estado actual de la robÓtica industrial

FACULTAD DE INGENIERA ELCTRICA Y ELECTRNICAINGENIERA EN ELECTRNICA Y CONTROL

ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

INVESTIGACINNOMBRE: Jaramillo Calle Anglica Mara FECHA: 2011-01-01

ESTADO ACTUAL DE LA ROBTICA INDUSTRIAL El campo de la robtica industrial puede definirse como el estudio, diseo y uso de robots para la ejecucin de procesos industriales. Ms formalmente, el estndar ISO (ISO 8373:1994, Robots industriales manipuladores Vocabulario) define un robot industrial como un manipulador programable en tres o ms ejes multipropsito, controlado automticamente y reprogramable.1 ROBOT Un robot es una entidad virtual o mecnica artificial. En la prctica, esto es por lo general un sistema electromecnico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensacin de tener un propsito propio. La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos fsicos como a sistemas virtuales de software, aunque suele aludirse a los segundos con el trmino de bots. No hay un consenso sobre qu mquinas pueden ser consideradas robots, pero s existe un acuerdo general entre los expertos y el pblico sobre que los robots tienden a hacer parte o todo lo que sigue: moverse, hacer funcionar un brazo mecnico, sentir y manipular su entorno y mostrar un comportamiento inteligente, especialmente si se comportamiento imita al de los humanos o a otros animales. Actualmente podra considerarse que un robot es una computadora con la capacidad y el propsito de movimiento que en general es capaz de desarrollar mltiples tareas de manera flexible segn su programacin; as que podra diferenciarse de algn electrodomstico especfico. Aunque las historias sobre ayudantes y acompaantes artificiales, as como los intentos de crearlos, tienen una larga historia, las mquinas totalmente autnomas no aparecieron hasta el siglo XX. El primer robot programable y dirigido de forma digital, el Unimate, fue instalado en 1961 para levantar piezas calientes de metal de una mquina de tinte y colocarlas. Por lo general, la gente reacciona de forma positiva ante los robots con los que se encuentra. Los robots domsticos para la limpieza y mantenimiento del hogar son cada vez ms comunes en los hogares. No obstante, existe una cierta ansiedad sobre el impacto econmico de la automatizacin y la amenaza del armamento robtico, una ansiedad que se ve reflejada en el retrato a menudo perverso y malvado de robots presentes en obras de la cultura popular. Comparados con sus colegas de ficcin, los robots reales siguen siendo limitados. Qu es un robot El gran pblico conoci la palabra robot a travs de la obra R.U.R. (Rossum's Universal Robots) del dramaturgo checo Karel apek, que se estren en 1921. La palabra se escriba como "robotnik".

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Sin embargo, no fue este autor apek quien invent la palabra. En una breve carta escrita a la editorial del Diccionario Oxford, atribuye a su hermano Josef la creacin del trmino. En un artculo publicado en la revista checa Lidov noviny en 1933, explic que originalmente los quiso llamar laboi (del latn labor, trabajo). Sin embargo, no le gustaba la palabra y pidi consejo a su hermano Josef, que le sugiri "roboti". La palabra robota significa literalmente trabajo o labor y figuradamente "trabajo duro" en checo y muchas lenguas eslavas. Tradicionalmente robota era el periodo de trabajo que un siervo deba otorgar a su seor, generalmente 6 meses del ao. La servidumbre se prohibi en 1848 en Bohemia, por lo que cuando apek escribi R.U.R., el uso del trmino robota ya se haba extendido a varios tipos de trabajo, pero el significado obsoleto de "servidumbre" seguira reconocindose. La palabra robtica, usada para describir este campo de estudio, fue acuada por el escritor de ciencia ficcin Isaac Asimov. La robtica concentra 6 reas de estudio: La mecnica, el control automtico, la electrnica, la informtica, y la fsica y la matemtica como ciencias bsicas. 2 Tipos de robots: En funcin del medio: o o o o Terrestres (vehculos, robots con patas, manipuladores industriales) Areos (dirigibles) Acuticos (nadadores, submarinos) Hbridos (trepadores)

En funcin del control del movimiento:o o

Autnomos (Capacidad de percibir la situacin (realidad) y actuar apropiadamente) Teleoperados (Manipulacin a distancia por un humano Ejemplo: Manipuladores de sustancias peligrosas)

Para qu sirven los robots

Reproducir ciertas capacidades de los organismos vivos. Robots mviles: exploracin, transporte. Robots fijos: asistencia mdica, automatizacin de procesos industriales. Otros: control de prtesis, entretenimiento.3

