1. Morfologa de los robots industriales.

1.1. Introduccin a la morfologa de los robots. La morfologa es un concepto importante porque la forma y estructura de los robots condicionan en gran manera su funcionamiento y prestaciones as como su campo de aplicacin. En el siguiente esquema podremos observar una sistematizacin de conceptos ligados con el factor morfologa. Se puede observar que se contempla la morfologa del robot en su conjunto arquitectura y en la de sus subsistemas constituyentes.

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1.1.1. Arquitectura. La arquitectura, definida por el tipo de configuracin general del robot, puede ser fija o metamrfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparicin, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un robot a travs del cambio de su configuracin por el propio robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los ms elementales cambio de la herramienta o de la garra -, hasta los ms complejos cambio o alteracin de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominacin genrica de robot, tal y como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difcil establecer una clasificacin coherente de los mismo que resista un anlisis crtico riguroso. Como se puede observar en la tabla anterior podemos subdividir los robots, atendiendo a su arquitectura en cinco grupos: poliarticulados, mviles, androides, zoomrficos e hbridos. Poliarticulados. Bajo esta denominacin agrupamos robots de muy diversa forma y configuracin cuya caracterstica comn es la de ser bsicamente sedentarios aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo segn uno o ms sistemas de coordenadas y con un nmero limitado de grados de libertad. En este grupo se hallan los manipuladores, los robots industriales clsicos, los robots tipos prtico, los robots repartidos y algunos robots de manutencin, entre otros.

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Mviles. Los mviles son robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas de concepcin diversa y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante o rulante. Siguen su camino por telemando o guindose con la informacin recibida de su entorno a travs de sus sensores. Androides. Los androides son robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma antropomorfismo y el comportamiento cinemtico del ser humano. Zoomrficos. Este tipo de robots, que considerados en sentido no restrictivo podran incluirse tambin a los androides, constituyen una amplia clase caracterizada fundamentalmente por sus sistemas de locomocin que imitan a los de diversos seres vivos. Hbridos. Los robots de arquitectura hbrida corresponden a aquellos de difcil clasificacin cuya estructura se sita a caballo de las ya expuestas, bien sea por conjuncin o por yuxtaposicin. Por ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas, desarrollado en una universidad japonesa, participa al mismo tiempo de los atributos de los robots mviles y de los robots zoomrficos. 1.1.2. Subsistemas. Para completar la visin sistematizada de la morfologa de los robots una vez contempla su configuracin global o arquitectura es conveniente considerar los dos grupos de subsistemas que renen a todos sus componentes estructurales y funcionales. Los subsistemas estructurales son el cuerpo, los brazos, el sistema locomotor y los elementos terminales. Con una combinacin de los mismos se puede configurar cualquier tipo de robot desde el punto de vista de su esqueleto mecnico. Los subsistemas funcionales estn constituidos por las unidades operativas que animan al robot, dotndole de movimiento, de percepcin y de capacidad de actuacin o inteligencia. Son el sistema de accionamiento, el sistema sensorial y el sistema de control.

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1.2. Morfologa de los robots industriales. 1.2.1. Estructura mecnica de los robots industriales. A continuacin se describen las caractersticas mecnicas ms relevantes propias de los robots industriales y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones.

1.2.1.1. Grados de libertad. Son los parmetros que se precisan para determinar la posicin y la orientacin del elemento terminal del manipulador. Tambin se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos bsicos (giratorios y de desplazamiento) independientes. En la imagen se muestra el esquema de un robot de estructura moderna con 6 grados de libertad; tres de ellos determinan la posicin en el espacio del aprehensor (q1, q2 y q3) y los otros 3, la orientacin del mismo (q4, q5 y q6).

Ejemplo robot con 6 grados de libertad.

Un mayor nmero de grados de libertad conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayora de las aplicaciones industriales requieren 6 grados de libertad, como las de la soldadura, mecanizado y paletizacin, otras ms complejas reciben un numero mayor, tal es el caso en las labores de montaje. Tareas ms sencillas y con movimientos mas limitados, como las de la pintura y paletizacion, suelen exigir 4 o 5 grados de libertad. 1.2.1.2. Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador. Las dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de libertad, definen la zona de trabajo del robot, caracterstica fundamental en las fases de seleccin e implantacin del modelo adecuado. La zona de trabajo se subdivide en reas diferenciadas entre s, por la accesibilidad especifica del elemento terminal (aprehensor o herramienta), es diferente a la que permite orientarlo verticalmente o con el determinado ngulo de inclinacin. Tambin queda restringida la zona de trabajo por los lmites de giro y desplazamiento que existen en las articulaciones. 1.2.1.3. Capacidad de carga. El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de la propia garra. En modelos de robots indstriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las caractersticas que ms se tienen en cuenta en la seleccin de un robot, segn la tarea a la que se destine. En soldadura y mecanizado es comn precisar capacidades de carga superiores a los 50kg.

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1.2.1.4. Exactitud y Repetibilidad. Las funciones de la exactitud, o precisin, y la repetibilidad

1. - La resolucin - el uso de sistemas digitales, y otros factores que slo son un nmero limitado de posiciones que estn disponibles. As el usuario ajusta a menudo las coordenadas a la posicin discreta ms cercana.

2. - La cinemtica el error modelado - el modelo de la cinemtica del robot no empareja al robot exactamente. Como resultado los clculos de ngulos de la juntura requeridos contienen un error pequeo.

3. - Los errores de la calibracin - La posicin determinada durante la calibracin puede estar apagada ligeramente, mientras se esta produciendo un error en la posicin calculada.

4. - Los errores del azar - los problemas se levantan conforme el robot opera. Por ejemplo, friccin, torcimiento estructural, la expansin termal, la repercusin negativa / la falla en las transmisiones, etc. pueden causar las variaciones en la posicin.

La Exactitud de punto:

1. "Cmo el robot consigue al punto deseado" 2. Esto mide la distancia entre la posicin especificada, y la posicin real del efector de extremo de

robot. 3. La Exactitud de punto es ms importante al realizar fuera de la lnea programando, porque se usan

las coordenadas absolutas. Repetibilidad:

1. "Cmo el movimiento del robot es a la misma posicin como el mismo movimiento hecho antes" 2. Una medida del error o variabilidad al alcanzar repetidamente para una sola posicin. 3. ste slo es el resultado de errores del azar 4. La repetibilidad de punto es a menudo ms pequea que la exactitud.

La Resolucin de punto esta basada en un nmero limitado de puntos que el robot puede alcanzar para stos se muestran aqu como los puntos negros. Estos puntos estn tpicamente separados por un milmetro o menos, dependiendo del tipo de robot. Esto es ms complicado por el hecho que el usuario podra pedir una posicin como 456.4mm, y el sistema slo puede mover al milmetro ms cercano, 456mm, ste es el error de exactitud de 0.4mm. 1.2.1.5. Precisin en la repetibilidad. Esta magnitud establece el grado de exactitud en la repeticin de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada. Dependiendo del trabajo que se deba realizar, la precisin en la repetibilidad de los movimientos es mayor o menor. As por ejemplo, en labores de ensamblaje de piezas, dicha caracterstica ha de ser menor a 0.1mm. En soldadura, pintura y manipulacin de piezas, la precisin en la repetibilidad est comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado, la precisin ha de ser menor de 1mm. 1.2.1.6. Velocidad. En muchas ocasiones, una velocidad de trabajo elevada, aumenta extraordinariamente el rendimiento del robot, por lo que esta magnitud se valora considerablemente en la eleccin del mismo. En tareas de soldadura y manipulacin de piezas es muy aconsejable que la velocidad de trabajo sea alta. En pintura, mecanizado y ensamblaje, la velocidad debe ser media e incluso baja.

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1.2.1.7. Tipos de articulaciones.

ferencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan

stran en la figura anterior, aunque

laciones del robot, que son las ms portantes a la hora de posicionar su extremo en un punto del espacio.

