BRAZO Neumatico

ROBTICA INDUSTRIAL BRAZO NEUMTICO 1

CAPITULO I:

PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

INTRODUCCIN

Las tecnologas es la tcnica que nos permite abrirnos paso a las reas de

robtica. Todos sabemos lo que es tecnologa ya que desde que somos muy

pequeos aprendemos a hacerlo y a medida que vamos creciendo vamos

crendola y redisendola.

Hoy en da podemos asegurar que la tecnologa abarca los sistemas

neumticos, la mayora de las tcnicas que utilizamos en nuestro entorno, y

sobre todo las necesarias que debe seguir en un diseo de un brazo neumtico

en robtica.

En la actualidad existen un gran nmero de sistemas neumticos que

podemos recurrir y que son utilizadas por el hombre, cabe mencionar que fue

un gran paso para la tecnologa ya que la mayora de estas cubren sus

necesidades.

El siguiente reporte se basa en informar el funcionamiento de un brazo

neumtico y sus diversas tcnicas para su diseo, construccin y su

funcionamiento como sistema de ingeniera.


JUSTIFICACIN

Las tecnologas para el rea de robtica son consideradas uno de los

principales elementos de la ingeniera neumtica, porque a medida que pasa el

tiempo la tecnologa evoluciona de manera sorprendente. Es por eso que fue el

impulso y la motivacin para poder realizar la construccin de un brazo

neumtico, ya que se sabe que la neumtica es una herramienta aplicable muy

importante para poder realizar un diseo como el que se describe ms adelante

(brazo neumtico). Adems de la alta demanda de empresas y laboratorios que

se utilizan en las grandes industrias, la neumtica constituye una entidad que

mantiene, progresivamente mayor, una alta perspectiva, y a pesar de que todo

lo que vemos y hacemos pasa desapercibido para la mayora de las personas a

algunas que son de ciencia les interesa saber el por qu de las cosas.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Que los alumnos de ingeniera aprendan como se disear, ensamblar

y aplicar un brazo neumatico, los tipos de herramientas que se utilizo

para su elaboracin, as como para su construccin aplicada en robtica.

OBJETIVOS ESPECFICOS:

Comprender la importancia de identificar las caractersticas generales

de las tecnologas neumticas aplicadas en un brazo, para que sean

capaces de construir con sus conocimientos adquiridos.

Conocer cules son y cul es su funcionamiento de dichas

tecnologas neumticas y formas de cmo podemos construir un brazo

neumatico para su aplicacin por medio de la maquinaria disponible.

Determinar los aspectos a tomar en consideracin para la construccin y

el diseo y la estructura de un brazo robtico, de tal forma que los

mecanismos como pistones y vlvulas se puedan acoplar

adecuadamente.

Ensamblar los distintos componentes para que el brazo robot pueda

funcionar adecuadamente, basndose en el diseo elaborado.


CAPITULO II:

DESARROLLO DEL PROYECTO

ALCANCES Y LIMITACIONES

Trabajar con la neumtica ya que es una fuente muy limpia y sus

desechos son aire.

Ya que nosotros nos preocupamos por el impacto ambiental, utilizamos

a la neumtica por que no contaminan, por lo tanto esta en armona con

la naturaleza y con un compresor haremos el proceso de la obtencin de

aire.

Mantener constante el control del gas por el tiempo que se est

trabajando con el brazo.

LIMITACIONES DEL BRAZO ROBOT

- Las aplicaciones de los diseos que tienen el modelo implementado es

escaso y tiene alteraciones para su aplicacin en el brazo robtico y el

nivel de presin que aguanta es solo de 120 libras.

- Si el brazo est diseado para soportar ms libraje el compresor no nos

servira y lo tendramos que cambiar por otra que produjera el aire que

se nos demanda.

- Tambin una limitante fue que muy pocos modelos a nivel nacional

cuentan con la implementacin de la neumtica ya que muchos prefieren

la hidrulica o la automatizacin con electricidad y menos an utilizan el

proceso personal de un software.


ANTECEDENTES HISTRICOS

PRIMEROS INDICIOS DE LA NEUMTICA

Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como

energa procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos accionados

por medio de aire caliente. Posteriormente, pasada la Edad Media, fue utilizada

en la construccin de rganos musicales, en la minera y en siderurgia.

A partir de entonces el aire se us de muy variadas maneras, en algunos

casos, tal como se presenta en la naturaleza, en movimiento, el viento (energa

Elica) fue transformado en energa mecnica mediante los molinos de viento,

permitiendo diversas acciones, como mover moliendas. Por otra parte, quizs

la navegacin a vela fue la ms antigua forma de aprovechamiento de este tipo

de energa.

Los fuelles de pi fueron usados hasta el ao 1.762, en el que empezaron a ser

reemplazados por el cilindro soplante de John Smeaton, accionado por la rueda

de un molino. Al aumentar la capacidad de los hornos de fundicin, los fuelles

convencionales se quedaban cortos, y el cilindro de Smeaton, aunque tosco,

resultaba efectivo. Cuando John Wilkinson invent una taladradora para hacer

caones y torneados interiores de precisin, se hizo posible la fabricacin de

mquinas soplantes y de vapor. La primera mquina soplante de la historia

sali de manos del mismo Wilkinson e instalada en su factora de Wilby, en

Shropsire, en 1.776. Este fue el primer prototipo de todos los compresores

mecnicos. Funcionaba a una presin entorno a 1 bar, y elevaba la

temperatura hasta el mximo permitido por las articulaciones mecnicas de

cuero utilizadas para controlar las vlvulas de madera. En el siglo XIX se

comenz a utilizar el aire comprimido en la industria de forma sistemtica.

Herramientas neumticas, como martillos y correo neumticos, son un ejemplo

de estas aplicaciones. Surgieron gran cantidad de barreras tcnicas, como

prdidas de carga y fugas debidas a los materiales de los tubos (en algunos

casos, de cermica). Fue en 1.857, durante la construccin del tnel de Mont-

Cenis, de 13,6 km de longitud, cuando los ingenieros constataron que por

medios manuales se tardara en terminar el tnel alrededor de 30 aos, y

decidieron utilizar una perforadora de aire comprimido con presiones de hasta 6


bares, que permita alcanzar velocidades de avance de dos metros diarios

frente a los 0,6 que se obtenan con los medios tradicionales.

2.1 Vagn perforador en el tnel de Mont-Cenis Hasta 40 personas podan llegar a trabajar simultneamente en este vagn.

El ingeniero jefe del proyecto, Germain Sommeiller, decidi instalar a cada

lado del tnel compresores del tipo de agua (para refrigerar el aire dentro de

los cilindros) de modelos diferentes, debido al miedo a la barrera del calor en

los materiales. Es importante hacer notar que por cada 9 perforadoras de roca

en servicio, haba 54 en reparacin, debido a las tremendas tensiones.

Cuando se termin el tnel, ms de 7 km de conduccin neumtica haban

sido instalados desde una de las bocas, con lo que qued demostrado que se

podan salvar grandes distancias utilizando aire comprimido.

2.2 Compresor empleado en el tnel de Mont-Cenis


Dada la repercusin que tuvo el tnel de Mont-Cenis, muchos otros proyectos

neumticos fueron abordados, por ejemplo, en 1.880 se invent el primer

martillo neumtico. Pero el proyecto de mayor envergadura hasta la fecha fue

realizado en 1.888, en Francia, donde el ingeniero austriaco Vctor Popp,

obtuvo permiso para utilizar el sistema de alcantarillado y montar una red de

aire comprimido en toda la ciudad de Pars. Popp haba instalado una planta

de 1.500 kW que suministraba aire comprimido a ms de 7 km de tuberas al

que se unan otros 50 km de lneas secundarias. La planta suministraba aire a

6 bares. En 1.891, la potencia instalada era de 18.000 kW.

2.3 Planta de compresores del sistema neumtico de Pars. 1.888. Siete motores de vapor

suministraban fuerza motriz a 14 compresores. En total, 1.500 Kilowatios

Desde entonces, los industriales europeos trabajaron incansablemente en

toda clase de inventos y patentes relacionadas con el aire comprimido.

