RESUMEN La robótica es la ciencia de los robots. Esta se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica tiene múltiples aplicaciones como son en la educación, en la industria, en el espacio, en el hogar, en el entretenimiento, entre otras. Los robots son destinados a cada área dependiendo las especificaciones de cada uno. Esta publicación se centra principalmente en la robótica aplicada a la industria, en sus diferentes configuraciones y en la seguridad que se debe aplicar al trabajar con robots industriales.
TABLA DE CONTENIDO CAPITULO 1: INTRODUCCIÒN--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 Definición del Problema------------------------------Problema-----------------------------------------------------------------------------------------------------2 1.2 Objetivo General --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.3 Alcances y Limitaciones ---------------------- ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 1.4 Supuesto de Investigación Investigación ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3 1.5 Producto Final --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 -4 1.6 Contribución y Validación -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 -4 1.7 Importancia y Justificación --------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------4 ------4 1.8 Resultados Esperados ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 1.9 Descripción del d el Contenido ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 ------4 ------------------------------------------------------------------------------------6 ------------6 CAPITULO 2: ROBÒTICA --------------------------------2.1 Automatización-----------------------Automatización-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------6 -------------6 2.1.1 Automatización Fija---------------------------------Fija----------------------------------------------------------------------------------8 ---------8 2.1.2 Automatización Programable------------------------------Programable-----------------------------------------------------------------------8 -8 2.1.3 Automatización Flexible-----------------------------------Flexible----------------------------------------------------------------------------8 -8 2.2 Cibernética--------------------------------Cibernética----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------8 ---------8 2.3 Inteligencia Artificial---------------------------------------Artificial-------------------------------------------------------------------------------------9 ------------9
CAPITULO 3: APLICACIONES DE LA ROBÒTICA------------------------------13 3.1 Aplicación de la Robótica en la Medicina--------------------------------------------1 Medicina--------------------------------------------133 3.1.1 Robots quirúrgicos-----------------------------quirúrgicos--------------------------------------------------------------------------------------------------13 13 3.1.1.1 Diferencias entre la Robótica quirúrgica respecto a la Robótica industrial----------------------------------industrial-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------13 --------13 3.1.1.2 Ventajas de los Robots Quirúrgicos--------------------Quirúrgicos--------------------------------------------------------14 14 3.1.1.3 Modelos en Uso-------------------------------Uso----------------------------------------------------------------------------------14 ---------14 3.1.2 Robots para terapias de rehabilitación-------r ehabilitación-------------------------------------------------------------------------15 -15 3.1.2.1 Problemas a los que se Enfrenta la Tecnología de la Rehabilitación -16 3.2 Aplicación de la Robótica en el Hogar-----------------------------------------------17 Hogar-----------------------------------------------17 3.3 Aplicación de la Robótica en el Entretenimiento-----------E ntretenimiento---------------------------------------------------17 ------17 3.4 Aplicación de la Robótica en la Educación-----------------------------------------Educación------------------------------------------17 17 3.4.1 Robótica Educativa --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------17 ---------17
3.4.2 Aplicación de la Robótica Educativa ----------------------- -----------------------------------------------------------19 --19 3.4.3 Objetivos de la Robótica en el Ámbito Educativo-----------------------------19 Educativo-----------------------------19 3.4.4 Situación de Aprendizaje en Donde se Pudiera Aplicar Eventualmente la Robótica Educativa Ed ucativa (Robots para Armar------------------------------Armar--------------------------------------------------------------19 19 3.5 Aplicación de la Robótica en el Espacio-----------E spacio-----------------------------------------------------------------21 --------------21 3.6 Aplicación de la Robótica en la Industria--------------------------------------------Industria---------------------------------------------21 21 3.6.1 Aplicación del Robot Industrial en Trabajos de Fundición-------------------22 Fundición-------------------22 3.6.2 Aplicación del de l Robot Industrial en la Soldadura------------------------------Soldadura-------------------------------23 23 3.6.3 Aplicación del d el Robot Industrial en Materiales---------------------------------24 Materiales---------------------------------24 3.6.4 Aplicación del Robot Industrial en Adhesivos y Sellantes-------------------25 3.6.5 Aplicación del Robot Industrial en la Alimentación Al imentación de Maquinas----------25 3.6.6 Aplicación del de l Robot Industrial en el Procesado-------------------------Procesado------------------------------27 ----27 3.6.7 Aplicación del Robot Industrial en el Corte de Materiales------------------28 Materiales------------------28 3.6.8 Aplicación del Robot Industrial en el Montaje--------------------------------29 Montaje--------------------------------29 3.6.9 Aplicación del Robot Industrial en la Paletización---------------------------30 Paletización---------------------------30 3.6.10 Aplicación del Robot Industrial en el Control de d e Calidad-----------------31 Calidad-----------------31 3.6.11 Aplicación del Robot Industrial en la Manipulación de Salas Blancas--32
CAPITULO 4: METODOLOGÌA--------------------------------------------------------------------------------------------33 -----------------33 CAPITULO 5: ANÀLISIS DE APLICACIONES DE LA ROBÒTICA INDUSTRIAL ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------34 34 5.1 Robot Industrial--------------------------Industrial----------------------------------------------------------------------------------------------------------34 ---------34 5.2 Clasificación de los Robots Industriales--------------------------------Industriales--------------------------------------------35 -----------35 5.2.1 Clasificación de los Robots Robots Industriales Industriales Según la Asociación de Industrias Industrias Robóticas (RIA) --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 --------------355 5.2.1.1 Robots Manipuladores -----------------------------------------------------------------------------------------------------36 --36 5.2.1.2 Robots de Repetición Repetición o Aprendizaje----------------------------Aprendizaje-------------------------------------36 --------36 5.2.1.3 Robots con Control por Computador-------------------Computador---------------------------------------------------36 36 5.2.1.4 Robots Inteligentes---------------------------Inteligentes------------------------------------------------------------------------3 -------------377 5.2.1.5 Micro-Robots -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 -----------37 5.2.2 Clasificación de los Robots Industriales Según la Asociación Francesa de Robótica Industrial (AFRI) (AF RI) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 --37 5.2.3 Clasificación de los Robots Industriales Industriales según la l a IFR----------------------38 IFR----------------------38
5.2.4 Clasificación de los robots industriales industriales en generaciones---------------------38 generaciones---------------------38 5.2.5 Clasificación de los robots industriales según T. M. Knasel-----------------39 5.3 Tipos T ipos de Configuraciones Configuraciones para Robots Industriales-------------------------------Industriales--------------------------------39 39 5.3.1 Configuración Configuración Cartesiana----------------------------------Cartesiana---------------------------------------------------------------------------40 -40 5.3.2 Configuración Configuración Cilíndrica-----------------------------------Cilíndrica----------------------------------------------------------------------------40 -40 5.3.3 Configuración Configuración Polar------------------------------------Polar--------------------------------------------------------------------------------40 ------40 5.3.4 Configuración Configuración Angular----------------------------------Angular--------------------------------------------------------------------------40 ------40 5.4 Seguridad-------------------------Seguridad--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------41 --------------41 5.4.1 Causas de Accidentes ---------------------------------------------------------------------------------------------------------41 ----------41 5.4.2 Medidas de d e Seguridad------------------------Seguridad-----------------------------------------------------------------------------------------42 42
CAPITULO 6: CONCLUSIONES--------------------------------------------------------------------------------------------------------43 43 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------44 44 REFERENCIAS---------------------------------------
CAPITULO1. INTRODUCCIÒN En la actualidad el termino robot se aplica a todos los ingenios mecánicos, accionados y controlados electrónicamente, capaces de llevar a cabo secuencias simples que permitan realizar operaciones tales como carga y descarga, accionamiento de maquinasherramienta, operaciones de ensamblaje y soldadura, entre otros. El desarrollo de este campo se dirige a la obtención de maquinas capaces de interactuar con el medio en el cual desarrollan su actividad (reconocimiento de formas, toma de decisiones, entre otras). La disciplina encargada del estudio de robots es la robótica, síntesis entre la automática y la computación. La robótica empezó con el estudio y desarrollo de los robots de la llamada primera generación, es decir, incapaces de detectar los estímulos procedentes del entorno y que realizan las funciones con una secuencia predeterminada y fija. Estos robots han dado paso a los que constituyen la llamada segunda generación, que son capaces de desarrollar algún tipo de actividad sensorial, así como al desarrollo de prototipos multisensoriales capaces de interactuar en un grado muy elevado con el entorno (y que forman la llamada tercera generación). La creciente demanda de robots y su constante perfeccionamiento han hecho que cada día se apliquen en mayor medida a los procesos industriales, en sustitución de la mano de obra humana. Dicho proceso, que se inicio hacia 1970, recibe el nombre de robotización y ha dado lugar a la construcción de plantas de montaje (por ejemplo de automóviles) parcial o completamente robotizadas. Este proceso conlleva, según sus detractores, la destrucción masiva de puestos de trabajo, mientras que para sus defensores hace posible la satisfacción de las necesidades de una población en constante aumento y lleva aparejado un considerable incremento de la productividad. Por regla general, se considera que los robots industriales son máquinas manipuladoras independientes, capaces de llevar a cabo operaciones diversas (gracias a una programación adecuada) y que, además, se mueven con un mínimo de tres grados de libertad. Los robots se pueden clasificar en diversos grupos, en función de la actividad que son capaces de desarrollar, de la complejidad de su actuación o de la programación que les permite desarrollar sus tareas. Se diferencian entre los manipuladores simples, los robots secuenciales, los robots de aprendizaje, los de control numérico y los robots inteligentes [1].
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Desde la década de los ochenta ha habido notables progresos en robótica. robótica. Pero una tarea tan simple como la de quitar el polvo de una aspiradora y esquivar convenientemente los obstáculos, no se programa tan fácilmente en un robot. La dificultad es la detección de los obstáculos (que no siempre son los mismos ni están en el mismo sitio) y la maniobra para evitarlos y seguir trabajando con la aspiradora. En comparación, los robots industriales, que realizan operaciones muy precisas y a veces complejas, no plantean tanta dificultad en su diseño y fabricación. La razón es que sus tareas no cambian entre una pieza y la siguiente. Por otro lado, los experimentos realizados para que un robot reconozca objetos y adapte su trayectoria y desplazamiento a ellos tienen gran importancia en el estudio de los planetas más lejanos o inhóspitos de nuestro sistema solar, como ha demostrado la sonda Pathfinder de la NASA con su vehículo de exploración Sojourner (rebautizado como Carl Sagan) [1]. El objetivo de este proyecto es analizar cuáles son las aplicaciones de la robótica para las necesidades humanas en la industria. En esta investigación se tratará de contestar la pregunta ¿Cuáles son los beneficios de la robótica para el mejoramiento de la vida humana en la industria? Este proyecto se llevará a cabo con la finalidad de mostrar información acerca de cómo puede ayudar la robótica al crecimiento de la industria, al mismo tiempo que satisfacera algunas necesidades del ser humano y con ello se observará un crecimiento crecimiento notable en la economía del país. La investigación se presenta en un enfoque deductivo, ya que la información que se presentará es una continuación a todos los descubrimientos que se han ido dando con respecto a la robótica. Se realizarán comparaciones con la información ya dada a conocer en otros artículos, a rtículos, revistas, documentos, etc.
