| Època | Inventor | Autòmat | Descripció |
|---|---|---|---|
| Grecs antics | Hero d'Alexandria | Eolípila | Màquina de vapor primitiva, considerada un dels primers autòmats. |
| Grecs antics | Ctesibi d'Alexandria | Clepsidra perpètua | Rellotge d'aigua amb un sistema de recirculació per a mesurar el temps de manera contínua. |
| Grecs antics | Fílon de Bizanci | Autòmata Cambrera | Figura mecànica que podia servir vi i aigua automàticament. |
| Grecs antics | Archytas de Tàrent | Coloma Voladora | Dispositiu de fusta en forma de coloma capaç de volar amb aire comprimit. |
| Xina antiga | Yan Shi | Autòmat Humanoide | Figura humanoide que podia caminar, moure's i fer gestos. |
| Edat mitjana islàmica | Al-Jazari | Rellotge de l'Elefant | Rellotge d'aigua amb figures humanes que es movien automàticament per indicar l'hora. |
| Europa medieval | Artistes medievals | Rellotges Astronòmics | Rellotges que combinaven el moviment de cossos celestials amb figures animades. |
| Renaixement | Leonardo da Vinci | Cavaller Mecànic | Autòmat que podia moure's de manera autònoma, dissenyat per Leonardo da Vinci. |
L'automatització industrial implica l'ús de sistemes de control, com ordinadors o robots, per manejar diferents processos i maquinària en una indústria per substituir el treball humà.
Un robot industrial és una màquina programable capaç de realitzar tasques de manera autònoma. Els robots industrials poden ser utilitzats en una àmplia gamma d'aplicacions, des del muntatge fins a la soldadura i la pintura.
Les lleis de la robòtica, formulades per Isaac Asimov, són un conjunt de regles dissenyades per assegurar que els robots es comportin de manera segura i ètica:
El Reglament (UE) 2024/1689 del Parlament Europeu i del Consell estableix normes harmonitzades en matèria d'intel·ligència artificial (IA) a la Unió Europea. L'objectiu principal és assegurar un marc jurídic uniforme per al desenvolupament, la introducció al mercat, la posada en servei i l'ús de sistemes d'IA, garantint la protecció de la salut, la seguretat i els drets fonamentals dels ciutadans de la UE.
El reglament s'aplica a:
El reglament complementa les normatives vigents de la UE en matèria de protecció de dades personals, com el Reglament General de Protecció de Dades (RGPD), assegurant que els sistemes d'IA respectin els drets de privacitat i confidencialitat.
El Reglament (UE) 2024/1689 proporciona un marc jurídic sòlid per al desenvolupament i ús de la IA a la UE, promovent la innovació mentre protegeix els drets fonamentals i la seguretat dels ciutadans. Així, la UE es posiciona com a líder mundial en el desenvolupament d'una IA segura, ètica i centrada en l'ésser humà.
Els robots són cada vegada més comuns en diverses indústries. La seva aplicació inclou la manufactura, la medicina, l'exploració espacial, entre altres.
Hi ha un debat sobre si els robots augmenten la desocupació. Tot i que poden substituir alguns llocs de treball, també creen noves oportunitats en altres àrees.
El període de recuperació és el temps necessari per recuperar la inversió feta en un robot a través dels estalvis en costos laborals i l'augment de la productivitat.
Fórmula del Període de Recuperació:
$$\text{Període de Recuperació} = \frac{\text{Cost del Robot}}{\text{Estalvis Anuals}}$$
Els robots són àmpliament utilitzats en la manufactura per tasques com la soldadura, el muntatge, la pintura i la manipulació de materials.
Aquesta secció introdueix les diferents eines i grapadores utilitzades pels robots industrials per manipular objectes.
Un robot industrial es defineix com un dispositiu automàtic programable capaç de realitzar tasques específiques.
La configuració d'un robot es refereix a la seva estructura física i la seva capacitat de moviment. El volum de treball és l'espai dins del qual el robot pot operar.
Els robots sovint s'inspiren en la configuració del cos humà per dissenyar les seves estructures i moviments.
El volum de treball humà és l'espai en el qual una persona pot realitzar tasques amb els seus braços i mans.
Els robots poden tenir diferents configuracions com cartesians, cilíndrics, esfèrics i articulats.
La configuració estructural del robot determina la seva capacitat de moviment i aplicacions.
El volum de treball del robot depèn de la seva configuració i disseny.
