TEMA 1. Introducció a la robòtica

1. Història de la robòtica

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.

2. Definicions de Robòtica - ISO 8373

Robot

Un manipulador programable automàtic, multifuncional, amb tres o més graus de llibertat, que pot ser fix o mòbil i que s'utilitza per a la manipulació de materials, peces, eines o dispositius especialitzats.

Robot industrial

Un robot utilitzat en un entorn industrial, típicament en la fabricació, per a tasques com soldadura, muntatge, pintura, inspecció, etc.

Robot de servei

Un robot que realitza tasques útils per a humans o equips, excloent aplicacions industrials. Aquests poden ser per a ús professional o personal, com ara robots de neteja, robots mèdics, etc.

Robot mòbil

Un robot capaç de desplaçar-se en el seu entorn. Aquests robots no estan fixats a una posició específica i poden moure's per tal de dur a terme les seves tasques.

Robot col·laboratiu (Cobot)

Un robot dissenyat per col·laborar de manera segura amb els humans en un entorn compartit.

Manipulador

Un dispositiu, normalment robotitzat, utilitzat per moure, orientar o manipular objectes, habitualment dins de processos de producció.

3. Classificació de robots

4 Les Lleis de la Robòtica

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:

  1. La Metallei: Un robot no pot actuar tret que les seves accions estiguin subjectes a les lleis de la robòtica.
  2. Llei Zero: Un robot no pot ferir la humanitat o, per inacció, permetre que la humanitat es faci mal (la humanitat és la família de tots els éssers humans i altres éssers biològicament vius).
  3. Llei Primera: Un robot no pot ferir un ésser humà o, per inacció, permetre que un ésser humà vingui perjudicar, tret que això infringeixi una llei d'ordre superior (una llei establerta anteriorment).
  4. Llei Segona:Un robot ha d'obeir les ordres donades per un ésser humà, excepte quan aquestes ordres entren en conflicte amb una llei d'ordre superior. Un robot ha d'obeir les ordres donades pels robots subordinats, excepte quan aquestes ordres ho farien conflicte amb una llei d'ordre superior.
  5. Llei Tercera: Un robot ha de protegir l'existència d'un robot subordinat sempre que aquesta protecció no conflueixi amb una llei d'ordre superior. Un robot ha de protegir la seva pròpia existència sempre que aquesta protecció no entri en conflicte amb una llei d'ordre superior.
  6. Llei Quarta: Un robot ha de realitzar les funcions per a les quals s'ha programat, excepte quan això entraria en conflicte amb una llei d'ordre superior.
  7. La Llei de Procreació: El robot no pot participar en el disseny o fabricació d'un robot tret que les accions del nou robot estiguin subjectes a les lleis de la robòtica.

5. Reglament (UE) 2024/1689 de IA

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.

Principis Fonamentals

Àmbit d'Aplicació

El reglament s'aplica a:

Normes Harmonitzades

Protecció de Dades i Privacitat

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.

Impacte i Beneficis

6. Conceptes robòtics

6.1 Volum de Treball del Robot

El volum de treball del robot depèn de la seva configuració i disseny.

6.2.Precisió de Moviment

La precisió de moviment d'un robot inclou la seva resolució espacial, precisió i repetibilitat.

6.2.1 Resolució Espacial

La resolució espacial és la capacitat del robot per distingir entre dues posicions properes.

6.2.2 Precisió

La precisió es refereix a la capacitat del robot per arribar a una posició específica.

6.2.3 Repetibilitat

La repetibilitat és la capacitat del robot per arribar a la mateixa posició repetidament amb exactitud.

Fórmula de Repetibilitat

$$ \text{Repetibilitat} = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n} (x_i - \bar{x})^2}{n-1}} $$

6.3. Graus de Llibertat

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.

6.4 Efectors Finals

Els efectors finals són les eines o grapadores que el robot utilitza per interactuar amb el seu entorn.

6.4.1 Pinces

Les pinces són dispositius que permeten al robot agafar i manipular objectes. Poden ser mecàniques, pneumàtiques o elèctriques.

6.4.2 Eines

Les eines són dispositius que permeten al robot realitzar tasques específiques com soldar, pintar o tallar.

6.5. Matemàtica i programació

7. Principals Fabricants Mundials de Robots Industrials

  1. Fanuc (Japó)

    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.

  2. ABB (Suïssa)

    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.

  3. KUKA (Alemanya)

    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.

  4. Yaskawa (Japó)

    Yaskawa és un dels principals proveïdors de robots industrials, especialment en aplicacions de soldadura i manipulació de materials.

  5. Mitsubishi Electric (Japó)

    Mitsubishi Electric ofereix una àmplia gamma de robots industrials, incloent-hi robots SCARA i robots articulats, per a aplicacions de muntatge i manipulació.

  6. Kawasaki Robotics (Japó)

    Kawasaki Robotics és coneguda pels seus robots de gran capacitat de càrrega, utilitzats en la manipulació de materials pesats i en la indústria automotriu.

8. Tendències en Robòtica Industrial en els Darrers 10 Anys

  1. Augment de la Col·laboració Humà-Robot (Cobot)

    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.

  2. Integració de la Intel·ligència Artificial (IA)

    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.

  3. Adopció de la Indústria 4.0

    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.

  4. Miniaturització i Millora de la Precisió

    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.

  5. Sostenibilitat i Eficiència Energètica

    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.

9. Tendències en Robòtica Industrial per als Propers 10 Anys

  1. Expansió de la Robòtica en Nous Sectors

    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.

  2. Desenvolupament de Robots Autònoms

    Els robots autònoms, capaços de prendre decisions i operar sense supervisió humana, seran cada vegada més comuns, especialment en aplicacions de logística i distribució.

  3. Augment de la Personalització i la Flexibilitat

    Els robots seran dissenyats per ser més flexibles i fàcilment reprogramables, permetent una major personalització i adaptabilitat a les necessitats canviants de la producció.

  4. Millores en la Seguretat i la Interacció Humà-Robot

    Es continuaran desenvolupant tecnologies per millorar la seguretat i la interacció entre humans i robots, assegurant un entorn de treball segur i eficient.

  5. Integració de Tecnologies de Realitat Augmentada (RA) i Realitat Virtual (RV)

    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.

  6. Robòtica Sostenible i Circular

    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.

10.Visions de la robòtica

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.