Robots Industriales

ROBOTS INDUSTRIALESIng. Byron Lima

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANAUNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANAUNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANAUNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANASEDE GUAYAQUILSEDE GUAYAQUILSEDE GUAYAQUILSEDE GUAYAQUIL

ROBOT INDUSTRIAL

� Algunas definiciones:

� OrganizaciónOrganizaciónOrganizaciónOrganización InternacionalInternacionalInternacionalInternacional dededede EstándaresEstándaresEstándaresEstándares (ISO)(ISO)(ISO)(ISO)::::

Manipulador multifuncional reprogramable con varios

grados de libertad, capaz de manipular materias,

piezas, herramientas o dispositivos especiales según

trayectorias variables programadas para realizar

tareas diversas.

� FederaciónFederaciónFederaciónFederación InternacionalInternacionalInternacionalInternacional dededede RobóticaRobóticaRobóticaRobótica (IFR)(IFR)(IFR)(IFR):::: Máquina

de manipulación automática, reprogramable y

multifuncional con tres o más ejes que pueden

posicionar y orientar materias, 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.

CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES

� DesdeDesdeDesdeDesde elelelel puntopuntopuntopunto dededede VistaVistaVistaVista IndustrialIndustrialIndustrialIndustrial

� Robots Manipuladores

� Robots de repetición o aprendizaje

� Robots con control por computador

� Robots inteligentes

� Micro-robots

� SegúnSegúnSegúnSegún laslaslaslas generacionesgeneracionesgeneracionesgeneraciones

� Primera Generación

� Segunda Generación

� Tercera Generación

CLASIFICACIÓN SEGÚN PUNTO DE VISTA INDUSTRIAL

� RobotsRobotsRobotsRobots ManipuladoresManipuladoresManipuladoresManipuladores:::: son sistemas mecánicos multifuncionales cuyo sencillo sistema de

control permite gobernar el movimiento de sus elementos. Pueden operar en los siguientes

modos:

� ManualManualManualManual:::: Cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador.

� DeDeDeDe secuenciasecuenciasecuenciasecuencia fijafijafijafija:::: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajo preparado

previamente.

� DeDeDeDe secuenciasecuenciasecuenciasecuencia variablevariablevariablevariable:::: Se pueden alterar algunas características de los ciclos de trabajo.

� Existen muchas operaciones básicas que pueden ser realizadas óptimamente mediante

manipuladores, por lo que se debe considerar seriamente el empleo de estos dispositivos,

cuando las funciones de trabajo sean sencillas y repetitivas


� RobotsRobotsRobotsRobots dededede repeticiónrepeticiónrepeticiónrepetición oooo aprendizajeaprendizajeaprendizajeaprendizaje:::: 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. Son los más conocidos, hoy día, en

los ambientes industriales y el tipo de programación

que incorporan, recibe el nombre de "gestual".


� RobotsRobotsRobotsRobots conconconcon controlcontrolcontrolcontrol porporporpor computadorcomputadorcomputadorcomputador: Son

manipuladores o sistemas mecánicos

multifuncionales, controlados por un computador,

que habitualmente suele ser un micro-ordenador.

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

específico, compuesto por varias instrucciones

adaptadas al robot, con las que se puede

confeccionar un programa de aplicación utilizando

solo el terminal del computador, no el brazo. A esta

programación se le denomina textual y se crea sin

la intervención del manipulador.36

� Las grandes ventajas que ofrecen este tipo de

robots, hacen que se vayan imponiendo en el

mercado rápidamente, lo que exige la preparación

urgente de personal calificado, capaz de

desarrollar programas similares a los de tipo

informático.


� RobotsRobotsRobotsRobots inteligentesinteligentesinteligentesinteligentes:::: Son similares a los del grupo anterior, pero, además, son capaces de

relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores y tomar decisiones en tiempo

real (auto programable).

� De momento, son conocidos en el mercado y se encuentran en fase experimental, en la que se

esfuerzan los grupos investigadores por potenciarles y hacerles más efectivos, al mismo

tiempo que más asequibles. La visión artificial, el sonido de maquina y la inteligencia artificial,

son las ciencias que más están estudiando para su aplicación en los robots inteligentes.