La precisió de moviment d'un robot inclou la seva resolució espacial, precisió i repetibilitat.
La resolució espacial és la capacitat del robot per distingir entre dues posicions properes.
La precisió es refereix a la capacitat del robot per arribar a una posició específica.
La repetibilitat és la capacitat del robot per arribar a la mateixa posició repetidament amb exactitud.
Els graus de llibertat d'un robot es refereixen al nombre de moviments independents que pot realitzar. Un robot amb sis graus de llibertat pot moure's en totes les direccions possibles.
Els efectors finals són les eines o grapadores que el robot utilitza per interactuar amb el seu entorn.
Les grapadores són dispositius que permeten al robot agafar i manipular objectes. Poden ser mecàniques, pneumàtiques o elèctriques.
Les eines són dispositius que permeten al robot realitzar tasques específiques com soldar, pintar o tallar.
Aquest capítol tracta sobre les transformacions de coordenades en 2D i 3D utilitzant matrius homogènies. S'expliquen les submatrius de transformació i es proporcionen exemples de transformacions inverses i matrius de transformació compostes.
S'introdueixen els conceptes de cinemàtica directa i inversa, utilitzant la notació D-H per descriure els paràmetres dels enllaços i les juntes dels robots. També es discuteix el Jacobian i les singularitats del manipulador.
Aquest capítol explora els sensors interns i externs dels robots, incloent-hi sensors de proximitat, tàctils, de lliscament, de rang i de força. També es discuteix el sistema de visió per a la inspecció.
Es presenta un diagrama de blocs general per al control de robots, que inclou una revisió de la teoria de control i els diferents tipus de controladors, com el PID i el control adaptatiu. També es discuteix el control de força, el control òptim i l'estabilitat de la trajectòria.
Aquí s'aprofundeix en els algorismes de control per a la regulació de posició i trajectòria dels robots, incloent-hi les tècniques de control per a trajectòries en espai de tasca i de junta.
El controlador PID (Proporcional-Integral-Derivatiu) és un tipus de controlador utilitzat comunament en robòtica per regular la posició, velocitat i altres variables del robot.
En aquest capítol s'expliquen les tècniques de programació de robots, incloent-hi els llenguatges de programació, la programació en línia i fora de línia, i la simulació. També es discuteix la interacció home-robot i les interfícies gràfiques.
Aquest capítol tracta sobre la planificació de trajectòries per a robots industrials, incloent-hi l'optimització de trajectòries, l'evitació d'obstacles i la generació de camins en l'espai de treball del robot.
La planificació de moviments implica la creació d'una seqüència de moviments que el robot ha de seguir per completar una tasca, tenint en compte els obstacles i altres restriccions.
S'expliquen diversos algorismes utilitzats per a la planificació de trajectòries, com l'algorisme de Dijkstra, l'algorisme A* i l'algorisme RRT (Rapidly-exploring Random Tree).
Aquest capítol es centra en els robots mòbils, discutint la seva classificació, els sistemes de navegació i els sensors específics per al moviment autònom. Es fa una revisió de les diferents plataformes mòbils, com les de rodes, potes i rastres, així com els mètodes per a la planificació de trajectòries i la detecció d'obstacles en entorns dinàmics.
Els robots mòbils poden ser classificats segons el tipus de locomoció (rodes, potes, etc.) i el medi en què operen (terrestre, aeri, aquàtic). A més, es distingeixen per la seva autonomia i capacitat de navegació.
Els sistemes de navegació dels robots mòbils permeten que es moguin dins d'un entorn mentre eviten obstacles i arriben a destinacions predefinides. S'expliquen tècniques com SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) i navegació basada en GPS.
Aquest tema explora la visió per ordinador, una disciplina que permet als robots interpretar i comprendre informació visual del món. La visió per ordinador és essencial en aplicacions com el reconeixement d'objectes, la navegació autònoma i la inspecció de qualitat en la manufactura.
El processament d'imatges és el primer pas en la visió per ordinador, que inclou tècniques per a la millora de la imatge, la detecció de vores i l'extracció de característiques.
El reconeixement d'objectes permet que els robots identifiquin i classifiquin objectes en una escena. Això es fa a través d'algorismes d'aprenentatge automàtic i xarxes neuronals convolucionals.
La visió per ordinador té diverses aplicacions en robòtica, incloent-hi la manipulació d'objectes, la navegació autònoma i la detecció de defectes en processos industrials.