La incorporacin de la neumtica en mecanismos y la automatizacin

comienza a mediados del siglo XX. Slo desde aproximadamente 1.950

podemos hablar de una verdadera aplicacin industrial de la neumtica en

procesos de fabricacin. Es cierto que ya existan algunas aplicaciones y

ramos de explotacin (en la minera, en la industria de la construccin y en los

ferrocarriles -uso en frenos de aire comprimido-), pero la irrupcin verdadera y

generalizada de la neumtica en la industria no se inici, sin embargo, hasta

que lleg a hacerse ms acuciante la exigencia de una automatizacin y

racionalizacin en los procesos de trabajo. A pesar de que esta tcnica fue

rechazada en principio, debido en la mayora de los casos a falta de

conocimiento y de formacin, fueron amplindose los diversos sectores de


aplicacin. En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotacin

industrial sin el aire comprimido, dada su versatilidad y facilidad de manejo y

control. Este es el motivo de que en prcticamente todas las ramas

industriales el uso de aparatos neumticos sea imprescindible.

El aire presenta, como hemos visto, connotaciones muy importantes desde el

punto de vista de su utilizacin, y ha sido empleado en multitud de

importantes funciones cuya evolucin histrica hasta finales del siglo XIX se

resume brevemente as:

2.4 Tabla de antecedentes Histricos.


Desde este ltimo invento en adelante contina una franca expansin de la

aplicacin de la tcnica neumtica, expansin que se produce de manera

simultnea con la involucin de la utilizacin del vapor, y que coincide con el

conocido hecho de la segunda revolucin industrial, y la entrada en juego de

la energa elctrica. Hubo grandes disputas entre partidarios y detractores de

ambas tecnologas, aunque fue esta ltima la que acab imponindose de

manera global. An as, en nuestros das, la neumtica ha tomado una

importancia fundamental, sobre todo en aplicaciones donde la velocidad de

actuacin debe ser elevada, as como la automatizacin y particularmente en

instalaciones donde la seguridad es el factor ms importante.

En la actualidad, las aplicaciones son innumerables. Para ir introducindonos,

a continuacin vemos algunas de ellas, a modo de ejemplo y en el apartado

veremos muchas otras en detalle.

2.5 Diferentes aplicaciones neumticas 1) Grupo compresor fijo Worthington de una instalacin

2) Manipulador neumtico DALMEC 3) Kit de herramientas de trabajo neumticas 4) Grupo

compresor porttil Atlas Copco XAS 186 para la construccin.

Adems de las aplicaciones particulares, tenemos toda clase de automatismos

neumticos en mquinas industriales de todo tipo. En la figura siguiente vemos

un ejemplo: una mquina para montar tapas de pintalabios. Es una mquina

transfer circular, con control de piezas defectuosas, sistema de seleccin de

piezas bien y mal orientadas. Resumiendo, es una mquina de 2000 Kg y 5

metros de longitud controlada neumticamente.


Historia de la Robtica

Un escritor checo defini una palabra (robot), que vendra a cambiar la

concepcin de esclavo a mquina servicial.

La Robtica es la ciencia investigacin, estudio y tecnologa de los robots. Se

ocupa del diseo, manufactura y aplicaciones de los robots.1 2 La robtica

combina diversas disciplinas como son: la mecnica, la electrnica,

la informtica, la inteligencia artificial y la ingeniera de control.3 Otras reas

importantes en robtica son el lgebra, los autmatas programables y

las mquinas de estados.

El trmino robot se populariz con el xito de la obra RUR (Robots Universales

Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traduccin al ingls de dicha

obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al

ingls como robot

La historia de la robtica ha estado unida a la construccin de "artefactos", que

trataban de materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que

lo descargasen del trabajo. El ingeniero espaol Leonardo Torres

Quevedo (GAP) (que construy el primer mando a distancia para su automvil

mediante telegrafa sin hilo, el ajedrecista automtico, el primer transbordador

areo y otros muchos ingenios) acu el trmino "automtica" en relacin con

la teora de la automatizacin de tareas tradicionalmente asociadas a los

humanos.

Karel apek, un escritor checo, acu en 1921 el trmino "Robot" en su obra

dramtica "Rossum's Universal Robots / R.U.R.", a partir de la

palabra checa robota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El trmino

robtica es acuado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los

robots. Asimov cre tambin las Tres Leyes de la Robtica. En la ciencia

ficcin el hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos,

hacindose con el poder, o simplemente aliviando de las labores caseras.


Fecha Importancia Nombre del robot Inventor

Siglo

I a. C. y

antes

Descripciones de ms de 100 mquinas y

autmatas, incluyendo un artefacto con

fuego, un rgano de viento, una mquina

operada mediante una moneda, una mquina

de vapor,

en Pneumatica y Autmata de Hern de

Alejandra

Autnoma

Ctesibio de

Alexandria, Filn

de Bizancio, Hern

de Alexandria, y

otros

1206 Primer robot humanoide programable

Barco con cuatro

msicos

robotizados

Al Jazar

c. 1495 Diseo de un robot humanoide Caballero

mecnico Leonardo da Vinci

1738 Pato mecnico capaz de comer, agitar sus

alas y excretar. Digesting Duck

Jacques de

Vaucanson

1800s Juguetes mecnicos japoneses que sirven t,

disparan flechas y pintan. Juguetes Karakuri Hisashige Tanaka

1921 Aparece el primer autmata de ficcin

llamado "robot", aparece en R.U.R.

Rossum's

Universal Robots Karel apek

1930s

Se exhibe un robot humanoide en

la Exposicin Universal entre los

aos 1939 y 1940

Elektro

Westinghouse

Electric

Corporation

1948 Exhibicin de un robot con comportamiento

biolgico simple5

Elsie y Elmer William Grey

Walter

1956

Primer robot comercial, de la compaa

Unimation fundada por George

Devol y Joseph Engelberger, basada en una

patente de Devol6

Unimate George Devol


1961 Se instala el primer robot industrial Unimate George Devol

1963 Primer robot "palletizing"7 Palletizer Fuji Yusoki Kogyo

1973 Primer robot con seis ejes electromecnicos Famulus KUKA Robot

Group

1975 Brazo manipulador programable universal, un

producto de Unimation PUMA Victor Scheinman

2000 Robot Humanoide capaz de desplazarse de

forma bpeda e interactuar con las personas ASIMO

Honda Motor Co.

Ltd

2.6 Tabla de la evolucin de los robots

CLASIFICACIN DE LOS ROBOTS:

Segn su cronologa

La que a continuacin se presenta es la clasificacin ms comn:

1 Generacin.

Manipuladores. Son sistemas mecnicos multifuncionales con un sencillo

sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.

2 Generacin.

Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido

ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a

travs de un dispositivo mecnico. El operador realiza los movimientos

requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.

3 Generacin.

Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que

ejecuta las rdenes de un programa y las enva al manipulador para que realice

los movimientos necesarios.


4 Generacin.

Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero adems poseen

sensores que envan informacin a la computadora de control sobre el estado

del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del

proceso en tiempo real.

Segn su arquitectura

La arquitectura, es definida por el tipo de configuracin general del Robot,

puede ser metamrfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparicin,

se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a travs

del cambio de su configuracin por el propio Robot. El metamorfismo admite

diversos niveles, desde los ms elementales (cambio de herramienta o de

efecto terminal), hasta los ms complejos como el cambio o alteracin de

algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y

mecanismos que pueden agruparse bajo la denominacin genrica del Robot,

tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difcil establecer una

clasificacin coherente de los mismos que resista un anlisis crtico y riguroso.

La subdivisin de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los

siguientes grupos: poliarticulados, mviles, androides, zoomrficos e hbridos.

1. Poliarticulados

En este grupo estn los Robots de muy diversa forma y configuracin cuya

caracterstica comn es la de ser bsicamente sedentarios (aunque

excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos

limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un

determinado espacio de trabajo segn uno o ms sistemas de coordenadas y

con un nmero limitado de grados de libertad. En este grupo se encuentran los

manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean

cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o


alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetra vertical o reducir el

espacio ocupado en el suelo.

2. Mviles

Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basada en carros o

plataformas y dotada de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su

camino por telemando o guindose por la informacin recibida de su entorno a

travs de sus sensores. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un

punto a otro de una cadena de fabricacin. Guiados mediante pistas

materializadas a travs de la radiacin electromagntica de circuitos

empotrados en el suelo, o a travs de bandas detectadas fotoelctricamente,

pueden incluso llegar a sortear obstculos y estn dotados de un nivel

relativamente elevado de inteligencia.

3. Androides

Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el

comportamiento cinemtica del ser humano. Actualmente los androides son

todava dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad prctica, y

destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentacin. Uno de los

aspectos ms complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayora

de los trabajos, es el de la locomocin bpeda. En este caso, el principal

problema es controlar dinmica y coordinadamente en el tiempo real el proceso

y mantener simultneamente el equilibrio del Robot.