� MicroMicroMicroMicro----robotsrobotsrobotsrobots:::: con fines educacionales, de

entretenimiento o investigación, existen

numerosos robots de formación o micro-

robots a un precio muy asequible y, cuya

estructura y funcionamiento son similares

a los de aplicación industrial.

CLASIFICACIÓN SEGÚN SUS GENERACIONES

� 1111ºººº GeneraciónGeneraciónGeneraciónGeneración:::: Repite la tarea

programada secuencialmente. No toma en

cuenta las posibles alteraciones del

espacio.

� 2222ºººº GeneraciónGeneraciónGeneraciónGeneración:::: Adquiere información

limitada de su entorno y actúa en

consecuencia. Puede localizar, clasificar

(visión) y detectar esfuerzos y adaptar sus

movimientos en consecuencia.

� 3333ºººº GeneraciónGeneraciónGeneraciónGeneración:::: Su programación se realiza

mediante el empleo de un lenguaje

natural. Posee la capacidad para la

planificación automática de sus tareas.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS

� Grados de libertad

� Morfología

� Espacio de trabajo

� Alcance máximo

� Precisión de los movimientos

� Resolución espacial

� Exactitud

� Repetibilidad

� Capacidad de carga

� Velocidad y Aceleración

� Seguridad

� Métodos de Programación

� Sensores y actuadores

GRADOS DE LIBERTAD

� Cada uno de los movimientos

independientes (giros y desplazamientos)

que puede realizar cada articulación con

respecto a la anterior.

� Estos parámetros se precisan para

determinar la posición y la orientación del

elemento terminal del manipulador.

� Para posicionar y orientar un cuerpo de

cualquier manera en el espacio son

necesarios seis parámetros, tres para

definir la posición y tres para la

orientación, si se pretende que un robot

posicione y oriente su extremo se

precisarán al menos seis grados de

libertad.Brazo en 3D - 7 GDL

GRADOS DE LIBERTAD

� Cuando el numero de grados de libertad del robot es mayor que los necesarios para

realizar una determinada tarea se dicen que el robotrobotrobotrobot eseseses redundanteredundanteredundanteredundante....

MORFOLOGÍA

� La estructura del manipulador y la relación

entre sus elementos proporcionan una

configuración mecánica, que da origen al

establecimiento de los parámetros que hay que

conocer para definir la posición y orientación

del elemento terminal.

� Configuraciones clásicas:

� Cartesiana / Rectilínea

� Cilíndrica

� Esférica / Polar

� Angular / Brazo articulado

� Configuración no clásica:

� SCARA (Selective Compliance Assembly

Robot Arm)

CONFIGURACIÓN CARTESIANA

� El posicionado se hace en el espacio de

trabajo con las articulaciones prismáticas.

� Esta configuración se usa bien cuando un

espacio de trabajo es grande y debe

cubrirse.

� Posee tres movimientos lineales, es decir,

tiene tres grados de libertad, los cuales

corresponden a los movimientos

localizados en los ejes X, Y y Z.

� Los movimientos que realiza este robot

entre un punto y otro son con base en

interpolaciones lineales (trayectorias en

línea recta).

CONFIGURACIÓN CILÍNDRICA

� El robot tiene un movimiento de rotación

sobre una base, una articulación

prismática para la altura, y una prismática

para el radio.

� Este robot ajusta bien a los espacios de

trabajo redondos.

� Puede realizar dos movimientos lineales y

uno rotacional, o sea, que presenta tres

grados de libertad.

� Puede ejecutar los movimientos conocidos

como interpolación lineal e interpolación

por articulación (De acuerdo a los

movimientos de las articulaciones).

CONFIGURACIÓN ESFÉRICA

� Dos juntas de rotación y una prismática

permiten al robot apuntar en muchas

direcciones, y extender la mano a un poco

de distancia radial.

� Los movimientos son: rotacional, angular y

lineal....