1.1 DEFINICION DEL PROBLEMA La robótica tiene múltiples aplicaciones en cualquier actividad que realice el hombre; para levantar en peso un material y llevarlo a algún lugar en específico, el hombre requiere de una máquina capaz de moverse a lo largo de un espacio delimitado y que pueda llevar el peso del material que se requiera mover; y así de igual manera muchas otras actividades y tareas en las cuales las máquinas le facilitan el trabajo.
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Hay muchas personas que no saben definir lo que es un robot y su utilidad, hay quienes solamente conocen los robots como los que ven en las películas de ciencia cie ncia ficción, y no saben que hoy en día hay robots en cualquier lugar a donde vamos, que son de gran ayuda para la realización de trabajos pesados y que a veces el ser humano no puede satisfacer, y a su vez es necesario dar a conocer al público en general la definición de lo que es un robot, así como sus múltiples aplicaciones y como los pueden identificar y darles el nombre de robot.
1.2 OBJETIVO GENERAL El propósito de esta investigación es analizar las aplicaciones de la robótica en la industria, su arquitectura básica, y sus aplicaciones más comunes. Al finalizar el proyecto, se tendrá una idea más amplia del concepto robot, y podrá diferenciar las características básicas de un robot y clasificar los diferentes tipos de robot existentes en la industria y sus aplicaciones [4].
1.3 ALCANCES Y LIMITACIONES La presente investigación se limitará a recopilar información histórica de la robótica, sus aplicaciones actuales, describir la arquitectura ar quitectura básica de un robot industrial. Se incluirán una lista en la cual se mencionarán menc ionarán algunas compañías que usan robots para la realización de su trabajo. Esta investigación puede servir solo como base para conocer el concepto de robótica, sus aplicaciones; y no para poder desarrollar robots, no es un manual con instrucciones de ensamblado, solo se limita al conocimiento básico en robótica y algunas aplicaciones.
1.4 SUPUESTO DE INVESTIGACIÒN La robótica puede ayudar al hombre a realizar una infinidad de tareas, sin embargo es necesario conocer lo que un robot es capaz de hacer y de esta manera no desaprovechar su ayuda.
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1.5 PRODUCTO FINAL El resultado final de la presente investigación será un documento con el cual se darán a conocer las diferentes aplicaciones de la robótica industrial. No se pretende hacer un manual que contenga los pasos a seguir para crear robots, pero sí se espera obtener una bibliografía que pueda ser la base para conocer más acerca de los robots.
1.6 CONTRIBUCION Y VALIDACION. La presente investigación será capaz de dar una orientación al lector lecto r acerca de lo que la robótica puede ser capaz de crear; el presente pr esente documento ofrecerá información información basada en documentación publicada por fuentes confiables, así como en libros de reconocidos autores.
1.7 IMPORTANCIA Y JUSTIFICACION. La importancia de esta investigación, es el de brindar un concepto de robótica, sus alcances y limitaciones, así como sus múltiples aplicaciones. Esta investigación será de gran ayuda a todo lector que se interese en el mundo de la robótica y desee saber más sobre esta rama.
1.8 RESULTADOS ESPERADOS. Se espera obtener análisis que contenga los conceptos básicos de la robótica, así como una amplia explicación de sus aplicaciones [2].
1.9 DESCRIPCIÒN DEL CONTENIDO Esta pequeña investigación trata de proporcionar al lector una idea mas clara acerca del uso que es le da a los robots. En el capitulo 1 se da una pequeña introducción sobre la robótica, cuando fueron sus comienzos y como ha ido evolucionado. El capitulo 2 trata de explicar explicar que es la robótica y sus diferentes áreas como son la cibernética, la automatización y la inteligencia artificial.
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El capitulo 3 trata de las diferentes aplicaciones que se la da a la robótica como pueden ser a la medicina, la industria, el espacio, la educación, entre otras; se habla también de cómo en cada área de estudio se le da un trato diferente dependiendo las necesidades de cada una de ellas. En el capitulo 4 se da una u na breve descripción descripción de la metodología que se siguió a comenzar la investigación como que tipo de información se ha consultado, que tipo de tiempo se utilizo, entre otros. El capitulo 5 se enfoca principalmente a la robótica industrial, que en si es el punto principal de la investigación, trata de analizar las aplicaciones de la robótica en la industria, así mismo de las diferentes clasificaciones que se le han dado a la robótica, sus configuraciones y muy importante trata de la seguridad, las causas de los accidentes y las medidas de prevención al trabajar con robots. Por ultimo se agrega un capitulo de conclusiones y las referencias bibliográficas de donde se tomo toda la información tratada en esta investigación.
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CAPITULO 2. ROBÒTICA 2.1 AUTOMATIZACIÒN La historia de la automatización industrial está caracterizada por períodos de constantes innovaciones tecnológicas. Esto se debe a que las técnicas de automatización están muy ligadas a los sucesos económicos mundiales. El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los procesos de fabricación y luego se cargaban en el robot. Estas tecnologías conducen a la automatización industrial a otra transición, de alcances aún desconocidos. Aunque el crecimiento del mercado de la industria Robótica ha sido lento en comparación con los primeros años de la década de los 80´s, de acuerdo a algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá. En la actualidad el uso de los robots industriales está concentrado en operaciones muy simples, como tareas repetitivas que no requieren tanta precisión. La Fig. 3.1 refleja el hecho de que en los 80´s las tareas relativamente simples como las máquinas de inspección, transferencia de materiales, pintado automotriz, y soldadura son económicamente viables para ser robotizadas. Los análisis de mercado en cuanto a fabricación predicen que en ésta década y en las posteriores los robots industriales incrementaran su campo de aplicación, esto debido a los avances tecnológicos en sensorica, los cuales permitirán tareas mas sofisticadas como el ensamble de materiales. Como se ha observado la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial se puede definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos basados en computadoras para la operación y control de la producción. En consecuencia la robótica es una forma de d e automatización industrial. Hay tres clases muy amplias de automatización industrial: automatización fija, automatización programable, y automatización flexible [3]. De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más estrechamente con la automatización programable.
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En tiempos más recientes, el control numérico y la telequerica son dos tecnologías importantes en el desarrollo de la robótica. El control numérico (NC) se desarrolló para máquinas herramienta a finales de los años 40 y principios de los 50´s. Como su nombre lo indica, el control numérico implica el control de acciones de una máquinaherramienta por medio de números. Está basado en el trabajo original de Jhon Parsons, que concibió el empleo de tarjetas perforadas, que contienen datos de posiciones, para controlar los ejes de d e una máquina-herramienta. El campo de la telequerica abarca la utilización de un manipulador remoto controlado por un ser humano. A veces denominado teleoperador, el operador remoto es un dispositivo mecánico que traduce los movimientos del operador humano en movimientos correspondientes en una posición remota. A Goertz se le acredita el desarrollo de la telequerica. En 1948 construyó un mecanismo manipulador bilateral maestro-esclavo en el Argonne National Laboratory. El empleo más frecuente de los teleoperadores se encuentra en la manipulación de sustancias radiactivas, o peligrosas para el ser humano. La combinación del control numérico y la telequerica es la base que constituye al robot modelo. Hay dos individuos que merecen el reconocimiento de la confluencia de éstas dos tecnologías y el personal que podía ofrecer en las aplicaciones industriales. El primero fue un inventor británico llamado Cyril Walter Kenward, que solicitó una patente británica para un dispositivo robótico en marzo de 1954 [3]. La segunda persona citada es George C. Devol, inventor americano, al que deben atribuirse dos invenciones que llevaron al desarrollo de los robots hasta nuestros días. La primera invención consistía en un dispositivo para grabar magnéticamente señales eléctricas y reproducirlas para controlar una máquina. La segunda invención se denominaba Transferencia de Artículos A rtículos Programada. Un robot industrial es una máquina programable de uso general que tiene algunas características antropomórficas o ¨humanoides¨. Las características humanoides más típicas de los robots actuales es la de sus brazos móviles, los que se desplazarán por medio de secuencias de movimientos que son programados para la ejecución de tareas de utilidad. La definición oficial de un robot industrial se proporciona por la Robotics Industries Association (RIA), anteriormente el Robotics Institute of América [3].
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"Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para desplazar materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, mediante movimientos variables programados para la ejecución de una diversidad de tareas". Se espera en un futuro no muy lejano que la tecnología en robótica se desplace en una dirección que sea capaz de proporcionar a éstas máquinas capacidades más similares a las humanas [3].
2.1.1 Automatización Fija Se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, otro inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.
2.1.2 Automatización Programable La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción p roducción a obtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variaciones de configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa (Software).
2.1.3 Automatización Flexible La automatización flexible, por su parte, es más adecuada para un rango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre si por sistemas de almacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por una computadora [3].
