Robots Industriales

Robots Industriales Entre Entre los robot robotss consid consider erado adoss de má máss utilid utilidad ad en la actual actualida idad d se encue encuentr ntran an los robots industriales o manipuladores. Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definición formal de lo que es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japonés y el euroamericano euroamericano de lo que es un robot y lo que es un manipulador. manipulador. !s"# mientras mientras que para para los japonese japonesess un robot robot industrial industrial es cualquier cualquier dispositi$o dispositi$o mecánico dotado de articulaciones mó$iles destinado a la manipulación# el mercado occidental es más restricti$o# exigiendo una mayor complejidad# sobre todo en lo relati$o al control. En segundo lugar# y centrándose ya en el concepto occidental# aunque existe una idea com%n acerca de lo que es un robot industrial# no es fácil ponerse de acuerdo a la hora de determinar una definición formal. !demás# la e$olución de la robótica ha ido obligando a diferentes actuali&aciones de su definición. La definición mas com%nmente aceptada posiblemente sea la de la !sociación de Industrias de Robótica 'RI!# Robotic Industry Association(# seg%n la cual) *+n robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable# capa& de mo$er materias# pie&as# herramientas# o dispositi$os especiales# seg%n trayectorias $ariables# programadas para reali&ar tareas di$ersas* Esta definición# ligeramente modificada# ha sido adoptada por la ,rgani&ación Internacional de Estándares 'I-,( que define al robot industrial como) *anipulador multifuncional reprogramable con $arios grados de libertad# capa& de manipular mate ma teri rias as## pie& pie&as as## herr herram amie ient ntas as o disp dispos osit iti$ i$os os espe especi cial ales es seg% seg%n n tray trayec ecto tori rias as $ari $ariab able less programadas para reali&ar tareas di$ersas* -e incluye en esta definición la necesidad de que el robot tenga $arios grados de libertad. +na definición más completa es la establecida por la !sociación /rancesa de 0ormali&ación '!/0,R(# que define primero el manipulador y# basándose en dicha definición# el robot) Manipulador) mecanismo formado generalmente por elementos en serie# articulados entre s"# destinado al agarre y despla&amiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositi$o lógico. Robot) manipu manipulad lador or automá automátic tico o ser$o ser$oco contr ntrola olado# do# repro reprogra gramab mable# le# poli$ poli$ale alente nte## capa& capa& de posiciona posicionarr y orientar orientar pie&as# pie&as# %tiles %tiles o dispositi dispositi$os $os especiale especiales# s# siguiend siguiendo o trayecto trayectoria ria $ariable $ariabless reprogramables# para la ejecución de tareas $ariadas. 0ormalmente tiene la forma de uno o $ario $arioss bra&os bra&os termin terminado adoss en una una mu1ec mu1eca. a. -u unida unidad d de contro controll incluy incluye e un dispo dispositi siti$o $o de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. entorno. 0ormalmente su uso es el de reali&ar una tarea de manera c"clica# pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.

2or ultimo# la /ederación Internacional de Robótica 'I/R# International Federation of Robotics ( distingue entre robot industrial de manipulación y otros robots) *2or robot industrial de manipulación se entiende una maquina de manipulación automática# reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materias#

pie&as# herramientas o dispositi$os especiales para la ejecución de trabajos di$ersos en las diferentes etapas de la producción industrial# ya sea en una posición fija o en mo$imiento* En esta definición se debe entender que la reprogramabilidad y la multifunción se consiguen sin modificaciones f"sicas del robot. 3om%n en todas las definiciones anteriores es la aceptación del robot industrial como un bra&o mecánico con capacidad de manipulación y que incorpora un control más o menos complejo. +n sistema roboti&ado# en cambio# es un concepto más amplio. Engloba todos aquellos dispositi$os que reali&an tareas de forma automática en sustitución de un ser humano y que pueden incorporar o no a uno o $arios robots# siendo esto ultimo lo mas frecuente.

1. Estructura de los robots industriales +n manipulador robótico consta de una secuencia de elementos estructurales r"gidos# denominados enlaces o eslabones# conectados entre s" mediante juntas o articulaciones# que permiten el mo$imiento relati$o de cada dos eslabones consecuti$os.

Elementos estructurales de un robot industrial

+na articulación puede ser) •

•

a)

Lineal 'desli&ante# traslacional o prismática(# si un eslabón desli&a sobre un eje solidario al eslabón anterior. Rotacional# en caso de que un eslabón gire en torno a un eje solidario al eslabón anterior.

b)

Distintos tipos de articulaciones de un robot: a) lineal, b) rotacionales

El conjunto de eslabones y articulaciones se denomina cadena cinemática. -e dice que una cadena cinemática es abierta si cada eslabón se conecta mediante articulaciones exclusi$amente al anterior y al siguiente# exceptuando el primero# que se suele fijar a un soporte# y el %ltimo# cuyo extremo final queda libre. ! éste se puede conectar un elemento terminal o actuador final: una herramienta especial que permite al robot de uso general reali&ar una aplicación particular# que debe dise1arse espec"ficamente para dicha aplicación) una herramienta de sujeción# de soldadura# de pintura# etc. El punto más significati$o del elemento terminal se denomina punto terminal 'PT(. En el caso de una pin&a# el punto terminal $endr"a a ser el centro de sujeción de la misma.

