lo cu l, tiene como contrapartida, un mayor esfuerzo investigador y, en general, de recursos humanos y materiales, hacia l neas de investigaci n que logren hacer avanzar la Rob tica, como la sociedad demanda. Situaci n Actual Como ya se apunt , al principio de ste cap tulo, el mejor cerebro que en la actualidad puede incorporar un robot est basado en la tecnolog a digital y, normalmente est constituido por un conjunto de microprocesadores que ayudan a paralelizar los procesos que de forma concurrente requiere llevar a cabo un robot actual en el transcurso de su tarea. Si el primer robot industrial se incorpor a procesos reales de producci n, a principios de los sesenta, no fue hasta finales de los setenta y principios de los ochenta, cuando los robots industriales se consolidaron como herramienta significativa en la industria.