4. Zoomrficos

Los Robots zoomrficos, que considerados en sentido no restrictivo podran

incluir tambin a los androides, constituyen una clase caracterizada

principalmente por sus sistemas de locomocin que imitan a los diversos seres

vivos. A pesar de la disparidad morfolgica de sus posibles sistemas de

locomocin es conveniente agrupar a los Robots zoomrficos en dos

categoras principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots

zoomrficos no caminadores est muy poco evolucionado. Los experimentados

efectuados en Japn basados en segmentos cilndricos biselados acoplados


axialmente entre s y dotados de un movimiento relativo de rotacin. Los

Robots zoomrficos caminadores multpedos son muy numeroso y estn

siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo

posterior de verdaderos vehculos terrenos, piloteando o autnomos, capaces

de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos

Robots sern interesantes en el campo de la exploracin espacial y en el

estudio de los volcanes.

5. Hbridos

Corresponden a aquellos de difcil clasificacin cuya estructura se sita en

combinacin con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por

conjuncin o por yuxtaposicin. Por ejemplo, un dispositivo segmentado

articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots

mviles y de los Robots zoomrficos.

Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definicin formal de lo

que es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual

entre el mercado japons y el euro americano de lo que es un robot y lo que es

un manipulador. As, mientras que para los japoneses un robot industrial es

cualquier dispositivo mecnico dotado de articulaciones mviles destinado a la

manipulacin, el mercado occidental es ms restrictivo, exigiendo una mayor

complejidad, sobre todo en lo relativo al control.

En segundo lugar, y centrndose ya en el concepto occidental, aunque existe

una idea comn acerca de lo que es un robot industrial, no es fcil ponerse de

acuerdo a la hora de establecer una definicin formal. Adems, la evolucin de

la robtica ha ido obligando a diferentes actualizaciones de su definicin.

La definicin ms comnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociacin

de Industrias Robticas (RIA), segn la cual:


2.7 Diversos diseos de robots aplicados en la industria

Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de

mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, segn

trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.

Esta definicin, ligeramente modificada, ha sido adoptada por la Organizacin

Internacional de Estndares (ISO) que define al robot industrial como:

Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz

de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales segn

trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.

Se incluye en esta definicin la necesidad de que el robot tenga varios grados

de libertad. Una definicin ms completa es la establecida por la Asociacin

Francesa de Normalizacin (AFNOR) que define primero el manipulador y,

basndose en dicha definicin, el robot:

Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie,

articulados entre s, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es

multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o

mediante dispositivo lgico.

Robot: manipulador automtico servo controlado, reprogramable, polivalente,

capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales,

siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecucin de tareas

variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en

una mueca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y


ocasionalmente de percepcin del entorno. Normalmente su uso es el de

realizar una tarea de manera cclica, pudindose adaptar a otra sin cambios

permanentes en su material.

Por ltimo, la Federacin Internacional de Robtica (IFR) distingue entre robot

industrial de manipulacin y otros robots:

Por robot industrial de manipulacin se entiende a una maquina de

manipulacin automtica, reprogramable y multifuncional con tres o ms ejes

que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos

especiales para la ejecucin de trabajos diversos en las diferentes etapas de la

produccin industrial, ya sea en una posicin fija o en movimiento.

En esta definicin se debe entender que la reprogramabilidad y multifuncin se

consigue sin modificaciones fsicas del robot. Comn en todas las definiciones

anteriores es la aceptacin del robot industrial como un brazo mecnico con

capacidad de manipulacin y que incorpora un control ms o menos complejo.

Un sistema robotizado, en cambio, es un concepto ms amplio. Engloba todos

aquellos dispositivos que realizan tareas de forma automtica en sustitucin de

un ser humano y que pueden incorporar o no a uno o varios robots, siendo esto

ltimo lo ms frecuente.

b. Clasificacin del Robot Industrial.

La maquinaria para la automatizacin rgida dio paso al robot con el desarrollo

de controladores rpidos, basados en el microprocesador, as como un empleo

de servos en bucle cerrado, que permiten establecer con exactitud la posicin

real de los elementos del robot y establecer el error con la posicin deseada.

Esta evolucin ha dado origen a una serie de tipos de robots, que se citan a

continuacin:


1. Manipuladores:

Son sistemas mecnicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control,

que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes

modos:

a. Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del

manipulador.

b. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de

trabajo preparado previamente.

c. De secuencia variable: Se pueden alterar algunas caractersticas de los

ciclos de trabajo.

Existen muchas operaciones bsicas que pueden ser realizadas ptimamente

mediante manipuladores, por lo que se debe considerar seriamente el empleo

de estos dispositivos, cuando las funciones de trabajo sean sencillas y

repetitivas.

2.8 Manipulador sensorial de movimientos

1. Robots de repeticin 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 enseanza, se vale de

una pistola de programacin con diversos pulsadores o teclas, o bien, de

joysticks, o bien utiliza un maniqu, o a veces, desplaza directamente la mano

del robot. Los robots de aprendizaje son los ms conocidos, hoy da, en los

ambientes industriales y el tipo de programacin que incorporan, recibe el

nombre de "gestual".


2.9 Manipulador en oficina

2. Robots con control por computador: Son manipuladores o sistemas

mecnicos 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

especfico, compuesto por varias instrucciones adaptadas al robot, con las que

se puede confeccionar un programa de aplicacin utilizando solo el terminal del

computador, no el brazo. A esta programacin se le denomina textual y se crea

sin la intervencin del manipulador.

Las grandes ventajas que ofrecen este tipo de robots, hacen que se vayan

imponiendo en el mercado rpidamente, lo que exige la preparacin urgente de

personal cualificado, capaz de desarrollar programas similares a los de tipo

informtico.

3. Robots inteligentes: Son similares a los del grupo anterior, pero,

adems, son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a travs 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 ms efectivos, al mismo tiempo que ms asequibles.

La visin artificial, el sonido de mquina y la inteligencia artificial, son las

ciencias que ms estn estudiando para su aplicacin en los robots

inteligentes.


4. Micro-robots: Con fines educacionales, de entretenimiento o

investigacin, existen numerosos robots de formacin o micro-robots a un

precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de

aplicacin industrial.

Clasificacin de los robots segn la AFRI.

Tipo A Manipulador con control manual o telemando.

Tipo B

Manipulador automtico con ciclos preajustados; regulacin

mediante fines de carrera o topes; control por PLC;

accionamiento neumatico, elctrico o hidrulico.

Tipo C Robot programable con trayectoria continua o punto a punto.

Carece de conocimiento sobre su entorno.

Tipo D Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su

tarea en funcin de estos.

La IFR distingue entre cuatro tipos de robots:

1. Robot secuencial.

2. Robot de trayectoria controlable.

3. Robot adaptativo.

4. Robot tele manipulado.

C. Robots de Servicio y Teleoperados.

En cuanto a los robots de servicio, se pueden definir como:

Dispositivos electromecnicos mviles o estacionarios, dotados normalmente

de uno o varios brazos mecnicos independientes, controlados por un

programa ordenador y que realizan tareas no industriales de servicio.

En esta definicin entraran entre otros los robots dedicados a cuidados

mdicos, educacin, domsticos, uso en oficinas, intervencin en ambientes

peligrosos, aplicaciones espaciales, aplicaciones submarinas y agricultura. Sin


embargo, esta definicin de robots de servicio excluye la tele manipuladora,

pues estos no se mueven mediante el control de un programa ordenador, sino

que estn controlados directamente por el operador humano.

Tele robots: Los robots teleoperados son definidos por la NASA como:

Dispositivos robticos con brazos manipuladores y sensores con cierto grado

de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera

directa o atraves de un ordenador.

2.10 Robot teleoperado

El Robot Industrial

El robot industrial no surge como una tendencia o aficin de reproducir seres

vivientes, sino de la necesidad, la que dio origen a la agricultura, el pastoreo, la

caza, la pesca, etc. Ms adelante, la necesidad provoca la primera revolucin

industrial y actualmente ha cubierto de ordenadores la faz de la tierra. Inmersos

en la necesidad de aumentar la productividad y mejorar la calidad de los

productos, la automatizacin industrial rgida de las primeras dcadas del siglo

XX, fue insuficiente. La produccin industrial moderna se dirige hacia la

automatizacin global y herramientas como:


Forja, prensa y fundicin; Esmaltado; Corte; Encolado; Desbardado; y Pulido.

