Robotica Manufactura

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MANUFACTURA MANUFACTURA INTEGRADA POR INTEGRADA POR COMPUTADORA COMPUTADORA Robótica Integrada a la Robótica Integrada a la Manufactura Manufactura

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MANUFACTURA MANUFACTURA INTEGRADA POR INTEGRADA POR COMPUTADORACOMPUTADORA

Robótica Integrada a la Robótica Integrada a la ManufacturaManufactura

Page 2: Robotica Manufactura

ContenidoContenidoPARTE IPARTE I

ConceptoConceptoAntecedentesAntecedentesClasificaciónClasificaciónAplicacionesAplicacionesActuadorActuador finalfinalLimitacionesLimitacionesDesventajasDesventajasJustificaciónJustificación

PARTE IIPARTE IIMarco de referenciaMarco de referenciaControladorControladorLenguajes de Lenguajes de programaciónprogramaciónSimulaciónSimulación

PARTE IIIPARTE IIICaso “Robot Caso “Robot soldador”soldador”

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Robot Robot InstituteInstitute ofof AmericaAmerica

Un manipulador Un manipulador multifuncionalmultifuncionalreprogramablereprogramable diseñado para diseñado para

mover material, partes o mover material, partes o dispositivos especiales a través dispositivos especiales a través de movimientos programados de movimientos programados variables para la ejecución de variables para la ejecución de

una variedad de tareas. una variedad de tareas. ((ShlusselShlussel, 1985), 1985)

Concepto de RobotConcepto de Robot

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Concepto de RobotConcepto de Robot

Un robot es una máquina que Un robot es una máquina que puede ser programada para puede ser programada para efectuar un número de tareas, de efectuar un número de tareas, de la misma manera que una la misma manera que una computadora es un circuito computadora es un circuito electrónico que se puede electrónico que se puede programar para hacer una programar para hacer una variedad de tareas. (variedad de tareas. (MckerrowMckerrow, , 1986)1986)

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RobóticaRobóticaEs una conexión inteligente Es una conexión inteligente

de percepción a acción. de percepción a acción. ((BradyBrady, 1985), 1985)

Concepto de RobotConcepto de Robot

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¿Qué es un robot?¿Qué es un robot?Subsistema mecánicoBrazos, manos, muñeca, vehículo, actuadores, engranes, tendones, frenos.

Subsistema procesoEntorno, gente, fábrica, tarea, otros robots.

Subsistema eléctricoMotores, computadoras, interfases, ligas de comunicación, sensores, fuentes de poder.

Subsistema sensoresInternos Externos

Posición Visión

Velocidad Tacto

Fuerza Químico

Subsistema controlModelos de mecánica, modelos de procesos, transformaciones geom, lazos de control.

Subsistema planeaciónPercepción, fisura de dos imágenes, modelado del entorno, planeación de trayectorias.

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A mediados del siglo XX entra la A mediados del siglo XX entra la computadora que permite un control computadora que permite un control de lazo cerrado de de lazo cerrado de actuadoresactuadores, , transmisiones a través de engranes, transmisiones a través de engranes, tecnología de sensores.tecnología de sensores.Esto despertó un número de Esto despertó un número de aplicaciones.aplicaciones.

Automatización flexible.Automatización flexible.TeleoperaciónTeleoperación..

¿Qué es un robot?¿Qué es un robot?

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ClasificaciónClasificación

Grados de libertad y Grados de libertad y envolventeenvolventeFuentes de energíaFuentes de energíaGeneracionesGeneracionesNivel de inteligenciaNivel de inteligenciaNivel de controlNivel de control

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Clasificación por Grados de Clasificación por Grados de LibertadLibertad

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Clasificación por Fuentes de Clasificación por Fuentes de EnergíaEnergía

NeumáticoNeumáticoHidráulicoHidráulicoEléctricoEléctricoMotor de Motor de combustióncombustión

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Clasificación por Nivel de InteligenciaClasificación por Nivel de InteligenciaDispositivos de manejo manual controlados por una Dispositivos de manejo manual controlados por una persona.persona.Robots de secuencia fija.Robots de secuencia fija.Robots de secuencia variable, donde el operador Robots de secuencia variable, donde el operador modifica la secuencia con anterioridad.modifica la secuencia con anterioridad.Robots de repetición.Robots de repetición.Robots controlados numéricamente, en donde el Robots controlados numéricamente, en donde el operador le proporciona un programa de operador le proporciona un programa de movimientos.movimientos.Robots inteligentes, los cuales pueden entender e Robots inteligentes, los cuales pueden entender e interactuar con cambios en el medio ambiente.interactuar con cambios en el medio ambiente.