.2.1.8. Coordenadas de los movimientos.

an con los correspondientes modelos de coordenadas, en el spacio y que se citan a continuacin:

b) Cilndrica ( 2 desplazamientos y 1 giro )

Esfrica o rtula Planar Tornillo ( 3 GDL ) ( 2 GDL ) ( 1 GDL )

Prismtica ca ( 1 GDL )

Cilndri ( 2 GDL )

Rotacin ( 1 GDL )

Mecnicamente, un robot est formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatoma del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer retrminos como cuerpo, codo y mueca. El movimiento de cada articulacin puede ser de desplazamiento, de giro, o una combinacin de ambos. De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulacin que se mueen la prctica, en los robots slo se emplean la de rotacin y la prismtica. El empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, da lugar a diferentes configuraciones, con caractersticas a tener en cuenta tanto en el diseo y construccin del robot como en su aplicacin. Las combinaciones ms frecuentes con las denominadas configuraciones clsicas, las cuales veremos en el siguiente punto, donde se atiende nicamente a las tres primeras articuim 1 La estructura del manipulador y la relacin entre sus elementos proporcionan una configuracin mecnica, que da origen al establecimiento de los parmetros que hay que conocer para definir la posicin y orientacin del elemento terminal. Fundamentalmente, existen cuatro estructuras clsicas en los manipuladores, que se relacione a) Cartesiana ( 3 desplazamientos )

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c) Polar ( 1 desplazamiento y 2 giros ) d) Angular ( 3 giros )

Mencin especial debe tener la configuracin SCARA, an no siendo una de las configuraciones clsicas, es una de las configuraciones ms utilizadas en la industria.

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Como se puede observar, la configuracin SCARA, al igual que la configuracin polar, consta de 1 desplazamiento y dos giros. Estas dos configuraciones se diferencian en los pares cinemticos.

Vista en planta de un robot con configuracin SCARA

1.2.1.9. Tipo de actuadores. Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser, segn la energa que consuman, de tipo hidrulico, neumtico o elctrico. Los actuadores de tipo hidrulico se destinan a tareas que requieren una gran potencia y grandes capacidades de carga. Dado el tipo de energa que emplean, se construyen con mecnica de precisin y su coste es elevado. Los robots hidrulicos, se disean formando un conjunto compacto la central hidrulica, la cabina electrnica de control y el brazo del manipulador. La energa neumtica dota a sus actuadores de una gran velocidad de respuesta, junto a un bajo coste, pero su empleo esta siendo sustituido por elementos elctricos. Los motores elctricos, que cubren la gama de media y baja potencia, acaparan el campo de la Robtica, por su gran precisin en el control de su movimiento y las ventajas inherentes a la energa elctrica que consumen. 1.2.1.10. Programabilidad. La inclusin del controlador de tipo microelectrnica en los robots industriales, permite la programacin del robot de muy diversas formas.

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1.2.2. Transmisiones y reductores. Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Se incluirn junto con las transmisiones a los reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. 1.2.2.1. Transmisiones. Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al mximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estn lo ms cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisin que trasladen el movimiento hasta las articulaciones especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, por lo que en ocasiones puede ser necesario. Existen actualmente en el mercado robots industriales con acoplamiento directo entre accionamiento y articulacin, ventajosos. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de la generalidad que en los robots industriales actuales supone la existencia de sistemas de transmisin junto con reductores para el acoplamiento entre actuadores y articulaciones. Un buen sistema de transmisin tiene que cumplir una serie de caractersticas bsica, como el tener un tamao y peso reducido, se ha de evitar que presente juegos u holguras considerables y se deben buscar transmisiones con gran rendimiento. A continuacin se adjunta una tabla en la cual aparecen los sistemas de transmisin usados con ms frecuencia, clasificados en base al tipo de movimiento posible en la entrada y la salida: lineal o circular, y explicando algunas de sus ventajas y de sus inconvenientes. Es muy importante que el sistema de transmisin a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda introducir. Tambin hay que tener en cuenta que el sistema de transmisin sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado, y a ser posible entre grandes distancias. Las transmisiones ms habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a la entrada como a la salida, entre las que incluimos los engranajes, las correas dentadas y las cadenas. Sistemas de transmisin para robots. Entrada-Salida Denominacin Ventajas Inconvenientes

Circular-Circular

Engranaje Correa dentadaCadena Paralelogramo Cable

Pares altosDistancia grandeDistancia grande- -

Holguras - Ruido Giro limitado Deformabilidad

Circular-Lineal Tornillo sin finCremallera Poca holguraHolgura media

Rozamiento Rozamiento

Lineal-Circular Paral,articulado Cremallera - Holgura media

Control difcil Rozamiento

1.2.2.2. Reductores. En los reductores, al contrario que con las transmisiones, existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robtica se les exige unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas, las cuales viene motivadas por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisin y velocidad de posicionamiento. En la siguiente tabla se pueden observar los valores tpicos de los reductores para robtica actualmente empleados.

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Caractersticas de los reductores para robtica. Caractersticas Valores tpicos Relacin de reduccin Peso y tamao Momento de inercia Velocidades de entrada mxima Par de salida nominal Par de salida mximo Juego angular Rigidez torsional Rendimiento

50 / 300 .1 / 30kg .0001kg m 6000 / 7000 rpm 5700Nm 7900Nm 0-2" 100 / 2000 Nm/rad 85% / 98%

Los reductores interesan que tengan bajo peso, reducido tamao, bajo rozamiento y que al mismo tiempo sean capaces de realizar un reduccin elevada de velocidad en un nico paso. Se tiende tambin a minimizar su momento de inercia, de negativa influencia en el funcionamiento del motor, especialmente crtico en el caso de motores de baja inercia. Los reductores, por motivos de diseo, tienen una velocidad mxima de entrada admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamao del motor. Tambin existe una limitacin en cuanto al par de salida nominal permisible (T2) que depende del par de entrada (T1) y de la relacin de transmisin a travs de la relacin:

T2 = T1 (w1 / w2) donde el rendimiento () puede llegar a ser cerca del 100 % y la relacin de reduccin de velocidades (w1= velocidad de entrada; w2= velocidad de salida) vara entre 50 y 300. 1.2.2.3. Accionamiento directo. En los robots que poseen accionamiento directo, el eje del actuador conecta directamente a la carga o articulacin, sin la utilizacin de un reductor intermedio. Este trmino suele utilizarse exclusivamente para robots con accionamiento elctrico. Este tipo de accionamiento aparece a raz de la necesidad de utilizar robots en aplicaciones que exigen combinar gran precisin con alta velocidad. Los efectos negativos que introducen los reductores impiden alcanzar los valores de precisin y velocidad requeridos. Las principales ventajas que se derivan de la utilizacin de accionamiento directo son las siguientes: Posicionamiento rpido y preciso, pues se evitan los rozamientos y juegos de las transmisiones y

reductores. Aumento de las posibilidades de controlabilidad del sistema a costa de una mayor complejidad. Simplificacin del sistema mecnico al eliminarse el reductor. El principal problema que hay para l aplicacin prctica de un accionamiento directo radica en el motor a emplear, el cual debe proporcionar un par elevado a bajas revoluciones manteniendo la mxima rigidez posible. Entre los motores empleados para accionamiento directo y que cumplan las caractersticas requeridas se encuentran los motores sncronos y de continua sin escobillas (brushless), ambos con imanes permanentes

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1.2.3. Actuadores. Los actuadores tienen por misin generar el movimiento de los elementos del robot segn las rdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robtica pueden emplear energa neumtica, hidrulica o elctrica. Cada uno de estos sistemas presenta caractersticas diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador ms conveniente. Las caractersticas a considerar son entre otras: Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisin Velocidad Mantenimiento Coste Se clasifican en tres grandes grupos, segn la energa que utilizan: - Neumticos. - Hidrulicos. - Elctricos. Los actuadores neumticos el aire comprimido como fuente de energa y son muy indicados en el control de movimientos rpidos, pero de precisin limitada. Los motores hidrulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulacin de velocidad. Los motores elctricos son los mas utilizados, por su fcil y preciso control, as como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energa elctrica. 1.2.3.1. Actuadores neumticos. En ellos la fuente de energa es aire a presin entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de actuadores neumtico, de los cuales sus caractersticas son las siguientes: Cilindros neumticos Movimiento lineal de un mbolo debido a diferencia de presin. Simple efecto y doble efecto. Posicionamiento en los extremos y dificultad de posicionamiento continuo. Funcionamiento simple y mantenimiento econmico. Repetitividad inferior a la de otro tipo de actuadores. Adecuados para manipulacin de piezas pequeas.

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Esquema de un cilindro neumtico de doble efecto.

Motores neumticos (de aletas rotativas o de pistones auxiliares) Ligeros y compactos. Arranque y parada muy rpidas. Velocidad y par variables. Control simple. Difcil control de posicin.