La aplicacin de los robots se enfoca prcticamente a cualquier tarea que el ser humano pueda realizar, abrindose as el campo de investigacin para la robtica. Las principales restricciones para la investigacin de cmo realizar cierta tarea son el costo en dinero y tiempo y esto precisamente es lo que ha definido las reas de investigacin en la robtica. Debido a estas restricciones, las principales aplicaciones que se tienen actualmente son en manufactura y cuyo aumento esperado en productividad justifica la inversin. LA ROBTICASeptiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 2/20



La robtica es un rea interdisciplinaria formada por la ingeniera mecnica, elctrica, electrnica y sistemas computacionales. La mecnica comprende tres aspectos: diseo mecnico de la mquina, anlisis esttico y anlisis dinmico. La microelectrnica le permite al robot trasmitir la informacin que se le entrega, coordinando impulsos elctricos que hacen que el robot realice los movimientos requeridos por la tarea. La informtica provee de los programas necesarios para lograr la coordinacin mecnica requerida en los movimientos del robot, dar un cierto grado de inteligencia a la mquina, es decir adaptabilidad, autonoma y capacidad interpretativa y correctiva. El trmino de robtica inteligente combina cierta destreza fsica de locomocin y manipulacin, que caracteriza a lo que conocemos como robot, con habilidades de percepcin y de razonamiento residentes en una computadora. La locomocin y manipulacin estn directamente relacionadas con los componentes mecnicos de un robot. La percepcin est directamente relacionada con dispositivos que proporcionan informacin del medio ambiente (sensores); estos dispositivos pueden ser de tipo ultrasonido (radares), cmaras de visin, lseres, infrarrojos, por mencionar algunos. Los procesos de razonamiento seleccionan las acciones que se deben tomar para realizar cierta tarea encomendada. La habilidad de razonamiento permite el acoplamiento natural entre las habilidades de percepcin y accin. La robtica en la actualidad tiene dos ramas: una que trata con ambientes preparados (industriales) y la otra que trata con ambientes no estructurados y no predecibles (submarinos, catstrofes y el espacio). En algn tiempo se pens errneamente que se necesitara de un gran desarrollo en sensado, percepcin y razonamiento an para robots industriales. Actualmente, la robtica industrial se est extendiendo en muchos pases, especialmente en Japn, debido exactamente a que se tiene disponibles el tiempo y el ambiente para preparar al robot en su tarea a realizar para practicarla y perfeccionarla, de tal forma que se pueda repetir muchas veces. El sensado se utiliza raramente para cubrir cosas ligeramente impredecibles. Sin embargo, lo del proceso anterior es suficiente dado que la planeacin y preparacin son las palabras claves en manufactura. Los investigadores en robtica han tenido que enfocarse en ambientes no estructurados para poder justificar mucha de la investigacin en sensado y habilidad de manejo que se ha hecho en la ltima dcada. Campos de aplicacin de la robtica Tericamente el uso de sistemas robticos podra extenderse a casi todas las reas imaginables en donde se necesite de la ejecucin de tareas mecnicas, tareas hoy ejecutadas por el hombre o imposibles de ejecutar por l (por ej. una exploracin sobre el terreno de la superficie marciana). Se entiende, en este contexto, que tarea mecnica es toda actividad que involucra presencia fsica y movimiento por parte de su ejecutor. Pero al situarnos en el contexto real, en la prctica, nos damos cuenta de que existen factores que limitan el vuelo de nuestra imaginacin, los que mencionaremos en el siguiente punto. Algunos de los campos de aplicacin actuales de la robtica son: Investigacin - Exploracin.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 3/20