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Clasificación por Nivel de ControlClasificación por Nivel de ControlNivel de inteligencia artificialNivel de inteligencia artificial

El programa acepta una orden como “levanta un engrane” y El programa acepta una orden como “levanta un engrane” y la desglosa en una secuencia de ordenes de bajo nivel la desglosa en una secuencia de ordenes de bajo nivel

basadas en un modelo estratégico de una tarea.basadas en un modelo estratégico de una tarea.Nivel de modo de controlNivel de modo de control

Los movimientos del sistema son modelados, incluyendo las Los movimientos del sistema son modelados, incluyendo las interacciones dinámicas entre los diferentes mecanismos, interacciones dinámicas entre los diferentes mecanismos,

trayectorias planeadas y puntos seleccionados.trayectorias planeadas y puntos seleccionados.Nivel de servo controlNivel de servo control

Los Los actuadoresactuadores controlan los parámetros del mecanismo controlan los parámetros del mecanismo usando retroalimentación de sensores internos.usando retroalimentación de sensores internos.

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AplicacionesAplicaciones

Soldadura.Soldadura.Pintura.Pintura.Ensamble.Ensamble.Manejo de Manejo de materiales.materiales.

Transportación.Transportación.Excavación de Excavación de minas.minas.Entre otrasEntre otras

..

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ActuadorActuador FinalFinal

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ActuadoresActuadores NeumáticosNeumáticosVentajasVentajas

Alta velocidadAlta velocidadFuente de energía Fuente de energía común en la común en la industriaindustriaNo se utilizan fluidosNo se utilizan fluidos

DesventajasDesventajas

La compresibilidad La compresibilidad del aire limita del aire limita aspectos de control aspectos de control y precisióny precisiónRuido en los Ruido en los escapesescapesSecado y filtrado del Secado y filtrado del aire necesarioaire necesario

ActuadorActuador FinalFinal

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ActuadorActuador FinalFinal

ActuadoresActuadores HidráulicosHidráulicosVentajasVentajas

Alta razón de Alta razón de potencia a pesopotencia a pesoMuy buen servo Muy buen servo control puede ser control puede ser alcanzado.alcanzado.Velocidades Velocidades moderadas, moderadas, respuesta rápidarespuesta rápida

DesventajasDesventajasLos sistemas Los sistemas hidráulicos son caroshidráulicos son carosProblemas de Problemas de mantenimiento con mantenimiento con sellado puede sellado puede causar pérdidascausar pérdidasNecesitan una Necesitan una fuente remota de fuente remota de energía la cual energía la cual ocupa espacio de ocupa espacio de pisopiso

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ActuadorActuador FinalFinal

ActuadoresActuadores EléctricosEléctricosVentajasVentajas

Son rápidos y Son rápidos y precisosprecisosEs posible aplicar Es posible aplicar sofisticadas técnicas sofisticadas técnicas de control al de control al movimientomovimientoPrecios Precios relativamente bajosrelativamente bajos

DesventajasDesventajasProblemas con el Problemas con el sobrecalentamientosobrecalentamientoSon necesarios Son necesarios frenos para fijarlo en frenos para fijarlo en una posiciónuna posiciónLa energía eléctrica La energía eléctrica puede ser puede ser considerada como considerada como flamableflamable

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LimitacionesLimitaciones

Un robot es ciegoUn robot es ciego

Un robot ciego es Un robot ciego es sensible a variación en sensible a variación en el producto, el proceso el producto, el proceso y las tolerancias del y las tolerancias del producto.producto.

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Desventajas del Trabajo Desventajas del Trabajo RobotizadoRobotizado

El costo de un robot permanece El costo de un robot permanece constante con baja reducciónconstante con baja reducción

Requieren gran capital al instalarse que Requieren gran capital al instalarse que se deprecia con los años se deprecia con los años vsvs el recurso el recurso humano que cuesta el tiempo humano que cuesta el tiempo trabajandotrabajando

Un robot se debe justificar Un robot se debe justificar económicamenteeconómicamente

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El recurso humano puede El recurso humano puede sentirse amenazado por el sentirse amenazado por el desempleodesempleo

Desuso del equipo al terminar el Desuso del equipo al terminar el proyecto.proyecto.

Desventajas del Trabajo RobotizadoDesventajas del Trabajo Robotizado

AlternativasCompañerismoEntrenamientoReubicación

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Justificación de un RobotJustificación de un Robot

Aumentar utilidades.Aumentar utilidades.Efectuar tareas imposibles para Efectuar tareas imposibles para un humano.un humano.Realizar tareas que son muy Realizar tareas que son muy peligrosas.peligrosas.Aumentar/mejorar calidad.Aumentar/mejorar calidad.