Quedaron en desuso. Para 1979 los robots se dedicaban ya al montaje y

labores de inspeccin. La industria del automvil ocupaba el 58% del parque

mundial, y le siguieron las empresas constructoras de maquinaria elctrica y

electrnica; De forma que en 1997 el parque mundial de robots alcanza las

831,000 unidades, de los cuales la mitad se localiza en Japn.

El Impacto

Robtica es la nueva tecnologa, que surgi como tal, hacia 1960, ha

desbordado cualquier previsin. Al nacer en la era de la informacin, la

propaganda excesiva ha propiciado en la Robtica una imagen irreal a nivel

popular, al igual que sucede con el microprocesador, la mitificacin de esta

nueva mquina, que no dejar de ser: Una mquina.

La Educacin

El auge de la Robtica requiere ya el concurso de especialistas en la materia,

ya que es una tecnologa multidisciplinar que hace uso de los recursos de

vanguardia de otras ciencias afines, que soportan su estructura; Entre las que

destacan:

Mecnica; Cinemtica; Dinmica; Matemticas; Automtica; Electrnica;

Informtica; Energa y actuadores elctricos, neumticos e hidrulicos; Visin

Artificial; Sonido de maquinas; Inteligencia Artificial.

La Robtica es una combinacin de todas las anteriores mas la aplicacin a

que se enfoca, su estudio se indica en las carreras de Ingeniera (Superior y

Tcnica) y centros de formacin profesional, como asignatura practica;

Tambin se recomienda en las facultades de informtica en las vertientes

dedicadas al procesamiento de imgenes, inteligencia artificial, lenguajes de

robtica, programacin de tareas, etc. Brinda a investigadores y doctorados un

vasto y variado campo de trabajo.


La abundante oferta de robots educacionales permite a los centros de

enseanza complementar la teora de la Robtica, con prcticas y ejercicios

adecuados. Una formacin exclusiva en control no es la ms til para los

estudiantes que trabajaran como usuarios y no como fabricantes. Sin

embargo, se estn formando a ingenieros y hay que proveerles los medios para

abordar los problemas que puedan surgir en su profesin.

La Automatizacin industrial

Con la incorporacin del robot se introduce el "sistema de fabricacin flexible",

que consiste en la adaptacin a tareas diferentes de produccin. Las clulas

flexibles de produccin se ajustan a necesidades del mercado y se constituyen

por grupos de robots controlados por ordenador, disminuyen el tiempo de ciclo

del trabajo de un producto y liberan a las personas de trabajos desagradables y

montonos.

En la Competitividad

Con la automatizacin de la fabricacin, por las compaas multinacionales, se

obliga a las dems a seguir sus pasos. Cuando la utilizacin de maquinaria

sofisticada es poca, la inversin no es justificada. Para compaginar la reduccin

de horas de trabajo de los operarios y sus deseos para que estn en el horario

normal diurno, es preciso utilizar nuevas tcnicas de fabricacin flexible

integral.

Aspecto Sociolaboral

El aumento de la productividad obligan a empresarios y trabajadores a aceptar

tanto la inversin econmica como la reduccin de puestos de trabajo y dar

paso a las nuevas tecnologas automatizadas, pero se vuelve un poco negativo

con el desplazamiento de mano de obra que se produce. Para 1998 en Espaa

existan 5,000 robots que sustituyeron 10,000 puestos de trabajo aprox.

mismos que se incorporaran a las empresas productoras de robots. El

aumento de la productividad obligan a empresarios y trabajadores a aceptar

tanto la inversin econmica como la reduccin de puestos de trabajo y dar

paso a las nuevas tecnologas automatizadas, pero se vuelve un poco negativo


con el desplazamiento de mano de obra que se produce. Para 1998 en Espaa

existan 5,000 robots que sustituyeron 10,000 puestos de trabajo aprox.

mismos que se incorporaran a las empresas productoras de robots.

Antecedentes Histricos de la robtica

A. Origen y Desarrollo de la Robtica

Robot" se usa por primera vez en el ao 1921 en el teatro nacional de Praga

en la obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.), con el escritor checo Karel

Capek (1890 - 1938); Su origen es robota palabra eslava que se refiere al

trabajo forzado. George Devol, pionero de la Robtica Industrial, patento en

1948, un manipulador programable. (Germen del robot industrial) En 1948 R.C.

Goertz del Argonne National Laboratory desarroll el primer telemanipulador

formado por un dispositivo mecnico maestro-esclavo. El operador adems de

poder observar a travs de un grueso cristal el resultado de sus acciones,

senta a travs del dispositivo maestro, las fuerzas que el esclavo ejerca sobre

el entorno. Aos ms tarde, en 1954, Goertz hizo uso de la tecnologa

electrnica y del servocontrol sustituyendo la transmisin mecnica por

elctrica y desarrollando as la primera tele manipuladora con servocontrol

bilateral. Otro pionero fue Ralph Mosher, ingeniero de la General Electric que

en 1958 desarrollo un dispositivo denominado Handy-Man, consistente en dos

brazos mecnicos teleoperados mediante un maestro del tipo denominado

exoesqueleto. Junto a la industria nuclear, la industria submarina comenz a

interesarse por el uso de la tele manipuladores. (60s) A este inters se sumo la

industria espacial. (70s)

Los tele manipuladores han sido recluidos en un mercado selecto y limitado

(industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en general desconocidos y poco

atendidos por los investigadores y usuarios de robots. Un telemanipulador

precisa el mando continuo de un operador y sus capacidades no han variado

mucho respecto a las de sus orgenes. La sustitucin del operador por un

programa de ordenador que controlase los movimientos del manipulador dio

paso al concepto de robot.


La primera patente de un dispositivo robtico se solicito en Marzo de 1954 por

el britnico C.W. Kenward. Dicha patente fue emitida en el Reino Unido en

1957, sin embargo fue Geoge C. Devol, norteamericano, inventor y autor de

varias patentes, l estableci las bases del robot industrial moderno, en 1954

Devol ide un dispositivo de transferencia programada de artculos que se

patento en Estados Unidos en 1961. En 1956 Joseph F. Engelberger (Director

de ingeniera de la divisin aeroespacial de la empresa Manning Maxwell y

Moore en Stanford, Conneticut), junto con Devol comenzaron a trabajar en la

utilizacin industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated Controls

Corporation, que ms tarde se convierte en Unimation (Universal Automation),

instalando su primera mquina Unimate (1960), en la fbrica de General Motors

de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicacin de fundicin por inyeccin. Otras

grandes empresas como AMF, emprendieron la construccin de maquinas

similares. (Versatran-1963) En 1968 J.F. Engelberger visito Japn y se firmaron

acuerdos con Kawasaki para construir robots tipo Unimate.

Japn: Aventaja a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formo la primera

asociacin robtica del mundo, la Asociacin de Robtica industrial de Japn

(JIRA) en 1972. en 1974 se formo el Instituto de Robtica de Amrica (RIA),

que en 1984 cambio su nombre por el de Asociacin de Industrias Robticas,

manteniendo las mismas siglas. (RIA)

Europa: En 1973 la firma sueca ASEA construyo el primer robot con

accionamiento totalmente elctrico, en 1980 se fund la Federacin

Internacional de Robtica (RIF) con sede en Estocolmo Suecia. Los primeros

robots respondan a las configuraciones esfrica y antropomrfica, para uso

especial de manipulacin. En 1982, el profesor Makino de la Universidad

Yamanashi de Japn, desarrolla el concepto de robot SCARA (Selective

Compliance Assembly Robot Arm) que busca un robot con pocos grados de

libertad (3 o 4), un coste limitado y una configuracin orientada al ensamblado

de piezas.


Los robots de servicio:

Se pueden definir como Dispositivos electromecnicos mviles o estacionarios,

dotados normalmente de uno o varios brazos mecnicos independientes,

controlados por un programa ordenador y realizan tareas no industriales.

Aqu estaran los robots dedicados a cuidados mdicos, educacin,

domsticos, uso en oficinas, intervencin en ambientes peligrosos, aplicaciones

espaciales, aplicaciones submarinas y agricultura.

Los robots teleoperados:

Son definidos por la NASA como: Dispositivos robticos con brazos

manipuladores y sensores con cierto grado de movilidad, controlados

remotamente por un operador humano de manera directa o atraves de un

ordenador.

Control digital remoto:

El controlador remoto para un manipulador contiene un eslabn controlado por

computadora en lugar de un eslabn mecnico o servomecanismo entre la

estacin de mando y el brazo del manipulador.

El brazo maestro que un operador acostumbra al controlar al manipulador, no

tiene que parecerse al brazo esclavo de cinemtica o dinmica.

