Resumen
¿Qué sería de la
producción masiva sin robots? Por supuesto que la
industria podría vivir sin ellos, pero a cambio de una
enorme cantidad de operarios para alcanzar los niveles de
fabricación oportunos. Eso sin entrar a valorar la
reducción de la siniestralidad laboral, la flexibilidad y
la altísima calidad que posibilita la
robotización.
Este documento trata de dar un enfoque
más claro sobre el tema de la robótica industrial y
su amplio desarrollo con el pasar del tiempo.
Se presenta además las previsibles
líneas futuras del desarrollo de la robótica, en el
mundo, con dos objetivos principales: conocer la
utilización del robot en operaciones de manufactura y de
servicios; y analizar las tendencias sobre la arquitectura de los
robots, el comportamiento dinámico, la integración
sensorial y la programación.
Es indiscutible que si en algún
lugar los robots son prácticamente indispensables, es en
el sector de la industria manufacturera en serie, y es por ello
que este artículo está destinado a estudiar los
robots en la industria.
Palabras Clave:
Producción en serie, robot, automatización,
programación
Abstract
What would be of the massive production without robots?
Certainly through that the industry might live without them, but
in exchange for an immense insole of operatives to reach the
opportune levels of manufacture. It without beginning to value
the reduction of the work accident rate, the flexibility and the
highest quality that the robotization makes possible. This
document tries to give a clearer approach on the topic of the
industrial robotics and his wide development across the
time.
One presents in addition the predictable future lines of
the development of the robotics, in the world, with two principal
aims: to know the utilization of the robot in operations of
manufacture and of services; and to analyze the trends on the
architecture of the robots, the dynamic behavior, the sensory
integration and the programming.
It is indisputable that if in some place the robots are
practically indispensable, it is in the sector of the
manufacturing industry in series, and is for it that this article
is destined to study the robots in the industry.
Keywords: Serial production, robot,
automation, programming.
Introducción
El campo de
la robótica industrial puede definirse como
el estudio, diseño y uso de robots para la
ejecución de procesos industriales.
La primera compañía en producir un robot
fue Unimation (Universal Automation), fundada por Devol y Joseph
F. Engelberger en 1956, y se basa en las patentes originales de
Devol.
Los robots de Unimation también fueron llamados
máquinas de transferencia programables, ya que su
principal uso en un principio era para transferir objetos de un
punto a otro, a menos de tres metros o menos de distancia. Ellos
utilizan actuadores hidráulicos y fueron programados en
conjuntos de coordenadas, es decir, los ángulos de las
distintas articulaciones se almacenaron durante una fase de
enseñanza y reproducidos en funcionamiento. [1]
Entre los robots considerados de más utilidad en
la actualidad se encuentran los robots industriales o
manipuladores. Existen ciertas dificultades a la hora de
establecer una definición formal de lo que es un robot
industrial.
La definición más aceptada posiblemente
sea la de la Asociación de Industrias de Robótica
(RIA, Robotic Industry Association), según
la cual:
"Un robot industrial es un manipulador
multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas,
herramientas, o dispositivos especiales, según
trayectorias variables, programadas para realizar diversos
trabajos".
Una definición más formal puede ser la
siguiente, enunciada por (IFR, International Federation
of Robotics):
"Por robot industrial de manipulación se entiende
una máquina de manipulación automática,
reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que
pueden posicionar y orientar materiales, piezas, herramientas o
dispositivos especiales para la ejecución de trabajos
diversos en las diferentes etapas de la producción
industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento".
[3]
Los puntos fuertes de los robots para el ámbito
industrial y sus empresas son múltiples.
Se destacan cuatro características acerca de los
robots industriales.
Productividad.
La utilización de robots en operaciones de
soldadura, manipulación de productos, pintura, ensamblado,
almacenaje, control de calidad, etc. reduce significativamente el
tiempo necesario para completar unitariamente cualquiera de estas
tareas. Las consecuencias, lógicamente, son un aumento de
la productividad y una disminución de los
costes.
Flexibilidad.
Los sistemas robotizados actuales son flexibles, es
decir, se adaptan a la fabricación de una familia de
productos sin la necesidad de modificar o parar la cadena de
producción.
Calidad.
Por un lado, la repetitividad de las tareas que llevan a
cabo los robots industriales y el control de la productividad
aseguran un alto nivel de calidad del producto final. Y por otro,
existen robots que se utilizan para medir la calidad de dicho
artículo terminado a través de sistemas
mecánicos (palpadores) u ópticos
(láser).
Seguridad Laboral.
Los robots pasan a encargarse de actividades que pueden
suponer un peligro para los operarios, tales como soldadura,
pintura, manipulado de sustancias peligrosas o de materiales a
altas temperaturas, etc., lo que disminuye los accidentes
laborales.