En donde los robots presentan la ventaja de resistir mejor los medioambientes hostiles para el ser humano. Entretenimiento. Esta industria se favorece del uso de robots para recrear situaciones ficticias o posibles, haciendo uso de los llamados "efectos especiales". Construccin. Industria en que ya se registran proyectos que incluyen el uso de robots como ejecutores de tareas de dimensionamiento, transporte, montaje, entre otras. Automatizacin Industrial. Es el ms relevante y de inters para nosotros. Corresponde al uso de robots en la industria a fin de mejorar, agilizar y aumentar la produccin en los diferentes procesos. La robtica y la automatizacin Son disciplinas surgidas en diferentes pocas. La robtica nace en dcadas recientes para complementarse con la automatizacin, aportndole como elemento innovador cierto grado de inteligencia. En el contexto industrial, la automatizacin es como una tecnologa que est relacionada con el empleo de sistemas mecnicos, electrnicos y basados en la informtica en la operacin y control de la produccin. Este concepto, para ser actualizado, debe incluir el uso de robots. El robot industrial forma parte del progresivo desarrollo de la automatizacin industrial, favorecido notablemente por el avance de las tcnicas de control por computadora, y contribuye de manera decisiva a la automatizacin en los procesos de fabricacin de series de mediana y pequea escala. Tipos de automatizacin industrial o Automatizacin fija: Se utiliza cundo el volumen de produccin es muy alto, y por lo tanto es adecuada para disear equipos especializados para procesar productos o componentes de stos con alto rendimiento y elevadas tasas de produccin. o Programable. Se emplea cuando el volumen de produccin es relativamente bajo y hay una diversidad de productos a obtener. En este caso, el equipo de produccin est diseado para ser adaptable a variaciones en la configuracin del producto. Esta caracterstica de adaptabilidad se logra haciendo funcionar el equipo bajo el control de un programa de instrucciones para el producto dado. La produccin se obtiene por lotes. o Flexible.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 4/20



Es una categora situada entre las dos anteriores. Se ha comprobado que es ms adecuada para el rango medio de produccin. Con este tipo de automatizacin pueden obtenerse simultneamente varios tipos de producto, en el mismo sistema de fabricacin. Factores que limitan el desarrollo e implementacin de sistemas robticos. Como mencionamos anteriormente, las aplicaciones de los sistemas robticos podran ser innumerables. Pero existen dos factores, fuertes y decisivos, que inhiben el crecimiento y desarrollo de esta tecnologa. Estos a considerar son: Limitaciones econmicas. Dado que la robtica es una disciplina de avanzada y en desarrollo, los costos asociados a ella son altsimos, puesto que se necesitan recursos no slo para su construccin. Hay muchas reas de investigacin relacionadas que tambin son fuentes de costo, y hacen que en la actualidad un sistema robtico sea un producto carsimo y no masificado. Limitaciones tecnolgicas. Un campo de investigacin como la robtica est orientado a tratar de llevar a la prctica ideas que pueden haber sido concebidas hace ya mucho tiempo. Adems del factor recursos, la concrecin de dichas ideas depender de que se hayan encontrado o desarrollado los medios tecnolgicos que la permitan. 4 Un resumen cronolgico del desarrollo de la robtica es:Fecha Siglo I a. C. y antes 1206 c. 1495 1738 1800s 1921 1930s 1948 1956 Importancia Descripciones de ms de 100 mquinas y autmatas, incluyendo un artefacto con fuego, un rgano de viento, una mquina operada mediante una moneda, una mquina de vapor, en Pneumatica y Automata de Hern de Alexandria Primer robot humanoide programable Diseo de un robot humanoide Pato mecnico capaz de comer, agitar sus alas y excretar. Juguetes mecnicos japoneses que sirven t, disparan flechas y pintan. Aparece el primer autmata de ficcin llamado "robot", aparece en R.U.R. Se exhibe un robot humanoide en la World's Fairs entre los aos 1939 y 1940 Exhibicin de un robot con comportamiento biolgico simple[5] Primer robot comercial, de la compaa Unimation Nombre del robot Autonoma Inventor Ctesibius de Alexandria, Filn de Bizancio, Hern de Alexandria, y otros Al-Jazari Leonardo da Vinci Jacques de Vaucanson Hisashige Tanaka Karel apek Westinghouse Electric Corporation William Grey Walter George Devol 5/20

Barco con cuatro msicos robotizados Caballero mecnico Digesting Duck Juguetes Karakuri Rossum's Universal Robots Elektro Elsie y Elmer Unimate

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1961 1963 1973 1975 20005

fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una patente de Devol[6] Se instala el primer robot industrial Primer robot "palletizing"[7] Primer robot con seis ejes electromecnicos Brazo manipulador programable universal, un producto de Unimation Robot Humanoide capaz de desplazarse de forma bpeda e interactuar con las personas

Unimate Palletizer Famulus PUMA ASIMO

George Devol Fuji Yusoki Kogyo KUKA Robot Group Victor Scheinman Honda Motor Co. Ltd