El brazo del maestro puede ser ms pequeo y ms ligero o ms grande y ms

pesado que el brazo de manipulador remoto. Tambin puede requerir un

volumen ms pequeo o ms grande para moverse.

El brazo esclavo tiene fuerza y sensores de torque y proximidad en la mueca,

torque y sensores controlados por la mano. La mano del controlador se localiza

en una estacin de mando que tambin incluye imgenes bidimensionales y

despliegue de televisin estereoscpica, los despliegues grficos para la

proximidad, toque, resolucin, fuerza, e informacin del torque; alarmas de

audio, e interruptores de mando.


El brazo esclavo est en un sitio remoto que incluye una cmara de televisin

para observar al manipulador. El controlador utiliza un sistema microordenador

distribuido para los datos se procesen. Se dedican tres microordenadores en la

estacin de mando respectivamente para controlar los mecanismos de

retroalimentacin en el controlador, operacin de los despliegues grficos y

mando automtico de ciertas funciones para aliviar la carga en el operador.

Tres microordenadores al mando de la estacin remota, el brazo esclavo,

controla la cmara y procesa los datos del sensor, respectivamente. Cada

microordenador se comunica con otros en la misma estacin a travs de un

bus compartido y con los microordenadores en una estacin vecina, por arriba

de una entrada compartiendo del estado de rendimiento.

Morfologa

Caractersticas Morfolgicas

Grados de libertad

Son los parmetros que se precisan para determinar la posicin y la orientacin

del elemento terminal del manipulador. Un mayor nmero de grados de libertad

conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento

terminal.

Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador

Las dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de

libertad, definen la zona de trabajo del robot. Tambin queda restringida la

zona de trabajo por los lmites de giro y desplazamiento que existen en las

articulaciones.

Capacidad de carga

El peso puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de

capacidad de carga. En modelos de robots industriales, la capacidad de carga

de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg.


Exactitud y Repetibilidad

La Exactitud de punto:

Esto mide la distancia entre la posicin especificada, y la posicin real del

efector de extremo de robot.

Repetibilidad:

Cmo el movimiento del robot es a la misma posicin como el mismo

movimiento hecho antes. La respetabilidad de punto es a menudo ms

pequea que la exactitud.

Precisin en la respetabilidad

Establece el grado de exactitud en la repeticin de los movimientos de un

manipulador al realizar una tarea programada. En ensamblaje de piezas ha de

ser menor a +-0.1mm. En soldadura, pintura y manipulacin de piezas est

comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado ha de ser

menor de 1mm.

La Resolucin del mando

Es el incremento ms pequeo de movimiento en que el robot puede dividir su

volumen de trabajo.

El control de la resolucin es la habilidad de los controladores de dividir el

rango total de movimiento para la juntura particular en incrementos individuales

que pueden dirigirse en el controlador.

El nmero de incrementos separados, identificables para un eje particular es:

numero de incrementos = 2(exp) n.

Por ejemplo: En un robot con 8 la resolucin de mando de extremo puede

dividir un rango del movimiento en 256 posiciones discretas. Los incrementos

casi siempre son uniformes e iguales.


Si las inexactitudes mecnicas son despreciables, la Exactitud = el Mando

Resolucin/2.

Velocidad

En tareas de soldadura y manipulacin de piezas es muy aconsejable que la

velocidad de trabajo sea alta. En pintura, mecanizado y ensamblaje, la

velocidad debe ser media e incluso baja.

Coordenadas de los movimientos

Fundamentalmente, existen cuatro estructuras clsicas en los manipuladores:

Cartesianas.

Cilndricas.

Polares.

Angulares.

Los Brazos de Robot

Los tipos de la juntura Tpicos son:

1. Rotacin, junturas rotatorias a menudo manejadas por los motores

elctricos y cadena / el cinturn / las transmisiones del motor, o por los cilindros

hidrulicos y palancas.

2. Prismtico - junturas del deslizador en que el eslabn se apoya en un

deslizador llevar lineal, y linealmente acta por los tornillos de la pelota y

motores o cilindros.

Las configuraciones Bsicas son:

1. Cartesiano / Rectilneo: Esta configuracin se usa cuando un espacio de

trabajo es grande y debe cubrirse o cuando la exactitud consiste en la espera

del robot.


2. Cilndrico: Este robot satisface bien a los espacios de trabajo redondos.

3. Esfrico: Dos junturas de rotacin y una juntura prismtica permiten al

robot apuntar en muchas direcciones y entonces extiende la mano a un poco

de distancia radial.

4. Articulado / Articulado Esfrico / Rotacin: Estos tipos de robots, la mayora

se parecen al brazo humano, con una cintura, el hombro, el codo, la mueca.

5. Scara: Este robot conforma a las coordenadas cilndricas, pero el radio y la

rotacin se obtiene por uno o dos eslabones de la plana con las junturas de

rotacin.

Tipo de actuadores

Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones

pueden ser, segn la energa que consuman, de tipo hidrulico, neumtico o

elctrico.

Los de tipo hidrulico se destinan a tareas que requieren una gran potencia y

grandes capacidades de carga; los neumticos tienen una gran velocidad de

respuesta, junto a un bajo coste, pero se estn sustituyendo por elementos

elctricos; y Los elctricos cubren la gama de media y baja potencia, acaparan

el campo de la Robtica, por su gran precisin en el control de su movimiento y

las ventajas inherentes a la energa elctrica que consumen.

Programacin del espacio de trabajo

La programacin gestual y textual, controlan diversos aspectos del

funcionamiento del manipulador:

Control de la velocidad y la aceleracin.

Saltos de programa condicionales.

Temporizaciones y pausas.

Edicin, modificacin, depuracin y ampliacin de programas.

Funciones de seguridad.

Funciones de sincronizacin con otras maquinas.


Estructura Mecnica de un Robot

Un robot est formado por los siguientes elementos: estructura mecnica,

transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control

y elementos terminales. Mecnicamente, un robot est formado por eslabones

unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada

dos eslabones consecutivos. Para hacer referencia a los elementos que

componen el robot, se usan trminos como cuerpo, brazo, codo y mueca.

Sistemas de Robots bsicos

Los componentes bsicos de un robot son:

1. La estructura mecnica: Los eslabones, base, etc.

2. Actuadores: Los motores, los cilindros, etc., tambin podra incluir los

mecanismos para una transmisin, etc.

3. Control a la Computadora: Esta computadora une con el usuario las

junturas del robot.

4. El extremo de Brazo que labora con herramienta (EOAT): La

programacin que proporciona el usuario se disea para las tareas especficas.

5. Ensee la pendiente: Una mano pequea contiene un dispositivo que

puede dirigir movimiento del robot, los puntos de registro en las sucesiones de

movimiento, e inicia la repeticin de sucesiones. Las pendientes ms

prolongadas incluyen ms funcionalidad.

Condiciones bsicas

Los eslabones y Junturas, Grado de Libertad (gdl), La orientacin Eslabn, Los

elementos de la posicin, El Punto de Centro de herramienta (TCP), El espacio

de trabajo, La velocidad y La carga til.

La carga til

Las consideraciones Estticas:

La gravedad (Causa desviacin descendente del brazo y sistemas de apoyo).


Manejo a menudo de cubiertas (traen lentitud la repercusin negativa").

El trabajo de la juntura (Miembros rotatorios largos se tuercen bajo la carga).

Los efectos termales (la temperatura modifica las dimensinales en el

manipulador).

Las consideraciones Dinmicas:

La aceleracin efecta: las fuerzas inerciales pueden llevar a la desviacin en

los miembros estructurales.

Repetibilidad: Esto significa que cuando el robot se devuelve al mismo punto

repetidamente, no siempre se detendr en la misma posicin.

La exactitud: Esto es determinado por la resolucin del espacio de trabajo.

Tiempo de establecimiento: Es el tiempo requerido por el robot, para estar

dentro de una distancia dada a la ltima posicin.

Control de la Resolucin: Es el cambio ms pequeo que puede medirse por

los sensores de la regeneracin, a causa del actuador.

Las coordenadas: Las coordenadas son una combinacin de la posicin del

origen y la orientacin de los eslabones.