2.2 CIBERNÈTICA La Cibernética es la ciencia que se ocupa de los sistemas de control y de comunicación en las personas y en las máquinas, estudiando y aprovechando todos sus aspectos y
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mecanismos comunes. El nacimiento de la cibernética se estableció en el año 1942, en la época de un congreso sobre la inhibición cerebral celebrado en Nueva York, del cual surgió la idea de la fecundidad de un intercambio de conocimiento entre fisiólogos y técnicos en mecanismos de control. Cinco años más tarde, Norbert Wiener uno de los principales fundadores de esta ciencia, propuso el nombre de cibernética, derivado de una palabra griega que puede traducirse como piloto, timonel o regulador. Por tanto la palabra cibernética podría significar ciencia de los mandos. Estos mandos son estructuras con elementos especialmente electrónicos y en correlación con los mecanismos que regulan la psicología de los seres vivientes y los sistemas sociales humanos, y a la vez que permiten organización de máquinas capaces de reaccionar y operar con más precisión y rapidez que los seres vivos, ofrecen posibilidades nuevas para penetrar más exactamente las leyes que regulan la vida general y especialmente la del hombre en sus aspectos psicológicos, psicológicos, económicos, sociales etc. [4]. Dentro del campo de la cibernética se incluyen las grandes máquinas calculadoras y toda clase de mecanismos o procesos de autocontrol semejantes y las máquinas que imitan la vida. Conocer bien al hombre es facilitar la elección de las armas necesarias para combatir sus enfermedades. Por tanto, es natural ver una parte de las investigaciones orientarse hacia un mejor conocimiento de los procesos fisiológicos. Ayudándose de la química y de la física es como han podido realizarse grandes progresos. Si quiere proseguir un mejor camino, debe abrirse más al campo de la mecánica y más aun al campo de la electrónica. En este aspecto se abre a la Cibernética. La Cibernética puede ser considerada como una adquisición sumamente aprovechable para la evolución científica. Desde el estudio del comportamiento de la célula nerviosa, la neurona, hasta el del individuo en su conjunto, ofrece un inmenso campo de investigaciones, investigaciones, particularmente a la medicina med icina [4].
2.3 INTELIGENCIA ARTIFICIAL Se define la inteligencia artificial como aquella inteligencia exhibida por artefactos creados por humanos (es decir, artificial). A menudo se aplica hipotéticamente a los computadores. El nombre también se usa para referirse al campo de la investigación científica que intenta acercarse a la creación creac ión de tales sistemas.
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Debido a que la inteligencia artificial tuvo muchos padres no hay un consenso para definir ese concepto, pero podemos decir que la inteligencia artificial se encarga de modelar la inteligencia humana en sistemas computacionales [5]. Puede decirse que la Inteligencia Artificial (IA) es una de las áreas más fascinantes y con más retos de las ciencias de la computación, en su área de ciencias cognoscitivas. Nació como mero estudio filosófico y razonístico de la inteligencia humana, mezclada con la inquietud del hombre de imitar la naturaleza circundante (como volar y nadar), hasta inclusive querer imitarse a sí mismo. Sencillamente, la Inteligencia Artificial busca el imitar la inteligencia humana. Obviamente no lo ha logrado todavía, al menos no completamente. La idea de algo parecido a la inteligencia artificial existe desde hace millones de años. El primer hombre primitivo que tomo conciencia de su propia existencia, y de que era capaz de pensar, seguramente se pregunto como funcionaria su pensamiento y posteriormente llegaría a la idea de un "creador superior". Por lo tanto, la idea de d e que un ser inteligente cree a otro, la idea de un diseño virtual para la inteligencia, es tan remota como la toma de conciencia del ser humano. Los juegos matemáticos antiguos, como el de la torres de Hanoi, demuestran el interés por la búsqueda de un bucle resolutor, una IA capaz de ganar en los mínimos movimientos posibles [5]. En 1903 Lee De Forest inventa el tríodo. Podría decirse que la primera gran maquina inteligente diseñada por el hombre fue el computador ENIAC, compuesto por 18.000 válvulas de vació, teniendo en cuenta que el concepto de "inteligencia" es un termino subjetivo que depende de la inteligencia y la tecnología que tengamos en esa época. Un indígena del amazonas en el siglo 20 podría calificar de inteligente un tocadiscos, cuando en verdad no lo es tanto. ta nto. En 1937, el matemático inglés Alan Mathison Turing publicó un artículo de bastante repercusión sobre los "Números Calculables", que puede considerarse el origen oficial de la Informática Teórica. En este artículo, introdujo la Máquina de Turing, una entidad matemática abstracta que formalizó el concepto de algoritmo y resultó ser la precursora de las computadoras digitales. Con ayuda de su máquina, Turing pudo demostrar que existen problemas irresolubles, de los que ningún ordenador será capaz de obtener su solución, por lo que a Alan Turing se le considera el padre de d e la teoría de la computabilidad. co mputabilidad.
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También se le considera el padre de la Inteligencia Artificial, por su famosa Prueba de Turing, que permitiría comprobar si un programa de ordenador puede ser tan inteligente como un ser humano [5]. En 1951 William Shockley inventa el transistor de unión. El invento del transistor hizo posible una nueva generación de computadoras mucho mucho más rápidas y pequeñas. En 1956, se acuño el término "inteligencia artificial" en Dartmouth durante una conferencia convocada por McCarthy, McCarthy, a la cual cu al asistieron, entre otros, Minsky, Newell y Simon. En esta conferencia se hicieron previsiones triunfalistas a diez año s que jamás se cumplieron, lo que provocó el abandono casi total de las investigaciones durante quince años. En 1980 la historia se repitió con el desafío japonés de la quinta generación, que dio lugar al auge de los lo s sistemas expertos, pero que no alcanzó muchos de sus objetivos, por lo que este campo ha sufrido una nueva detención en los años noventa. En 1987 Martin Fischles y Oscar Firschein describieron los atributos de un agente inteligente. Al intentar describir con un mayor ámbito (no solo la comunicación) los atributos de un agente inteligente, la IA se ha extendido a muchas áreas que han creado ramas de investigación enorme y diferenciada. Podemos entonces decir que la IA incluye características humanas tales como el aprendizaje, la adaptación, el razonamiento, la autocorrección, el mejoramiento implícito, y la percepción modelar del mundo. Así, podemos hablar ya no sólo de un objetivo, sino de muchos dependiendo del punto de vista o utilidad que pueda encontrarse a la IA [5]. Muchos de los investigadores sobre IA sostienen que "la inteligencia es un programa capaz de ser ejecutado independientemente de la máquina que lo ejecute, computador o cerebro". Un robot de charla o chatterbot es un programa de inteligencia artificial que pretende simular una conversación escrita, con la intención de hacerle creer a un humano que está hablando con otra o tra persona. Estos programas informáticos prometen ser el futuro de la inteligencia artificial. En el futuro podremos ver como a estos actuales bots se les unirán las tecnologías del reconocimiento de voz y el de video. El cerebro humano tiene 100.000 millones de neuronas. Un programa de ordenador puede simular unas u nas 10.000 neuronas.
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Si a la capacidad de proceso de un ordenador la sumamos la de otros 9.999.999 ordenadores, tenemos la capacidad de proceso de 10.000.000 ordenadores. Multiplicamos 10.000.000 ordenadores por 10.000 neuronas cada uno y da = 100.000 millones de neuronas simuladas. Un cerebro humano será simulado en el futuro gracias a Internet y cualquiera puede programarlo [5]. Una vez que la inteligencia artificial tenga una inteligencia igual o superior a la del hombre, obligatoriamente surgirá surgirá un cambio político y social, social, en el que la IA tiene todas las de ganar si se da cuenta que no necesita a los humanos para colonizar el universo. Suena a ciencia ficción pero actualmente orbitando están los satélites de comunicaciones con sus procesadores 486. En el futuro, la inteligencia artificial autoreplicante podría fácilmente hacerse con todas las colonias humanas fuera de la tierra, y la raza humana nunca podrá luchar en el espacio vacío en igualdad ddee condiciones. El futuro de una inteligencia superior puede ser la investigación de tecnologías como la teleportaciòn, los viajes estelares y cualquier otra tecnología para aumentar "artificialmente" la inteligencia [5].
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CAPITULO 3. APLICACIONES DE LA ROBÒTICA 3.1 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN LA MEDICINA La robótica aplicada a la medicina puede tener tener muchos usos por por lo que en este este documento hemos decidido hacer una clasificación en diferentes campos [6].
3.1.1 Robots Quirúrgicos La robótica médica pretende compatibilizar el cirujano con el robot para mejorar los procedimientos quirúrgicos. quirúrgicos. Es una herramienta más, pero es inteligente, ya que trata de compensar las deficiencias y limitaciones que pueda tener el cirujano para realizar ciertas actuaciones. De este modo, se hace posible la implantación de algunas técnicas de cirugía mìnimamente invasiva gracias a la utilización de ayudas de soportes robotizados, consiguiendo minimizar la herida, reducir el tiempo de intervención y el de posterior recuperación. El robot puede ayudar a la percepción; además, memoriza una posición o hace la función de una regla o accede a un punto determinado con gran precisión. Ayudas de este estilo suponen la diferencia en que algunas intervenciones se realicen o no. Los equipos desarrollados en la División de Robótica y Visión del Departamento de Robótica pueden ser desde un brazo mecánico convencional hasta elementos de medida, como sensores que miden fuerza o visualizan la información de un modo más claro que como lo hace una cámara de televisión convencional. convencional. El robot funciona bien y es inteligente i nteligente cuando tiene sensores que le permiten ver, sentir, detectar fuerzas o medirlas. En ese momento, cuando estas tecnologías ayudan al cirujano dando información que, si no, no posee, se puede decir d ecir que son útiles [7].
3.1.1.1 Diferencias entre la Robótica quirúrgica respecto a la Robótica industrial La robótica quirúrgica posee peculiaridades que la diferencian de la robótica industrial. El software es muy diferente; mientras que en la industria se programa a un robot para que esté sólo y realice una acción repetidas veces, en la robótica quirúrgica el robot está interaccionando con el cirujano. "Aquí es necesario compaginar el trabajo de uno y de otro".
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Las primeras experiencias en telemedicina y telecirugía datan de los inicios de los noventa. Fueron experiencias en Milán y en Los Ángeles que unían, además de las técnicas de robotización, otras relacionadas con la comunicación y el retraso en la transmisión de las señales a distancia. También se han dedicado esfuerzos al campo de d e la rehabilitación en disminuidos físicos y en personas mayores. "La idea es disponer de ayudas, como un brazo adicional al que se le puedan dar órdenes para que realice operaciones. En principio, son tareas relativamente simples que te ayudan a la vida co tidiana". tidiana". El elemento más sensible a la hora de aplicar la robótica en cirugía es conseguir que el facultativo sienta lo que está realizando el robot, que sus manos sean las de la máquina, lograr que ambos actúen como uno sólo. En este sentido se están utilizando sensores que detectan el esfuerzo que está realizando el instrumental en el paciente; esta señal se transmite a un elemento que efectúa la presión proporcional en la mano del cirujano [7].
