Estudio sobre los lenguajes de programación para la robótica

Indice
1. Introducción
2.
Desarrollo
3. Lenguajes de
programación
4. Conclusiones

1.
Introducción

Origen de la palabra
robot y su significado
A través de la historia el hombre a
soñado con seres capaces de realizar movimientos y hasta
comportarse parecido a animales y hasta
seres humanos; en el fondo el ser humano lo que piensa es
librarse de tareas indeseables, peligrosas o demasiados tediosas.
La primera vez que se hablo de estos seres utilizando el
término por el que es hoy mundialmente conocido, robot,
fue en 1923 por el escritor Karel Capek en su comedia
R.U.R..("Rossum`s Universal Robots"), palabra que proviene del
término checo robotnik que significa siervo.

Hoy la palabra robot tiene diferentes significados:
La del Robot Institute of América: "un manipulador multifuncional y
reprogramable, diseñado para mover materiales
piezas, herramientas o
dispositivos especiales, mediante movimientos programables y
variables que
permitan llevar a cabo diversas tareas".
La del Oxford English dictionary: "un aparato mecánico que
se parece y hace el trabajo de
un ser humano".

Cronograma sobre la historia de la
robótica

Propiedades características de los robots
Versatilidad:
Potencialidad estructural de ejecutar tareas diversas y/o
ejecutar una misma tarea de forma diversa. Esto impone al robot
una estructura
mecánica de geometría
variable.

Autoadaptabilidad al entorno:
Significa que un robot debe, por sí solo, alcanzar su
objetivo(ejecutar su tarea) a pesar de las
perturbaciones imprevistas del entorno a lo largo de la
ejecución de su tarea. Esto supone que el robot sea
consciente de su entorno y que por lo tanto posea sentidos
artificiales.

El robot y su
funcionamient
Un robot operacional puede estar constituido por cuatro entidades
unidas entre sí(ver anexo no.4 Descripción de un robot en
funcionamiento):
Sistema mecánico articulado dotado de sus motores(eléctricos, hidráulicos o
neumáticos) que arrastran a las articulaciones del robot
mediante las transmisiones(cables, cintas, correas con muescas).
Para conocer en todo instante la posición de las
articulaciones se recurre a los captadores(codificadores
ópticos) que se denominan propioceptivos. Estos dan el
valor a las
articulaciones, que no es más que la configuración
o el estado del
robot.
El entorno es el universo en
que está sumergida la primera entidad. Si los robots
están sobre un puesto fijo se reduce al espacio alcanzable
por el robot. En él el robot puede encontrar
obstáculos que ha de evitar y objetos de interés, o
sea los objetos con los que tiene que actuar. Por todo esto
existe interacción entre la parte física y el entorno.
Mediante los captadores exteroceptivos(cámaras, detectores
de fuerzas, detectores de proximidad, captadores táctiles)
se toman informaciones sobre el entorno.
Las tareas a realizar es el trabajo que
se desea que haga el robot. La descripción de estas tareas se hace
mediante lenguajes que pueden ser a través de los gestos,
en el que se le enseña al robot lo que se debe hacer;
orales, se le habla; por escrito en el que se le escriben las
instrucciones en un lenguaje compatible con el robot.
El cerebro del robot
es el órgano de tratamiento de la información. Este puede ser desde un
autómata programable para los menos avanzados hasta un
miniordenor numérico o microprocesador
para los más avanzados. El cerebro, es el
que tiene el papel
principal, contiene en sus memorias:
Un modelo del
robot físico: las señales de excitación de
los accionadores y los desplazamientos que son consecuencia de
ellas.
Un modelo del
entorno: descripción de lo que se encuentra en el espacio
que puede alcanzar.
Programas:
permite comprender las tareas que se le pide que realice.
Algoritmos de
control.

Clasificación de los robots

Campos de la robótica
El campo de la robótica
es muy amplio, así por ejemplo la vemos ligada a la esfera
productiva, a la investigación científica, a la
medicina. De
acuerdo a su uso y aplicación estos tienen diversas
características.
En la producción los robot se destacan por traer
consigo una disminución de la mano de obra; además
ayuda a una mayor calidad del
producto
acabado, a la rapidez de la producción. Casi siempre, en la industria, los
robot se unen a otras máquinas
aportando mayor eficiencia en la
producción.(Ver anexo no1 )
En la esfera científica, muchos de ellos son utilizados
para hacer investigaciones
en el campo donde el hombre se le
hace difícil ir, tal vez por un medio hostil o tal vez
demasiado peligroso: submarino, espacial, irradiado por centrales
nucleares(Ver anexo no2 Robot para Investigaciones
Científicas). Así se han diseñado dos tipos
de robot de acuerdo a su misión y a
su sentido de operacionalidad:

• Robot autónomo: Se le programa su
  misión,
  casi siempre con trabajos sencillos y sin necesidad de
  reflexionar, de comprender su entorno.
• Teleoperación o telepresencia: Esta
  máquina está controlada a distancia por un puesto
  maestro monitoreado por el operador(hombre).