Motores de aletas rotativas

Simples. Dispositivos rotativos para aumentar el par. Motores de pistones auxiliares

Menor velocidad que los de aletas. Bajo nivel de vibracin Par elevado a bajas velocidades. 1.2.3.2. Actuadores hidrulicos. Este tipo de actuadores no se difere s, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una pr los 50 y 100 bar, llegndose en ocasiones a superar de los neumticos, actuadores de tipo cilindro y del tipoprincipales caractersticas: Funcionalmente similares a los neum Grado de compresibilidad del aceite m Elevadas fuerzas y pares: Cargas de h Mantenimiento no muy complejo. Buena repetitividad entre (2.3 y 0.2 m No presentan problemas de refrigerac Cilindros: iguales a los neumticos. Motor de aletas rotativas. ncia mucho de los neumticos. En elloesin comprendida normalmente entre los 300bar. Existen, como en el caso

de motores de aletas y pistones, de los cuales detallamos sus

ticos. uy inferior al del aire: mayor precisin.

asta 200 kg.

m). in.

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- Elevado par de arranque y rendimiento ( = 90 % ). - Relativamente econmicos.

Motores de pistones. - Cilindrada variable. - Construccin compleja.

Esquema de un motor de pistones hidrulico.

1.2.3.3. Actuadores elctricos. Las caractersticas de control, sencillez y precisin de los accionamientos elctricos han hecho que sean los ms usados en los robots industriales actuales. Dentro de los actuadores elctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes: Motores de corriente continua (DC): - Controladospor induccin. - Controlados por excitacin. Motores de corriente alterna (AC): -Sincronos. -Asncronos. Motores paso a paso. A continuacin se adjunto, a modo de resumen una tabla con las principales caractersticas de los distintos tipos de actuadores para robots. Caractersticas de los distintos tipos de actuadores para robots. Neumtico Hidrulico Elctrico

Energia Aire a presion(5-10 bar) Aceite mineral(50-100 bar) Corriente elctrica

Opciones Cilindros Motor de paletasMotor de pistn

Cilindros Motor de paletasMotor de pistones axiales

Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso

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Ventajas

Baratos Rpidos Sencillos Robustos

Rpidos Alta relacin potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de cargaEstabilidad frente a cargas estticas

Precisos Fiables Fcil control Sencilla instalacin Silenciosos

Desventajas

Dificultad de control continuo Instalacin especial (compresor, filtros)Ruidoso

Difcil mantenimientoInstalacin especial(filtros, eliminacin aire)Frecuentes fugasCaros

Potencia limitada

1.2.4. Sensores internos. Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisin, velocidad e inteligencia, ser preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como el estado de su entorno. La informacin relacionada con su estado (fundamentalmente la posicin de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos. En la tabla que se adjunta a continuacin se puede observar un resumen de los diferentes tipos de sensores internos de robots ms comnmente empleados para obtener informacin de presencia, posicin y velocidad en robots industriales: Tipos de sensores internos de robots.

Presencia

Inductivo Capacitivo Efecto hallClula Reedptico Ultrasonido Contacto

Posicin Analgicos

Potencimetros Resolver Sincro Inductosyn LVDT

Posicin Digitales Encoders absolutos Encoders incremntales Regla ptica

Velocidad Taco generatriz 1.2.4.1. Sensores de posicin. Para el control de posicin angular se emplean fundamentalmente los denominados encoders y resolvers. Los potencimetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).

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Codificadores angulares de posicin (encoders). Los codificadores pticos o encoders incrementales constan, en su forma ms simple, de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre s; de un sistema de iluminacin en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor. El eje cuya posicin se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con esta disposicin a medida que el eje gire se ir generando pulsos en el receptor cada vez que la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posicin del eje. Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se esta realizando un giro en un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solucin a este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con ella se genere este desplazado 90 elctricos con respecto al generado por la primera franja. De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es posible obtener una seal adicional que indique cual es el sentido de giro, y que actu sobre el contador correspondiente indicando que incremente o decremente la cuenta que se est realizando. Es necesario adems disponer de una marca de referencia sobre el disco que indique que se ha dado una vuelta completa y que, por tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo. Esta marca sirve tambin para poder comenzar a contar tras recuperarse de una cada de tensin.

La resolufsicamencontabiliincremen100000 pEl funcincremegraduaddetermincclico dispuestNo es neposicin anillos qua 524,28Considerreductor sensor. EEste propequeo La Figura muestra el esquema de funcionamiento del codificador angular de posicin encoder.

cin de este tipo de sensores depende directamente del nmero de marcas que se pueden poner te en el disco. Un mtodo relativamente sencillo para aumentar esta resolucin es, no solamente

zar los flancos de subida de los trenes de pulsos, sino contabilizar tambin los de bajada, tando as la resolucin del captador, pudindose llegar, con ayuda de circuitos adicionales, hasta ulsos por vuelta. ionamiento bsico de los codificadores o encoders absolutos es similar al de los ntales. Se tiene una fuente de luz con las lentes de adaptacin correspondientes, un disco o y unos fotorreceptores. En este caso, el disco transparente se divide en un nmero ado de sectores (potencia de 2), codificndose cada uno de ellos segn un cdigo binario

(normalmente cdigo Gray) que queda representado por zonas transparentes y opacas as radialmente. cesario ahora ningn contador o electrnica adicional para detectar el sentido del giro, pues cada (sector) es codificado de forma absoluta. Su resolucin es fija, y vendr dada por el numero de e posea el disco graduado. Resoluciones habituales van desde 2(exp.)8 a 2(exp.)19 bits (desde 256 8 posiciones distintas). Normalmente los sensores de posicin se acoplan al eje del motor. ando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el de la articulacin se sita un de relacin N, cada movimiento de la articulacin se ver multiplicado por N al ser medido por el ste aumentara as su resolucin multiplicndola por N. blema se soluciona en los encoders absolutos con la utilizacin de otro encoder absoluto ms conectado por un engranaje reductor al principal, de manera que cuando este gire una vuelta

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completa, el codificado adicional avanzara una posicin. Son los denominados encoder absolutos multivuelta. Esta misma circunstancia originar que en el caso de los codificadores incrementales la seal de referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el punto origen para la cuenta de pulsos, pues habr N posibles puntos de referencia para un giro completo de la articulacin. Para distinguir cual de ellos es el correcto se suele utilizar un detector de presencia denominado sincronismo, acoplado directamente al eslabn del robot que se considere. Cuando se conecta el robot desde una situacin de apagado, es preciso, ejecutar un procedimiento de bsqueda de referencias para los sensores (sincronizado). Durante su ejecucin se leen los detectores de sincronismo que detectan la presencia o ausencia de eslabn del robot. Cuando se detecta la conmutacin de presencia o ausencia de pieza, o viceversa, se atiende al encoder incremental, tomndose como posicin de origen la correspondiente al primer pulso de marca de cero que aquel genere. Los encoders pueden presentar problemas mecnicos debido a la gran precisin que se debe tener en su fabricacin. La contaminacin ambiental puede ser una fuente de interferencias en la transmisin ptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su margen de temperatura de trabajo limitado por la presencia de componentes electrnicos. Captadores angulares de posicin (sincro-resolvers). La otra alternativa en sensores de posicin para robots la representan los resolvers y los sincroresolvers, tambin llamados sincros. Se trata de sensores analgicos con resolucin tericamente infinita. El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilizacin de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor.

Esquema de funcionamiento de un resolver.

El giro de la bobina mvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas vari, consiguiendo que la seal resultante en estas dependa del seno del ngulo de giro. La bobina mvil excitada con tensin Vsen(wt) y girada un ngulo induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1=Vsen(wt)sen V2=Vsen(wt)cos que la llamada representacin del ngulo en formato resolver. El cambio del llamado formato sincro a formato resolver o viceversa es inmediato, ya que se puede pasar de uno a otro a travs de la llamada red de scott o transformador de scott o funcionamiento bidireccional. Para poder tratar el sistema de control la informacin generada por los resolvers y los sincros es necesario

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convertir las seales analgicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver resolver/ digital (r/d), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructuras distintas (traking) y muestreo (sampling). Ambos captadores son del tipo absoluto en cada vuelta del eje acoplado a ellos. Entre sus ventajas destacan su buena robustez mecnica durante el funcionamiento y su inmunidad a contaminacin, humedad, altas temperaturas y vibraciones. Debido a su reducido momento de inercia, imponen poca carga mecnica del funcionamiento del eje. En la tabla que aparece a continuacin se puede observar una comparacin entre distintos sensores de posicin angular. Comparacin entre distintos sensores de posicin angular.