3.1.1.2 Ventajas de los Robots quirúrgicos Las personas operadas por robots se han beneficiado en varios aspectos. No sólo la intervención es realizada con mucha más precisión sino que la recuperación es mucho más acelerada. El uso del robot elimina los temblores humanos, es capaz de entrar a zonas inasequibles para los médicos y daña menos tejido sano en los alrededores de la región afectada. Además, el uso de los robots reduce la estadía en el hospital, disminuye el trauma operativo, beneficia el impacto cosmético de la intervención y atenúa el tiempo de recuperación. Hasta el momento, los robots médicos sólo pueden operar a niños de más de 20 libras pero los científicos esperan que en menos de cinco años, el uso y la evolución de la robótica, incremente su uso en todos los niveles [7].
3.1.1.3 Modelos en Uso En la actualidad, varios tipos de modelos robóticos están siendo utilizados por la medicina. Algunas operaciones de este tipo han permitido que el cirujano realice la intervención a larga distancia. En una ocasión, el paciente se encontraba en Londres y el médico ordenaba los brazos del robot desde una cabina en Manhattan, Nueva York. Yor k.
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Por otro lado, tres diseños metálicos: el Pathfinder, el Da Vinci y el RCM-PAKY, han operado exitosamente a decenas de pacientes en el mundo. El primero se especializa en neurocirugías, específicamente específicamente en la localización y la extirpación de tumores en la materia gris, difíciles de alcanzar con la mano humana. Por otro lado, el Da Vinci, con un costo de un millón de dólares, es un robot que se especializa en cirugías cardiacas y elimina la necesidad de algunas operaciones a corazón abierto. Por último, RCM-PAKY es un robot que ha sido usado en más de treinta pacientes para eliminar piedras de los riñones [7].
3.1.2 Robots para Terapias de Rehabilitación El sistema Lokomat esta diseñado para enseñar a caminar de nuevo a un paciente con lesiones en la médula espinal. El robot provee "adiestramiento para andar" enseñando a la médula espinal y cerebro del paciente, con información sensorial, a señalizar al cuerpo cómo volver a caminar. Un arnés sostiene el peso del cuerpo del paciente sobre una gran máquina caminadora. Las piernas y caderas son sujetadas con correas al exoesqueleto robótico de la máquina, la cual simula un movimiento fluido de caminar. Un computador registra las medidas precisas del movimiento y las traza en una gráfica, lo cual se muestra en tiempo real en un monitor cercano y permite a los pacientes p acientes y terapeutas llevar registro del progreso. Durante tratamientos convencionales, los pacientes son sostenidos por un arnés sobre una máquina caminadora, pero el terapista debe mover las caderas y piernas del paciente manualmente. El procedimiento es extremadamente fatigador para el paciente y el terapista, y la parálisis espástica del paciente a menudo no puede ser superada para lograr el adiestramiento. El robot no solo provee parámetros de entrenamientos específicos y consistentes y la potencia necesaria, sino también puede cuantificar las respuestas del paciente, dejando libre al terapeuta para hacer ajustes continuos en el robot y mejorar los pasos del paciente. Además observaciones apoyan la teoría de que el entrenamiento locomotor en la máquina caminadora conduce a la reorganización en la médula espinal y el cerebro [8].
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3.1.2.1 Problemas a los que se Enfrenta la Tecnología de Rehabilitación Los proyectos en Tecnología de la Rehabilitación tienen características propias que pueden hacer fracasar iniciativas que, siendo interesantes desde el punto de vista tecnológico, ignoran los aspectos de usuario. Los puntos que suelen generar las mayores dificultades son:
Detección de las necesidades de usuario. La aparición de determinados avances
tecnológicos suele sugerir a los investigadores una serie de beneficios que las personas con discapacidad podrían sacar de su aplicación. Basándose en estas apreciaciones, en ocasiones se organizan costosos proyectos de investigación cuyos resultados son luego rechazados por los usuarios porque no satisfacen sus necesidades reales. Un proy pro yecto en esta área exige realizar un estudio previo de necesidades de usuario, usando una metodología de estudio y detección seria y rigurosa.
Evaluación de los resultados. A menudo la evaluación de los dispositivos finales se
realiza demasiado tarde, y al usuario no le queda más remedio que aceptarlos como son. Para evitarlo, los proyectos deben desarrollar prototipos intermedios para que sean evaluados por usuarios reales en una fase en la que sus críticas y sugerencias puedan ser incluidas en el diseño final.
Aspectos éticos y sociales. El investigador no puede ser ajeno a las consecuencias
éticas y a los efectos sociales de la solución tecnológica que propone. La tecnología "invasiva", los sistemas que coartan la libertad de decisión del usuario, los sistemas que monitorizan y vigilan sus movimientos, deben ser limitados a lo estrictamente necesario.
Uso de tecnología económica. Las personas con discapacidad no suelen tener
capacidad económica como para adquirir equipamiento muy sofisticado. Incluso en los países en que este tipo de ayudas recaen en los servicios de asistencia social, el precio máximo de los sistemas resultantes condiciona fuertemente el éxito de los proyectos. proyectos.
Uso de tecnología proporcionada al problema. La tecnología demasiado sofisticada es
difícil de utilizar. Como regla básica, no deben "tecnificarse" aquellos problemas que pueden ser resueltos sin tecnología, o con dispositivos más sencillos [8].
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3.2 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN EL HOGAR La aplicación más antigua es en el hogar. Los electrodomésticos, como hoy los conocemos, forman parte del mundo de la robótica, y aunque parezca increíble, éstos son robots domésticos. No se requiere de una gran programación previa, ni de mecanismos súper complejos para poder caracterizar a un robot doméstico, puesto que este es su fin: facilitar las labores domésticos, y por consiguiente ocupar el menor espacio posible para poder realizar las tareas. Uno de los primeros robots domésticos fue la estufa, ya sea de leña o de gas; le siguen el refrigerador, el lavatrastes, el horno de microondas, el horno eléctrico y así muchos más electrodomésticos que pasan desapercibidos por la mayoría de nosotros, y no nos damos cuenta de que también son considerados como robots, robots electrodomésticos [9].
3.3 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN EL ENTRETENIMIENTO La robótica ha invadido la mayoría de nuestras actividades cotidianas, muestra de ello, es la robótica en los medios de esparcimiento, y como ejemplo podemos citar al fabuloso parque de diversiones Disneylandia. En este parque de diversiones se pueden encontrar una gran variedad de aplicaciones de la robótica, desde pájaros cantores, elefantes en movimiento, cocodrilos, osos, hasta simuladores de vuelo, androides, submarinos, etc. Como se puede ver, la robótica puede ser utilizada en casi cualquier actividad que el ser humano realice, y puede ser de gran utilidad. Nos damos cuenta de que la robótica empieza a ser parte de nuestras vidas cotidianas, así como lo empezaron algunas de las actividades que actualmente realizamos todos los días [9].
3.4 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN LA EDUCACIÒN 3.4.1 Robótica Educativa La robótica educativa, coadyuva en el desarrollo e implantación de una nueva cultura tecnológica, mediante la generación de entornos de aprendizaje basados 17
fundamentalmente en la actividad de los estudiantes; además permite el entendimiento, mejoramiento y desarrollo de las tecnologías, contribuyen contribu yendo do todo ello al desarrollo de la creatividad y el pensamiento de los educandos. Con la robótica educativa los alumnos podrán concebir, desarrollar y poner en práctica diferentes robots educativos, que les permitirán resolver ciertos problemas y les facilitarán al mismo tiempo, ciertos aprendizajes [11]. Por medio de la robótica educativa, se pueden crear las condiciones de apropiación de conocimientos y admitir su transferencia en diferentes campos del conocimiento (matemáticas, ciencias naturales y experimentales, tecnología y ciencias de la información y la comunicación, entre otras). Como se mencionó en el apartado de robótica pedagógica, la construcción de un robot educativo requiere del conocimiento de diversas áreas, entre ellas, mecánica, electricidad, electrónica e informática. Entre la principales ventajas que la robótica educativa ofrece, es integrar distintas áreas del conocimiento en un proyecto, en donde la construcción misma de un robot educativo, es un excelente pretexto para lograr esta integración desde el punto de vista cognitivo y tecnológico. Con todo lo que integra la construcción co nstrucción de un robot educativo, los estudiantes adquieren habilidades generales y nociones científicas, involucrándose en un proceso de resolución de problemas, con el fin de desarrollar en ellos, un pensamiento sistémico, estructurado, lógico y formal, además de que el estudiante se demuestra así mismo, que puede construir sus propias representaciones y conceptos de la ciencia y de la tecnología, mediante la utilización, manipulación y control de ambientes de aprendizajes robotizados, a través de la solución de problemas concretos, volviéndose el aprendizaje significativo para ellos. Para que el desarrollo de situaciones de aprendizaje con robótica educativa se lleve a cabo, se requiere realizar algunas consideraciones, entre ellas que:
Los objetivos de aprendizaje no sean enunciados a priori.
El material sea dado para ser manipulado y observado por el estudiante.
Se realice la construcción y adquisición de conceptos, por medio de la manipulación y
la exploración que el estudiante va a d irigir y a centrar sus percepciones y observaciones [11].
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3.4.2 Aplicaciones de la Robótica Educativa La aplicación de la robótica en la educación, ed ucación, puede clasificarse como:
Objeto de estudio en sí misma. La Robótica definida como "educación para la
robótica", es decir, definida como objeto de estudio y dominio, ya sea para fines industriales, científicos, exploratorios, etc.
Programas educacionales, que emplean la simulación de control de robots como
medio de enseñanza.
Recurso en el ámbito educativo (educativo o pedagógico). La robótica para la
educación definida como medio para estimular el acercamiento personalizado, el estudio e investigación, la construcción e invención de y con los materiales y conceptos de las "ciencias" y "tecnologías" que convergen en ella.
Uso de robots que están en conjunción con el lenguaje LOGO para enseñar ciencias
computacionales. LOGO fue creado con la intención de proporcionar al estudiante un medio natural y divertido en el aprendizaje de las matemáticas.
Uso de los robots en los salones de clases, lo cual se realiza por medio de una serie de
manipuladores de bajo costo, robots móviles, y sistemas completos que han sido desarrollados para su utilización en los laboratorios educacionales [11].
3.4.3 Objetivos de la Robótica en el Ámbito Educativo Los principales objetivos de la robótica como recurso educativo o pedagógico son:
El desarrollo del pensamiento.
El desarrollo del conocimiento.
La adopción de criterios de diseño y evaluación de las construcciones.
La valoración de sí mismos como constructores e inventores en este contexto.
La comprensión y valoración del aporte de la tecnología en el mundo, a través de una
comprensión más íntima y más personal de la misma [11].