Estudio de los Robots
Industriales
2.1 Estructura.
Un manipulador robótico consta de una secuencia
de elementos estructurales rígidos, denominados enlaces
o eslabones, conectados entre sí mediante
juntas o articulaciones, que permiten el movimiento relativo
de cada dos eslabones consecutivos. [5]
Figura 1. Estructura
de un Robot Industrial
Una articulación puede ser:
Lineal (deslizante, traslacional o
prismática), si un eslabón desliza sobre un eje
solidario al eslabón anterior.Figura 2.
Articulación linealRotacional, en caso de que un
eslabón gire en torno a un eje solidario al
eslabón anterior.Figura 3.
Articulación RotacionalEl conjunto de eslabones y articulaciones se
denomina cadena cinemática. Se dice que una
cadena cinemática es abierta si cada
eslabón se conecta mediante articulaciones
exclusivamente al anterior y al siguiente, exceptuando el
primero, que se suele fijar a un soporte, y el
último, cuyo extremo final queda libre. A
éste se puede conectar un elemento
terminal o actuador final: una herramienta
especial que permite al robot de uso general realizar una
aplicación particular, que debe diseñarse
específicamente para dicha aplicación: una
herramienta de sujeción, de soldadura, de pintura,
etc. El punto más significativo del elemento
terminal se denomina punto terminal (PT). En el
caso de una pinza, el punto terminal vendría a ser
el centro de sujeción de la misma.Figura 4.
Punto terminal de un robotA los manipuladores robóticos se les
suele denominar también brazos de
robot por la analogía que se puede
establecer, en muchos casos, con las extremidades
superiores del cuerpo humano.Figura 5.
Analogía entre manipuladores robóticos
con las extremidades superiores del cuerpo
humano.El robot posee los denominados grados de
libertad, que se los denomina 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). [11] [12]Figura 6.
Grados de libertad de un robot.2.2 Control del Robot
Industrial.Para describir y controlar el estado de un brazo
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 movimiento del brazo cuando los elementos
actuadores aplican sus fuerzas y momentos.
El análisis desde el punto de vista
mecánico de un robot se puede efectuar atendiendo
exclusivamente a sus movimientos (estudio
cinemático) o atendiendo además a las
fuerzas y momentos que actúan sobre sus partes
(estudio dinámico) debidas a los elementos
actuadores y a la carga transportada por el elemento
terminal. [15] [16]2.3 Parámetros característicos
de los robots industriales.Número de grados de libertad.
Es el número total de grados de libertad de un
robot, dado por la suma de g.d.l. de las
articulaciones que lo componen. Aunque la
mayoría de las aplicaciones industriales
requieren 6 g.d.l., como las de soldadura, mecanizado
y almacenamiento, otras más complejas
requieren un número mayor, tal es el caso de
las labores de montaje.Espacio de accesibilidad o espacio
(volumen) de trabajo. Es el conjunto de puntos
del espacio accesibles al punto terminal, que depende
de la configuración geométrica del
manipulador. Un punto del espacio se dice totalmente
accesible si el PT puede situarse en él en
todas las orientaciones que permita la
constitución del manipulador y se dice
parcialmente accesible si es accesible por el punto
terminal pero no en todas las orientaciones posibles.
En la figura inferior se aprecia el volumen de
trabajo de robots de distintas
configuraciones.Capacidad de posicionamiento del punto
terminal. Se concreta en tres magnitudes
fundamentales: resolución espacial,
precisión y repetitividad, que miden el grado
de exactitud en la realización de los
movimientos de un manipulador al realizar una tarea
programada.Capacidad de carga. Es el peso que
puede transportar el elemento terminal del
manipulador. Es una de las características que
más se tienen en cuenta en la selección
de un robot dependiendo de la tarea a la que se
destine.Velocidad. Es la máxima
velocidad que alcanzan el punto terminal y las
articulaciones. [18][19][20]Figura 7.
Robot Industrial2.4 Clasificación de
los Robots Industriales.Los robots industriales componen una gran
gama de tamaños y configuraciones. La
configuración hace referencia a la forma
física que le ha sido dada a los brazos.
Podemos encontrar las siguientes
configuraciones.2.4.1 Robot Cartesiano
Este tipo de robot
utiliza tres dispositivos
deslizantes
perpendiculares entre sí, para generar
movimientos de acuerdo a los tres ejes
cartesianos X, Y y Z.2.4.2 Robot
CilíndricoSe basa en una columna vertical que gira
sobre la base. También tiene dos dispositivos
deslizantes que pueden generar movimientos sobre los
ejes Z e Y.2.3.3 Robot esférico o
polarUtiliza un brazo telescópico que
puede bascular en torno a un eje horizontal. Este eje
telescópico está montado sobre una base
giratoria. Las articulaciones proporcionan al robot
la capacidad de desplazar el brazo en una zona
esférica.2.4.4 Robot de brazo
articulado.Se trata de una columna que gira sobre la
base. El brazo contiene una articulación, pero
sólo puede realizar movimientos en un plano.