Robustez mecnica Rango dinmico Resolucin

Estabilidad trmica

Encoder mala media buena buena Resolver buena buena buena buena Potencimetro regular mala mala mala Dado el carcter continuo de la seal, la resolucin de los resolvers es tericamente infinita. Bien es verdad que depende en la mayora de las ocasiones de una electrnica asociada, lo que limita la precisin de forma practica. En cada caso de los codificadores pticos. El rango dinmico se encuentra mas limitado en el caso de los codificadores pticos la resolucin viene limitada por el numero de secciones opaco-transparentes que se utilicen. La exactitud esttica, definida como la diferencia entre la posicin fsica del eje y la seal elctrica de salida, es relativamente alta tanto en los resolvers como en los codificadores pticos o digitales, no as en los resolvers donde con conversiones R/D adecuadas se puede trabajar con velocidades superiores a las 6000 rpm. Sensores lineales de posicin (LVDT). Entre los sensores de posicin lineales destaca el transformador diferencial de variacin lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolucin, poco rozamiento y alta repetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilizacin de un ncleo de material ferromagntico unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este ncleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento que vari la inductancia entre ellos. Los dos devanados secundarios conectados en oposicin serie ven como la induccin de la tensin alterna del primario, al variar la posicin del ncleo, hace crecer la tensin de un devanado y disminuir en el otro. Del estudio de la tensin E se deduce que esta es proporcional a la diferencia de inductancias mutuas entre el devanado primario con cada uno de los secundarios, y que por tanto depende linealmente del desplazamiento del vstago solidario al ncleo. Adems de las ventajas sealadas, el LVDT presenta una alta linealidad, gran sensibilidad y una respuesta dinmica elevada. Su uso esta ampliamente extendido, a pesar del inconveniente de poder ser aplicado nicamente en la medicin de pequeos desplazamientos. Otros sensores lineales que tambin se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas pticas (equivalentes a los codificadores pticos angulares) y las reglas magnticas o Inductosyn. El funcionamiento del Inductosyn es similar a la del resolver con la diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator. El estator se encuentra excitado por una tensin conocida que induce en el rotor dependiendo de su posicin relativa una tensin Vs.

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Esquema de funcionamiento de un Inductosun.

1.2.4.2. Sensores de velocidad. La captacin de la velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinmico de los actuadores del robot. La informacin de la velocidad de movimiento de cada actuador se realimenta normalmente a un bucle de control analgico implementado en el propio accionador del elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema de control del robot exija, la velocidad de giro de cada actuador es llevada hasta la unidad de control del robot. Normalmente, y puesto que el bucle de control de velocidad es analgico, el sensor usado es una taco generatriz que proporciona una tensin proporcional a la velocidad de giro de su eje (10 milivoltios por rpm). Otra posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise valorar la velocidad de giro de las articulaciones, consiste en derivar la informacin de posicin que esta posee. 1.2.4.3. Sensores de presencia. Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de accin determinado. Esta deteccin puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios fsicos para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de sensores. En el caso de deteccin con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado segn interese, actuando mecnicamente a travs de un vstago u otro dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en robtica principalmente como auxiliares de los detectores de posicin, para indicar los limites de las articulaciones y permitir localizar la posicin de referencia de cero de estos en el caso de que sean incrementales. Adems de esta aplicacin, los sensores de presencia se usan como sensores externos, siendo muy sencillos de incorporar al robot por su carcter binario y su costo reducido. Los detectores inductivos permiten detectar la presencia o contar el numero de objetos metlicos sin necesidad de contacto. Presentan el inconveniente de distinto comportamiento segn del tipo de metal del que se trate. El mismo tipo de aplicacin tiene los detectores capacitivos, ms voluminosos, aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metlicos. En cambio presentan problemas de trabajo en condiciones hmedas y con puestas a tierra defectuosa. Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagnticos por la deformacin que estos provocan sobre un campo magntico. Los sensores pticos, sin embargo, pueden detectar la reflexin del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.

- 18 -

1.2.5. Sensores Externos. El empleo de mecanismos de deteccin exteriores permite a un robot interaccionar con su ambiente de una manera flexible. Esto contrasta con el funcionamiento preprogramado en el que a un robot se le ensea a realizar tareas repetitivas mediante una serie de funciones preprogramadas. Aunque esto esta bastante lejos de la forma ms predominante de funcionamiento de los robots industriales actuales, la utilizacin de la tecnologa de deteccin para proporcionar a las maquinas un mayor grado de inteligencia en relacin con su ambiente es, en realidad, un tema activo de investigacin y desarrollo en el campo de la robtica. Un robot que puede ver y sentir es mas fcil de entrenar en la ejecucin de las tareas complejas mientras que, al mismo tiempo, exige mecanismos de control menos estrictos que las maquinas preprogramadas. Un sistema sensible y susceptible de entrenamiento es tambin adaptable a una gama mucho mas amplia de tareas, con lo que se consigue un grado de universalidad que se traduce, a la larga, en ms bajos costes de produccin y mantenimiento. La funcin de los sensores del robot puede dividirse en dos categoras principales: estado interno y estado externo. Los sensores de estado interno operan con la deteccin de variables, tales como la posicin de la articulacin del brazo, que se utilizan para el control del robot. Por el contrario, los sensores de estado externo operan con la deteccin de variables tales como el alcance, la proximidad y el contacto. La deteccin externa, se utiliza para el guiado del robot, as como para la manipulacin e identificacin de objetos. Los sensores de estado externo pueden clasificarse tambin como sensores de contacto o no contacto. Como su nombre lo indica, la primera clase de sensores responde al contacto fsico, tal como el tacto, deslizamiento y torsin. Los sensores de no contacto se basan en la respuesta de un detector a las variaciones en la radiacin electromagntica o acstica. Los ejemplos mas destacados de los sensores de no contacto miden el alcance, la proximidad y las propiedades visuales de un objeto. Es de inters destacar que la deteccin de alcance y visin suelen proporcionar una informacin de guiado aproximado para un manipulador, mientras que la proximidad y el tacto estn asociados con fases terminales de agarre del objeto. Los sensores de fuerza y torsin se utilizan como dispositivos de retroalimentacin para controlar la manipulacin de un objeto una vez que haya agarrado. 1.2.6. Elementos terminales o efectores finales. Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot bsico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales. Podramos denominar a estos dispositivos como los perifricos del robot, incluyen el herramental que se une a la mueca del robot y a los sistemas sensores que permiten al robot interactuar con su entorno. En robtica, el termino de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que esta unida a la mueca. El efector final representa el herramental especial que permite al robot de uso general realizar una aplicacin particular. Este herramental especial debe disearse especficamente para la aplicacin. Los efectores finales pueden dividirse en dos categoras: pinzas y herramientas. Las pinzas se utilizaran para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Hay una diversidad de mtodos de sujecin que pueden utilizarse, adems de los mtodos mecnicos obvios de agarrar la pieza entre dos o ms dedos. Estos mtodos suplementarios incluyen el empleo de casquetes de sujecin, imanes, ganchos, y cucharas.

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Elementos terminales tipo pinzas, con dos superficies de contacto (bilaterales).

A continuacin podemos observar una tabla con algunos de los ms comunes tipos de sujecin, el tipo de accionamiento y el uso que se les hace. Sistemas de sujecin para robots. Tipos de sujecin Accionamiento uso Pinza de presin -Des. Angular -Des. lineal

Neumtico o elctrico Transporte y manipulacin de piezas sobre las que no import presionar.

Pinza de enganche Neumtico o elctrico Piezas grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presin.

Ventosas de vaci Neumtico Cuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plstico etc.)

Electroimn Elctrico Piezas ferromagnticas Una herramienta se utilizara como efector final en aplicaciones en donde se exija al robot realizar alguna operacin en la pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos, la soldadura por arco, a la pintura por pulverizacin y las operaciones de taladro. En cada caso, la herramienta particular esta unida a la mueca del robot para realizar la operacin. - 20 - Elementos terminales tipo pinzas herramienta.

Se puede establecer una clasificacin de los elementos terminales atendiendo as si se trata de un elemento de sujecin o de una herramienta. Los primeros se pueden clasificar segn el sistema de sujecin empleado, los cuales hemos podido observar en la tabla anterior. En la siguiente tabla podemos observar una clasificacin de las herramientas terminales para robots, y algunos comentarios sobre cada una de ellas. Herramientas terminales para robots. Tipo de herramienta Comentarios Pinza soldadura por puntos Soplete soldadura de arco Cucharn para colada

tornillador resa-lija

Dos electrodos que se cierran sobre la pieza de soldar Aportan el flujo de electrodo que se funde Para trabajos de fundicin Suelen incluir la alimentacin de tornillos

Por pulverizacin de la pintura

AFPistola de pinturaCan lser Can de agua a presin

Para corte de materiales, soldadura o inspeccin Para corte de materiales

Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.

