Tres Leyes De La RobóTica

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Tres Leyes De La RobóTica

  1. 1. Tres leyes de la robótica En ciencia ficción las tres leyes de la robótica son un conjunto de normas escritas por Isaac Asimov, que la mayoría de los robots de sus novelas y cuentos están diseñados para cumplir. En ese universo, las leyes son "formulaciones matemáticas impresas en los senderos positrónicos del cerebro" de los robots (lo que hoy llamaríamos ROM). Aparecidas por primera vez en el relato Runaround (1942), establecen lo siguiente: 1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño. 2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto si estas órdenes entran en conflicto con la Primera Ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la Primera o la Segunda Ley. Esta redacción de las leyes es la forma convencional en la que los humanos de las historias las enuncian; su forma real sería la de una serie de instrucciones equivalentes y mucho más complejas en el cerebro del robot. Asimov atribuye las tres Leyes a John W. Campbell, que las habría redactado durante una conversación sostenida el 23 de diciembre de 1940. Sin embargo, Campbell sostiene que Asimov ya las tenía pensadas, y que simplemente las expresaron entre los dos de una manera más formal. Las tres leyes aparecen en un gran número de historias de Asimov, ya que aparecen en toda su serie de los robots, así como en varias historias relacionadas, y la serie de novelas protagonizadas por Lucky Starr. También han sido utilizadas por otros autores cuando han trabajado en el universo de ficción de Asimov, y son frecuentes las referencias a ellas en otras obras, tanto de ciencia ficción como de otros géneros. Propósito [editar] Estas leyes surgen como medida de protección para los seres humanos. Según el propio Asimov, la concepción de las leyes de la robótica quería contrarrestar un supuesto "complejo de Frankenstein", es decir, un temor que el ser humano desarrollaría frente a unas máquinas que hipotéticamente pudieran rebelarse y alzarse contra sus creadores. De intentar siquiera desobedecer una de las leyes, el cerebro positrónico del robot resultaría dañado irreversiblemente y el robot moriría. A un primer nivel no presenta ningún problema dotar a los robots con tales leyes, a fin de cuentas, son máquinas creadas por el hombre para su servicio. La complejidad reside en que el robot pueda distinguir cuáles son todas las situaciones que abarcan las tres leyes, o sea poder deducirlas en el momento. Por ejemplo saber en determinada situación si una persona está corriendo peligro o no, y deducir cuál es la fuente del daño. Las tres leyes de la robótica representan el código moral del robot. Un robot va a actuar siempre bajo los imperativos de sus tres leyes. Para todos los efectos, un robot se comportará como un ser moralmente correcto. Sin embargo, es lícito preguntar: ¿Es posible que un robot viole alguna de sus tres leyes? ¿Es posible que un robot "dañe" a un ser humano? La mayor parte de las historias de robots de Asimov se basan en
  2. 2. situaciones en las que a pesar de las tres leyes, podríamos responder a las anteriores preguntas con un "sí". Asimov crea un universo en el que los robots son parte fundamental a lo largo de diez mil años de historia humana, y siguen teniendo un papel determinante durante diez mil años más. Es lógico pensar que el nivel de desarrollo de los robots variaría con el tiempo, incrementándose su nivel de complejidad cada vez más. Historia de las tres leyes de la robótica Los primeros robots construidos en la Tierra (vistos, por ejemplo, en Yo, Robot) eran modelos poco avanzados. Era una época en donde la robopsicología no estaba aún desarrollada. Estos robots podían ser enfrentados a situaciones en las cuales se vieran en un conflicto con sus leyes. Una de las situaciones más sencillas se da cuando un robot debe dañar a un ser humano para evitar que dos o más sufran daño. Aquí los robots decidían en función de un criterio exclusivamente cuantitativo, quedando luego inutilizados, al verse forzados a violar la primera ley. Posteriores desarrollos en la robótica, permitieron la construcción de circuitos más complejos, con una mayor capacidad de autorreflexión. Una peculiaridad de los robots es que pueden llegar a redefinir su concepto de "daño" según sus experiencias, y determinar niveles de éste. Su valoración de los seres humanos también puede ser determinada por el ambiente. Es así que un robot puede llegar a dañar a un ser humano por proteger a otro que considere de más valía, en particular su amo. También podría darse el caso de que un robot dañara físicamente a un ser humano para evitar que otro sea dañado psicológicamente, pues llega a ser una tendencia el considerar los daños psicológicos más graves que los físicos. Estas situaciones nunca se hubieran dado en robots más antiguos. Asimov plantea en sus historias de robots las más diversas situaciones, siempre considerando las posibilidades lógicas que podrían llevar a