ROBTICA INDUSTRIAL Qu es el robot industrial? Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra destinado a ser utilizado en la industria y dotado de uno o varios brazos, fcilmente programable para cumplir operaciones diversas con varios grados de libertad y destinado a sustituir la actividad fsica del hombre en las tareas repetitivas, montonas, desagradables o peligrosas. El RIA Robot Institute of America define al Robot como "Un manipulador multifuncional reprogramable, diseado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a travs de movimientos variables programados para la performance de una variedad de labores" Estas definiciones indudablemente no abarcan todas las posibilidades de aplicacin presente y futuras de los Robots y en opinin de quienes escriben, el Robot es para la produccin, lo que el computador es para el procesamiento de datos. Es decir, una nueva y revolucionaria concepcin del sistema productivo cuyos alcances recin comienzan a percibirse en los pases altamente industrializados. Realmente, los Robots no incorporan nada nuevo a la tecnologa en general, la novedad radica en la particularidad de su arquitectura y en los objetivos que se procura con los mismos. El trabajo del Robot se limita generalmente a pocos movimientos repetitivos de sus ejes, estos son casi siempre 3 para el cuerpo y 3 para la mano o puo, su radio de accin queda determinado por un sector circular en el espacio donde este alcanza a actuar. Cuando las partes o piezas a manipular son idnticas entre s y se presentan en la misma posicin, los movimientos destinados a reubicar o montar partes se efectan mediante dispositivos articulados que a menudo finalizan con pinzas. La sucesin de los movimientos se ordena en funcin del fin que se persigue, siendo fundamental la memorizacin de las secuencias correspondientes a los diversos movimientos. Puede presentarse el caso en el que las piezas o partes a ser manipuladas no se presenten en posiciones prefijadas, en este caso el robot deber poder reconocer la posicin de la pieza y actuar u orientarse para operar sobre ella en forma correcta, es decir se lo deber proveer de un sistema de control adaptativo. Si bien no existen reglas acerca de la forma que debe tener un robot industrial, la tecnologa incorporada a l est perfectamente establecida y en algunos casos esta procede de las aplicadas a las mquinas-herramientas. Los desplazamientos rectilneos y giratorios son neumticos,Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 6/20



hidrulicos o elctricos. Como es sabido, los sistemas neumticos no proveen movimientos precisos debido a la compresibilidad del aire y en ellos deben emplearse topes positivos para el posicionamiento, lo que implica la utilizacin de dispositivos de desaceleracin. Los Robots Neumticos poseen una alta velocidad de operacin manipulando elementos de reducido peso. Los accionamientos hidrulicos proporcionan elevadas fuerzas, excelente control de la velocidad y posicionamiento exacto. En cuanto a los sistemas elctricos se utilizan motores de corriente contina o motores paso a paso. Estos dos tipos de Robots quedan reservados a la manipulacin de elementos ms pesados o los procesos de trayectorias complejas como las tareas de soldadura por punto o continua. Clasificacin de los robots industriales Una clasificacin del grado de complejidad del Robot puede establecerse de la siguiente forma: Robots de primera generacin: Dispositivos que actan como "esclavo" mecnico de un hombre, quien provee mediante su intervencin directa el control de los rganos de movimiento. Esta transmisin tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las extremidades superiores del hombre, caso tpico manipulacin de materiales radiactivos, obtencin de muestras submarinas, etc. Robots de segunda generacin: El dispositivo acta automticamente sin intervencin humana frente a posiciones fijas en las que el trabajo ha sido preparado y ubicado de modo adecuado ejecutando movimientos repetitivos en el tiempo, que obedecen a lgicas combinatorias, secuenciales, programadores paso a paso, neumticos o Controladores Lgicos Programables. Un aspecto muy importante est constituido por la facilidad de rpida reprogramacin que convierte a estos Robots en unidades "verstiles" cuyo campo de aplicacin no slo se encuentra en la manipulacin de materiales sino en todo los procesos de manufactura, como por ejemplo: en el estampado en fro y en caliente asistiendo a las mquinas-herramientas para la carga y descarga de piezas. En la inyeccin de termoplsticos y metales no ferrosos, en los procesos de soldadura a punto y contina en tareas de pintado y reemplazando con ventaja algunas operaciones de mquinas convencionales. Robots de tercera generacin: Son dispositivos que habiendo sido construidos para alcanzar determinados objetivos sern capaces de elegir la mejor forma de hacerlo teniendo en cuenta el ambiente que los circunda. Para obtener estos resultados es necesario que el robot posea algunas condiciones que posibiliten su interaccin con el ambiente y los objetos. Las mnimas aptitudes requeridas son: capacidad de reconocer un elemento determinado en el espacio y la capacidad de adoptar propias trayectorias para conseguir el objetivo deseado. Los mtodos de identificacin empleados hacen referencia a la imagen ptica por ser esta el lenguaje humano en la observacin de los objetos, sin embargo no puede asegurarse que la que es natural para el hombre, constituye la mejor solucin para el robot.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 7/20



Robots de cuarta generacin: Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero adems poseen sensores que envan informacin a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real. La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatoma de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan trminos como cintura, hombro, brazo, codo, mueca, etc.