Aquest tema cobreix l'ús de la intel·ligència artificial (IA) en la robòtica per millorar la presa de decisions, la percepció i l'aprenentatge automàtic. S'exploren conceptes com l'aprenentatge supervisat, no supervisat i reforçat, així com la implementació d'algoritmes d'IA en robots per a tasques complexes.
L'aprenentatge automàtic permet que els robots millorin el seu rendiment a través de l'experiència. Aquest tema explica els diferents tipus d'aprenentatge automàtic i com s'apliquen en robòtica.
Els algoritmes de planificació i optimització permeten als robots desenvolupar plans per executar tasques de manera eficient. Es revisen tècniques com la programació dinàmica i els algorismes genètics.
Aquest capítol tracta sobre la robòtica col·laborativa, on robots i humans treballen junts en un entorn compartit. Es revisen els desafiaments de seguretat, les interfícies home-robot i les aplicacions industrials de la robòtica col·laborativa.
La seguretat és una preocupació clau en la robòtica col·laborativa. Es discuteixen les normatives i tecnologies per garantir que els robots puguin operar de manera segura al costat dels humans.
Les interfícies home-robot són essencials per a la col·laboració efectiva entre robots i humans. S'exploren les tecnologies d'interacció com els comandaments de veu, les interfícies gràfiques i les interfícies tàctils.
Aquest capítol aborda les qüestions ètiques relacionades amb la robòtica, incloent-hi la responsabilitat en el disseny de robots, la privacitat, l'impacte en l'ocupació i l'ús de robots en situacions crítiques com la medicina i la guerra.
L'ètica en el disseny de robots implica assegurar que els robots es desenvolupen d'acord amb valors ètics, incloent-hi la seguretat, la transparència i la protecció de drets humans.
L'impacte social i ocupacional de la robòtica inclou el potencial de substitució de llocs de treball humans i la necessitat de requalificar la força laboral.
Aquest tema cobreix les tecnologies més avançades en robòtica, incloent-hi robots autònoms, la robòtica en l'espai, la biònica i els robots amb capacitats sensorials i d'aprenentatge avançades.
Els robots autònoms poden operar de manera independent, prenent decisions complexes en temps real. Aquestes tecnologies són utilitzades en aplicacions com vehicles autònoms i robots exploradors.
La robòtica espacial inclou el desenvolupament de robots per a l'exploració espacial, la construcció i el manteniment d'infraestructures en òrbita o en altres planetes.
Aquest capítol explora les tendències futures en la robòtica, incloent-hi la integració amb la intel·ligència artificial avançada, l'evolució dels robots col·laboratius, i la robòtica en àrees emergents com la salut i l'agricultura.
La combinació de la robòtica amb la IA avançada permetrà crear robots més intel·ligents, capaços d'aprendre i adaptar-se a entorns canviants de manera autònoma.
Els robots en el sector de la salut poden ajudar en tasques com la cirurgia assistida, la rehabilitació i la cura de persones majors, millorant l'eficiència i la qualitat de l'atenció.
En aquest capítol es discuteix com la robòtica pot contribuir a la sostenibilitat, tant en la reducció de l'impacte ambiental com en l'eficiència energètica en la manufactura i altres indústries.
Els robots poden millorar l'eficiència energètica en la producció, optimitzant processos i reduint el consum d'energia.
Es presenten exemples d'aplicacions de robòtica en àrees com l'agricultura sostenible, la gestió de residus i la construcció d'infraestructures verdes.
Els robots eliminen els errors humans que poden ocórrer per fatiga, distracció o falta de concentració. Això resulta en una reducció significativa de defectes i productes defectuosos, millorant així la qualitat global del producte final.
Els robots poden ser equipats amb sensors avançats i sistemes de visió que permeten la inspecció en temps real dels productes durant el procés de fabricació. Això permet detectar i corregir defectes immediatament, assegurant que només els productes de qualitat surtin de la línia de producció.
En processos de fabricació complexos, com la soldadura o la pintura, els robots poden mantenir una consistència que seria difícil d'aconseguir per als humans. Això assegura que cada producte passi pels mateixos passos exactes, mantenint la qualitat constant.
Els robots poden operar en condicions que serien perilloses o inhòspites per als humans, com temperatures extremes, atmosferes tòxiques o espais confinats. Això permet mantenir la qualitat del producte en entorns on la presència humana seria un risc o una limitació.