Los robots deben ser Los robots deben ser costeablescosteables y y ahorrarle dinero a la compañíaahorrarle dinero a la compañía

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Sugerencias e Implementación...Sugerencias e Implementación...

Evitar complicaciones extremas e Evitar complicaciones extremas e innecesarias (simplifica)innecesarias (simplifica)Definir las operaciones tal que Definir las operaciones tal que sean ordenadas y sistemáticas.sean ordenadas y sistemáticas.La rapidez de un robot es La rapidez de un robot es aproximadamente igual a la de un aproximadamente igual a la de un humano.humano.Para carreras muy cortas usa Para carreras muy cortas usa gente, para carreras muy largas gente, para carreras muy largas usa automatización fija.usa automatización fija.

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Sugerencias en Sugerencias en ImplementaciónImplementación

Si no produce utilidades Si no produce utilidades no tiene sentidono tiene sentido

Un robot no es Un robot no es necesariamente mejor necesariamente mejor que ningunoque ninguno

Si la gente no lo quiere, Si la gente no lo quiere, va a fallarva a fallar

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Recuperación de la InversiónRecuperación de la InversiónNormalmente debe ser menor a 2.5 años (depende de la Normalmente debe ser menor a 2.5 años (depende de la empresa)empresa)

P=P= CCW + I + D W + I + D -- (M + S)(M + S)

donde:donde:P= # de años para recuperar la inversión.P= # de años para recuperar la inversión.C= Costo total del sistemaC= Costo total del sistemaW= Sueldo anual de trabajadores reemplazadosW= Sueldo anual de trabajadores reemplazadosI= Ahorro en productividadI= Ahorro en productividadD= Depreciación permitidaD= Depreciación permitidaM=Costo de mantenimientoM=Costo de mantenimientoS= Costo del personal de apoyoS= Costo del personal de apoyo

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Ejemplo 1Ejemplo 1P=P= 125,000125,000

24,000 + 10,000 + 25,000 24,000 + 10,000 + 25,000 -- ( 5,000 + 24, 000)( 5,000 + 24, 000)P= 4.166 añosP= 4.166 años

Considerar:Considerar:Costo del sistema = $125,000Costo del sistema = $125,000Salario y prestaciones (12 hrs. y 250 días al año) = Salario y prestaciones (12 hrs. y 250 días al año) = $24,000$24,000Ahorro por uso del robot = $10,000Ahorro por uso del robot = $10,000Depreciación (20%) = $25,000Depreciación (20%) = $25,000Costo de mantenimiento = $5,000Costo de mantenimiento = $5,000Costo de personal de soporte = $24,000Costo de personal de soporte = $24,000

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Ejemplo 2Ejemplo 2

P=P= 125,000125,00048,000 + 20,000 + 25,000 48,000 + 20,000 + 25,000 -- ( 6,000 + 48, 000)( 6,000 + 48, 000)

P= 3.205 añosP= 3.205 años

Considerar:Considerar:El robot trabaja 2 turnos El robot trabaja 2 turnos ----> aumentar el > aumentar el costo por mantenimiento $1,000 pero costo por mantenimiento $1,000 pero aumenta el ahorro por salario.aumenta el ahorro por salario.Tomar en cuenta los datos del problema Tomar en cuenta los datos del problema anterioranterior

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Marcos de referenciaMarcos de referencia

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ControladorControlador

Topes mecánicosTopes mecánicos

Lógica de Control Lógica de Control

ProgramableProgramable

TeachTeach pendantpendant

Lenguaje de Lenguaje de

programaciónprogramación

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Lógica de Control ProgramableLógica de Control Programable

IN001

IN002

IN003

IN004

OUT0101

OUT0102

OUT0103

OUT0104

Input Output device

Raise

Rotate Left

Extend

Grip

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TeachTeach PendantPendant

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Lenguajes de ProgramaciónLenguajes de Programación

Compiladores: Compiladores: C, C, LispLisp, Pascal, , Pascal, FortranFortranWavwWavwALAL-- StandfordStandford UniversityUniversity RoboticsRoboticsResearchResearch CenterCenterALAL-- IBM RS/1 RobotIBM RS/1 RobotRAILRAILRPL RPL -- SRISRIVALVAL

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Lenguaje de Programación Lenguaje de Programación VALVAL

Opera en tiempo realOpera en tiempo realPuede manejar diferentes sistemas Puede manejar diferentes sistemas de coordenadasde coordenadasIncluye rutinas de diagnostico del Incluye rutinas de diagnostico del robotrobotLa programación es interactiva, se La programación es interactiva, se pueden realizar cambios mientras el pueden realizar cambios mientras el robot esta en movimientorobot esta en movimiento

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Manejo de MaterialesManejo de MaterialesIndustria AutomotrizIndustria Automotriz