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Robótica Industrial



  1. Introducción
  2. Estudio de los Robots
    Industriales
  3. Conclusiones
  4. Referencias

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]

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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.

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    Figura 2.
    Articulación lineal

    • Rotacional, en caso de que un
      eslabón gire en torno a un eje solidario al
      eslabón anterior.

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      Figura 3.
      Articulación Rotacional

      El 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.

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      Figura 4.
      Punto terminal de un robot

      A 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.

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      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]

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      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]

      • Monografias.com

        Figura 7.
        Robot Industrial

        2.4 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
        Cilíndrico

        Se 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
        polar

        Utiliza 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
        antropomórfico

        Está 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
        articulados

        Son 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.
          217–29.

        • [2] G. O. Young, "Synthetic
          structure of industrial plastics" in
          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
          Industriales". Available:

          http://jenniymily.wordpress.com

        • [5] International Conference on
          Robotics and Automation. 1997. Proceedings.USA. 3
          876 pp.

        • [6] International Conference on
          Robotics and Automation. 1998. Proceedings.USA. 4
          008 pp.

        • [7] International Symposium on
          Industrial Robots (ISIR).1997. 28 th ISIR.
          Detroit. USA.

        • [8] International Symposium on
          Industrial Robots (ISIR).1998. Proceedings.
          Birmingham. England.

        • [9] United Nations and
          International Federation of Robotics (IFR). 1998.
          World Robotics. New York and Geneva, 299
          pp.

        • [10] J. Yang, E. Pena Pitarch, K.
          Abdel Malek, A. Patrick, and L. Lindkvist, "A
          multifinge-red industrial robots," Mechanism and
          Machine Theory, pp. 555–581, Enero 2004.
          [Online].

        • [11] L. Carvajal, "Diseño de
          un método para capturar señales"
          Florencia-Caquetá, p. 10.
          [Online].Available:
          http://uametodologia.files.wordpress.com/2011/05/articulo-metodologia2.pdf

        • [12] Tecnologías de la
          Información y de la Comunicación.
          Capítulo 6, Programación y control
          de procesos. Juan A. Alonso, Santiago Blanco A.,
          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
          provincial. CFIE Valladolid II. Víctor R.
          González. Asesoría de
          Tecnología y FP.

        • [14] Gamboa Meléndez J.,
          "Robots Industriales", Universidad de
          Guadalajara, Centro Universitario de Ciencias
          Exactas e Ingenierías.

        • [15] Laurent S., "Robots
          Manipuladores", Universidad San Francisco de
          Quito, Dpto. de Ingeniería Mecánica
          del Colegio de Ciencias e
          Ingeniería.

        • [16] Arias M. "Robótica
          Industrial", Ingeniería
          Mecatrónica, Escuela de Ingeniería
          de Antioquia.

        • [17] Rojas J., Mahla I.,
          Muñoz G., Castro D,. "Diseño de un
          Robot Cartesiano para Aplicaciones Industriales",
          Revista Facultad de Ingeniería, U.T.A
          Chile, Vol. 11 Nº 2, 2003, pp.
          11-16.

        • [18] Caparroso I, O,. Avilés
          O,. Hernández J,. "Una Introducción
          a la Robótica Industrial", Revista de la
          Facultad de Ingeniería de Mecánica
          de la Universidad Militar Nueva Granada,
          Bogotá, Colombia, 1999.

        • [19] San Juan T,. "Robots
          Manipuladores y su Importancia en la Industria",
          Escuela de Ingeniería, Universidad del
          Valle de México, Mayo 2011.

        • [20] Rojas I,. "Introducción
          a la Robótica", Escuela de
          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
        Ortiz

        Estudiante del Quinto ciclo de la carrera de
        Ingeniería Eléctrica. Universidad
        Politécnica Salesiana. Sede Cuenca.

         

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