3.4.4 Situación de Aprendizaje Aprendizaje en Donde se Pudiera Aplicar Eventualmente la Robótica Educativa (Robots para Armar) La robótica educativa se basa en el diseño y construcción de robots, para promover en los estudiantes el desarrollo del razonamiento mecánico, de la inteligencia lógicamatemática y del trabajo colaborativo; co laborativo; asimismo, asimismo, es una u na aplicación de la tecnología que 1
permitirá la creación de ambientes de aprendizaje que dejen desarrollar la socialización del conocimiento. Pretender introducir robótica en el ámbito escolar, es trabajar con las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) de una manera que se desarrolle y emplee material tecnológico y además material humanista del alumno (creatividad, análisis, iniciativa propia, etc.). La robótica educativa, intenta que la robótica sea una herramienta motivadora que permita la integración del uso de la tecnología en cualquiera de las áreas curriculares para el desarrollo de aprendizaje significativo en el alumno. El proceso de construcción de robots reales, ayuda al estudiante a comprender conceptos relacionados con sistemas dinámicos, lo cual es hecho mediante procesos de construcción, con el objetivo de obtener el comportamiento deseado, el estudiante modifica la “mente” y el cu cuerpo erpo del organismo artificial [11]. Una situación de aprendizaje en donde se pueda p ueda aplicar la robótica educativa, es aquella aqu ella en la cual la actividades a realizar por el robot sean para los seres humanos repetitivas, tediosas, peligrosas o de construcción del conocimiento. Cabe destacar que en todos los casos de diseño y construcción de un robot siempre existirá un aprendizaje significativo. Un ejemplo común de robots que se han diseñado, es el robot doméstico para la limpieza del suelo, el cual dispone de dos ruedas motrices colocadas en el eje central del robot y de un sistema de detección de colisiones mediante sensores de ultrasonidos. El proyecto es una continuación de los prototipos realizados por el Grupo de Robótica de la Universidad de Lleida. Los robots de limpieza domésticos, deben ser totalmente autónomos. Para realizar la limpieza las técnicas más utilizadas son la aspiración y el cepillado del suelo. La navegación entre obstáculos se realiza detectando mecánicamente las colisiones con los objetos o utilizando sensores para evitar dichas colisiones. Otro ejemplo, es la construcción de poblaciones de organismos artificiales que simulan comportamientos de animales y ayudan al estudiante a diferenciar entre comportamientos observados a nivel individual (nivel microscópico) y a nivel de población (macroscópico). Un ejemplo más de un robot es el Guía Robótico, que es una combinación de componentes electrónicos de alta tecnología y una base móvil, que ayuda a los discapacitados visuales en áreas concurridas como tiendas de víveres, centros comerciales y aeropuertos [11]. 20
3.5 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN EL ESPACIO Una de las aplicaciones muchos más aprovechadas de la robótica, y que qu e el hombre se ha seguido maravillando, es la telerobótica en el espacio extraterrestre. La organización más importante dentro de este aspecto, y que ha marcado un rumbo muy avanzado en cuanto a tecnologías e investigaciones, es la NASA (National Aeronautics and Space Administration). El Programa de Telerobótica Espacial de la NASA, esta diseñado para desarrollar capacidades de la telerobótica para la movilidad y manipulación a distancia, uniendo la robótica y las teleoperaciones y creando nuevas tecnologías en telerobótica. Los requerimientos de tecnología de la robótica espacial pueden ser caracterizados por la necesidad del control manual y automático, tareas no repetitivas, tiempo de espera entre el operador y el manipulador, manipuladores flexibles con dinámicas complejas, nueva locomoción, operaciones en el espacio, y la habilidad para recuperarse de eventos imprevistos. El Programa de Telerobótica Espacial consiste en un amplio rango de tareas de investigaciones básicas científicas para el desarrollo de aplicaciones para resolver problemas de operación específicos. El programa centra sus esfuerzos en tres áreas en especial: ensamblaje y servicio en órbita, cuidar los gastos científicos, y robots en la superficie del planeta. Para poderse aplicar correctamente las áreas dentro de su materia, el programa se encarga del desarrollo del robot completo, de sus componentes, y de la correcta creación e implantación del sistema para que los robots puedan cubrir las necesidades por completo. Su principal aplicación es el poder proveer la tecnología para las aplicaciones de la telerobótica espacial con suficiente confianza por parte de los diseñadores para que futuras misiones espaciales puedan aplicar la tecnología con toda confianza [10].
3.6 APLICACIONES DE LA ROBÒTICA EN LA INDUSTRIA La implantación de un robot industrial en un determinado proceso exige un detallado estudio previo del proceso en cuestión, examinando las ventajas e inconvenientes que conlleva la introducción del robot. Será preciso siempre estar dispuesto a admitir
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cambios en el desarrollo del proceso primitivo (modificaciones en el diseño de piezas, sustitución de unos sistemas por otros, etc.) que faciliten y hagan viable la aplicación del robot. Las principales aplicaciones de los robots industriales son:
Trabajos en fundición
Soldadura
Aplicación de materiales
Aplicación de sellantes y adhesivos ad hesivos
Alimentación de máquinas
Procesado
Corte
Montaje
Paletización
Control de calidad
Manipulación en salas blancas
En cuanto al tipo de d e robot a utilizar, habrá que considerar aspectos de diversa índole como espacio de trabajo, velocidad de carga, capacidad de d e control, coste, etc. [12].
3.6.1 Aplicación del Robot Industrial en Trabajos de fundición La fundición por inyección fue el primer proceso robotizado (1960). En este proceso el material usado, en estado líquido, es inyectado a presión en el molde. Este último está formado por dos mitades que se mantienen unidas durante la inyección del metal mediante la presión ejercida por dos cilindros. La pieza solidificada se extrae del molde y se enfría para su posterior desbardado. El molde, una vez limpio de residuos de restos de metal y adecuadamente adecuadamente lubricado, puede ser usado de nuevo. El robot se usa en:
La fundición de las piezas del molde y transporte de éstas a un lugar de enfriado y
posteriormente a otro proceso (desbar (d esbardado, dado, corte, etc.).
La limpieza y mantenimiento de los moldes, eliminando rebabas (por aplicación de
aire comprimido) y aplicando el lubricante.
La colocación de piezas en el interior de los moldes (embutidos).
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Las cargas manejadas por los robots en estas tareas suelen ser medias o altas (del orden de decenas de kilogramos), no se necesita una gran precisión y su campo de acción ha de ser grande. Su estructura más frecuente es la polar y la articular y su sistema de control es por lo general sencillo [12].
3.6.2 Aplicación del Robot Industrial en La soldadura La industria automovilística ha sido la gran impulsora de la robótica industrial, empleando la mayor parte de los robots instalados hoy día. La tarea robotizada más frecuente dentro de la fabricación de automóviles ha sido, sin duda alguna, la soldadura de carrocerías. En este proceso, dos piezas metálicas se unen en un punto para la fusión conjunta de ambas partes, denominándose a este tipo de soldadura por puntos. Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica elevada y a baja tensión a través de dos electrodos enfrentados entre los que se sitúan las piezas a unir. Los electrodos instalados en una pinza de soldadora, deben sujetar las piezas con una presión determinada (de lo que depende la precisión de la soldadura). Además deben ser controlados los niveles de tensión e intensidad necesarios, así como el tiempo de aplicación. Todo ello exige el empleo de un sistema de control del proceso de soldadura. La robotización de la soldadura por puntos admite dos soluciones: el robot transporta la pieza presentando ésta a los electrodos que están fijos, o bien, el robot transporta la pinza de soldadura posicionando los electrodos en el punto exacto de la pieza en la que se desea realizar la soldadura. El optar por uno u otro método depende del tamaño, peso y manejabilidad de las piezas. En las grandes líneas de soldadura de carrocerías de automóviles, éstas pasan secuencialmente por varios robots dispuestos frecuentemente formando un pasillo; los robots, de una manera coordinada, posicionan las piezas de soldadura realizando varios puntos consecutivamente. consecutivamente. La gran demanda de robots para la tarea de soldadura por puntos ha originado que los fabricantes desarrollen robots especiales para esta aplicación que integran en su sistema de programación el control de la pinza de soldadura que portan en su extremo. Los robots de soldadura por puntos precisan capacidad de cargas del orden de los 50100 Kg. y estructura articular, con suficientes grados de libertad (5 o 6) para posicionar y orientar la pinza de soldadura (o pieza según el caso) en lugares de difícil acceso [12].
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3.6.3 Aplicación del Robot Industrial en Materiales El acabado de superficies por recubrimiento de un cierto material (pintura, esmalte, partículas de metal, etc.) con fines decorativos o de protección, es una parte crítica en muchos procesos de fabricación. fabricación. Tanto en la pintura como en el metalizado, esmaltado o arenado, la problemática a resolver es similar, siendo la primera la que cuenta con mayor difusión. Su empleo esta generalizado en la fabricación de automóviles, electrodomésticos, muebles, etc. En estos procedimientos se cubre una superficie (de forma tridimensional y en general complicada) con una mezcla de aire y material pulverizada mediante una pistola. Es preciso conseguir una perfecta homogeneidad en el reparto de la pintura, realizándose para ello un control de la viscosidad, de la distancia entre las piezas y la pistola, de la velocidad de movimiento de ésta, del número de pasadas etc. Todos estos parámetros son tradicionalmente controlados por el operario. Por otra parte el entorno en el que se realiza la pintura es sumamente desagradable y peligroso. En él se tiene simultáneamente un reducido espacio, una atmósfera tóxica, un alto nivel de ruido y un riesgo de incendio. Estas circunstancias han hecho de la pintura y operaciones afines, un proceso de interesante robotización. Con el empleo del robot se eliminan los inconvenientes ambientales y se gana en cuanto a homogeneidad en la calidad del acabado, ahorro de pintura y productividad. Normalmente los robots de pintura son específicos para este fin. Suelen ser robots articulares, ligeros, con 6 o más grados de libertad que les permiten proyectar pintura en todos los huecos de la pieza. Cuentan con protecciones especiales para defenderse de las partículas en suspensión dentro de la cabina de pintura y sus posibles consecuencias (explosiones, incendio, incendio, deterioro mecánico). Este mismo motivo origina que, en muchos casos, el accionamiento de los robots de pintura sea hidráulico o, de ser eléctrico, que los cables vayan por el interior de conductos a sobrepresión, evitándose así, el riesgo de explosión [12]. Tal vez la característica fundamental de los robots dedicados a estas tareas sea su método de programación. Obviamente, es preciso que cuenten con un control de trayectoria continua, pues no basta con especificar el punto inicial y final de sus movimientos, si no también la trayectoria. El método normal de programación es el de 24
aprendizaje con un muestreo continuo de la trayectoria. El operario realiza una vez el proceso de pintura con el propio robot, mientras que la unidad de programación registra continuamente, y de manera automática, gran cantidad de puntos para su posterior repetición [12].