Los elementos que forman parte de la totalidad del robot son: Manipulador Controlador Dispositivos de entrada y salida de datos Dispositivos especiales

Manipulador Mecnicamente, es el componente principal. Est formado por una serie de elementos estructurales slidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos.

Las partes que conforman el manipulador reciben, entre otros, los nombres de: cuerpo, brazo, mueca y actuador final (o elemento terminal). A este ltimo se le conoce habitualmente como aprehensor, garra, pinza o gripper.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 8/20



Cada articulacin provee al robot de, al menos, un grado de libertad. En otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos: Lineales que pueden ser horizontales o verticales. Angulares (por articulacin)

Existen dos tipos de articulacin utilizados en las juntas del manipulador:

Prismtica /Lineal - junta en la que el eslabn se apoya en un deslizador lineal. Acta linealmente mediante los tornillos sinfn de los motores, o los cilindros. Rotacional - junta giratoria a menudo manejada por los motores elctricos y las transmisiones, o por los cilindros hidrulicos y palancas.

Bsicamente, la orientacin de un eslabn del manipulador se determina mediante los elementos roll, pitch y yaw.

A la mueca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate), elevacin (wrist flex) y desviacin (wrist rotate) como lo muestra el modelo inferior, aunque cabe hacer notar que existen muecas que no pueden realizar los tres tipos de movimiento.

El actuador final (gripper) es un dispositivo que se une a la mueca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realizacin de una tarea especfica. La razn por la que existen distintos tipos de elementos terminales es, precisamente, por las funciones que realizan. Los diversos tipos podemos dividirlos en dos grandes categoras: pinzas y herramientas. Se denomina Punto de Centro de Herramienta (TCP, Tool Center Point) al punto focal de la pinza o herramienta. Por ejemplo, el TCP podra estar en la punta de una antorcha de la soldadura.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 9/20



Controlador Como su nombre indica, es el que regula cada uno de los movimientos del manipulador, las acciones, clculos y procesado de la informacin. El controlador recibe y enva seales a otras mquinas-herramientas (por medio de seales de entrada/salida) y almacena programas. Existen varios grados de control que son funcin del tipo de parmetros que se regulan, lo que da lugar a los siguientes tipos de controladores:

De posicin: el controlador interviene nicamente en el control de la posicin del elemento terminal; Cinemtico: en este caso el control se realiza sobre la posicin y la velocidad; Dinmico: adems de regular la velocidad y la posicin, controla las propiedades dinmicas del manipulador y de los elementos asociados a l; Adaptativo: engloba todas las regulaciones anteriores y, adems, se ocupa de controlar la variacin de las caractersticas del manipulador al variar la posicin

Otra clasificacin de control es la que distingue entre control en bucle abierto y control en bucle cerrado. El control en bucle abierto da lugar a muchos errores, y aunque es ms simple y econmico que el control en bucle cerrado, no se admite en aplicaciones industriales en las que la exactitud es una cualidad imprescindible. La inmensa mayora de los robots que hoy da se utilizan con fines industriales se controlan mediante un proceso en bucle cerrado, es decir, mediante un bucle de realimentacin. Este control se lleva a cabo con el uso de un sensor de la posicin real del elemento terminal del manipulador. La informacin recibida desde el sensor se compara con el valor inicial deseado y se acta en funcin del error obtenido de forma tal que la posicin real del brazo coincida con la que se haba establecido inicialmente. Dispositivos de entrada y salida Los ms comunes son: teclado, monitor y caja de comandos (teach pendant). En el dibujo se tiene un controlador (computer module) que enva seales a los motores de cada uno de los ejes del robot y la caja de comandos (teach pendant) la cual sirve para ensearle las posiciones al manipulador del robot.

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Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y, a su vez, ver los datos del controlador. Para mandar instrucciones al controlador y para dar de alta programas de control, comnmente se utiliza una computadora adicional. Es necesario aclarar que algunos robots nicamente poseen uno de estos componentes. En estos casos, uno de los componentes de entrada y salida permite la realizacin de todas las funciones. Las seales de entrada y salida se obtienen mediante tarjetas electrnicas instaladas en el controlador del robot las cuales le permiten tener comunicacin con otras mquinas herramientas.