Los elementos de sujecin se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Se

istingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecnico y las que utilizan algn otro tipo de as, adhesivas, ganchos, etc.)

o de una pin ener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo a re y la fuerza que es r par stacar su peso (que

ot), el ontrol. tico es tajas en simplicidad, precio y

nque presenta dific ones se utilizan tipo elctrico. len situar sens to o cerrado). Se pueden

o tipo d , sistemas de visin que cos de l roximidad, sensores fuerza par, etc.

xisten ciertos elementos comerciales que sirven de base para la pinza, siendo posible a partir de ellos isear efectores validos para cada aplicacin concreta. Sin embargo, en otras ocasiones el efector debe ser esarrollado ntegramente, constituyendo un coste un porcentaje importante dentro del total de la aplicacin.

es, muchos de ellos orientados a la

ddispositivo (ventosas, pinzas magnticEn la eleccin o dise za se han de tde objeto y de manipulacinnecesario ejercer y manteneafecta a las inercias del robEl accionamiento neumfiabilidad, auaccionamientos de En la pinza se sueincorporar a la pinza otrincorporen datos geomtri

alizar destacan el peso, la forma, el tamao del objetoa sujetarlo. Entre los parmetros de la pinza cabe deequipo de accionamiento y la capacidad de cl mas utilizado por ofrecer mayores venultades de control de posiciones intermedias. En ocasi

ores para detectar el estado de la misma (abiere sensores para controlar el estado de la pieza

os objetos, detectores de pEddEn muchas ocasiones el robot ha de realizar operaciones que no consisten en manipular objetos, si no que implica el uso de una herramienta. Aparte de estos elementos de sujecin y herramientas mas o menos convencionales, existen interesantes desarrollos e investigacionmanipulacin de objetos complicados y delicados. Por ejemplo pinzas dotadas de tacto.

- 21 -

a empresa FANUC ya lleva varios aos en el mercado. Empezaron en 1956 con la distribucin de mricos. Seguidamente, en el ao 1959 comercializaban con motores, y ms adelante, en 1974

pezaron con la produccin de robots.

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Basndonos en el tema del cual trata nuestro trabajo, de los robots de FANUC Robotics, haremos na breve explicacin de cmo esta formada la empresa FANUC en general, as como su situacin en el undo, y seguidamente entraremos ms en detalle de la subdivisin de FANUC Robotics.

La multinacional FANUC queda dividida segn el tipo de sus productos, tal y como a continuacin

explica. Por una banda encontramos FANUC Robotics, esta es la encargada tanto del suministro, como

antenimiento, formacin, asesoramiento, programacin, reparacin, en general de todo lo que tenga lacin con los robots que ellos mismos crean.

Tambin encontramos la subdivisin GEFANUC, esta es la encargada de lo relacionado con

utmatas programables y comandos numricos. Otra subdivisin es FANUC Ltd., la cual se encarga de todo lo que este relacionado con motores,

como aplicaciones con lser.

controles nu , em

2. Casa comercial FANUC Robotics.

FANUC

um

se

mre

a

herramientas a utilizar por los robots, as

A continuacin, en el esquema que podemos observar, queda claro las diferentes divisiones de las cuales esta compuesta FANUC.

L

En el siguiente eje temporal podemos ver la evolucin que ha sufrido FANUC desde su creacin.

rca el tema del trabajo.

o burgo,

e contrando a

gama de se

A mo bien hemo vil, alimenticio, farmacutico, adura al arco, soldadura por

n Robotics Iberica, as como el peso de cada uno.

De ahora en adelante nos basaremos simplemente en FANUC Robotics, ya que es esta la que aba

C ncretamente, FANUC Robotics se cre en 1992, implantando su central europea en Luxem

la cual da cobertura en toda la Pennsula Ibrica, as como las islas Baleares y Canarias.

ntro de FANUC Robotics encontramos la delegacin de FANUC Robotics Ibrica, enlas oficinas centrales en Barcelona, Castelldefels. Esta ofrece una amplia gama de robots que cubren toda l

ctores y aplicaciones.

NUC Robotics Ibrica dispone de ms de treinta modelos de robots a ofrecer, cubriendo cos comentado anteriormente todos los sectores, bien sea el sector del autom

construccin, qumico, o bien sean todo tipo de aplicaciones como ahora sold puntos, paletizacin, pintura, sellado, carga / descarga mquina herramienta...

la figura adjunta observamos la gran gama de robots de los que dispone FANUC

D

F

E

- 23 -

En captulos posteriores, entraremos en detalle con las caractersticas, aplicaciones, funciones de trabajo de cada uno de ellos.

ANUC Robotics Ibrica tambin ofrece a sus clientes distintos tipos de softwade ellos esta destinado a cubrir distintas necesidades. Algn ejemplo de software sera el Turbo Mov

blink, Line Tracking o software anticolisin.

omo bien se comento anteriormente obre tipos y sectores de aplicaciones, FANUC Robotics Ibrica o sus servicios a las importantes empresas que podemos observar.

y reas

re, donde cada uno e,

Softload, Ro

ha distribuid

inform me Serra,

ver en la

F

C

Como ancdota a destacar de nuestra visita a FANUC Robotics instalada en Castelldefels, nos

aron al saber que estudibamos en Vilanova, que a la entrada de Vilanova, en Caves Jauhaban instalado recientemente un robot, el cual estaba dedicado a funciones de paletizacin.

ara hacernos una idea de la localizacin de FANUC Robotics en el mundo, podemos siguiente fotografa su distribucin mundial.

P

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An y que FANUC Robotics da servicio a todo el mundo, estos garantizan que son capaces de dar soporte local en el idioma del mismo, eliminando as posibles problemas de comunicacin, y haciendo

y su servicio. Eas com endo en este el manteni manteni ecen cursos de

especficos o no, por lo genera RJ2 o RJ3, o ecen cursos para aquellos que

servicios que

Como caractersticas que diferencian a FANUC respecto al resto de la competencia, diramos que los

robots de FANUC son ms fiables y disponen de una productividad de ms del 99,9%. Los robots FANUC pueden usarse en cualquier tipo de aplicacin, desde el ensamblaje hasta la

soldadura. A diferencia de otras empresas, FANUC se encuentra en ms de 24 pases ofreciendo a sus clientes

el mejor servicio y soporte local. Como conclusin final de lo que es FANUC, podramos destacar su gran competitividad a la hora de

innovar dentro de todo lo posible, con la finalidad de intentar estar siempre por delante de las dems empresas de la competencia, consiguiendo as ser la mejor.

posible la implantacin de sus productos en todo el mundo.

entro de FANUC Robotics Ibrica, podriamos destacar tres grandes bloques sobre su constitucin stos dan servicio comercial, dando al cliente toda su gamma de productos de robots FANUC,

o sus recambios correspondientes. Ofrecen servicio tcnico pos-venta, incluymiento elctrico,

miento mecnico, programacin, reparacin y servicio 24 horas. Tambin ofrformacin, que aunque dependiendo de las ocasiones se ofrecen diferentes cursos bien sean

l podemos encontrar cursos sobre mantenimiento elctrico, bien sea sobre, RG, RG2, RH, RJ,sobre mantenimiento mecnico de las serie A, series M o series H. Tambin ofrestn interesados sobre programacin

, independientemente de todo el servicio que ellos puedan aportar en ocasiones posteriores. En el siguiente esquema podemos ver claramente lo dicho sobre la constitucin y

ofrece FANUC Robotics Ibrica.

D

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3.Intro

r todas las acciones del robot. Cada robot viene acompaado de su armario de control que es el que hace de interficie entre el operario y el robot. Bsicam

anuc dispone del modelo R-J3 ( diferentes tipos).

os componentes principales y sus funciones son:

duccin al armario de control FANUC. El armario de control es el encargado de controlar o regula

ente y principalmente estara formado por las partes que aparecen en la figura siguiente:

F L

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Tarjeta principal CPU (Main CPU Board)

in y las nsiones de los servo amplificadores.

Tarjeta de circuito impreso de E/S, unidad FANUC de E/S modelo A y modelo B. Hay previstos diversos tipos de tarjetas de circuito impreso para aplicaciones que incluyen E/S de

roceso. La unidad FANUC de E/S modelo A o modelo B pueden ser igualmente instalados. Cuando se tilizan dichas unidades, pueden seleccionarse varios tipos de E/S. Estos son conectados mediante el ANUC I/O Link.