En el extremo del brazo contiene un eje deslizante
que se desplaza en el eje Z.2.4.5 Robot
antropomórficoEstá constituido por dos componentes
rectos que simulan el brazo
o antebrazo humano, sobre una
columna giratoria.
Estos antebrazos están conectados
mediante articulaciones que se asemejan
al hombro y al codo.2.4.6 Robots Poli
articuladosSon robots sedentarios, es decir, que no se
pueden desplazar, están diseñados para
mover sus brazos y herramientas en un determinado
espacio de trabajo. En este grupo se encuentran los
manipuladores y algunos robots
industriales.2.4.7 Móviles
Son robots con gran capacidad de
desplazamiento, acoplados a carros o plataformas.
Estos robots aseguran el transporte de un sitio a
otro de piezas. Están dotados de un cierto
grado de inteligencia, lo que les permite
sortear obstáculos.
[4]Conclusiones
Los robots industriales ocupan un lugar
destacado dentro de la automatización de la
producción y su papel se ha ido consolidando
en los últimos años. Después de
un descenso en las ventas, el mercado de robots ha
seguido una evolución creciente. No obstante,
la industria automotriz continúa siendo el
sector mayoritario en cuanto a utilización de
robots industriales. Si bien la soldadura en sus
diversos tipos sigue siendo un campo muy importante
de aplicación, el número de robots
dedicados al montaje en el conjunto del mundo es
mayoritario.Aunque resulta difícil hacer
previsiones de futuro en el desarrollo de la
robótica, algunos temas destacan de manera
clara: las exigencias crecientes de fiabilidad y
eficiencia, la interfase hombre-máquina a
través de sistemas gráficos y
programación fuera de línea, la
importancia creciente de los sensores y de la
integración sensorial, la interconexión
entre máquinas, la coordinación entre
robots y otras máquinas. Igualmente, es
importante mencionar los nuevos campos en
expansión de aplicación de la
robótica como la exploración, la
agricultura, la industria alimentaria y la medicina,
que complementarán en el futuro la tradicional
robótica industrial.Referencias
[1] A. Barrientos, L. Peñin,
et. Al, "Coordenadas" en Fundamentos de
Robótica, 2da ed., vol. 2, Ed.
McGraw-Hill, España, 2007, pp.
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Plastics, 2nd ed., vol. 3, J. Peters,
Ed. New York: McGraw-Hill, 1964, pp.
15-64.[3] Vázquez, Rolando,
Presentación curso "Robótica
Industrial". Colombia, 2009.[4] "Tipos de robots
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http://jenniymily.wordpress.com[5] International Conference on
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876 pp.[6] International Conference on
Robotics and Automation. 1998. Proceedings.USA. 4
008 pp.[7] International Symposium on
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International Federation of Robotics (IFR). 1998.
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Abdel Malek, A. Patrick, and L. Lindkvist, "A
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[Online].Available:
http://uametodologia.files.wordpress.com/2011/05/articulo-metodologia2.pdf[12] Tecnologías de la
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Capítulo 6, Programación y control
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Santiago Blanco S., Roberto escribano,
Víctor R. González, Santiago
Pascual, Amor Rodríguez. Editorial Ra-Ma
2004.[13] Control y Robótica.
Tema: Fundamentos de robótica. Curso
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González. Asesoría de
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"Robots Industriales", Universidad de
Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias
Exactas e Ingenierías.[15] Laurent S., "Robots
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Quito, Dpto. de Ingeniería Mecánica
del Colegio de Ciencias e
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Mecatrónica, Escuela de Ingeniería
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de la Universidad Militar Nueva Granada,
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Valle de México, Mayo 2011.[20] Rojas I,. "Introducción
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Ingeniería Industrial, Universidad del
Mar, Chile.[21] Romeo A., "Introducción
a la Robótica Industrial", Escuela de
Ingeniería y Arquitectura de la
Universidad de Zaragoza.[22] Barea R., "Introducción
a la Robótica", Universidad de Alcala.
Departamento de Electrónica.[23] Yebra Pérez J., Lagos
Fernández N., "Mini proyecto de
Robótica", Universidad Politécnica
de Cataluña, Diciembre 2012.
Autor:
Pedro Contreras
OrtizEstudiante del Quinto ciclo de la carrera de
Ingeniería Eléctrica. Universidad
Politécnica Salesiana. Sede Cuenca.