Se pueden utilizan estas tarjetas para comunicar al robot, por ejemplo, con las mquinas de control numrico (torno, ...). Estas tarjetas se componen de relevadores, los cuales mandan seales elctricas que despus son interpretadas en un programa de control. Estas seales nos permiten controlar cundo debe entrar el robot a cargar una pieza a la mquina, cuando deben empezar a funcionar la mquina o el robot, etc. Dispositivos especiales Entre estos se encuentran los ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador y las estaciones de ensamblaje, que son utilizadas para sujetar las distintas piezas de trabajo. En la estacin del robot Move Master EX (Mitsubishi) representada en la figura se pueden encontrar los siguientes dispositivos especiales: A. Estacin de posicin sobre el transportador para la carga/descarga de piezas de trabajo. B. Eje transversal para aumentar el volumen de trabajo del robot.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 11/20



C. Estacin de inspeccin por computadora integrada con el robot. D. Estacin de ensamble. El robot cuenta con seales de entrada/salida para poder realizar la integracin de su funcin incorporando estos elementos.

Principales caractersticas de los Robots A continuacin se describen las caractersticas ms relevantes propias de los robots y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones. Grados de libertad Espacio de trabajo Precisin de los movimientos Capacidad de carga Velocidad Tipo de actuadores Programabilidad

Grados de libertad (GDL) Cada uno de los movimientos independientes (giros y desplazamientos) que puede realizar cada articulacin con respecto a la anterior. Son los parmetros que se precisan para determinar la posicin y la orientacin del elemento terminal del manipulador. El nmero de grados de libertad del robot viene dado por la suma de los GDL de las articulaciones que lo componen. Puesto que las articulaciones empleadas suelen ser nicamente de rotacin y prismticas, con un solo grado de libertad cada una, el nmero de GDL del robot suele coincidir con el nmero de articulaciones que lo componen. Puesto que para posicionar y orientar un cuerpo de cualquier manera en el espacio son necesarios seis parmetros, tres para definir la posicin y tres para la orientacin, si se pretende que un robot posicione y oriente su extremo (y con l la pieza o herramienta manipulada) de cualquier modo en el espacio, se precisar al menos seis 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 GDL, como las de la soldadura, mecanizado y paletizacin, otras ms complejas requieren un nmero mayor, tal es el caso en las labores de montaje. Si se trabaja en un entornoSeptiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 12/20



con obstculos, el dotar al robot de grados de libertad adicionales le permitir acceder a posiciones y orientaciones de su extremo a las que, como consecuencia de los obstculos, no hubieran llegado con seis grados de libertad. Otra situacin frecuente es dotar al robot de un grado de libertad adicional que le permita desplazarse a lo largo de un carril aumentando as el volumen del espacio al que puede acceder. Tareas ms sencillas y con movimientos ms limitados, como las de la pintura y paletizacin, suelen exigir 4 o 5 GDL. Cuando el nmero de grados de libertad del robot es mayor que los necesarios para realizar una determinada tarea se dicen que el robot es redundante. Observando los movimientos del brazo y de la mueca, podemos determinar el nmero de grados de libertad que presenta un robot. Generalmente, tanto en el brazo como en la mueca, se encuentra un abanico que va desde uno hasta los tres GDL. Los grados de libertad del brazo de un manipulador estn directamente relacionados con su anatoma o configuracin. Espacio (volumen) de trabajo 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. El volumen de trabajo de un robot se refiere nicamente al espacio dentro del cual puede desplazarse el extremo de su mueca. Para determinar el volumen de trabajo no se toma en cuenta el actuador final. La razn de ello es que a la mueca del robot se le pueden adaptar grippers de distintos tamaos. Para ilustrar lo que se conoce como volumen de trabajo regular y volumen de trabajo irregular, tomaremos como modelos varios robots. El robot cartesiano y el robot cilndrico presentan volmenes de trabajo regulares. El robot cartesiano genera una figura cbica.

El robot de configuracin cilndrica presenta un volumen de trabajo parecido a un cilindro (normalmente este robot no tiene una rotacin de 360)

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Por su parte, los robots que poseen una configuracin polar, los de brazo articulado y los modelos SCARA presentan un volumen de trabajo irregular.

Precisin de los movimientos La precisin de movimiento en un robot industrial depende de tres factores:

Resolucin espacial.- se define como el incremento ms pequeo de movimiento en que el robot puede dividir su volumen de trabajo. Exactitud.- se refiere a la capacidad de un robot para situar el extremo de su mueca en un punto sealado dentro del volumen de trabajo. Mide la distancia entre la posicin especificada, y la posicin real del actuador terminal del robot. Mantiene una relacin directa con la resolucin espacial, es decir, con la capacidad del control del robot de dividir en incrementos muy pequeos el volumen de trabajo. Repetibilidad.- se refiere a la capacidad del robot de regresar al punto programado las veces que sean necesarias. Esta magnitud establece el grado de exactitud en la repeticin de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada.