Tarjeta de circuito impreso para el control de paro de emergencia, unidad MCC. Controla ambos sistemas de paro de emergencia, el de contactor magntico y la precarga del servo

mplificador. Unidad de fuente de alimentacin (PSU). La unidad de fuente de alimentacin transforma la alimentacin AC (corriente alterna) a diferentes

iveles de DC (corriente continua). Tarjeta posterior de circuito impreso (backplane). Las diferentes tarjetas de circuito impreso estn montadas sobre una tarjeta de circuito impreso o placa

osterior. Terminal de enseanza (Teach Pendant). Todas las operaciones incluyendo la programacin del robot se realizan mediante esta unidad. Los datos

el estado del armario de control se indican en la pantalla de cristal lquido (LCD) del terminal. Servo amplificador. El servo amplificador controla el suministro de potencia del servo motor, el codificador, el freno, rebase

circuito de colisin. Panel de operador.

rador son utilizados para encender el robot y comprobar estado. Posee un puerto serie para elementos externos y un interface para conectar tarjetas de memoria

ara copias de seguridad. Controla adems el circuito de paro de emergencia. Transformador El suministro de potencia es transformado en C.A. necesario para el armario de control por el

ansformador. El transformador solo acepta380 V.

La tarjeta principal CPU contiene un microprocesador, sus circuitos perifricos, memoria y el circuito de

control de la cabina del operador. La tarjeta principal CPU controla los servomecanismos de posicte

puF

a

n

p

y

y

Los botones y LED presentes en el panel de ope

sup

tr

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Disyuntor n casos de mal funcionamiento del sistema del armario de control, o suministro de potencia anormal

cau

Ventilador, disipador de calor.

stos elementos refrigeran el interior del armario de control.

a fuerza contra electromotriz del servomotor se conecta dicho elemento al servo amplificador.

Una

Esando elevados niveles de corriente en el sistema, la entrada de potencia est conectada a un disyuntor

para proteger el equipo.

E Resistencia de descarga de la energa recuperada. Para descargar l

posible configuracin sera :

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4.Tipos de robots por aplicaciones.

s: de 4 a 6 ejes. Su carga til: de 3 Kg. a 400 Kg.

a 0.5 mm Su aplicacin: Ciertos modelos ya se disean con caractersticas concretas para la aplicacin a la

Fan d aciones: Ser

Un robot se caracteriza principalmente por: Su nmero de eje Su repetibilidad: de +/- 0.04 mm

Gual van a ser destinados.

uc iferencia sus robots en series, segn el tipo de aplic

ie ARC Mate: Soldadura al ARCO

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SERIE LR MATE: Manipulacin, carga y descarga de mquinas herramienta

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SERIE A: Ensamblaje, pick-up.

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SERIE S: Soldadura por puntos, manipulacin, todo tipo de aplicaciones.

SERIE P: Pintura.

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SERIES ESPECIALES:_ Ensamblaje, manipulacin, carga y descarga, soldadura, aplicaciones concretas.

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4.1Descripcin de ejes del robot

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5.Descripcin y caractersticas de los modelos principales de FANUC.

Serie ARC

RC Mate 100iBA

Hasta 6 kg de carga til en mueca. Mltiples posibilidades de montaje ,incluyendo en suelo, invertido,montaje en pared o en

ngulo.Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecnicas en el robot.

Caractersticas principales:

El rea de movimiento del brazo ha sido incrementado un 8% en carrera horizontal. El tamao de la mueca se ha reducido un 19%, capacitando al robot a entrar en zonas de difcil

acceso por cuestiones de tamao. TurboMove es una caracterstica avanzada del control del servo que permite un movimiento entre

punto y punto rpido y uniforme, aumentado la velocidad y productividad. La posibilidad de montaje del motor de alimentacin de hilo hasta 12 kg)sobre el brazo superior del

robot, disminuye la longitud de cableado para la antorcha de soldadura, mejorando la fiabilidad en la alimentacin del hilo y la capacidad de inicio de arco.

Compatible con la mayora de equipos comerciales de soldadura.

Descripcin Bsica El ARC Mate 100 i es un robot de seis ejes, construccin modular, servo-controlador elctricamente, diseado para obtener una gran precisin y alta velocidad en procesos de soldadura y corte. Basado en una construccin simple y fiable, el ARC Mate 100 i proporciona una trayectoria exacta y estable. El Controlador R-J3 i y el software ArcTool proporcionan un comportamiento fiable aportando gran productividad. El nuevo ARC Mate 100 i la ltima generacin de robot de soldadura por arco, tiene un diseo compacto con un mejor alcance de movimiento y velocidad, lo que simplifica el proceso de instalacin, aumentando las prestaciones.

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Esquemas y grficos representativos.

LR Mate 100Ib

aractersticas principales:

La Solucin para : Carga Maquinaria, Manipulacin, Soldadura, Limpieza piezas, Sellado, Ensamblaje, Pulido / Lijado / Rebarbado, Testeo y muestreo, Ambientes Sala Blanca.

Capacidad para 3-4 kg de carga til nominal. 5 kg de capacidad de carga mxima (con pequea limitacin del rea de trabajo). Posicionamiento con encoder absoluto. Dispone de dos electrovlvulas de doble accionamiento neumtico,conector End Effector ubicado

en la mueca,con seis entradas para la herramienta. Debido a su novedoso diseo permite la realizacin de flip- over (giro total del eje 3 por la parte

posterior)lo que aumenta la flexibilidad y el rea de trabajo. Uso en laboratorios y ambientes industriales. Optimiza el control del sistema de movimiento. Apto para trabajar a muy altas velocidades proporcionando ciclos de trabajo lo ms bajo posible. Compatible con las existentes instalaciones de trabajo y herramientas del LR Mate 100i.

C

Descripcin Bsica El LR Mate 100 i es un robot de cinco ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para aplicaciones muy alta precisin de carga / descarga de mquina, soldadura y manipulacin de materiales. El pequeo tamao del robot y las mltiples capacidades le convierten en la perfecta solucin para las aplicaciones industriales de poca carga o tambin para ser instalados en ambientes de laboratorio. El robot LR Mate 100 i de FANUC est diseado para maximizar la fiabilidad en una gran variedad de aplicaciones.

SERIE LR MATE

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Esquemas y grficos representativos.

R Mate 200iL

Caractersticas principales: La Solucin para: Manipulacin, Transferizacin piezas, Ensamblaje, Pulido / Lijado / Rebarbado,

Sellado. La velocidad de sus ejes se ha incrementado hasta los 480 grados/seg. El conector End Effector se ubica dentro de la mueca. Integrado,,lleva montado en el interior un paquete de electrovlvulas. Frenos de seguridad en los ejes 2 y 3. Proteccin estndar IP65 ((polvo y lquido). Motores Brushless AC minimizan el mantenimiento de Montaje en suelo o invertido sin necesidad de modificaciones mecnicas. La construccin de mueca Hollow ((hueca)posibilita la disposicin del cableado sin sufrimiento

por torsin. Los codificadores absolutos serie elimina la necesidad de calibracin al arranque del robot.

l motor.

Descripcin Bsica El LR Mate 200 i es un robot de seis ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para cubrir una gran variedad de procesos de sistema y de fabricacin. El robot LR Mate 200 i de FANUC, ha sido diseado para proporcionar mxima flexibilidad y precisin ,a travs de su compacto diseo.

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LR Mate 200i Dimensiones

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M-6iB p f

SERIE M

Descripcin Bsica

El M-6 i es un robot de seis ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para obtener una gran precisin y alta velocidad en procesos de soldadura y corte. Basado en una construccin simple y fiable, el M-6 i proporciona una trayectoria exacta y estable. El Controlador R-J3 i y el software Handling Tool

roporcionan un comportamiento iable aportando gran productividad.

aractersticas principales:

La Solucin para: Manipulacin, Carga / Descarga Maquinaria, Pulido / Lijado / Rebarbado, Sellado, Ensamblaje

El tamao de la mueca se ha reducido un 19%,capacitando al robot a entrar en zonas de difcil acceso por cuestiones de tamao.

Repetibilidad del +/-0.08 mm a alta velocidad y a mxima carga til dentro de toda el rea de trabajo.

El eje J3 tiene conexiones neumticas y elctricas (con ocho entradas digitales y ocho salidas digitales).

6 kg de carga til en mueca con una carga til adicional de 12 kg en el eje J3. Mltiples posibilidades de montaje, incluyendo en suelo,invertido, montaje en pared o en ngulo.

Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecnicas en el robot. Juntas sellantes y motores Brushless AC proporcionan proteccin y mejoran la fiabilidad

respectivamente.

