Avances en Robótica Móvil y deManipuladores en la

Universidad Michoacana

Leonardo Romero Muñozhttp://faraday.fie.umich.mx/~lromero

lromero@umich.mx

Facultad de Ingeniería EléctricaUniversidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo

Contenido• Robots– Definición– ¿Para qué y en dónde se usan los robots?– ¿Qué tipos de robots hay?

• ¿Por qué usar robots en México?– ¿Por que las pequeñas empresas no usan robots?

• Robots Michoacanos (UMSNH)– El robot construido en la Facultad de Ingeniería Eléctrica– Un robot móvil– Otros proyectos– Trabajos futuros

Definición

La palabra robot aparece por primera vez en la obra de teatro R.U.R. (Rossum's Universal Robots o Los Robots Universales de Rossum) escrita en 1920 por el checo Karel Capek.

En checo la palabra robota significa servidumbre, labor monótona o trabajo forzado.

Karel Capek 1890 – 1938

Instituto Norteamericano de Robots:

• Un robot industrial es un manipulador reprogramable con funciones múltiples, diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos programados variables para el desempeño de una gran diversidad de tareas.

Otras definiciones son:• Un robot es una máquina de propósito general que puede ser

programada para realizar una variedad de tareas de forma similar a una computadora, que es básicamente, un circuito electrónico capaz de ser programado para realizar una gran variedad de tareas [Mckerrow91].

• Los robots son dispositivos mecánicos versátiles equipados con actuadores y sensores bajo el control de un sistema computacional. Los robots son programables y pueden realizar tareas ejecutando movimientos en el espacio físico, sujeto a las leyes naturales [Latombe91].

¿Porque y en donde se usan? Se usan:• Para reducir riesgos, realizar tareas repetitivas, realizar

operaciones a gran velocidad, trabajar en condiciones extremas, etc.

Existen actualmente aplicaciones desde:

• En el sector salud como intervenciones en cirugía de alta precisión.

• En servicios domésticos como cortar pasto.

• En la industria manufactura para incrementar la productividad y la eficiencia de los factores.

– En atención de personas con discapacidades, en entretenimiento.

tareas que involucran riesgos elevados :– Tareas militares y de seguridad, acceso y exploración de lugares remotos o

peligrosos como explorar una mina terrestre o marítima o desactivar una bomba

¿Qué tipos de robots hay?

¿Porque usar robots en México?Los robots están siendo, cada vez más,

importantes en las actividades humanas.

• Uso de brazos robóticos en la industria automotriz o en líneas de ensamblado.

• incremento de la productividad y calidad de los productos.

• disminución en los costos de producción.

En México la mayoría de los robots que existen son de las grandes compañías multinacionales los cuales los importan de sus países de origen usando plataformas cerradas.

¿Porqué las pequeñas y medianas empresas no utilizan robots?

• Por el alto costo de adquisición de los robots importados.• Por el mantenimiento prohibitivo.• Por el alto de costo de desarrollo de software especializado para la

aplicación.

Ejemplo

Pulido de guitarras en una fábrica en EUA.

Costo del robot: 45,000USD+importación

Costo de la aplicación: 240,000USD+importación

Robots Michoacanos En el estado de Michoacán existe una gran cantidad de

pequeñas y medianas industrias.

• Industria de las artesanías que requiere una gran cantidad de mano de obra. – Desventaja con las empresas trasnacionales.

• La utilización de robots de bajo costo en algunos procesos que no sacrifiquen la parte artesanal, mejoraría la producción.

El robot construido en la Facultad de Ingeniería Eléctrica de la UMSNH

• Se construyó una segunda versión de robots SCARA ( Selective Compliance Articulated Robot Arm) desarrollados en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo con tecnología propia, empleando una plataforma abierta y con software gratuito.

• Diseño y construcción física realizada por Rafael Cardiel de la compañía Cervantes Co. en Paracho Mich.

Objetivo

• Mejorar la producción de guitarras de Paracho.

• Contribuir al impulso e investigación en el área de la robótica en el estado de Michoacán.

• Vinculación con industrias y empresas nacionales.

• Creación de una empresa para la fabricación de robots.

• Mejorar la competitividad para exportar.

Movimiento de los ejes del robot

Motores utilizados

.

• Circuito Integrado de control (cerebro)

• Proporcionar las instrucciones de control de velocidad y posición de los motores

• Adquirir datos (a través de sensores)

• Comunicarse con la PC

• Fuente de alimentaciónSuministrar energía eléctrica al robot y sus componentes

El robot SCARA

Tarjetas de los circuitos controladoresde los motores

• Cinemática inversa

– Se conoce la posición y orientación del elemento terminal.

– Se desea determinar los ángulos y geometría de los eslabones para alcanzar la posición y orientación de la herramienta.

Solución geométrica

• Algunos trabajos sobre madera realizados de forma manual, en los cuales el robot podría ayudar

Rebajado de la tapa Cortes en las barras de la tapa

• Pruebas en el laboratorio

Pruebas en el taller• Robot realizando pruebas en el taller de guitarras en Paracho Mich.

• El estudiante de maestría Roberto Loaeza esta trabajando en un entorno gráfico para controlar al robot.

Video de reproducción de imágenes (taller de Paracho)

El robot móvil• El robot es la tercera versión de robots móviles

construidos en la Facultad de Ingeniería Eléctrica.

• Construido por el Ing. Antonio Concha para su tesis de licenciatura asesorado por el Dr. Leonardo Romero Muñoz

• Es un robot de investigación de distintas áreas:– Construcción de mapas.– Investigación en reconocimiento de voz.– Ayuda para personas con discapacidades.

• Se vendió una segunda versión a la UNAM

Video de la segunda versión del robot móvil

Otros proyectos• Mesa de trabajo x,y,z construido en el Laboratorio de Ingeniería

Eléctrica de la FIE de la UMSNH por el Ing. Carlos Manuel Sánchez.

• Dimensiones: 144cm x 120cm• Para trabajos más grandes como: corte de hojas enteras de

madera, perforación, etc.

Conclusiones y trabajos futurosConclusiones

El robot SCARA construido es un prototipo :• Características equiparables a los robots SCARA importados.• Flexible, robusto, expansible, de plataforma abierta y económico.• Robot comercial entre 90,000 y 250,000 pesos vs robot construido

alrededor de 55,000 pesos.

• Velocidad de movimiento lenta comparado con los robots importados, pero adecuado para el corte de madera.

• La robótica es un área en expansión en Michoacán, en especial en la UMSNH en la Facultad de Mecánica y en la de Eléctrica se realizan proyectos de investigación de este tipo.

• Hoy en día en México se requiere personal altamente capacitado en el área de la robótica el cuál es actualmente insuficiente en el país.

Conclusiones y trabajos futuros

Trabajos futuros para el robot SCARA desarrollado en la UMSNH

• Reducir costos mediante mejoras en el diseño.• Desarrollo de otras aplicaciones.• Vinculación con industrias y empresas nacionales.• Creación de una empresa de desarrollo tecnológico en donde se

fabricaría el robot SCARA .

Trabajos futuros en la robótica

• Robots médicos

Trabajos futuros en la robótica

• Robots de incremento de fuerza

Trabajos futuros en la robótica

• Robots humanoides de servicio

Trabajos futuros en la robótica

• Robots emocionales