En el campo de la medicina, o bien
podríamos llamarle asistencia individual se destacan por
la ayuda en la asistencia médica de personas
paralíticas, personas con partes del cuerpo amputadas(Ver
anexo no1 Robot en el campo de la medicina). La robótica
entonces cubre campos como:

• Prótesis:
  creación de manos y piernas artificiales.
• Órtesis: estructuras
  rígidas motorizadas que se ponen alrededor del miembro
  paralizado y lo arrastran en su movimiento.
• Telétesis:
  destinadas a los paralíticos de los cuatro
  miembros(tetrapléjicos) y son robots que el afectado
  controla a distancia a partir de las zonas de motrocidad
  voluntaria que haya podido conservar(por ejemplo: la lengua, los
  músculos de los ojos).

2.
Desarrollo

El lenguaje siempre ha sido una vía eficaz de
comunicación, las relaciones
robótica-hombre también utilizan estos mecanismos
para una comunicación eficaz. Entre las formas que
existen de comunicación con los robots se encuentran:
Reconocimiento de palabras separadas: actualmente este sistema es
bastante primitivo y suelen depender de quien hablan. Estos
sistemas pueden reconocer un conjunto de palabras concretas de un
vocabulario muy limitado.
Enseñanza y repetición: es la
más comúnmente utilizada en los robots
industriales. Implica el enseñar al robot todos los
movimientos que necesita realizar. Normalmente la enseñanza se lleva atendiendo a los
siguientes pasos:
Dirigiendo al robot con un movimiento lento utilizando el control
manual(joystick, conjunto de botones, uno para
cada movimiento, o un sistema de manipulación maestro
esclavo) para realizar la tarea completa y grabando los
ángulos del movimiento del robot en los lugares adecuados
para que vuelva a repetir el movimiento.

Reproduciendo y repitiendo el movimiento
enseñado.
Si el movimiento enseñado es correcto, entonces se hace
funcionar al robot a la velocidad
correcta en el modo repetitivo.
Lenguajes de
programación de alto nivel: suministran una
solución más general en la
comunicación hombre-robot. Los lenguajes
clásicos(FORTRAN, BASIC, PASCAL) no
disponen de los comandos e
instrucciones específicas que se necesitan para la
programación en la robótica. Hasta
ahora los lenguajes utilizados han sido diseñados para un
modelo específico de manipulador, una tarea concreta, por
lo que en estos momentos no existe ningún lenguaje
universal.

Programación Usada En La
Robótica
La programación que se emplea en la robótica tiene
caracteres diferentes: explícito, en el que el operador es
el responsable de las acciones de
control y de las instrucciones adecuadas que las implementan, o
estar basada en la modelación del mundo exterior, cuando
se describe la tarea y el entorno y el propio sistema toma las
decisiones.
La programación explícita es la más
utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos
técnicas fundamentales:
Programación Gestual. Este tipo de programación,
exige el empleo del manipulador en la fase de enseñanza, o
sea, trabaja "on-line".
Programación Textual. En esta labor no participa la
máquina (off-line). Las trayectorias del manipulador se
calculan matemáticamente con gran precisión y se evita el
posicionamiento

Programación Gestual O Directa
Es en este tipo de programación donde el propio brazo
interviene en el trazado del camino y en las acciones a
desarrollar en la tarea de la aplicación; lo que determina
la programación "on-line". Esta está dividida en
dos clases:
Programación por aprendizaje
directo: El punto final del brazo se traslada con ayuda de un
dispositivo especial colocado en su muñeca, o utilizando
un brazo maestro o maniquí, sobre el que se
efectúan los desplazamientos que, tras ser memorizados,
serán repetidos por el manipulador. Esta
programación tiene pocas posibilidades de edición
ya que para generar una trayectoria continua, es preciso
almacenar o definir una gran cantidad de puntos, cuya
reducción origina discontinuidades.
Programación mediante un dispositivo de enseñanza:
Consiste en determinar las acciones y movimientos del brazo
manipulador, a través de un elemento especial para este
cometido. En este caso, las operaciones ordenadas se sincronizan
para conformar el programa de
trabajo. Los dispositivos de enseñanza modernos permiten
generar funciones
auxiliares, además del control de los movimientos:
– Selección
de velocidades
– Generación de retardos
– Señalización del estado de los
sensores
– Borrado y modificación de los puntos de trabajo
– Funciones
especiales
Estos programación tiene como característica
común que el usuario no necesita conocer ningún
lenguaje de
programación, simplemente debe habituarse al empleo de
los elementos que constituyen el dispositivo de enseñanza.
De esta forma, se pueden editar programas, aunque como es
lógico, muy simples. Los lenguajes de programación
gestual, además de necesitar al propio robot en la
confección del programa, carecen de adaptabilidad en
tiempo real
con el entorno y no pueden tratar, con facilidad, interacciones
de emergencia.