Els robots industrials poden ser reprogramats per adaptar-se a diferents tasques o canvis en el disseny del producte. Aquesta flexibilitat permet una ràpida adaptació a noves especificacions de qualitat sense necessitat de canvis significatius en la infraestructura de producció.
L'ús de robots permet augmentar la velocitat de producció sense comprometre la qualitat. Això és especialment beneficiós en indústries on la demanda de productes d'alta qualitat és alta i constant.
Els sistemes robòtics poden ser integrats amb tecnologies de traçabilitat que permeten monitoritzar cada pas del procés de producció. Això facilita la identificació de problemes de qualitat i la implementació de millores contínues.
Insertar aquí una imatge representativa d'un robot industrial.
$$ \text{Repetibilitat} = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n} (x_i - \bar{x})^2}{n-1}} $$
Aquestes avantatges fan que la robòtica industrial sigui una eina essencial per a la millora contínua de la qualitat del producte final, assegurant que les empreses puguin complir amb els estàndards de qualitat més alts i mantenir-se competitives en el mercat global.
Fanuc és un dels líders mundials en la fabricació de robots industrials. Ofereix una àmplia gamma de robots per a diferents aplicacions, incloent-hi soldadura, manipulació de materials, pintura i muntatge.
ABB és coneguda per la seva innovació en robòtica i automatització. Els seus robots són àmpliament utilitzats en la manufactura, especialment en la indústria automotriu.
KUKA és un altre gran fabricant de robots industrials, amb una forta presència en la indústria automotriu. Els seus robots són coneguts per la seva precisió i flexibilitat.
Yaskawa és un dels principals proveïdors de robots industrials, especialment en aplicacions de soldadura i manipulació de materials.
Mitsubishi Electric ofereix una àmplia gamma de robots industrials, incloent-hi robots SCARA i robots articulats, per a aplicacions de muntatge i manipulació.
Kawasaki Robotics és coneguda pels seus robots de gran capacitat de càrrega, utilitzats en la manipulació de materials pesats i en la indústria automotriu.
Els robots col·laboratius, o cobots, han guanyat popularitat gràcies a la seva capacitat per treballar de manera segura al costat dels humans. Això ha permès una major flexibilitat en les línies de producció.
La IA s'ha integrat cada vegada més en els sistemes de robòtica per millorar la capacitat de presa de decisions, la visió per computadora i l'aprenentatge automàtic, permetent robots més intel·ligents i autònoms.
La quarta revolució industrial ha impulsat la integració de tecnologies digitals amb la robòtica, com l'Internet de les Coses (IoT), el Big Data i l'anàlisi predictiva, per optimitzar els processos de producció.
Els avenços en la miniaturització dels components robòtics han permès la creació de robots més petits i precisos, ideals per a aplicacions en la indústria electrònica i mèdica.
Hi ha hagut un enfocament creixent en la sostenibilitat, amb robots dissenyats per ser més eficients energèticament i reduir l'impacte ambiental de les operacions industrials.
Es preveu que la robòtica s'expandeixi a sectors com l'agricultura, la construcció i els serveis de salut, aportant automatització i eficiència a aquestes indústries.
Els robots autònoms, capaços de prendre decisions i operar sense supervisió humana, seran cada vegada més comuns, especialment en aplicacions de logística i distribució.
Els robots seran dissenyats per ser més flexibles i fàcilment reprogramables, permetent una major personalització i adaptabilitat a les necessitats canviants de la producció.
Es continuaran desenvolupant tecnologies per millorar la seguretat i la interacció entre humans i robots, assegurant un entorn de treball segur i eficient.
La RA i la RV seran utilitzades per la formació, la programació i la supervisió de robots, millorant la interfície d'usuari i la facilitat d'ús.
Es posarà un major èmfasi en la creació de robots sostenibles, amb materials reciclables i processos de fabricació que minimitzin l'impacte ambiental.
Aquestes tendències reflecteixen l'evolució contínua de la robòtica industrial i el seu paper creixent en la transformació de les operacions industrials a nivell global.
Les matemàtiques proporcionen les eines necessàries per modelar, analitzar i controlar els sistemes robòtics, assegurant que funcionin de manera eficient i precisa en una àmplia gamma d'aplicacions industrials.
La cinemàtica directa i inversa són fonamentals en la robòtica per determinar la posició i orientació d'un robot en funció dels seus paràmetres de junta.