C

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Esquemas y grficos representativos

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M-16iA/iAL

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M-6iAT / M-16iAT iALT

aractersticas principales:

La Solucin para : Manipulacin, Carga /Descarga Maquinaria, Carga /descarga mquinas inyeccin, Aplicaciones proceso (spray, moldes, sellado), Ensamblaje. +/-0.25 mm repetibilidad del rail. Longitudes estndar de rail desde los 2.4 m a 21.5 m. Longitudes no estndar tambin estn disponibles. Dispone de frenos de seguridad en todos los 6 ejes. Cuatro alturas del J2 a especificar con +/-200 mm de rango (2.0 m,2.3 m,2.6 m,2.9 m). Los rales modulares pueden montarse de forma independientemente a columnas de apoyo con altura variable o fijadas a un molde de inyeccin o en una mquina fundicin. Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Disponen de cremallera y pin en el mecanismo del J1 para todos los modelos. Opciones: Doble brazo (dos robots) montados en un solo ral.

C

Descripcin Bsica Los robots M-6 i M-16 i y M-16 i de FANUC Robotics forman parte de la familia de robots Toploader de seis ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para procesos de manipulacin y carga /descarga de maquinaria (ej.Prensas).Esta gama de robots posibilita la realizacin de trabajos post- proceso, lo que le otorga un valor aadido. Los robots Toploader estn diseados para procesos de alta precisin, aplicaciones a gran velocidad, facilitando su configuracin y manejo.

Esquemas y grficos representativos

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M-710iB/45- iAW

Caractersticas principales: La Solucin para : Manipulacin, Carga /Descarga Maquinaria, Transferizacin piezas, Ambientes

Sala Blanca, Ensamblaje, Corte por Agua, Carga para estampacin, Sellado, Pulido /Lijado /Rebarbado, paletizado.

Dispone de frenos de seguridad en todos los 6 ejes incrementando la seguridad, funcionalidad y control.

Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. En todos los motores, los cables y otros elementos estn ubicados en el interior para protegerlos del

entorno y evitar desgaste y/o roturas por torsin. Mltiples posibilidades de montaje ,incluyendo en suelo, invertido, montaje en pared o en

ngulo.Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecnicas en el robot para el robot M-710 i 45.El robot M- 710 i puede montarse en suelo o bien invertido.

Opciones: 360 de rotacin de la base en el eje J1.

Descripcin Bsica

El M-710 i 45 y iAW es un robot de seis ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para cubrir una gran variedad de procesos y aplicaciones. El novedoso diseo de los robots M-710 i 45 y iAW proporciona una gran rea de trabajo sin necesitar demasiado espacio en el suelo. Diseado para aplicaciones de altas velocidades, facilita flexibilidad y fiabilidad en la aplicacin. Los robots M-710 i 45 y M-710 I ofrecen una gran repetibilidad y un incomparable rendimiento.

La capacidad "flip-over" del M-710 i maximiza el alcance y flexibilidad.

Un kit de proteccin contra polvo y lquido permite al M-710i trabajar en una variedad de ambientes.

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M-710iT

aractersticas principales:

La Solucin para: Manipulacin, Operaciones en Mquina Herramienta, Descarga maquinas inyeccin y realizacin de posteriores operaciones, Descarga pieza estampada, Lubricacin matriz estampacin, Sellado. Los rales modulares pueden montarse de forma independientemente a columnas de apoyo con altura variable o fijadas a un molde de inyeccin o en una mquina fundicin. Siete tipos de ral estndar para moverse entre longitudes de 4.0 m y 16.5 m. Longitudes no estndar tambin estn disponibles. Tres familias de columnas de soporte estndar proporcionan opciones de elevacin de 2.2m-3.0m (medido desde el centro del eje J2). Freno de seguridad en todos los ejes. Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Opciones: Doble brazo ((dos robots) montados en un solo ral.

C

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Descripcin Bsica

El modelo M-710i de FANUC Robotics es un robot montado encima de un rail (track).Este modelo forma parte de la familiade robots Toploader de seis ejes, construccin modular, servo-controlado elctricamente, diseado para procesos de manipulacin y carga /descarga de maquinaria (ej.Prensas). El M-710i posibilita la realizacin de trabajos post-proceso, lo que le otorga un valor aadido. El robot est diseado para procesos de alta precisin, aplicaciones a gran velocidad, facilitando su configuracin y manejo.

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A-520i

Caractersticas principales:

La Solucin para : Manipulacin, Pulido /Lijado /Rebarbado, Empaquetado, Carga /Descarga Maquinaria, Testeo y muestreo. Frenos en los ejes 1 y 3. 45 kg de fuerza vertical por operacin. Acoplamiento directos en todos los ejes. En todos los motores, los cables y otros elementos estn ubicados en el interior para protegerlos del entorno. La configuracin SCARA facilita gran velocidad y precisin de posicionamiento. Los codificadores absolutos serie elimina la necesidad de calibracin al arranque del robot.

SERIE A

Descripcin Bsica

El A-520i es un robot de alta velocidad, con cuatro ejes, construccin modular, servos elctricos, diseado para una gran variedad de procesos y aplicaciones. El A-520i de FANUC Robotics est diseado para la precisin, funcionamiento a gran velocidad, facilidad de integracin y mxima seguridad.

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A-520i Dimensiones

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-500iAS

aractersticas principales:

La solucin para: Sellado, Manipulacin, Pulido /Lijado /Rebarbado, Carga /Descarga Maquinaria, Soldadura, Corte por Agua, Transferizacin piezas.

Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Los reductores tipo RV proporcionan un movimiento suave, rpido y progresivo a cualquier

velocidad. Encoders serie absolutos. Opciones: Velocidad del eje 6 hasta 600 por segundo.

C

SERIE S

Descripcin Bsica

Robot de seis ejes, construccin modular, servo-controlados elctricamente diseadospara una gran variedad de procesos y aplicaciones. El robot FANUC S-500 est diseado para aplicaciones de precisin, alta velocidad, fcil configuracin y mxima fiabilidad.

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S-900iAH- iAL- iAW

aractersticas principales:

La Solucin para: Manipulacin, Carga /Descarga Maquinaria, Soldadura Puntos de grandes piezas, Carga /manipulacin grandes paneles, Manipulacin vidrio, Operaciones en fundiciones, Pulido /Lijado /Rebarbado. Gran variedad de modelos (familia S-900i. Gran inercia y momento permitido de la mueca. Su gran inercia en la mueca permite aumentar su carga para aplicaciones de manipulacin de alta. Mltiples puntos mecanizados para ubicar elementos especficos del proceso. Gran precision mecnica para los ejes J5 y J6. Cables del proceso /aplicacin a travs del interior del brazo. Mueca libres de motores (ubicados en la parte posterior del eje J3). Opciones: Kit de ejes externos.

C

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Descripcin Bsica

Los robots S-900i de FANUC Robotics estn diseados para buscar la mxima flexibilidad, rendimiento y fiabilidad en los procesos y aplicaciones que requieren las ms altas cargas de trabajo.El robot S-900 i est pensado para trabajos de alta precisin. El robot S-900iA dispone del avanzado y moderno controlador tipo R-J3i

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R-2000Ia

aractersticas principales:

La Solucin para : Soldadura por Puntos Automocin y ensamblaje general, Aplicaciones de la industria general, Transferizacin piezas, Pulido /Lijado /Rebarbado, Sellado, Carga Maquinaria.

Gran envolvente de trabajo con capacidad de llegar a la parte superior y trasera. Diseo compacto y estilizado. Reductores RV en todos los ejes. Mueca libre de motores. Eliminacin del contrapeso incrementando el rea de trabajo disponible. Armario tipo B Dispone de paquetes (software) de herramientas especficos para varias aplicaciones. El R--2000i 165F puede alcanzar todas las reas de trabajo del S-430i haciendo fcil su sustitucin. -Dentro del R-2000i encontramos variedad de modelos degn la carga mxima que soporte el robot principalmente y el alcance mximo en mm.:

- R-2000iA/165F - R-2000iA/200F - R-2000iA/125L - R-2000iA/165R - R-2000iA/200R - R-2000iA/165CF

Descripcin Bsica La serie de robots R-2000 i es la ltima generacin de robots de gran carga y con un alto rendimiento industrial. El R-2000i representa una evolucin avanzada en la serie de robots de FANUC Robotics. Mientras se mantienen la mayora de las caractersticas del S-430i el R-2000i aporta valores ms altos a travs de mejorar el rendimiento, la seguridad y la manipulacin. Incluye el nuevo control inteligente RJ3i (armario de control).