3.6.4 Aplicación del Robot Industrial en Adhesivos y Sellantes Los robots son frecuentemente utilizados para la aplicación de cordones de material sellante o adhesivos en la industria del automóvil sellante de ventanas y parabrisas, material anticorrosión en los bajos del coche, etc.). En este proceso el material a aplicar se encuentra en forma líquida o pastosa en un tanque, siendo bombeada hasta la pistola de aplicación que porta el robot, que regula el caudal de material que es proyectado. proyectado. El robot, siguiendo la trayectoria programada, proyecta la sustancia que se solidifica al contacto con el aire. En este proceso, tan importante como el control preciso de la trayectoria del robot es el control sincronizado de su velocidad y del caudal de material suministrado por la pistola, puesto que la cantidad de material proyectado en un punto de la pieza depende de ambos factores. Es habitual una disposición del robot suspendido sobre la pieza, siendo necesario, por los motivos antes expuestos, que el robot tenga capacidad de control de trayectoria continua (posición y velocidad regulados con precisión), así como capacidad de integrar en su propia unidad de control la regulación del caudal de material aportado en concordancia concordancia con la velocidad del movimiento [12].
3.6.5 Aplicación del Robot Industrial en la Alimentación de Máquinas La alimentación de máquinas especializadas es otra tarea de manipulación de posible robotización. La peligrosidad y monotonía de las operaciones de carga y descarga de máquinas como prensas, estampadoras, hornos o la posibilidad de usar un mismo robot para transferir una pieza a través de diferentes máquinas de procesado, ha conseguido que gran número de empresas hayan introducido robots en sus talleres. En la industria metalúrgica se usan prensas para conformar los metales en frío o, para mediante estampación y embutido, obtener piezas de complicadas formas a partir de planchas de metal. En ocasiones la misma pieza pasa consecutivamente por varias 25
prensas hasta conseguir su forma definitiva. La carga y descarga de estas máquinas se realiza tradicionalmente a mano, con el elevado riesgo que esto conlleva para el operario, al que una pequeña distracción puede costarle un serio accidente. Estas circunstancias, junto con la superior precisión de posicionamiento que puede conseguir el robot, y la capacidad de éste de controlar automáticamente el funcionamiento de la máquina y dispositivos auxiliares, han hecho que el robot sea una solución ventajosa para estos procesos. Por otra parte, los robots usados en estas tareas son, por lo general, de baja complejidad, precisión media, número reducido de grados de libertad y de control sencillo, bastando en ocasiones con manipuladores secuenciales. Su campo de acción interesa que sea grande. En cuanto a la carga, varía mucho, pudiéndose necesitar robots con capacidad de carga de pocos kilogramos, kilogramos, hasta de algunos cientos (existen (existen robots capaces de manipular hasta tonelada y media). Las estructuras más frecuentemente utilizadas son la cilíndrica, esférica y articular. También la cartesiana puede aportar en ocasiones la solución más adecuada. Atención especial merece la aplicación del robot en células flexibles de mecanizado, que han adquirido gran auge en los últimos años. Éstas emplean centros de mecanizado o varias máquinas de control numérico para conseguir complejos y distintos mecanizados sobre una pieza y dar a ésta la forma programada. La capacidad de programación de estas máquinas permite una producción flexible de piezas adaptándose así perfectamente a las necesidades del mercado actual. Estas máquinas emplean diferentes herramientas que se acoplan a un cabezal común de manera automática cuando el proceso de mecanizado lo precisa. Las herramientas a usar en el proceso concreto son almacenadas en tambores automáticos que permiten un rápido intercambio intercambio de la herramienta [12]. El robot es el complemento ideal de estas máquinas. Sus tareas pueden comenzar con la recogida de la pieza del sistema de transporte encargado de evacuarlas o para llevarla a otra máquina. Asimismo, el robot puede ocuparse de cargar el alimentador automático de herramientas de la máquina, reponiendo herramientas gastadas o seleccionando las adecuadas para la producción de una determinada pieza. En las células de multiproceso el mismo robot alimenta a varias máquinas o centros de mecanizado. Una misma pieza, transportada por el robot, puede ir pasando de una máquina a otra, incluyendo controles metrológicos de calidad u otras tareas de calibración. 26
La sincronización de toda la célula (alimentadores, centros de mecanizado, robots, etc.) puede ser realizada por la propia unidad de control del robot que cuenta, por lo general, con gran potencia de cálculo y capacidad de manejo de entradas y salidas. En ocasiones estas células cuentan con sistemas multi-robot, que trabajan de manera secuencial con la pieza. Hasta la fecha no existen apenas realizaciones practicas de cooperación de robots de manera coordinada. Las características de los robots para estas tareas de alimentación de máquinas herramientas son por lo general similares a las necesarias para la alimentación de otras máquinas. Las únicas discrepancias estriban en su mayor precisión y capacidad de carga inferior (algunas decenas de kilogramos) [12].
3.6.6 Aplicación del Robot Industrial en el Procesado Dentro del procesado se incluyen operaciones en las que el robot se enfrenta a piezas y herramientas (transportando una u otra) para conseguir, en general, una modificación en la forma de la pieza. p ieza. El desbardado consiste en la eliminación de rebabas de la pieza de metal o plástico, procedentes de un proceso anterior (fundición, estampación, etc.). Esta operación se realiza manualmente con una esmeriladora o fresa, dependiendo la herramienta de las características del material a desbardar. Un robot dedicado al desbardado porta la herramienta o la pieza, según la aplicación, haciendo entrar ambas en contacto. La herramienta debe seguir el contorno de la pieza, que en muchas ocasiones es complejo, con elevada precisión en su posicionamiento y velocidad. Por este motivo se precisan robots con capacidad de control de trayectoria continua y buenas características de precisión y control de velocidad. Además, puesto que las rebabas con que vienen las piezas presentan formas irregulares, conviene que el robot posea capacidad para adaptarse a éstas mediante el empleo de sensores o el desarrollo
de
un
elemento
terminal
del
robot
auto
adaptable.
Parecida al desbardado, en cuanto a necesidades, es la aplicación de pulido, cambiando básicamente la herramienta a emplear. Las necesidades de precisión y de empleo de sensores son tal vez en este caso menos exigentes [12].
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3.6.7 Aplicación del Robot Industrial en el Corte de Materiales El corte de materiales mediante el robot es una aplicación reciente que cuenta con notable interés. La capacidad de reprogramación del robot y su integración en un sistema, hacen que aquél sea el elemento ideal para transportar la herramienta de corte sobre la pieza, realizando con precisión un programa de corte definido previamente desde un sistema de diseño asistido por computador (CAD). Los métodos de corte no mecánico más empleados son oxicorte, plasma, láser y chorro de agua, dependiendo de la naturaleza del material a cortar. En todos ellos el robot transporta la boquilla por la que se emite el material de corte, proyectando éste sobre la pieza al tiempo que sigue una trayectoria determinada. Las piezas a cortar pueden disponerse en varias capas, unas encima de otras, realizándose el corte simultáneo de todas ellas (método de corte de patrones en la industria textil). Si bien el oxicortante y el corte por plasma son tecnologías muy extendidas, y consecuentemente consecuentemente bien conocidas, no ocurre lo mismo en el corte por láser y por po r chorro de agua, de más reciente aparición. La disposición típica del robot en el corte por chorro de agua es el robot suspendido trabajando sobre las piezas fundamentalmente en dirección vertical. El robot porta una boquilla de pequeño diámetro (normalmente de 0.1mm.) por la que sale un chorro de agua, en ocasiones con alguna sustancia abrasiva, a una velocidad del orden de 900 m/s, y a una presión del orden de 4000 kg/cm². El sistema completo precisa de bomba, intensificador, reguladores de presión y electro válvulas. El corte por chorro de agua puede aplicarse a materiales como alimentos, fibra de vidrio, PVC, mármol, madera, goma espuma, neopreno, yeso, tela, cartón, e incluso a metales como aluminio, acero y titanio. En estos casos se añade al agua una sustancia abrasiva. Las principales ventajas del corte por chorro de agua frente a otros sistemas son:
No provoca aumento de temperatura en el material
No es contaminante contaminante
No provoca cambios de color
No altera las propiedades de los materiales
El coste de mantenimiento es bajo
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Los robots empleados requieren control de trayectoria continua y elevada precisión. Su campo de acción varía con el tamaño de las piezas a cortar siendo, en general, de envergadura media (de 1 a 3 metros de radio). En este sentido, como se ha comentado, con mucha frecuencia se dispone al robot suspendido boca abajo sobre la pieza [12].
3.6.8 Aplicación del Robot Industrial en el Montaje Las operaciones de montaje, por la gran precisión y habilidad que normalmente exigen, presentan grandes dificultades para su automatización flexible. Sin embargo, el hecho de que estas operaciones representen una buena parte de los costes totales del producto, ha propiciado las investigaciones y desarrollos en esta área, consiguiéndose importantes avances. Muchos procesos de ensamblado se han automatizado empleando máquinas especiales que funcionan con gran precisión y rapidez. Sin embargo, el mercado actual precisa de sistemas muy flexibles, que permitan introducir frecuentes modificaciones en los productos con unos costes mínimos. Por este motivo el robot industrial se ha convertido en muchos casos en la solución ideal para la automatización del ensamblaje. En particular, el robot resuelve correctamente muchas aplicaciones de ensamblado de piezas pequeñas en conjuntos mecánicos o eléctricos. Para ello el robot precisa de una serie de elementos auxiliares cuyo coste es similar o superior al del propio robot. Entre éstos cabe destacar a los alimentadores (tambores vibradores, por ejemplo), posicionadores y los posibles sensores que usa el robot para ayudarse en su tarea (esfuerzos, visión, tacto, etc.). Estos sensores son indispensables en muchos casos debido a las estrechas tolerancias con que se trabaja en el ensamblaje y a los inevitables errores, aunque sean muy pequeños, en el posicionamiento de las piezas que entran a tomar parte de él. Los robots empleados en el ensamblaje requieren, en cualquier caso, una gran precisión y repetibilidad, no siendo siendo preciso que manejen grandes cargas. El tipo SCARA ha alcanzado gran popularidad en este tipo de tareas por su bajo coste y buenas características. Éstas se consiguen por su adaptabilidad selectiva, presentando facilidad para desviarse, por una fuerza externa, en el plano horizontal y una gran rigidez para hacerlo en el eje vertical. 2
También se usan con frecuencia robots cartesianos por su elevada precisión y, en general, los robots articulares que pueden resolver muchas de estas aplicaciones con suficiente efectividad. La dificultad inherente de este tipo de tareas obliga, en casi todos los casos, a facilitarlas con un adecuado rediseño de las partes que componen el conjunto a ensamblar. De este modo, conjuntos cuyo ensamblaje automatizado sería inabordable con su diseño inicial, pueden ser montados de una manera competitiva mediante el empleo de d e robots [12].