Programación Textual
El programa queda constituido por un texto de
instrucciones o sentencias, cuya confección no requiere de
la intervención del robot; es decir, se efectúan
"off-line". Con este tipo de programación, el operador no
define, prácticamente, las acciones del brazo manipulado,
sino que se calculan, en el programa, mediante el empleo de las
instrucciones textuales adecuadas.
En una aplicación tal como el ensamblaje de piezas, en la
que se requiere una gran precisión, los posicionamientos
seleccionados mediante la programación gestual no son
suficientes, debiendo ser sustituidos por cálculos
más perfectos y por una comunicación con el entorno
que rodea al sistema. En esta la posibilidad de edición es
total. El robot debe intervenir, sólo, en la puesta a
punto final.
Según las características del lenguaje, pueden
confeccionarse programas de trabajo complejos, con
inclusión de saltos condicionales, empleo de bases de datos,
posibilidad de creación de módulos operativos
intercambiables, capacidad de adaptación a las condiciones
del mundo exterior, etc.

Esta programación textual está dividida en
dos grandes grupos de
diferencias marcadas:

• Programación textual
  explícita.
• Programación textual
  especificativa.

Programación textual explícita
En la programación textual explícita, el programa
consta de una secuencia de órdenes o instrucciones
concretas, que van definiendo con rigor las operaciones
necesarias para llevar a cabo la aplicación. Se puede
decir que la programación explícita engloba a los
lenguajes que definen los movimientos punto por punto, similares
a los de la programación gestual, pero bajo la forma de un
lenguaje formal. Con este tipo de programación, la labor
del tratamiento de las situaciones anormales, colisiones, etc.,
queda a cargo del programador.

Dentro de la programación explícita, hay
dos niveles:
Nivel de movimiento elemental que comprende los lenguajes
dirigidos a controlar los movimientos del brazo manipulador.
Existen dos tipos:

• Articular, cuando el lenguaje se dirige al control
  de los movimientos de las diversas articulaciones del
  brazo.
• Cartesiano, cuando el lenguaje define los
  movimientos relacionados con el sistema de manufactura, es decir, los del punto final del
  trabajo (TCP).

Los lenguajes del tipo cartesiano utilizan
transformaciones homogéneas, lo que hace que se
independice a la programación del modelo particular del
robot, puesto que un programa confeccionado para uno, en
coordenadas cartesianas, puede utilizarse en otro, con diferentes
coordenadas, mediante el sistema de transformación
correspondiente.
Por el contrario, los lenguajes del tipo articular indican los
incrementos angulares de las articulaciones. Aunque esta
acción es bastante simple para motores de paso a
paso y corriente continua, al no tener una referencia general de
la posición de las articulaciones con relación al
entorno, es difícil relacionar al sistema con piezas
móviles, obstáculos, cámaras de TV, etc.
Nivel estructurado, el que intenta introducir relaciones entre el
objeto y el sistema del robot, para que los lenguajes se
desarrollen sobre una estructura formal.
Se puede decir que los lenguajes correspondientes a este tipo de
programación adoptan la filosofía del PASCAL. Describen
objetos y transformaciones con objetos, disponiendo, muchos de
ellos, de una estructura de
datos arborescente.
El uso de lenguajes con programación explícita
estructurada aumenta la comprensión del programa, reduce
el tiempo de
edición y simplifica las acciones encaminadas a la
consecución de tareas determinadas.
En los lenguajes estructurados, es típico el empleo de las
transformaciones de coordenadas, que exigen un cierto nivel de
conocimientos. Por este motivo dichos lenguajes no son populares
hoy en día.

Programación textual
especificativa
La programación textual explícita es una
programación del tipo no procesal, en la que el usuario
describe las especificaciones de los productos
mediante una modelización, al igual que las tareas que hay
que realizar sobre ellos.
El sistema informático para la programación textual
especificativa ha de disponer del modelo del universo(actualmente, los modelos del
universo son
del tipo geométrico, no físico), o mundo donde se
encuentra el robot. Este modelo será, normalmente, una
base de datos
más o menos compleja, según la clase de
aplicación, pero que requiere, siempre , computadoras
potentes para el procesado de una abundante información. El trabajo de la
programación consistirá, simplemente, en la
descripción de las tareas a realizar, lo que supone
poder llevar a
cabo trabajos complicados.