los robots a tales situaciones. La ley zero [editar] Uno puede llegar a encariñarse con los robots de Asimov, el cual nos muestra en sus historias robots cada vez más "humanos". En El hombre bicentenario, Asimov nos narra la historia de Andrew Martin, nacido robot, y que lucha durante toda su vida para ser reconocido como un ser humano. Están también R. Daneel Olivaw y R. Giskard Reventlov, que tienen un papel fundamental en la segunda expansión de los seres humanos y la consiguiente fundación del imperio galáctico. Siendo los robots más complejos jamás creados, fueron capaces de desarrollar la ley cero de la robótica ("Zeroth law", en inglés) como corolario filosófico de la primera: Un robot no puede hacer daño a la Humanidad o, por inacción, permitir que la Humanidad sufra daño. R. Giskard murió en Robots e Imperio, tras verse obligado a dañar a un ser humano en virtud de la ley cero. El problema fundamental con esta ley es definir "Humanidad", así como determinar qué supone un "daño" para la Humanidad. R. Daneel logró asimilarla gracias al sacrificio de Giskard, convirtiéndose desde entonces en el protector en la
  3. 3. sombra de la Humanidad. Daneel, bajo distintas identidades, se convierte en uno de los personajes más importantes del ciclo de Trántor (formado por los cuentos y novelas de robots, las novelas del imperio, y la saga de las fundaciones: 17 libros) siendo además un elemento clave en su continuidad. 2. ROBÓTICA. El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es, por lo tanto, la ciencia o rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. Otra definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles, aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc. La robótica es una disciplina, con sus propios problemas, sus fundamentos y sus leyes. Tiene dos vertientes: teórica y práctica. En el aspecto teórico se aúnan las aportaciones de la automática, la informática y la inteligencia artificial. Por el lado práctico o tecnológico hay aspectos de construcción (mecánica, electrónica), y de gestión (control, programación). La robótica presenta por lo tanto un marcado carácter interdisciplinario. En la robótica se aúnan para un mismo fin varias disciplinas afines, pero diferentes, como la Mecánica, la Electrónica, la Automática, la Informática, etc. El término robótica se le atribuye a Isaac Asimov. Los tres principios o leyes de la robótica según Asimov son: • Un robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningún ser humano. • El robot debe obedecer a todas las órdenes de los humanos, excepto las que contraigan la primera ley. • El robot debe autoprotegerse, salvo que para hacerlo entre en conflicto con la primera o segunda ley. 3. ROBOTS. Los robots son dispositivos compuestos de sensores que reciben datos de entrada y que pueden estar conectados a la computadora. Esta, al recibir la información de entrada, ordena al robot que efectúe una determinada acción. Puede ser que los propios robots dispongan de microprocesadores que reciben el input de los sensores y que estos microprocesadores ordenen al robot la ejecución de las acciones para las cuales está concebido. En este último caso, el propio robot es a su vez una computadora. Robot industrial: Nace de la unión de una estructuramecánica articulada y de un sistema electrónico de control en el que se integra una computadora. Esto permite la programación y control de los movimientos a efectuar por el robot y la memorización de las diversas secuencias de trabajo, por lo que le da al robot una gran flexibilidad y posibilita su adaptación a muy diversas tareas y medios de trabajo.
  4. 4. Un robot industrial es, por su propia naturaleza, un nuevo tipo de maquinaria que proporciona una flexibilidad doble: a) Flexibilidad mecánica, proporcionada por estar constituido por un sistema mecánico articulado que puede variar la posición de su extremo libre en el espacio, adoptando además una orientación espacial deseada. b) Flexibilidad de programación, debida a que su configuración espacial está controlada por un computador, y por lo tanto puede ser cambiada fácilmente con solo cambiar el programa. La movilidad del manipulador es el resultado de una serie de movimientos elementales, independientes entre sí, denominados grados de libertad del robot. Los beneficios que se obtienen al implementar un robot de este tipo son: - Reducción de la labor. - Incremento de utilización de las máquinas. - Flexibilidad productiva. - Mejoramiento de la calidad. - Disminución de pasos en el proceso de producción. - Mejoramiento de las condiciones de trabajo, reducción de riesgos personales. - Mayor productividad. - Ahorro de materia prima y energía. - Flexibilidad total. 4. ANÁLISIS DE LA NECESIDAD DE UN ROBOT Cuando la longitud total de la línea de un proceso es lo más corta posible y los puntos de almacenamiento son los menos posible, el propósito de instalación de un Robot es la manipulación de piezas no muy disímiles entre sí. Para considerar la factibilidad de su instalación debe responderse a una serie de preguntas, a saber: 1. ¿Cuál es la producción anual de la pieza en particular o piezas? 