Punto terminal de un manipulador

Los elementos terminales pueden di$idirse en dos categor"as) •

pinzas ' gripper (

•

erramientas

Las pinzas  se utili&an para tomar un objeto# normalmente la pie&a de trabajo# y sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. 4ay una di$ersidad de métodos de sujeción que pueden utili&arse# además de los métodos mecánicos ob$ios de agarre de la pie&a entre dos o más dedos. Estos métodos suplementarios incluyen el empleo de casquillos de sujeción# imanes# ganchos# y cucharas.

+na erramienta se utili&a como actuador final en aplicaciones en donde se exija al robot reali&ar alguna operación sobre la pie&a de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos# la soldadura por arco# la pintura por pul$eri&ación y las operaciones de taladro. En cada caso# la herramienta particular está unida a la mu1eca del robot para reali&ar la operación.

! los manipuladores robóticos se les suele denominar también brazos de robot  por la analog"a que se puede establecer# en muchos casos# con las extremidades superiores del cuerpo humano.

!eme"anza de un brazo manipulador con la anatom#a umana

-e denomina $rado de libertad '$.d.l.( a cada una de las coordenadas independientes que son necesarias para describir el estado del sistema mecánico del robot 'posición y orientación en el espacio de sus elementos(. 0ormalmente# en cadenas cinemáticas abiertas# cada par eslabón articulación tiene un solo grado de libertad# ya sea de rotación o de traslación. 2ero una articulación podr"a tener dos o más g.d.l. que operan sobre ejes que se cortan entre s".

Distintos $rados de libertad de un brazo de robot

2ara describir y controlar el estado de un bra&o de robot es preciso determinar) •

•

La posición del punto terminal 'o de cualquier otro punto( respecto de un sistema de coordenadas externo y fijo# denominado el sistema mundo. El mo$imiento del bra&o cuando los elementos actuadores aplican sus fuer&as y momentos.

El análisis desde el punto de $ista mecánico de un robot se puede efectuar atendiendo exclusi$amente a sus mo$imientos 'estudio cinemático( o atendiendo además a las fuer&as y momentos que act%an sobre sus partes 'estudio dinámico( debidas a los elementos actuadores y a la carga transportada por el elemento terminal.

%. &onfi$uraciones morfol'$icas ( de los robots industriales

parámetros

caracter#sticos

-eg%n la geometr"a de su estructura mecánica# un manipulador puede ser) •

•

&artesiano# cuyo posicionamiento en el espacio se lle$a a cabo mediante articulaciones lineales. &il#ndrico# con una articulación rotacional sobre una base y articulaciones lineales para el mo$imiento en altura y en radio.

•

Polar# que cuenta con dos articulaciones rotacionales y una lineal.

•

Esfrico *o de brazo articulado) # con tres articulaciones rotacionales.

•

•

Mi+to# que posee $arios tipos de articulaciones# combinaciones de las anteriores. Es destacable la configuración !&R 'Selective Compliance Assembly Robot Arm ( Paralelo# posee bra&os con articulaciones prismáticas o rotacionales concurrentes.

Los principales parámetros que caracteri&an a los robots industriales son)

•

•

•

•

•

-mero de $rados de libertad . Es el n%mero total de grados de libertad de un robot# dado por la suma de g.d.l. de las articulaciones que lo componen. !unque la mayor"a de las aplicaciones industriales requieren 5 g.d.l.# como las de soldadura# mecani&ado y almacenamiento# otras más complejas requieren un n%mero mayor# tal es el caso de las labores de montaje. Espacio de accesibilidad o espacio */olumen) de traba"o . Es el conjunto de puntos del espacio accesibles al punto terminal# que depende de la configuración geométrica del manipulador. +n punto del espacio se dice totalmente accesible si el 26 puede situarse en él en todas las orientaciones que permita la constitución del manipulador y se dice parcialmente accesible si es accesible por el 26 pero no en todas las orientaciones posibles. En la figura inferior se aprecia el $olumen de trabajo de robots de distintas configuraciones. &apacidad de posicionamiento del punto terminal. -e concreta en tres magnitudes fundamentales) resolución espacial# precisión y repetibilidad# que miden el grado de exactitud en la reali&ación de los mo$imientos de un manipulador al reali&ar una tarea programada. &apacidad de car$a. Es el peso que puede transportar el elemento terminal del manipulador. Es una de las caracter"sticas que más se tienen en cuenta en la selección de un robot dependiendo de la tarea a la que se destine. 0elocidad. Es la máxima $elocidad que alcan&an el 26 y las articulaciones.

Configuración geométrica

Estructura cinemática

cartesianos

tipo

tipo pórtico

cantilever

Espacio trabajo

de

Ejemplo

cilíndrico

polar

esférico

SCARA

paralelo

&onfi$uraciones $eomtricas, de robots industriales

estructura

cinemática,

espacio

de

accesibilidad

(

e"emplos

uentes Tecnolo$#as de la 2nformaci'n ( de la &omunicaci'n. 3ap"tulo 5# 2rogramación y control de procesos. 7uan !. !lonso# -antiago 8lanco !.# -antiago 8lanco -.# Roberto escribano# 9"ctor R. :on&ále&# -antiago 2ascual# !mor Rodr"gue&. Editorial Raa ;<<=. &ontrol ( Rob'tica. Tema: undamentos de rob'tica. 3urso pro$incial. 3/IE 9alladolid II. 9"ctor R. :on&ále&. !sesor"a de 6ecnolog"a y /2. ederaci'n internacional de Rob'tica. 2ndustrial Robots. Rob'tica. +ni$ersidad de :uadalajara. éjico.

Imagen proton.uctin$.ud$.m+3materias3robotica3

tomada

de