Robot Industrial: Conceptos Fundamentales y Aplicaciones

Un robot industrial es un manipulador controlado en posición reprogramable, polivalente y con varios grados de libertad. Es capaz de manipular materiales, herramientas y dispositivos especializados mediante movimientos variados y programados para la ejecución de una gran diversidad de tareas.

Su aplicación principal es realizar movimientos antropomórficos y otras características similares a las humanas, como responder a entradas sensoriales (sensory inputs), comunicarse con otras máquinas y tomar decisiones.

Aplicaciones del Robot Industrial

  • Material handling applications (Manipulación de materiales)
  • Processing operations (Operaciones de procesamiento)
  • Assembly and Inspection (Ensamblaje e inspección)

Clasificación de Robots Industriales

  1. Según su número de ejes o grados de libertad

    Para definir el posicionamiento de un sólido indeformable en el espacio, es necesario establecer seis parámetros independientes: tres traslaciones y tres rotaciones.

  2. Según sus tipos de control

    • Manipuladores de ciclos manuales asistidos
    • Telemanipuladores
    • Manipuladores de ciclos pre-regulables y de control secuencial
    • Manipuladores automáticos de ciclos programables o robots industriales
    • Robots inteligentes

Sistemas de Coordenadas

  • Cartesiano
  • Cilíndricos
  • Esféricos
  • Antropomorfos o Angulares
  • Arquitectura SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

Arquitectura SCARA

La arquitectura SCARA se mueve libremente en un plano horizontal XY mediante sus dos primeras articulaciones rotacionales con ejes verticales y paralelos entre sí. Cuenta con movimiento vertical a lo largo del eje Z y posee un cuarto movimiento de rotación alrededor del eje Z.

Morfología del Robot

  1. Mecánica

    • Eslabones
    • Articulaciones
    • Grados de Libertad

  2. Transmisiones

    Para reducir al máximo su momento de inercia, se procura que los actuadores (motores) estén lo más cerca posible de la base del robot.

  3. Sistema de Accionamiento

    • Neumáticos
    • Hidráulicos
    • Eléctricos

  4. Sistema Sensorial

  5. Sistema de Control

    Hacen referencia a sus posibilidades cinemáticas y dinámicas, y por otra parte, a su programación.

  6. Elementos Terminales

    Son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas.

Criterios de Selección

  • Condiciones de Riesgo
  • Trabajo incómodo
  • Tareas repetitivas
  • Difícil manejo
  • Tareas múltiples

Características a Considerar en la Selección

  • Geométricas
  • Cinemáticas
  • Dinámicas
  • Tipo de movimientos
  • Modo de programación
  • Tipo de accionamiento
  • Comunicaciones
  • Proveedor
  • Coste

Exactitud

Se refiere a cuán cerca del valor real se encuentra el valor medido.

Precisión

Distancia entre el punto programado y el valor medio de los puntos realmente alcanzados al repetir el movimiento varias veces con carga y temperaturas nominales (grado de reproductibilidad).

Resolución

Mínimo incremento que puede aceptar la unidad de control del robot.

Programación

Proceso mediante el cual se le indica al robot la secuencia de acciones que deberá llevar a cabo durante la realización de su tarea.

  • Guiado
  • Textual
  • Off-line

Tipos de Articulaciones del Manipulador

  1. Movimiento Traslacional (Translational Motion)

    • Articulación Lineal (Linear joint – type L)
    • Articulación Ortogonal (Orthogonal joint – type O)

  2. Movimiento Rotatorio (Rotary Motion)

    • Articulación Rotacional (Rotational joint – type R)
    • Articulación de Torsión (Twisting joint – type T)
    • Articulación de Giro (Revolving joint – type V)

Resolución del Control

Es la capacidad del sistema de posicionamiento del robot para dividir el rango de movimiento de cada unión dentro del espacio cerrado.

Exactitud (en Posicionamiento)

Capacidad para posicionar la muñeca del robot en una posición deseada dentro del espacio de trabajo, dados los límites de la resolución del control del robot.

Repetibilidad

Capacidad para colocar la muñeca en un punto previamente enseñado en el espacio de trabajo.

Configuraciones de Cuerpo y Brazo (Body-and-Arm Configurations)

  • Configuración Polar (Polar configuration)
  • Configuración Cilíndrica (Cylindrical configuration)
  • Robot de Coordenadas Cartesianas (Cartesian coordinate robot)
  • Robot de Brazo Articulado (Jointed-arm robot)
  • SCARA

Volumen de Trabajo del Manipulador Robótico (Work Volume)

Es el espacio tridimensional dentro del cual el robot puede manipular el extremo de su muñeca. El volumen de trabajo está determinado por el número y tipo de articulaciones en el manipulador, los rangos de las diversas articulaciones y los tamaños físicos de los eslabones.

Robot de Reproducción con Control Punto a Punto (Playback Robot with Point-to-Point Control)

El controlador posee una memoria para registrar la secuencia de movimientos en un ciclo de trabajo dado, así como las ubicaciones y otros parámetros asociados con cada movimiento, para luego reproducir el ciclo de trabajo durante la ejecución del programa.

Efector Final (End Effector)

Generalmente se acopla a la muñeca del robot. El efector final permite al robot realizar una tarea específica. Incluye pinzas (grippers) y herramientas (tools).

Sensores Internos (Internal Sensors)

Componentes del robot para controlar las posiciones y velocidades de las diversas articulaciones del robot.

Sensores Externos (External Sensors)

Utilizados para coordinar la operación del robot con otros equipos en la celda de trabajo.

Programa del Robot (Robot Program)

Es una trayectoria en el espacio que debe seguir el manipulador, combinada con acciones periféricas que apoyan el ciclo de trabajo.