2. ¿Pueden estas piezas almacenarse? 3. ¿Cuál es el tiempo disponible para el manipuleo? 4. ¿Puede un nuevo Layout de máquinas dar alojamiento al Robot? 5. ¿Hay lugar disponible en la máquina o máquinas que intervienen en el proceso para alojar la mano del Robot y la pieza? 6. ¿Qué dotación de personal de operación y supervisión será necesaria? 7. ¿Es la inversión posible? Cada pregunta es entendida a continuación: Producción Annual : Cuando se deben producir piezas variadas, estas deben ser de características similares y la producción de cada lote como mínimo debe ocupar un período de tiempo razonable. Almacenamiento : Para la obtención de un flujo automático de material se deben almacenar piezas antes y después del grupo de máquinas que serán
  5. 5. servidas por el Robot. Las piezas pueden almacenarse en transportadores paso a paso, o en cajas de nivel regulable. Las plataformas inclinadas, alimentación y salida por gravedad, suelen emplearse en casos sencillos. El tamaño del almacén depende de la tasa de producción. El operador que inspecciona las piezas puede llenar y vaciar las cajas de almacenamiento. Tiempo de Manipuleo : El tiempo de maniobra requerido es determinado por la longitud total del camino y la máxima velocidad del Robot. La mayoría de los Robots neumáticos, hidráulicos y eléctricos tienen velocidades máximas aproximadas a los 0,7 metros por segundo y desplazamientos angulares de 90º por segundo. Sin embargo cuando se trata de un Robot neumático debe tenerse presente que la variación de velocidad con la carga es muy grande; y esto es particularmente importante cuando un Robot de este tipo está equipado con dos manos, ya que en el momento en que estas estén ocupadas la carga será el doble. El tiempo anual de manipuleo puede ser calculado, cuando se compara el Robot con la labor total en igual período, pero no es posible hacerlo mediante la comparación con el tiempo de manipulación de una sola pieza. Layout de Máquinas : Básicamente el layout puede ser circular o lineal. En una disposición circular un Robot sirve a varias máquinas sin que las piezas se acumulen entre ellas. En un layout lineal cada Robot sirve a una máquina en la línea y las piezas van siendo reunidas en transportadores entre máquinas. Un transportador de almacenamiento debe ser capaz de tomar el total de la producción de una máquina durante el cambio de herramienta. En esta disposición la producción es mayor que en el sistema circular. Muchos layouts requieren versiones especiales de Robots con grados de libertad adicionales demandadas por el proceso. Accesibilidad : La mano del Robot está diseñada generalmente para un movimiento de entrada lateral, para lo cual es necesario disponer de espacios entre la herramienta y el punto de trabajo. Dotación de Operación y Supervisión :La inspección visual de las piezas es manual en la mayoría de los casos. Las cajas de almacenamiento deben ser llenadas y vaciadas. 4 o 5 Robots que demanden estas tareas adicionales pueden ser supervisados por un solo hombre. La implementación de un Robot en un proceso productivo, tiene como objetivo fundamental disminuir los costos de producciónmediante un mejor aprovechamiento de la capacidad productiva ya instalada. Costo de Implementación : El costo de esta Implementación está compuesto por los siguientes ítems: - El Robot. - Las herramientas de la mano. - Posible modificación de la máquina o máquina-herramienta y herramientas. - Posible alteración del layout existente. - Equipos periféricos, transportadores, cajas de almacenamiento. - Dispositivos de fijación y señalización. - Costo del trabajo de instalación.
  6. 6. - Entrenamientodel personal para operación y mantenimiento. - Puesta en marcha y puesta a punto. 5. DENAVIT HARTENBERG A partir de las tres reglas básicas para establecer el sistema de coordenadas ortonormal para cada cuerpo y de la interpretación geométrica de los parámetros de articulación y cuerpo, se deriva el siguiente procedimiento para obtener los sistemas de coordenadas de un robot: Paso 1: Se localizan los ejes z0...zn-1 según los ejes de la articulación 1...n. Paso 2: Se establece el sistema de la base, 0. El origen o0 se sitúa en cualquier punto del eje z0. Los ejes x0 e y0 han de ser tales que el sistema sea dextrógiro. Desde i=1,...,n-1, se realizan los pasos 3 a 5. Paso 3: Localizar oi donde la normal común a zi y zi-1 intersecta con zi. Si zi y zi-1 intersectan, oi se localiza en la intersección. Si son paralelos se localiza en la articulación i+1. Paso 4: Se establece xi a lo largo de la normal común entre zi-1 y zi o, en la dirección normal al plano zi-1-zi si los dos ejes intersectan. Paso 5: Se establece yi para que el sistema sea dextrógiro. Paso 6: Se establece el sistema del órgano terminal: zn se sitúa en la dirección de zn-1; xn tiene que ser normal a zn-1 y zn; yn tiene que ser tal que el sistema sea dextrógiro. Paso 7: Se crea una tabla con los parámetros D-H: ai = Distancia desde la intersección de xi y zi-1 hasta oi, a lo largo de xi. di = Distancia desde oi-1 a la intersección de xi y zi-1, a lo largo de zi-1. ai = Angulo entre zi-1 y zi medido alrededor de xi. qi = Angulo entre xi-1 y xi alrededor de zi-1. 