Los robots en la industria: evolucin y perspectivas

En 1995 funcionaban unos 700.000 robots en el mundo industrializado. Ms de

500.000 se empleaban en Japn, unos 120.000 en Europa Occidental y unos

60.000 en Estados Unidos. Muchas aplicaciones de los robots corresponden a

tareas peligrosas o desagradables para los humanos. En los laboratorios

mdicos, los robots manejan materiales que conlleven posibles riesgos, como

muestras de sangre u orina. En otros casos, los robots se emplean en tareas

repetitivas y montonas en las que el rendimiento de una persona podra

disminuir con el tiempo. Los robots pueden realizar estas operaciones

repetitivas de alta precisin durante 24 horas al da sin cansarse. Uno de los


principales usuarios de robots es la industria del automvil. La

empresa General Motors utiliza aproximadamente 16.000 robots para trabajos

como soldadura por puntos, pintura, carga de mquinas, transferencia de

piezas y montaje. El montaje es una de las aplicaciones industriales de la

robtica que ms est creciendo. Exige una mayor precisin que la soldadura o

la pintura y emplea sistemas de sensores de bajo coste y computadoras

potentes y baratas. Los robots se usan por ejemplo en el montaje de aparatos

electrnicos, para montar microchips en placas de circuito.

Las actividades que entraan gran peligro para las personas, como la

localizacin de barcos hundidos, la bsqueda de depsitos minerales

submarinos o la exploracin de volcanes activos, son especialmente

apropiadas para emplear robots. Los robots tambin pueden explorar planetas

distantes. La sonda espacial no tripulada Galileo, de la NASA, viaj a Jpiter en

1996 y realiz tareas como la deteccin del contenido qumico de la atmsfera

joviana.

Ya se emplean robots para ayudar a los cirujanos a instalar caderas artificiales,

y ciertos robots especializados de altsima precisin pueden ayudar en

operaciones quirrgicas delicadas en los ojos. La investigacin en teleciruga

emplea robots controlados de forma remota por cirujanos expertos; estos

robots podran algn da efectuar operaciones en campos de batalla distantes.

Todo este avance se ha producido en unos 30 aos. Hasta la mitad de los aos

70 no comienza a ser la robtica lo que puede considerarse como el inicio de

una industria. Entre 1975 y 1977 se estima que las ventas de

Unimation (prcticamente la nica empresa existente) se multiplicaron por 2.5.

A partir de ah, seis empresas ms, bastante significativas (Cincinatti Milacron,

Asea, etc.), deciden entrar en el mercado de la robtica, comenzando tambin

la industria del automvil a realizar pedidos importantes. Hasta el ao 1979 las

ventas van pasando desde 15 millones de dlares en 1976 a 25 en 1977, 30 en

1978 y 45 millones de dlares en 1979, es decir, triplicndose en tres aos;

otras industrias, diferentes a las del automvil, comienzan a descubrir la

robtica, aunque lentamente, producindose una espectacular expansin.


A mediados de los 80, la industria de la robtica experiment un rpido

crecimiento debido principalmente a grandes inversiones de las empresas del

automvil. Esta rpida intencin de transicin hacia la industria del futuro tuvo

fatales consecuencias en la viabilidad econmica de muchas empresas,

provocando una crisis del sector de la que la industria de la robtica no se ha

recuperado hasta hace pocos aos.

MIRANDO HACIA EL FUTURO

Las mquinas automatizadas ayudarn cada vez ms a los humanos en la

fabricacin de nuevos productos, el mantenimiento de las infraestructuras y el

cuidado de hogares y empresas. Los robots podrn fabricar nuevas autopistas,

construir estructuras de acero para edificios, limpiar conducciones subterrneas

o cortar el csped. Ya existen prototipos que realizan todas esas tareas.

Una tendencia importante es el desarrollo de sistemas microelectromecnicos,

cuyo tamao va desde centmetros hasta milmetros. Estos robots minsculos

podran emplearse para avanzar por vasos sanguneos con el fin de suministrar

medicamentos o eliminar bloqueos arteriales. Tambin podran trabajar en el

interior de grandes mquinas para diagnosticar con antelacin posibles

problemas mecnicos.

Puede que los cambios ms espectaculares en los robots del futuro provengan

de su capacidad de razonamiento cada vez mayor. El campo de la inteligencia

artificial est pasando rpidamente de los laboratorios universitarios a la

aplicacin prctica en la industria, y se estn desarrollando mquinas capaces

de realizar tareas cognitivas como la planificacin estratgica o el aprendizaje

por experiencia. El diagnstico de fallos en aviones o satlites, el mando en un

campo de batalla o el control de grandes fbricas corrern cada vez ms a

cargo de ordenadores inteligentes.


MARCO TEORICO

NEUMTICA

La neumtica admite infinidad de aplicaciones en el campo de mquinas,

herramientas, as como casi una totalidad de procesos industriales.

La neumtica es la tecnologa que emplea el aire comprimido como modo de

transmisin de la energa necesaria para mover y hacer funcionar

mecanismos.

VENTAJAS

Las principales ventajas son: sencillez de los elementos de mando, rapidez de

movimiento y respuesta, la utilizacin de energa limpia y la economa de los

sistemas neumticos una vez instalados.

DESVENTAJAS

Quizs la principal desventaja es que se requiere de una inversin aadida por

la automatizacin y el mantenimiento constante del estado del aire

Vlvulas neumticas.

Los mandos neumticos estn constituidos por elementos de sealizacin,

elementos de mando y un aporte de trabajo. Los elementos de sealizacin y

mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se

denominan vlvulas.

Los sistemas neumticos e hidrulicos estn constituidos por:

* Elementos de informacin.

* rganos de mando.

* Elementos de trabajo.

Las vlvulas en trminos generales, tienen las siguientes misiones:


* Distribuir el fluido

* Regular caudal

* Regular presin

* Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el

paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por el

compresor o almacenado en un depsito.

La norma DIN/ISO 1219

Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos:

* Vlvulas de vas o distribuidoras

* Vlvulas de bloqueo

* Vlvulas de presin

* Vlvulas de caudal

* Vlvulas de cierre

Circuitos neumticos

Hay dos tipos de circuitos neumticos.

* Circuito de anillo...

Unidad de Acondicionamiento (FRL)

Los sistemas neumticos son sistemas abiertos; donde el aire, despus de ser

utilizado, es evacuado hacia la atmsfera, en cuanto que en la alimentacin se

aspire aire libre constantemente. Este aire, a su vez, est sujeto a la

contaminacin, humedad y a las impurezas procedentes de la red de

distribucin. La mayora de estas impurezas son retenidas, como ya

observamos en los procesos de preparacin, sin embargo partculas pequeas,

todava quedan suspendidas y arrastradas por el flujo del aire comprimido,

actuando como abrasivos en las partes movibles de los elementos neumticos

cuando se requieren ser utilizadas.

Despus de pasar por todo el proceso de la produccin, tratamiento y

distribucin, el aire comprimido debe sufrir un ltimo acondicionamiento, antes

de ser colocado para trabajar, a fin de producir mejores desempeos.


En este caso, el beneficio del aire comprimido consiste en lo siguiente:

filtracin, regulacin de presin, e introduccin de una cierta cantidad de aceite

para la lubricacin de todas las partes mecnicas de los componentes

neumticos. El uso de esta unidad de servicio es indispensable en cualquier

tipo de sistema neumtico, desde el ms simple al ms complejo. Al mismo

tiempo que permite a los componentes trabajar en condiciones favorables, y

prolonga su vida til.

Una vida til prolongada y un funcionamiento regular de cualquier componente

en un circuito dependen, antes que nada, del grado de filtracin, de la

eliminacin de la humedad, de una presin estable de alimentacin al equipo y

una adecuada lubricacin a las partes movibles. Todo eso es exactamente

obtenido cuando se aplican en las instalaciones, dispositivos, mquinas, etc.,

los componentes de tratamiento preliminar del aire comprimido en los puntos

de toma del aire: el filtro, la vlvula reguladora de presin (Regulador) y el

Lubrificado, que reunidos forman la Unidad de Acondicionamiento o FRL (Filtro,

Regulador, Lubricador).

La filtracin del aire consiste en la aplicacin de dispositivos capaces de

retener las impurezas suspendidas en el flujo de aire, y en suprimir an ms la

humedad presente.

Por consiguiente, es necesario eliminar estos dos problemas al mismo tiempo.

El equipo normalmente utilizado para este fin es el Filtro de Aire, que acta de

dos formas distintas:

Por la accin de la fuerza centrfuga.

Por el paso del aire a travs de un elemento filtrante, de bronce sinterizado o

malla de nylon.