C

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-2000iA Especificaciones distintos modelosR :

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rea de trabajo de los distintos modelos:

R-2000iA/165F R-2000iA/200F

R-2000iA/125L

R-2000iA/165R

R-2000iA/200R R-2000iA/165CF

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-120

P

aractersticas principales:

La Solucin para: Industria general de pintura, EMI aislamiento pintura contra radiaciones electromagnticas (telfonos mviles), Esmaltado lentes, Mercancias Sanitarias.

Seis ejes de movimiento. El software PaintTool es comn para todos los robots de pintura de FANUC Robotics,

incrementando la eficiencia de operacin. Los sistemas patentados de purga estn garantizados para cualquier tipo de ambientes. Opciones: Configuracin de mueca a izquierda o derecha (lo que optimiza el proceso), Bombas

de pintura integradas y control para sistemas variables 2K., Sistemas de I//O incluyendo Allen Bradley RIO, DeviceNet, Profibus-DP ...

C

Descripcin Bsica

0 de FANUC Robotics est diseado para dotar de una gran calidad, fiabilidad y asequible solucin a una variedad para la industria de procesos de pintura. El robot P-120 es de fcil mantenimiento y ofrece operaciones de rpida aceleracin y alta velocidad, lo que facilita minimizar el tiempo de ciclo y reduce los costes de produccin. Los seis ejes, servo-controlados elctricamente, y su robusto diseo basado en seis generaciones de robots de pintura y la experiencia acumulada conllevan al liderazgo mundial en robots y sistemas de pintura.

SERIE P

El robot P-12

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P-145

aractersticas principales:

La Solucin para: Componentes de Automocin, Parachoques, Capas de fibra de vidrio, Recubrimiento con fibra vidrio.

Mismas que P-120.(salvando caractersticas-especificaciones)

C

Descripcin Bsica El robot P-145 de FANUC Robotics est diseado para dotar de una gran calidad, fiabilidad y asequible solucin a una variedad para la industria de procesos de pintura. El robot P-145 es de fcil mantenimiento y ofrece operaciones de rpida aceleracin y alta velocidad, lo que facilita minimizar el tiempo de ciclo y reduce los costes de produccin. Los seis ejes, servo-controladoselctricamente, y su robusto diseo basado en seis generaciones de robots de pintura y la experiencia acumulada conllevan al liderazgo mundial en robots y sistemas de pintura.

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P-200E Sistema

aract

Las vlvulas de cambio de color montadas de forma cercana al aplicador reduce las prdidas de pintura y el tiempo de cambio de color.

brazo y software especfico permiten cambios de parmetros en tiempo ejora en la calidad de pintura.

in y mxima repetibilidad en las vlvulas internas del brazo. sistema,

dotan al sistema de gran flexibilidad

del sistema y del proceso, proporcionando una variedad de soluciones al mismo. Aceleracin y desaceleracin de movimiento extremadamente rpidas.

La mueca patentada tipo hollow ((hueca)y sellada y el sistema de purga (tambin patentado) posibilita el trabajo en agresivos ambientes de trabajo.

La gran rea de trabajo del robot incrementa su flexibilidad, posibilitando que un mismo robot pinte desde el capo, al lateral, interiores, etc en un vehculo.

E in p dc p m p ti s P v c c C ersticas principales:

tizado P-200E FANUC Rob loo de la industria. Integrando el cambiador r y las vlvulas de control de fluido o al aplicador, se reduce las prdidas de , el tiempo de cambio de color ndose el tiempo de ciclo. Esto ciona un incremento del rendimiento y del de aplicacin. Simplificando la cin de aplicadores manuales, el sistema facilita la instalacin en una gran d de aplicaciones de pintura. Ventajas del sistema P-200E es la dad y flexibilidad del sistema.

Descripcin Bsica

l sistema robo otics tegra s ms avanzados equipamientos de rocese coloercaninturaejorroporempoustitu-200Eariedalaves apaci

Hardware en el interior del

real proporcionando una m Precisin de detecc El sistema AccuFlow II realiza un control en bucle cerrado del fluido a suministrar por el

calculndose automticamente el caudal. Alta capacidad de carga ((15kg en mueca,15kg en el exterior)

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Esquemas y grficos representativos

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RAIL

SERIES

-200iA

F

aractersticas principales:

La Solucin para: Robot soldadura compacto, Insercin vlvulas, abrazaderas, ejes, Transferizacin piezas, Paletizado, Manipulacion herramientas, Manipulacin de piezas, Equipamiento flexible.

Seis grados de libertad. Diseo simple,,robusto y de bajo mantenimiento. Servo motores elctricos AC. Freno de seguridad en cada eje. Componentes protegidos de las proyecciones de soldadura, grasa, qumicos y agua. Brida tipo ISO.

C

ESPECIALES

Descripcin Bsica

El F-200i es un robot con seis grados de libertad servo-controlados paralelos diseado para ser instalado en una variedad de fabricaciones y procesos de montaje en el mundo de la automocin. El F-200i est diseado para aplicaciones que requieren extrema rigidez y repetibilidad excepcional en un compacto y potente robot de aplicacin.

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Frontal

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SR Mate 200iA

Caractersticas principales:

La Solucin para: Carga mquinas inyeccin FANUC Roboshot series alpha, Acompaamiento maquinas de inyeccin, Operaciones en Mquina Herramienta, Manipulacin, Transferizacin piezas, Ensamblaje, Testeo y muestreo.

Velocidad de rail de 2000mm/sec. Recorrido de rail de 1500mm. Gran robustez,,transmisin por correa dentada en el eje J1. El conector End effector ubicado en el interior del robot minimiza el cableado del robot. Frenos de seguridad para todos los ejes del robot.

Descripcin Bsica El robot SR Mate 200i con construccin modular, servo-controlados elctricamente est diseado y pensado para trabajar con mquinas de inyeccin y manipulacin. Este robot montado sobre rail est dirigido para aplicaciones que requieran alta precisin, alta velocidad de trabajo, con configuracin rpida y mxima fiabilidad.

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6.- Conclusiones.

Es obvio que en la sociedad actual la robtica esta plenamente introducida en la industria. Gracias a la constante evolucin de la tecnologa, la robtica ha podido avanzar a pasos

ig tescos, y con ella la automatizacin de la industria. FANUC Robotics Ibrica ofrece la ms amplia gama de robots (ms de 30 modelos) que

cubren toda la gama de sectores (automvil, auxiliar, alimenticio, farmacutico, construccin, qumico...) y aplicaciones (soldadura al arco, soldadura por puntos, paletizacin, pintura, sellado, carga/descarga mquina herramienta...).

g an

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7.Bibliografa y documentacin.

ERCIAL FANUC Robotics Ibrica S.L. Polgono industrial El cam Ral Castelldefels (Barcelona)

TERNET

- www.FANUCROBOTICS.ES - www.depeca.uah.es/docencia/ING-TELECO/sec/robotica.PDF - www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/PDFs/ Robtica%20y%20C.N.%20(Elec.%20Ind).pdf - www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/AyRobotica/Motores.pdf

CASA COM

LIBROS: - G. Ferrat Robtica Industrial Editorial Marcombo, 1986 - Antonio Barrientos, Luis Felipe Pen, Carlos Balaguer, Rafael Aracil Fundamentos de

Robtica Editorial McGraw Hill, 1997.

IN

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8.A

arpetas :

DOCUMENTO : Proyecto en formato digital (.doc)

-

-Se incluyen en pdf los modelos tratados en el proyecto.

- MANTENIMIENTO ROBOTS. s manuales de mantenimiento de diferentes

-CONTROLADOR. -Se incluyen manuales del controlador de Fanuc R-J3iB

CD-ROM N2: PRESENTACIN EN POWERPOINT.

nexos.

CD-ROM N1: C

-

PDF: - MODELOS DE ROBOTS .

-Se incluyen lo unidades mecnicas (robots).

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Cilindros neumticosMotores de aletas rotativasMotores de pistones auxiliares

Serie ARC Mate: Soldadura al ARCOARC Mate 100iBCaractersticas principales:Esquemas y grficos representativos.

LR Mate 100IbCaractersticas principales:LR Mate 200iLR Mate 200i Dimensiones

M-16iA/iALM-6iAT / M-16iAT iALT

M-710iB/45- iAWM-710iT

A-520iA-520i Dimensiones

S-500iAS-900iAH- iAL- iAW

R-2000IaP-120P-200E SistemaF-200iASR Mate 200iA