6. CINEMÁTICA DEL ROBOT Estudio de su movimiento con respecto a un sistema de referencia – Descripción analítica del movimiento espacial en función del tiempo – Relaciones localización del extremo del robot- valores articulares • Problema cinemático directo: Determinar la posición y orientación del extremo final del robot, con respecto a un sistema de coordenadas de referencia, conocidos los ángulos de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot • Problema cinemático inverso: Determinar la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación del extremo conocidas • Modelo diferencial (matriz Jacobiana): Relaciones entre las velocidades de movimiento de las articulaciones y las del extremo del robot 7. JACOBIANO
  7. 7. Matemáticamente las ecuaciones cinemáticas directas definen una función entre el espacio cartesiano de posiciones y orientaciones y el espacio de las articulaciones. Las relaciones de velocidad se determinan por el Jacobiano de esta función. El Jacobiano es una matriz que se puede ver como la versión vectorial de la derivada de una función escalar. El Jacobiano es importante en el análisis y control del movimiento de un robot (planificación y ejecución de trayectorias suaves, determinación de configuraciones singulares, ejecución de movimientos coordinados, derivación de ecuaciones dinámicas). El Jacobiano permite conocer el área de trabajo del robot, y determinar las singularidades. Singularidades 1.- Representan configuraciones desde las que no se puede alcanzar algunas direcciones. 2.- Corresponden a puntos en el espacio de trabajo del manipulador inalcanzables al hacer pequeñas modificaciones en los parámetros de la articulación (longitud, desplazamientos). 3.- Cerca de singularidades o no hay solución al problema cinemático inverso o hay infinitas soluciones. 4.- En la vecindad de una singularidad, pequeñas velocidades en el espacio operacional pueden producir grandes velocidades en el espacio de articulaciones. 8. BIBLIOGRAFÍA Lewis, Frank L. Abdallah, C. T. Dawson, D. M. (1993). Control of robot manipulators New York : Macmillan Mark Spong F.L. Lewis C.T. Abdallah (1993). Robot Control. Dynamic, Motion Planning and Analysis. New York, IEEE Rembold, Ulrichn (1990). Robot technology and applications . New York : Marcel Dekker. La cirugía robótica ofrece al paciente muchos beneficios, entre ellos: una internación más corta, menos dolor, cicatrices más pequeñas, menor pérdida de sangre, menos transfusiones, menor riesgo de infección, recuperación más rápida. La robótica permite a los cirujanos lograr una mayor precisión en las intervenciones y les permite explorar el campo quirúrgico con la ayuda de una magnificación similar a la que existe en la microcirugía. Robots asistenciales Los robots asistenciales están concebidos para aliviar la presión en los hospitales, permitiendo con ello al staff médico dedicar más tiempo a la atención de los pacientes. Estos enfermeros robóticos estarían equipados para realizar diversas tareas básicas como: tareas de limpieza, de información, repartir medicinas entre los pacientes, controlar la temperatura remota con termómetros láser, orientar a las visitas a través del hospital, entre otros. Robot-prótesis Las prótesis inteligentes se utilizan desde hace ya varios años, permitiendo la restitución de partes dañadas del aparato locomotor. Exoesqueletos y órtesis activas Son dispositivos biónicos avanzados, que se adjuntan al cuerpo para mejorar y potenciar las capacidades de
  8. 8. éste. Se les denomina también “ropa-robótica” y benefician a las personas discapacitadas, ayudándoles a mejorar su calidad de vida y desplazamiento. Robótica terapéutica Se utiliza en el ámbito hospitalario, ambulatorio o domiciliario para proveer una rehabilitación acelerada a pacientes que han sufrido enfermedades o accidentes que les han mermado sus funciones motoras. El campo de la robótica de la rehabilitación incluye: miembros artificiales, robots de soporte a terapias de rehabilitación o robots que proveen asistencia personal en hospitales. Simuladores de realidad virtual Se emplean para poder entrenar a las doctores en cirugías de invasión mínima u otras aplicaciones. Robots para almacenaje y distribución de medicamentos Se emplean para repartir medicamentos en las farmacias y hospitales. Contribuyen a disminuir los errores, aumentando la seguridad de la dosificación y la dispensación de medicamentos. Como podemos ver, el campo de acción de la robótica en el área de la medicina y la salud es bastante amplio y apunta a seguir creciendo cada día más. Quizá la única desventaja en la actualidad, es que es una tecnología bastante costosa a la que pocos tienen acceso.

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