� Este robot utiliza la interpolación por

articulación para moverse en sus dos

primeras articulaciones y la interpolación

lineal para la extensión y retracción.

CONFIGURACIÓN ANGULAR

� El robot usa 3 juntas de rotación para

posicionarse.

� Generalmente, el volumen de trabajo es

esférico.

� Presenta una articulación con

movimiento rotacional y dos angulares.

� Aunque el brazo articulado puede

realizar el movimiento llamado

interpolación lineal (para lo cual

requiere mover simultáneamente dos o

tres de sus articulaciones), el

movimiento natural es el de

interpolación por articulación, tanto

rotacional como angular.

CONFIGURACIÓN ANGULAR

� Posee ciertas características

antropomórficas, es decir, con

características basadas en la figura

humana.

CONFIGURACIÓN SCARA

� Similar al de configuración cilíndrica, pero el radio y la rotación se

obtiene por uno o dos eslabones. Este brazo puede realizar

movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dos

articulaciones rotacionales.

� El robot de configuración SCARASCARASCARASCARA ((((Selective Compliance

Assembly Robot Arm) también puede hacer un movimiento lineal

(mediante su tercera articulación).

TIPOS DE MOVIMIENTOS

� Lineales � Por articulación

� Nótese que estos movimientos tienen al menos 1 grado de libertad.

ALCANCE MÁXIMO

� El alcance máximo es la medida desde el centro del robot enla mayor extensión del brazo. Este varía con cada modelo derobot. Alcance del robot se relaciona comúnmente como elespacio de trabajo y describe la gama operativa del robotindustrial.

� El número de ejes y diseño pueden afectar drásticamente elmáximo alcance. Los robots cilíndricos tienen una envolturade trabajo en la forma de un cilindro y los robots polar oarticulado brazo-extender su campo de trabajo en la formade una esfera. Mientras robots de seis ejes generalmentetienen la flexibilidad necesaria para un largo alcance,algunos de los envolventes más grandes de trabajo soncreados por dedicados 4-eje robots de paletización.

ESPACIO DE TRABAJO

� El espacio o volumen de trabajo de un robot se refiere únicamente al espacio

dentro del cual puede desplazarse el extremo de su muñeca, no teniéndose en

cuenta el efector final, ya que a la muñeca del robot se le pueden adaptar

herramientas de distintos tamaños.

� Se puede distinguir el volumen de trabajo regular y volumen de trabajo irregular.

ESPACIO DE TRABAJO

� El robot cartesiano y el robot

cilíndrico presentan volúmenes

de trabajo regulares.

� El robot cartesiano genera una

figura cúbica.

� El robot de configuración

cilíndrica presenta un volumen de

trabajo parecido a un cilindro

(normalmente este robot no tiene

una rotación de 360° por efectos

de cableado)

ESPACIO DE TRABAJO

� Por su parte, los robots que poseen una configuración esférica, los de

brazo articulado y los modelos SCARA presentan un volumen de trabajo

irregular.

Esférico SCARA

Polar

ESPACIO DE TRABAJO

� Para determinar el volumen de trabajo de un robot industrial, el fabricante

generalmente indica un plano con los límites de movimiento que tiene cada una

de las articulaciones del robot, como en el siguiente caso:

PRECISIÓN DE LOS MOVIMIENTOS

� Resolución EspacialResolución EspacialResolución EspacialResolución Espacial

� La resolución espacial se define como el incremento más pequeño de movimiento en que el

robot puede dividir su volumen de trabajo.

� P1 – P2 representa el menor incremento con el que se puede mover el robot a partir de P1.

� En cada intersección de líneas se encuentra un punto "direccionable", es decir un punto que

puede ser alcanzado por el robot.

� Distancia entre dos puntos adyacentes.

� Estos puntos están típicamente separados por un milímetro o menos, dependiendo del tipo de

robot.


� Resolución EspacialResolución EspacialResolución EspacialResolución Espacial

� Básicamente depende de los sistemas que controlan la resolución

y las inexactitudes mecánicas.