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 industriales, 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. Velocidad

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Se refiere a la velocidad mxima alcanzable por el TCP o por las articulaciones. 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. Tipo de actuadores Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser, segn la energa que consuman, de tipo olehidrulico, neumtico o elctrico. Los actuadores de tipo olehidrulico 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 est 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. Programabilidad La inclusin del controlador de tipo microelectrnica en los robots industriales, permite la programacin del robot de muy diversas formas. En general, los modernos sistemas de robots admiten la programacin manual, mediante un modulo de programacin. Las programaciones gestual y textual, controlan diversos aspectos del funcionamiento del manipulador: o o o o o o o Control de la velocidad y la aceleracin. Saltos de programa condicionales. Temporizaciones y pausas. Edicin, modificacin, depuracin y ampliacin de programas. Funciones de seguridad. Funciones de sincronizacin con otras maquinas. Uso de lenguajes especficos de Robtica.

Tipos de configuraciones morfolgicas 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 relacionan con los correspondientes modelos deSeptiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 15/20



coordenadas en el espacio y que se citan a continuacin: cartesianas, cilndricas, esfricas, angulares. As, el brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clsicas:

Cartesiana Cilndrica Esfrica De brazo articulado,

y una no clsica: SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm).

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 son con tres articulaciones, que son las ms importantes a la hora de posicionar su extremo en un punto en el espacio. A continuacin se presentan las caractersticas principales de las configuraciones del brazo manipulador. Cartesiana / Rectilnea El posicionando se hace en el espacio de trabajo con las articulaciones prismticas. Esta configuracin se usa bien cuando un espacio de trabajo es grande y debe cubrirse, o cuando la exactitud consiste en la espera del robot. Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y Z. Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales. Interpolacin, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro. A la trayectoria realizada en lnea recta se le conoce como interpolacin lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolacin por articulacin.

Cilndrica El robot tiene un movimiento de rotacin sobre una base, una articulacin prismtica para la altura, y una prismtica para el radio. Este robot ajusta bien a los espacios de trabajo redondos.Septiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 16/20



Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tres grados de libertad. Este robot est diseado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolacin lineal e interpolacin por articulacin. La interpolacin por articulacin se lleva a cabo por medio de la primera articulacin, ya que sta puede realizar un movimiento rotacional.

Esfrica / Polar Dos juntas de rotacin y una prismtica permiten al robot apuntar en muchas direcciones, y extender la mano a un poco de distancia radial. Los movimientos son: rotacional, angular y lineal. Este robot utiliza la interpolacin por articulacin para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolacin lineal para la extensin y retraccin.

De Brazo articulado / Articulacin esfrica / Articulacin coordinada / Rotacin / Angular El robot usa 3 juntas de rotacin para posicionarse. Generalmente, el volumen de trabajo es esfrico. Estos tipos de robot se parecen al brazo humano, con una cintura, el hombro, el codo, la mueca. Presenta una articulacin con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolacin lineal (para lo cual requiere mover simultneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolacin por articulacin, tanto rotacional como angular.

SCARA Similar al de configuracin cilndrica, pero el radio y la rotacin se obtiene por uno o dos eslabones. Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a susSeptiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 17/20



dos articulaciones rotacionales. El robot de configuracin SCARA tambin puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercera articulacin).