Lubricacin

Los sistemas neumticos y sus componentes estn formados de partes que

poseen de movimientos relativos, estando, por tanto, sujetas a desgastes

mutuos, que los tienden a inutilizan. Para disminuir los efectos del desgaste y

las fuerzas de friccin a fin de facilitar los movimientos, los equipos deben ser


lubricados convenientemente, a travs del aire comprimido. La lubricacin del

aire comprimido es la mezcla de ste con una cantidad de aceite lubricante,

utilizada para la lubricacin de partes mecnicas internas movibles que estn

en contacto directo con el aire. Esa lubricacin debe ser efectuada de una

manera controlada y adecuada, a fin de no causar obstculos al paso del aire,

problemas las empacadoras y sellos. Adems de eso, este lubricante debe

llegar a todos los componentes, aun cuando las lneas tengan circuitos

sinuosos.

Esto se ha logrado haciendo que las partculas de aceite se queden en

suspensin dentro flujo, o sea, no se deposite a lo largo de las paredes de las

tuberas o lneas. El medio ms prctico de efectuar este tipo de lubricacin es

con un lubricador.

Funcionamiento del Lubricador

Descripcin

Genera la distribucin proporcional del aceite en una larga franja del flujo de

aire. El sistema con aguja asegura una distribucin de aceite repetitiva, permite

el llenado del vaso aun con la lnea presurizada.

Operacin

El aire comprimido fluye a travs del lubricador por dos direcciones. En

caudales bajos, la mayor parte del flujo de aire es a travs del orificio Venturi

(B) y la otra parte fluye deflactando la membrana de restriccin (A) y al mismo

tiempo presuriza el vaso a travs del asiento tipo esfera de la placa inferior. La

velocidad del aire que fluye a travs del orificio de Venturi (B) provoca una

depresin del orificio superior (F), que, es sumada a la presin positiva del vaso

a travs del tubo de succin (E), lo cual hace que el aceite se consuma a travs

del conjunto de goteo. Ese flujo se controla a travs de la vlvula de regulacin

(G) y el aceite gotea a travs del paso (I), encontrando el flujo de aire que pasa

a travs de Venturi (B), provocando as, su pulverizacin. Cuando el flujo del

aire aumenta, la membrana de restriccin (A) impide el paso del aire, haciendo

que la mayor parte pase por el orificio de Venturi (B), asegurando que la

distribucin del aceite aumente linealmente con el incremento del vaco de aire.

El vaso puede llenarse con aceite sin necesitar despresurizar la lnea de aire,

debido a la accin de la esfera (C). Cuando el tapn del relleno (H) es retirado,


el aire contenido en el vaso se escapa hacia la atmsfera y la esfera (C) impide

el paso de aire hacia el vaso, evitando as, su presurizacin. Al volver a poner

el tapn, una pequea porcin de aire entra en el vaso y cuando este es

totalmente presurizado la lubricacin vuelve a la normalidad.

Mantenimiento

- Usar solamente algodn para limpiar, no usar estopa.

- Lavar slo con kerosn.

- Evitar llenar el vaso demasiado con aceite.

- Verificar si las empacadoras y sellos no estn daadas.

- Verificar si en los extremos del tubo pescador del filtro no estn obstruido.

- Evitar forzar demasiado el tornillo del control de flujo, al intentar cerrar el paso

del aceite.

Caractersticas de los Lubricantes

Predominan los lubricantes a base de petrleo, sin embargo se est teniendo

un incremento en la utilizacin de los aceites sintticos.

Los aceites pertenecen a tres clases principales: parafnicos, naftnicos y

aromticos;

Parafnicos

En general, se caracterizan por un alto ndice de viscosidad, alta estabilidad

contra el xido, menor tendencia en la formacin de barnices, alto punto de

fluidez y baja densidad.

Naftnicos

Presentan bajo ndice de viscosidad, menor estabilidad contra el xido, mayor

tendencia en la formacin de barnices, punto de fluidez ms bajo y densidad

elevada.

Sin embargo, su poder solvente es menor que los parafnicos y el tipo de

carbono formado al quemarse es menos duro que el formado por los primeros.

Las caractersticas bsicas pueden ser alteradas de acuerdo con el servicio,

pues el producto final puede presentarse bajo la forma de aceite mineral puro,

compuesto, con aditivos o aceites emulsionadles.


No todos los lubricante son apropiados para la utilizacin de los sistemas

neumticos, existen muchos aceites empleados que crean serios

inconvenientes para el funcionamiento perfecto de vlvulas, cilindros, etc. La

mayor parte de los aceites contienen aditivos especiales propios para ciertos

fines, inadecuado para otras aplicaciones. Dos aceites pueden parecer iguales

ante ciertas propiedades fsicas y comportarse de manera diferente frente a

diversos materiales. El aceite apropiado para los sistemas neumticos debe

contener antioxidante, o sea, no debe oxidarse al ser nebulizado con el aire;

debe contener aditivos antiespumantes para no formar espuma al nebulizarlo.

Otro factor importante para el aceite es su IV (ndice de viscosidad), que debe

ser mantenido lo ms uniforme posible con las variaciones de temperatura. Un

factor determinante en la seleccin del tipo de aceite ms adecuado es el

hecho de que los sellos de los componentes neumticos sean de goma nitrlica

(Buna N).

El aceite no debe alterar el estado del material.

Con esto, queremos referirnos al punto de ailina del aceite que puede

provocar la dilatacin, contraccin y ablandamiento de los sellos. El punto de

ailina se define como la temperatura en la cual tiene inicio la mezcla del aceite

convertido en ailina con el aceite considerado. En las lubricaciones

neumticas el Punto de Ailina no debe ser inferior a 90C (194F) y ni superior

a 100C (212F). Un sistema lubrificado apropiadamente no presentar tales

inconvenientes en relacin a los sellos.

Su funcionamiento es idntico al de la vlvula accionada por piloto simple

positivo. En lugar de emitir una seal neumtica, es dotada de una vlvula

comandada por el solenoide y, al ser creado el campo magntico, desplaza el

inducido, haciendo que la presin acte sobre el lado ms grande del pistn y

permitiendo el cambio de posicin. Desenergizando la bobina, el inducido es

vuelto a poner en su asiento y el aire que haba comandado el pistn es

eliminado hacia la atmsfera, permitiendo que la vlvula retorne a la posicin

inicial por medio de la presin de alimentacin, en contacto directo con el pistn

en el lado menor.


CAPTULO III:

ELABORACIN DEL BRAZO NEUMATICO

PROCESO DE ELABORACION

METODOLOGA DEL ENSAMBLE DEL BRAZO ROBOT

BRAZO NEUMATICO

Material Valor /descripcin Material Valor/descripcin

Cuadrado de metal (PTR) 4 Abrazaderas 1

Actuadores hidrulicos

(Pistones)

1 y 2 mbolos Cinta tefln ------

Tuercas 3/8 y Catarina de bicicleta ------

Rondanas 3/8 y Taza de valeros ------

Rondanas de presin 3/8 y Cadena de bicicleta ------

Esprragos Resortes -----

Solera Soplete Butano

Manguera para gasolina Soldadura de plata Alta resistencia

Vlvulas de paso Compuerta Abrazaderas tornillo sin fin

Tabos de cobre 3/8 y Electrodos ESAB-E3012

Tornillos 1/8 Liquido para frenos LF3

Manmetro (100PSI) Lamina ------

3.1 Material utilizado para construir el brazo

PASOS PARA EL DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIN DEL BRAZO

NEUMATICO

Las acotaciones que se indican haciendo referencias a las figuras se pueden

visualizar en el apartado de figuras de anexos, ya que ah estan las imgenes

disponibles.