3.6.9 Aplicación del Robot Industrial en la Paletización La paletización es un proceso básicamente de manipulación, consistente en disponer piezas sobre una plataforma o bandeja (palet). Las piezas en un palet ocupan normalmente posiciones predeterminadas, procurando asegurar la estabilidad, facilitar su manipulación y optimizar su extensión. Los palets son transportados por diferentes sistemas (cintas transportadoras, carretillas, etc.) llevando su carga de piezas, bien a lo largo del proceso de fabricación, bien hasta el almacén almacé n o punto de expedición. Dependiendo de la aplicación concreta, un palet puede p uede transportar piezas idénticas (para almacenamiento por lotes por ejemplo), conjuntos de piezas diferentes, pero siempre los mismos subconjuntos procedentes de ensamblados) o cargas de piezas diferentes y de composición aleatoria (formación de pedidos en un almacén de distribución). Existen diferentes tipos de máquinas específicas para realizar operaciones de paletizado. Éstas frente al robot, presentan ventajas en cuanto cu anto a velocidad y coste, sin embargo, son rígidas en cuanto a su funcionamiento, siendo incapaces de modificar su tarea de carga y descarga [12]. Así pues, los robots realizan con ventaja aplicaciones de paletización en las que la forma, número o características generales de los productos a manipular, cambian con relativa frecuencia. En estos casos, un u n programa de control adecuado permite resolver la operación de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot, aprovechando la capacidad del palet o atendiendo a cualquier otro imperativo. Generalmente, las tareas de paletización implican el manejo de grandes cargas, de peso y dimensiones elevadas. Por este motivo, los robots empleados en este tipo de aplicaciones acostumbran a ser robots de gran tamaño, con una capacidad de carga de 10 a 100 kg. No obstante, se pueden encontrar aplicaciones de paletización de pequeñas piezas, en las que un robot con una capacidad de carga de 5 kg es suficiente. 30
Las denominadas tareas de pick and place, aunque en general con características diferentes al paletizado, guardan estrecha relación con este. La misión de un robot trabajando en un proceso de pick and place consiste en recoger piezas de un lugar y depositarlas en otro. La complejidad de este proceso puede ser muy variable, desde el caso más sencillo en el que el robot recoge y deja las piezas en una posición prefijada, hasta aquellas aplicaciones en las que qu e el robot precisa de d e sensores externos, como visión artificial o tacto, para determinar la posición de recogida y colocación de las piezas. Al contrario que en las operaciones de paletizado, las tareas de picking suelen realizarse con piezas pequeñas (peso inferior a 5Kg) necesitándose velocidad y precisión. Un ejemplo típico de aplicación de robot al paletizado sería la formación de palets de cajas de productos alimenticios procedentes de una línea de empaquetado. En estos casos, cajas de diferentes productos llegan aleatoriamente al campo de acción del robot. Ahí son identificadas bien por una célula de carga, por alguna de sus dimensiones, dimensiones, o por un código de barras. Conocida la identidad de la caja, el robot procede a recogerla y a colocarla en uno de los diferentes palets que, de manera simultanea, se están formando. El propio robot gestiona las líneas de alimentación de las cajas y de palets, a la vez que toma las decisiones necesarias para situar la caja en el palet con la posición y orientación adecuadas de una manera flexible. El robot podrá ir equipado con una serie de ventosas de vació y su capacidad de carga estaría entorno a los 50kg [12].
3.6.10 Aplicación del Robot Industrial en el Control de Calidad La tendencia a conseguir una completa automatización de la producción abarca todas las etapas de ésta, inclusive el control de la calidad. El robot industrial puede participar en esta tarea usando su capacidad de posicionamiento y manipulación. Así, transportando en su extremo un palpador, puede realizar el control dimensional de piezas ya fabricadas. Para ello el robot toca con el palpador varios puntos claves de la pieza. A partir del conocimiento que en todo instante tiene la unidad de control del robot de la posición y orientación de su extremo, se obtienen los datos relativos a la posición espacial de los puntos determinados de la pieza. Estos datos son utilizados ut ilizados para registrar posibles desviaciones sobre los valores deseados. Otras posibles aplicaciones del robot en el control de calidad consisten en utilizar a éste para transportar el instrumental de medida (ultrasonidos, rayos X, etc.) a puntos 31
concretos de la pieza a examinar. La situación de posibles defectos detectados puede registrarse y almacenarse a partir, como antes, de la propia unidad de control de robot. Por ultimo, el robot puede usarse como mero manipulador encargado de clasificar piezas según ciertos criterios de calidad (piezas (p iezas correctas e incorrectas, por ejemplo). En este caso, el control y decisión de a que familia pertenece la pieza se hace mediante un sistema específico, capaz de comunicarse con el robot (visión artificial). No existe, en este caso, un tipo concreto de robot más adecuado para estas tareas. En el control dimensional suelen usarse robots cartesianos por la precisión de estos pero, en general, son igualmente validos robots articulares ar ticulares [12].
3.6.11 Aplicación del Robot Industrial en la Manipulación en Salas Blancas Ciertos procesos de manipulación deben ser realizados en ambientes extremadamente limpios y controlados. En ellos, la actividad del operador se ve dificultada no por el trabajo en sí, que no tiene por que ser especialmente complejo o delicado, sino por la necesidad de mantener elevadas medidas de control de impurezas mediante el uso de trajes especiales y controles rigurosos. Las denominadas salas blancas de la industria de los semiconductores o las de fabricación de algunos productos farmacéuticos, son ejemplos típicos. La utilización de un robot para estas funciones se realiza introduciendo éste de manera permanente en una cabina. El robot debe cumplir la normativa correspondiente al entorno siendo, por lo demás, válido cualquier robot comercial, normalmente de seis grados de libertad y alcance inferior a un metro. De este modo se consigue, entre otros beneficios, una reducción del riesgo de contaminación, una mayor homogeneidad en la calidad del producto y una reducción en el coste de la fabricación [12].
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CAPITULO 4. METODOLOGÌA El enfoque de esta investigación es deductivo y la filosofía de d e la investigación será positivismo. La estrategia de esta investigación investigación es teórica con un horizonte de tiempo transversal transversal y método de recolección de datos secundarios como: Encuestas o Entrevistas. Esta investigación será de tipo documental ya que para p ara la información que contenga será de consultas consultas de documentos. do cumentos. Estos tipos de documentos pueden ser revistas, libros, tesis, conferencias, periódicos, Internet, manuales y documentos de especialistas. especialistas. La velocidad de esta investigación depende de la información que se recopile de los documentos e investigaciones correspondientes. correspondientes.
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CAPITULO 5. ANALISIS DE APLICACIONES DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL El campo de la robótica industrial puede definirse como el estudio, diseño y uso de robots para la ejecución de procesos industriales. Más formalmente, el estándar ISO define un robot industrial como un manipulador programable en tres o más ejes multipropósito, controlado automáticamente y reprogramable [16].
5.1 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, fácilmente programable para cumplir operaciones diversas con varios grados de libertad y destinado a sustituir la actividad física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas, desagradables o peligrosas. El RIA Robot Institute of America define al Robot como "Un manipulador multifuncional reprogramable, diseñado para mover materiales, partes, herramientas o dispositivos especializados a través de movimientos variables programados para la performance de una variedad de d e labores". Estas definiciones indudablemente no abarcan todas las posibilidades de aplicación presente y futuras de los Robots y en opinión de quienes escriben, el Robot es para la producción, lo que el computador es para el procesamiento de datos. Es decir, una nueva y revolucionaria concepción del sistema productivo cuyos alcances recién comienzan a percibirse en los países altamente industrializados. Realmente, los Robots no incorporan nada nuevo a la tecnología 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 puño, su radio de acción queda determinado por un sector circular en el espacio donde este alcanza a actuar. Cuando las partes o piezas a manipular son idénticas entre sí y se presentan en la misma posición, los movimientos destinados a reubicar o montar partes se efectúan mediante dispositivos articulados que a menudo finalizan con pinzas. La sucesión de los movimientos se ordena en función del fin que se persigue, siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a los diversos movimientos. Puede presentarse el caso en el que las piezas o partes a ser manipuladas 34
no se presenten en posiciones prefijadas, en este caso el robot robo t deberá poder reconocer la posición de la pieza y actuar u orientarse para operar sobre ella en forma correcta, es decir se lo deberá proveer de un sistema de control adaptativo [13]. Si bien no existen reglas acerca de la forma que debe tener un robot industrial, la tecnología incorporada a él está perfectamente establecida y en algunos casos esta procede de las aplicadas a las máquinas-herramientas. Los desplazamientos rectilíneos y giratorios son neumáticos, hidráulicos o eléctricos. Como es sabido, los sistemas neumáticos no proveen movimientos precisos debido a la compresibilidad del aire y en ellos deben emplearse topes positivos para el posicionamiento, lo que implica la utilización de dispositivos de desaceleración. Los Robots Neumáticos poseen una alta velocidad de operación manipulando elementos de reducido peso. Los accionamientos hidráulicos proporcionan elevadas fuerzas, excelente control de la velocidad y posicionamiento exacto. En cuanto a los sistemas eléctricos se utilizan motores de corriente continúa o motores paso a paso. Estos dos tipos de Robots quedan reservados a la manipulación de elementos más pesados o los procesos de trayectorias complejas como las tareas de soldadura por punto o continúa [13].
5.2 CLASIFICACION DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES La maquinaria para la automatización rígida dio paso al robot con el desarrollo de controladores rápidos, basados en el microprocesador, así como un u n empleo de servos en bucle cerrado, que permiten establecer con exactitud la posición real de los elementos del robot y establecer el error con la posición deseada [14].