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La robtica en la actualidad En la actualidad, los robots comerciales e industriales son ampliamente utilizados, y realizan tareas de forma ms exacta o ms barata que los humanos. Tambin se les utiliza en trabajos demasiado sucios, peligrosos o tediosos para los humanos. Los robots son muy utilizados en plantas de manufactura, montaje y embalaje, en transporte, en exploraciones en la Tierra y en el espacio, ciruga, armamento, investigacin en laboratorios y en la produccin en masa de bienes industriales o de consumo. Otras aplicaciones incluyen la limpieza de residuos txicos, minera, bsqueda y rescate de personas y localizacin de minas terrestres. Existe una gran esperanza, especialmente en Japn, de que el cuidado del hogar para la poblacin de edad avanzada pueda ser desempeado por robots. Los robots parecen estar abaratndose y reduciendo su tamao, una tendencia relacionada con la miniaturizacin de los componentes electrnicos que se utilizan para controlarlos. Adems, muchos robots son diseados en simuladores mucho antes de construirse y de que interacten con ambientes fsicos reales. Un buen ejemplo de esto es el equipo Spiritual Machine, un equipo de 5 robots desarrollado totalmente en un ambiente virtual para jugar al ftbol en la liga mundial de la F.I.R.A. Adems de los campos mencionados, hay modelos trabajando en el sector educativo, servicios (por ejemplo, en lugar de recepcionistas humanos o vigilancia) y tareas de bsqueda y rescate. Usos mdicos Recientemente, se ha logrado un gran avance en los robots dedicados a la medicina, con dos compaas en particular, Computer Motion e Intuitive Surgical, que han recibido la aprobacin regulatoria en Amrica del Norte, Europa y Asia para que sus robots sean utilizados en procedimientos de ciruga invasiva mnima. Desde la compra de Computer Motion (creador del robot Zeus) por Intuitive Surgical, se han desarrollado ya dos modelos de robot daVinci por esta ltima. En la actualidad, existen ms de 800 robots quirrgicos daVinci en el mundo, con aplicaciones en Urologa, Ginecologa, Ciruga general, Ciruga Peditrica, Ciruga Torcica, CirugaSeptiembre, 2010 Prof. Dr. Hugo A. Banda Gamboa 18/20



Cardaca y ORL. Tambin la automatizacin de laboratorios es un rea en crecimiento. Aqu, los robots son utilizados para transportar muestras biolgicas o qumicas entre instrumentos tales como incubadoras, manejadores de lquidos y lectores. Otros lugares donde los robots estn reemplazando a los humanos son la exploracin del fondo ocenico y exploracin espacial. Para esas tareas se suele recurrir a robots de tipo artrpodo. Modelos de vuelo En fases iniciales de desarrollo hay robots alados experimentales y otros ejemplos que explotan el biomimetismo. Se espera que los as llamados nanomotores y cables inteligentes simplifiquen drsticamente el poder de locomocin, mientras que la estabilizacin en vuelo parece haber sido mejorada substancialmente por giroscopios extremadamente pequeos. Modelos militares Un impulsor muy significativo de este tipo de investigaciones es el desarrollo de equipos de espionaje militar. Destacan tambin el xito de las bombas inteligentes y UCAVs en los conflictos armados, sin olvidar el empleo de sistemas robticos para la retirada de minas antipersonales. El impacto de los robots en el plano laboral Muchas grandes empresas, como Intel, Sony, General Motors, Dell, han implementado en sus lneas de produccin unidades robticas para desempear tareas que por lo general hubiesen desempeado trabajadores de carne y hueso en pocas anteriores. Esto ha causado una agilizacin en los procesos realizados, as como un mayor ahorro de recursos, al disponer de mquinas que pueden desempear las funciones de cierta cantidad de empleados a un costo relativamente menor y con un grado mayor de eficiencia, mejorando notablemente el rendimiento general y las ganancias de la empresa, as como la calidad de los productos ofrecidos. Pero, por otro lado, ha suscitado y mantenido inquietudes entre diversos grupos por su impacto en la tasa de empleos disponibles, as como su repercusin directa en las personas desplazadas. Dicha controversia ha abarcado el aspecto de la seguridad, llamando la atencin de casos como el ocurrido en Jackson, Mchigan, el 21 de julio de 1984 donde un robot aplast a un trabajador contra una barra de proteccin en la que aparentemente fue la primera muerte relacionada con un robot en los EE. UU. Debido a esto se ha llamado la atencin sobre la tica en el diseo y construccin de los robots, as como la necesidad de contar con lineamientos claros de seguridad que garanticen una correcta interaccin entre humanos y mquinas. BIBLIOGRAFA

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http://es.wikipedia.org/wiki/Robot_industrial http://es.wikipedia.org/wiki/Robot 3 http://www.google.com.ec/url?sa=t&source=web&cd=14&ved=0CGsQFjAN&url=http%3A%2F%2Ficaro.eii.us.es %2Fdescargas%2FRobotica%2520Industrial_temas1_2_y_3.ppt&rct=j&q=rob%C3%B3tica %20industrial&ei=FFoRTe71H8T7lwfgw8HfCw&usg=AFQjCNGvvIUEY3wzajiYRcva3Hz0BuhIrw&sig2=VqTrYlHJnHt jqnN_rdN8bw&cad=rja 4 http://www.monografias.com/trabajos10/robap/robap.shtml 5 http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica 6 http://cmapspublic2.ihmc.us/rid=1H2B5THKD-51F5C1-J48/morfologia%20de%20un%20robot.pdf

estado actual de la robÓtica industrial

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