La cinemàtica directa implica calcular la posició i orientació finals d'un robot a partir dels seus angles de junta. Utilitza la notació Denavit-Hartenberg (D-H) per definir les transformacions de cada enllaç:
$$ T = A_1 \cdot A_2 \cdot \ldots \cdot A_n $$
on $$A_i$$ és la matriu de transformació homogènia per a cada enllaç.
Suposem un robot de dos enllaços amb longituds $$l_1$$ i $$l_2$$, i angles de junta $$\theta_1$$ i $$\theta_2$$. La posició final $$(x, y)$$ es calcula com:
$$ x = l_1 \cos(\theta_1) + l_2 \cos(\theta_1 + \theta_2) $$
$$ y = l_1 \sin(\theta_1) + l_2 \sin(\theta_1 + \theta_2) $$
La cinemàtica inversa consisteix a determinar els angles de junta necessaris per aconseguir una posició i orientació desitjada. Per al mateix robot de dos enllaços, les equacions són:
$$ \theta_2 = \arccos\left(\frac{x^2 + y^2 - l_1^2 - l_2^2}{2l_1l_2}\right) $$
$$ \theta_1 = \arctan\left(\frac{y}{x}\right) - \arctan\left(\frac{l_2 \sin(\theta_2)}{l_1 + l_2 \cos(\theta_2)}\right) $$
Per una posició desitjada $$(x, y) = (3, 3)$$ i longituds $$l_1 = 2$$, $$l_2 = 2$$, els angles de junta es poden calcular utilitzant les fórmules anteriors.
Aquestes equacions i exemples ajuden a comprendre com es determina la configuració d'un robot per aconseguir moviments precisos i controlats. Per resoldre un problema d'equacions cinemàtiques, segueix aquests passos:
Aquest procés permet resoldre problemes de cinemàtica tant directa com inversa, assegurant que el robot pugui realitzar les tasques desitjades amb precisió i eficàcia.
Aquests components són fonamentals per analitzar i controlar el moviment dels robots, assegurant que puguin executar tasques amb precisió i eficiència.
Aquest procés ajuda a derivar equacions cinemàtiques que són essencials per controlar i planificar el moviment dels robots industrials.
| Visió | Descripció | Impacte de la tecnologia | Respostes proposades |
|---|---|---|---|
| Luddita i neoluddita | Moviment que es resisteix a les tecnologies que substitueixen llocs de treball. | Amenaça per a l'ocupació i la subsistència. | Destrucció de màquines, resistència al canvi tecnològic. |
| Keynesiana | Perspectives de John Maynard Keynes sobre el potencial de la tecnologia per reduir la jornada laboral. | Beneficis a llarg termini, però risc d'atur. | Intervenció estatal per gestionar la transició i redistribuir beneficis. |
| Marxista | Veu la tecnologia com una eina per a l'explotació sota el capitalisme. | Incrementa la desigualtat i la concentració de riquesa. | Revolució socialista per alliberar la tecnologia dels capitalistes. |
| Schumpeteriana | Idea de la "destrucció creativa" on la tecnologia genera progrés econòmic. | Cicles d'innovació i destrucció d'antics sectors. | Acceptació del canvi, foment de la innovació constant. |
| Post-treball | Proposa una societat on el treball humà sigui gairebé innecessari gràcies a la tecnologia. | Redueix la necessitat de treballar. | Implementació d'ingressos bàsics, reducció de la jornada laboral. |
| Tecnòfila | Optimisme tecnològic, la tecnologia com a força positiva que resol problemes globals. | Font de progrés i millora generalitzada. | Foment de la innovació i adopció de tecnologies sense restriccions. |
| Ecològica | Critica els efectes ambientals negatius de la tecnologia descontrolada. | Pot causar sobreexplotació de recursos naturals. | Desenvolupament de tecnologies verdes i sostenibles. |
| Feminista Crítica | Examen de com la tecnologia pot perpetuar desigualtats de gènere. | Pot reforçar estructures de poder existents. | Disseny i implementació de tecnologies inclusives i equitatives. |
| Posthumanista | Explora la superació dels límits humans mitjançant la tecnologia i la fusió amb màquines. | Transforma la identitat i la consciència humanes. | Adopció crítica i ètica de tecnologies emergents per augmentar les capacitats humanes. |
| Transhumanista | Moviment que advoca per l'ús de la tecnologia per millorar les capacitats físiques i mentals de l'ésser humà. | Millora de la salut, intel·ligència i longevitat humanes. | Foment de la recerca en tecnologies com la biotecnologia i la intel·ligència artificial per expandir les capacitats humanes. |