� Sistema de Control porque, es el medio para controlar todos los

incrementos individuales de una articulación.

� Los controladores dividen el intervalo total de movimiento para

una junta particular en incrementos individuales

� Las inexactitudes mecánicas se relacionan con la calidad de los

componentes que conforman las uniones y las articulaciones.

� Holgura de engranajes, tensión de poleas, fugas varias, etc.


� ExactitudExactitudExactitudExactitud

� Capacidad de un robot para situar el

extremo de su muñeca en un punto

señalado dentro del volumen de trabajo.

� Mide la distancia entre la posición

especificada, y la posición real del

actuador terminal del robot.

� Mantiene una relación directa con la

resolución espacial.

� Un robot presenta una mayor exactitud

cuando su brazo opera cerca de la base.

A medida que el brazo se aleja de la

base, la exactitud se irá haciendo menor.

� Las cargas más pesadas reducen la

exactitud.

Pieza de

Trabajo

Brazo

Articulado


� RepetibilidadRepetibilidadRepetibilidadRepetibilidad

� Capacidad del robot de regresar al punto

programado las veces que sean necesarias.

Esta magnitud establece el grado de

exactitud en la repetición de los movimientos

de un manipulador al realizar una tarea

programada.

� Dependiendo del trabajo que se deba

realizar, la precisión en la repetibilidad de los

movimientos es mayor o menor.

� Ejemplos:

� En ensamblaje de piezas < ±0.1 mm.

� Soldadura, pintura y manipulación de piezas,

entre 1 y 3 mm.

� Operaciones de mecanizado < 1mm.

Punto de

Retorno

Punto de

Programado

CAPACIDAD DE CARGA

� El peso, en kilogramos, que puede

transportar la garra del manipulador

recibe el nombre de capacidad de

carga.

� A veces, este dato lo proporcionan los

fabricantes, incluyendo el peso de la

propia garra.

� En modelos de robots industriales, la

capacidad de carga de la garra, puede

oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg.

� Es un parámetro importante en la

selección de un robot, según la tarea a

la que se destine.

� En soldadura y mecanizado es común

tener > 50kg.

Carga

VELOCIDAD Y ACELERACIÓN

� Para lograr tiempos mínimos de trabajo o ciclos

de fabricación, las aceleraciones y velocidades

de desplazamiento de la mano (y las rótu1as) del

robot deberían ser altas.

� Pero ello complica y encarece el diseño del

manipulador y la operación.

� Por ejemplo, una alta velocidad en la trayectoria

requiere estructuras más livianas (onerosas) o

cortas (poco alcance) o motores más potentes

(mayor costo y peso) y dificulta el alcanzar la

posición deseada con velocidad y aceleración

nulas (frenos más caros).

� Es un dato considerable a la hora de elegir un

robot industrial.

� En soldadura y manipulación de piezas es

aconsejable que la velocidad de trabajo sea alta.

En pintura, mecanizado y ensamblaje, la

velocidad debe ser media e incluso baja.

SEGURIDAD

� Los robots industriales tienen partes móviles de gran peso y velocidad y

se debe establecer medidas apropiadas de seguridad para los operarios y

otras personas y equipos.

PROGRAMACIÓN

� La programación del robot se realiza para enseñarle su ciclo de trabajo.

� Una gran parte del programa se refiere a la trayectoria del movimiento que el robot debe

ejecutar para mover piezas o herramientas desde una posición del espacio de trabajo a

otra.

� Estos movimientos se suelen enseñar mostrando el movimiento al robot y registrándolo

dentro de su memoria. Sin embargo, existen otras partes del programa que no se refieren a

ningún movimiento del brazo. Entre éstas se incluyen la interpretación de sensores, la

actuación del efector final y algunas de estas otras actividades se enseñan mejor mediante

la programación del robot utilizando un lenguaje de computadora

� Se pueden distinguir dos tipos: programaciónprogramaciónprogramaciónprogramación gestualgestualgestualgestual y programaciónprogramaciónprogramaciónprogramación textualtextualtextualtextual.