Paso 1.- Se realizo inicialmente el corte y el soldado del cuadrado de metal

para empezar a hacer las articulaciones del brazo (Figura 4, 10 y 14)


Paso 2.- Se le realizaron los orificios para colocar los esprragos que

atravesaran el brazo, una vez los orificios se coloco el esparrago y se sujet

con las tuercas y rondanas. (Figura 2)

Paso 3.- Se le coloco un tubo de dimetro pequeo en la cabeza del embolo

del pistn para que se pudiera sujetar del esparrago, para que subiera y bajara

eso simulara los tendones del brazo. (Figura 7 y 12)

Paso 4.- En la primera articulacin se le coloco un eje para que se pudiera

atornillar la pieza con la taza de balero y la estrella de bicicleta y en el primer

pistn se le coloco la cadena y as sera posible que al momento que saliera el

embolo jalara la estrella y si regresa el resorte lo jalara y realizara el primer

grado de libertad. (Figura 8 y 9)

Paso 5.- La segunda articulacin tiene un segundo pistn que esta sujetado de

la primera articulacin y su mbolo esta con la segunda esta realiza el

movimiento de entrada y salida del embolo para que el brazo suba y baje y

fuera posible hacer el segundo grado de libertad. (Figura 3)

Paso 6.- En la tercera articulacin se realiza bsicamente la misma temtica de

lo que sucede en la articulacin anterior solo que ahora sucede en la tercera el

pistn pegado en la segunda y el embolo en la tercera, esa es como se

describira el tercer grado de libertad. (Figura 2)

Paso 7.- En la cuarta articulacin podemos asegurar que sucede lo mismo que

sucede en la articulacin tres solo que aqu ahora sucede en la cuarta

articulacin, el pistn pegado en el tercero y el embolo en el cuarto, as es

como se describira el cuarto grado de libertad. (Figura 1)

Paso 8.- El ltimo grado de libertad y la ltima pieza es la pinza, que se uso un

pistn de una entrada con dos mbolos de salida y unos resortes, eso haca

que cada vez que salieran los mbolos se cerrara las pinzas y cuando

regresara el resorte regresara la pinza, bsicamente es as es como se pudiera

describir el quinto grado de libertad. (Figura 11 y 13)


Paso 9.- Todos los pistones estan conectados con mangueras y aseguradas

con abrazaderas que van a las vlvulas reguladoras y se formaron unas T con

tubos de cobre para que funcionaran como entradas y salidas del liquido, una

vez conectadas a las T se diseo una peineta que las para que funcionara

como la entrada y el regreso del liquido. Las entradas y salidas estan

conectadas a una bomba hidrulica. (Figura 5 y 6)

Los brazos hidrulicos estan diseados para simular los brazos de los

humanos solo que se usa liquido los pistones podamos decir que son los

tendones y nuestros posibles tipos de movimientos como son el hombro, codo

y manos, los elementos terminales serian las manos ser mueca y dedos.

SIMULACIN EN EL SOFTWARE SolidWorks

A continuacin se presentan algunas de las imgenes del diseo por

separado y en la ltima imagen el ensamble completo del prototipo de las

piezas del brazo hidrulico (Pieza), diseadas en el software SolidWorks

para su mejor apreciacin.

3.2 Pieza 1 3.3 Pieza 2 3.4 Pieza 3



3.17 Pieza 12. Ensamble del brazo terminado (prototipo)

FICHA TECNICA

El diseo del robot ha sido realizado por cada integrante del equipo, cada uno

dando su mejor idea, pero como los materiales a utilizar han sido reciclados el

diseo se tuvo que adaptar al material que se tena en ese momento. Que no

por eso fue un mal resultado, al contrario, el diseo y prototipo final ha sido

mejor de lo que pudimos haber pensado.

Morfologa: Antropomrfica o Angular

Actuadores: Pistones Neumticos

Control: Manual (Vlvulas de Compuerta)

Grados de Libertad: 5

Numero de eslabones: 3


Efector final: Pinza

Peso del Prototipo: 40kg

Carga Mxima: 1.5kg

Material Eslabones: Acero PTR 4.5

Material Base: Placa 7/16

Presin de Trabajo: 120 libras

3.18 brazo con las especificaciones (vista lateral)

AREA DE TRABAJO

Espacio que el robot puede acceder al moverse. Debido a la estructura de las

articulaciones y al nmero de ellas existente, el brazo del robot puede llegar a

alcanzar ciertos puntos del espacio, pero nunca todos. Al conjunto de los

puntos del espacio que el robot puede alcanzar con su herramienta se le

denomina campo de accin, y es una caracterstica propia de cada robot. El

rea de trabajo de nuestro robot est indicada en las siguientes figuras:


3.19 longitud del brazo (vista arriba)

Un dimetro de 1.70 mts.

3.20 Longitud del brazo (vista lateral)

Un radio de 1 m.

ENTRADAS Y SALIDAS

Como sabemos el brazo robtico funciona por medio de cilindros neumticos

los cuales son de simple efecto, as que el regreso de embolo se da a travs

del peso de los mismos eslabones ayudados por unos muelles externo que se

colocaron en cada articulacin. Toda la presin fue suministrada por un riel de

vlvulas, con las cuales se controlaba el flujo de aire a travs de la manguera

de conexin, la presin total de trabajo fue de 120 libras, pero cada grado de

libertad funcionaba a diferentes fuerzas.


3.21 Primer grado de libertad

La presin de entrada para mover el primer grado de libertad fue de 413

pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 1380 libras fuerza.

3.22 Primero y segundo grado de libertad

La presin de entrada para mover el segundo y primer grado de libertad fue de

551 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 3,173 libras fuerza.


3.23 Primero, segundo y tercer grado de libertad

La presin de entrada para mover el tercero, segundo y primer grado de

libertad fue de 689 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 5500 libras

fuerza.

3.24 Primero, segundo, tercer, cuarto y quinto grado de libertad

La presin de entrada para mover todos los grados de libertad fue de 827

pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 9471 libras fuerza.


MOVIMIENTO DE TRAYECTORIAS

3.25 Trayectoria continua.

3.26 Trayectoria punto a punto.


CAPITULO IV:

RESULTADOS DEL PROYECTO

CONCLUSIN

La finalidad de realizar el brazo es el conocer la tecnologa con respecto a la

neumtica aplicada y todo lo que tenga que ver con los mtodos disponibles

que existen en el rea de robtica, ya que se hizo una investigacin previa a la

construccin, para as tratar de de cubrir todos los aspectos que se pretenden

explicar.

El modelo se adapta a las caractersticas de las tecnologas neumticas

aplicadas en la industria. Las pruebas que se pretendan realizar en el brazo se

eran con hidrulica (liquido para frenos) pero posteriormente se modifico el

diseo y se realizo con neumtica (aire) ya que la bomba hidrulica que

tenamos no era competente para estas primeras pruebas realizadas, desde la

perspectiva de un cuadro de mando integral, y constituye una herramienta til

de soporte de las decisiones gerenciales para el desarrollo de una estrategia

orientada dicho proceso. El modelo neumatico contribuye en la generacin de

conocimiento en esta rea y realiza un aporte social importante en el sentido de

que sirve para la mejora de las capacidades de innovacin en las tecnologas,

las cuales representan un gran avance de aplicaciones, lo cual fortalece para

sobrevivir en la reida competencia que les toca enfrentar.

Adems de sus caractersticas propias y la diferencia entre los diversos

tipos de tecnologas neumticas investigadas que siguen para la acreditacin

de aplicacin, ya que cuando hablamos de la palabra tecnologa nos referimos

a la ciencia o el estudio que busca siempre innovar en diversas reas.


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GLOSARIO

Algoritmo Juego de reglas secuenciales preestablecidas para la

resolucin de un problema.

Autmata Es una maquina o sistema mecnico que tiene la

propiedad de realizar operaciones automticamente

Bpedo Persona, animal o robot de dos pies

Capacidad sensorial En robtica, capacidad que puede tener un robot de

percibir algn tipo de seal (mecnica, acstica,

luminosa, etc.)

Ciencia- ficcin Gnero narrativo cuyos argumentos se desarrollan de

presuntos logros cientficos, tcnicos, biolgicos, etc.

cinemtico Algo que tiene propiedades de poderse mover en el

espacio y el tiempo

Lenguaje de programacin Sistema de signos y smbolos que permiten construir o

desarrollar programas o software con los que la

computadora puede operar

Multpedos

Animal o robot de varios pies

Reprogramable

Se refiere a los robots que se pueden programar de distintas formas, para que ejecuten ciertas acciones.

Teleoperacin

Manejo de objetos a larga distancia, por medio de un

control remoto tambin es conocido como telequerca.

Trayectoria

Recorrido de un cuerpo que se mueve en un espacio de dos o tres dimensiones

Software Conjunto de programas que se pueden ejecutar en una

computadora

Sistema de locomocin Sistema que utiliza los cuerpos para trasladarse de un

punto a otro


SIMBOLOGA DE COMPONENTES NEUMTICOS EN EL SOFTWARE

FluitSim PARA SIMULACIN DE APLICACIONES DE LA NEUMATICA

4.1 Simbologa de componentes neumticos.


4.2 Simbologa de componentes neumticos (continuacin).


ANEXOS

4.3 Figura 1.- (Evidencia 1). 4.4 Figura 2.- (Evidencia 2).





4011 Figura 9.- (Evidencia 9). 4.12 Figura 10.- (Evidencia10).

Figura 11.- (Evidencia 12).




MAQUINARIA UTILIZADA

4.17 Taladro de banco. 4.18 Esmeril.

4.19 Tornillo. 4.20 Soldadora de arco.

4.21 Cortadora de disco. 4.22 Compresor.

BRAZO Neumatico

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