5.2.1 Clasificación de los los Robots Industriales Según la Asociación de Industrias Robóticas (RIA) La Asociación de Industrias Robóticas establece que un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas [14].
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5.2.1.1 Robots Manipuladores Son sistemas mecánicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes siguientes modos:
Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador. ma nipulador.
De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajo
preparado previam p reviamente. ente.
De secuencia variable: Se pueden alterar algunas características de los ciclos de
trabajo. Existen muchas operaciones básicas que pueden ser realizadas óptimamente mediante manipuladores, por lo que se debe considerar seriamente el empleo de estos dispositivos, cuando las funciones de trabajo sean sencillas y repetitivas [14].
5.2.1.2 Robots de Repetición o Aprendizaje Son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimientos, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, o bien, de joystics, o bien utiliza un maniquí, o a veces, desplaza directamente la mano del robot. Los robots de aprendizaje son los mas conocidos, hoy día, en los ambientes industriales y el tipo t ipo de programación que incorporan, recibe el nombre de "gestual" [14].
5.2.1.3 Robots con Control por Computador Son manipuladores o sistemas mecánicos multifuncionales, controlados por un computador, que habitualmente suele ser un microordenador. En este tipo de robots, el programador no necesita mover realmente el elemento de la maquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computador dispone de un lenguaje específico, compuesto por varias instrucciones adaptadas al robot, con las que se puede confeccionar un programa de aplicación utilizando solo el terminal del computador, no el brazo. A esta programación se le denomina textual y se crea sin la intervención del manipulador.
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Las grandes ventajas que ofrecen este tipo de robots, hacen que se vayan imponiendo en el mercado rápidamente, lo que exige la preparación urgente de personal cualificado, capaz de desarrollar programas similares a los de tipo informático [14].
5.2.1.4 Robots Inteligentes Son similares a los del grupo anterior, pero, además, son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores y tomar decisiones en tiempo real (auto programable). De momento, son muy poco conocidos en el mercado y se encuentran en fase experimental, en la que se esfuerzan los grupos investigadores por potenciarles y hacerles más efectivos, al mismo tiempo que más asequibles. asequibles. La visión artificial, el sonido de maquina y la inteligencia artificial, son las ciencias que más están estudiando para su aplicación en los robots inteligentes [14].
5.2.1.5 Micro-Robots Con fines educacionales, de entretenimiento o investigación, existen numerosos robots de formación o micro-robots a un precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de aplicación industrial [14].
5.2.2 Clasificación de los Robots Industriales Según la Asociación Francesa de Robótica Industrial (AFRI) La Asociación Francesa de Robótica Industria distingue 4 tipos de robots industriales como son: tipo A, tipo B, tipo C y tipo D. Tipo A: manipulador con control manual o telemando. Tipo B: manipulador automático con ciclos preajustados; regulación mediante fines de carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico. hidráulico. Tipo C: robot programable con trayectoria continua o punto a punto. pu nto. Carece de conocimientos sobre su entorno.
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Tipo D: robot capaz de adquirir ad quirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de estos [14].
5.2.3 Clasificación de los Robots Industriales según la IFR La IFR distingue cuatro tipos de robots: 1. 2. 3. 4.
Robot secuencial. Robot de trayectoria tra yectoria controlable. controlable. Robot adaptativo. Robot tele manipulado [14].
5.2.4 Clasificación de los robots industriales en generaciones
Primera Generación: Dispositivos que actúan como "esclavo" mecánico de un
hombre, quien provee mediante su intervención directa el control de los órganos de movimiento. Esta transmisión tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las extremidades superiores del hombre, caso típico manipulación de materiales radiactivos, rad iactivos, obtención de muestras submarinas, etc. [13].
Segunda Generación: El dispositivo actúa automáticamente sin intervención 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 lógicas combinatorias, secuenciales, programadores paso a paso, neumáticos o Controladores Lógicos Programables. Un aspecto muy importante está constituido por la facilidad de rápida reprogramación que convierte a estos Robots en unidades "versátiles" cuyo campo de aplicación no sólo se encuentra en la manipulación de materiales sino en todo los procesos de manufactura, como por ejemplo: en el estampado en frío y en caliente asistiendo a las máquinas-herramientas para la carga y descarga de piezas. En la inyección de termoplásticos y metales no ferrosos, en los procesos de soldadura a punto y continúa en tareas de pintado y reemplazando con ventaja algunas operaciones de máquinas convencionales [13].
Tercera Generación: Son dispositivos que habiendo sido construidos para alcanzar
determinados objetivos serán 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 interacción con el ambiente y los
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objetos. Las mínimas 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 métodos de identificación empleados hacen referencia a la imagen óptica por ser esta el lenguaje humano en la observación de los objetos, sin embargo no puede asegurarse que la que es natural para el hombre, constituye la mejor solución para el robot [13].
5.2.5 Clasificación de los robots industriales según T. M. Knasel T. M. Knasel clasifica los robots robo ts en 1 (1982), 2 (1984), 3 (1989), 4 (2000) y 5 (2010). Generación 1 (1982): es llamado Pick & Place es controlado por medio de fines de carrera y aprendizaje, no tiene ningún grado de movilidad y se usa frecuentemente en manipulación y servicio de maquinas. Generación 2 (1984): es llamado Servo, es controlado por medio de servocontrol, trayectoria continua y programación condicional; se mueve a través de desplazamiento por vía y se usa frecuentemente en soldadura y pintura. Generación 3 (1989): es llamado Ensamblado, se controla a través de servos de precisión, visión y tacto; es guiado por vía y se usa frecuentemente en ensamblado y desbardado. Generación 4 (2000): es llamado Móvil y es controlado por medio de sensores inteligentes; tiene movimiento a través de patas y ruedas y se usa frecuentemente en construcción y mantenimiento. Generación 5 (2010): son llamados robots especiales, son controlados con técnicas de IA, su grado de movilidad es andante y saltarín y se usan frecuentemente en ramas militares y espaciales [14].
5.3 TIPOS DE CONFIGURACIONES PARA ROBOTS INDUSTRIALES Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física qu e se le ha dado al brazo del robot. El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clásicas: la cartesiana, la cilíndrica, la polar y la angular [13].
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5.3.1 Configuración Cartesiana 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. Interpolación, 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 línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación [13].
5.3.2 Configuración Cilíndrica Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tres grados de libertad. El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación. La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primera articulación, ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional ro tacional [13].
5.3.3 Configuración Polar Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal. Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción [13].
5.3.4 Configuración Angular Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolación por articulación, tanto rotacional como angular [13].
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5.4 SEGURIDAD El tema de seguridad y prevención de accidentes en los sistemas robotizados, suele tratarse de manera marginal en casi todos los textos y demás fuentes de información que sobre robots industriales existen. Sin embargo este es un aspecto crítico durante el desarrollo y explotación de una célula robotizada. Las consideraciones sobre la seguridad del sistema robotizado cobran especial importancia fundamentalmente por dos razones. En primer lugar, por el motivo intrínseco de que el robot, como se considerara mas adelante, posee mayor índice de riesgo a un accidente de otra maquina de características similares. En segundo lugar, por un aspecto de aceptación social del robot dentro de la fabrica, aceptación difícil por lo general hoy en día. La realidad, sin embargo, es que el numero de accidentes ocasionados por los robots industriales no es ni mucho menos alarmante, existiendo e xistiendo pocos datos al respecto, siendo pocos los países de cuentan con suficiente información al respecto [15].
5.4.1 Causas de Accidentes Los tipos de accidentes causados por robots industriales, además de los ocasionados por causas tradicionales (electrocución al instalar o reparar el equipo, quemaduras, etc.), son debidos a:
Colisión entre robots y hombre
Aplastamiento al quedar atrapado el hombre y algún elemento fijo
Proyección de de una pieza de material (metal fundido, corrosivo) corrosivo) Transportada por el
robot. Establecidos los tipos principales de accidentes, es preciso localizar cuales son las causas que los origina. Los accidentes provocados por los robots industriales se deben normalmente a:
Un mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware, sistemas de
potencia).
Acceso indebido de personal a la zona de trabajo trab ajo del robot.
Errores humanos de los operarios en las etapas de mantenimiento, programaci pro gramación, ón, etc.
Roturas de partes mecánicas por corrección o fatiga.
Liberación de energía almacenada (eléctrica, hidráulica, potencial, etc.).
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Sobrecarga Sobrecarga del d el robot (manejo de cargas excesivas). excesivas).
Medio ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de agua, etc.) [15].
5.4.2 Medidas de Seguridad Es importante considerar que según estudios realizados por el instituto de Investigaciones de Seguridad en el Trabajo de Tokio, Tokio, el 90% de los accidentes accidentes ocurren durante las operaciones de mantenimiento, mantenimiento, ajuste, aju ste, programación, etc., mientras que solo el 10% ocurre durante el funcionamiento normal de la línea. En este sentido, se ha desarrollado la normativa europea EN 775, adoptada en España como norma UNE-EN 775 de titulo "Robot manipuladores. Seguridad", que además de proporcionarles a los diseñadores y fabricantes fabricantes un marco de trabajo que les ayude ayude a producir maquinas seguras en su utilización, presenta una estrategia de trabajo para el desarrollo y selección de medidas de seguridad. Esta estrategia comprende las siguientes consideraciones:
Determinación de los limites del d el sistema
Identificación y descripción de todos aquellos peligros que pueda generar la maquina
durante la fase de trabajo.
Definición del riesgo que produzca p roduzca el accidente.
Comprobar que las medidas de seguridad seguridad son adecuadas [15].
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CAPITULO 6. CONCLUSIONES La robótica se ha caracterizado por el desarrollo de sistemas cada vez más flexibles, versátiles y polivalentes, mediante la utilización de nuevas estructuras mecánicas y de nuevos métodos de control y percepción. Un robot industrial es una máquina programable de propósito general que posee ciertas características antropomórficas. El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos. Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de cuerpo, brazo, muñeca y efector final o gripper. Otros elementos son el controlador, los mecanismos de entrada y salida de datos y los dispositivos especiales. La robótica abre una nueva y decisiva etapa en el actual proceso de mecanización y automatización creciente de los procesos de producción. Consiste esencialmente en la sustitución de máquinas o sistemas automáticos au tomáticos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos de uso general, dotados de varios grados de libertad en sus movimientos y capaces de adaptarse a la automatización de un número muy variado de procesos y operaciones.
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