� La programaciónprogramaciónprogramaciónprogramación gestualgestualgestualgestual consiste en forzar al brazo del robot a desplazarse a través de la

secuencia de movimiento requerida y registrar los movimientos de la memoria del

controlador. Podemos distinguir dos tipos:

� Programación por aprendizaje directo.

� Programación mediante un dispositivo de enseñanza.

PROGRAMACIÓN GESTUAL

� ProgramaciónProgramaciónProgramaciónProgramación porporporpor aprendizajeaprendizajeaprendizajeaprendizaje directodirectodirectodirecto....

� En el aprendizaje directo, el punto final del brazo se traslada con ayuda de un dispositivo

especial colocado en su muñeca, o utilizando un brazo maestro o maniquí, sobre el que se

efectúan los desplazamientos que, tras ser memorizados, serán repetidos por el manipulador.

� La técnica de aprendizaje directo se utiliza, extensamente, en labores de pintura. El operario

conduce la muñeca del manipulador o del brazo maestro, determinando los tramos a recorrer y

aquellos en los que la pistola debe expulsar una cierta cantidad de pintura. Con esta

programación, los operarios sin conocimientos de "software", pero con experiencia en el trabajo

a desarrollar, pueden preparar los programas eficazmente.

� La programación por aprendizaje directo tiene pocas posibilidades de edición, ya que, para

generar una trayectoria continua, es preciso almacenar o definir una gran cantidad de puntos,

cuya reducción origina discontinuidades. El "software" se organiza, aquí, en forma de intérprete


� Programación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanza....

� La programación, usando un dispositivo de enseñanza, consiste en determinar las acciones y

movimientos del brazo manipulador, a través de un elemento especial para este cometido. En

este caso, las operaciones ordenadas se sincronizan para conformar el programa de trabajo.

� El dispositivo de enseñanza suele estar constituido por botones, teclas, pulsadores, luces

indicadoras, ejes giratorios o "joystick".

� Dependiendo del algoritmo de control que se utilice, el robot pasa por los puntos finales de la

trayectoria enseñada. Hay que tener en cuenta que los dispositivos de enseñanza modernos

no sólo permiten controlar los movimientos de las articulaciones del manipulador, sino que

pueden, también, generar funciones auxiliares, como:

� - Selección de velocidades

� - Generación de retardos

� - Señalización del estado de los sensores

� - Borrado y modificación de los puntos de trabajo

� - Funciones especiales


� Programación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanzaProgramación mediante un dispositivo de enseñanza....

� Al igual que con la programación directa, en la que se emplea un elemento de enseñanza, el

usuario no necesita conocer ningún lenguaje de programación. Simplemente, debe

habituarse al empleo de los elementos que constituyen el dispositivo de enseñanza. De esta

forma, se pueden editar programas, aunque como es lógico, muy simples.

� La estructura del "software" es del tipo intérprete; sin embargo, el sistema operativo que

controla el procesador puede poseer rutinas específicas, que suponen la posibilidad de

realizar operaciones muy eficientes.

PROGRAMACIÓN TEXTUAL

� Los métodos de programaciónprogramaciónprogramaciónprogramación textualtextualtextualtextual utilizan un lenguaje similar al

ingles para establecer la lógica y la secuencia del ciclo de trabajo.

Una terminal de computadora se utiliza para introducir las

instrucciones del programa en el controlador, pero también se

emplea una caja de control para definir las posiciones de los

diversos puntos en el espacio de trabajo.

� Algunos lenguajes textuales para robots:

� WAVE – 1973 (Experimental)

� AL – 1974 (Universidad de Stanford)

� VAL – 1979 (Comercial)

� AUTOPASS, AML – 1982 (IBM)

� VAL II – 1984

� RAIL, MCL (Usados en Robótica y soldadura de arco)

� La mayoría de los lenguajes de robot implantados actualmente

utilizan una combinacióncombinacióncombinacióncombinación de programación textual y programación

a través de un control de mandos.

PROGRAMACIÓN TEXTUAL

Robots Industriales

Documents

Transcript of Robots Industriales