ROBOTS INDUSTRIALESSUBTEMA: HISTORIA, APLICACIN, SITUACION ACTUAL Y TENDENCIAS DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL.

PRESENTADO POR:SAID PEARANDALUIS PRADAISSA CALLEFRANK FERNANDEZ

PRESENTADO APROF. ERICK MAURICIO CAICEDO

UNIVERSIDAD AUTNOMA DEL CARIBEADMINISTRACIN DE OPERACIONES IINOVENO SEMESTRE - GRUPO ANBARRANQUILLA2015

HISTORIA DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL

A lo largo de toda la historia, el hombre se ha sentido fascinado por las mquinas y dispositivos capaces de imitar las funciones y los movimientos de los seres vivos. Los griegos tenan una palabra especfica para denominar a estas mquinas: automatos. De esta palabra derivo la actual AUTOMATA: mquina que imita la figura y movimiento de un ser animado. Los mecanismos animadores de Hern de Alejandra (85 d.C) se movan a travs de dispositivos hidrulicos, poleas y palancas y tenan fines eminentemente ldicos.La cultura rabe (siglos VII a XV) heredo y difundi los conocimientos griegos, utilizndolos no solo para realizar mecanismos destinados a la diversin, sino que les dio una aplicacin prctica, introducindolos en la vida cotidiana de la realeza. Ejemplo de estos son diversos sistemas dispensadores automticos de agua para beber o lavarse.Durante los siglos XV y XVI alguno de los ms relevantes representantes del renacimiento se interesan tambin por los ingenios descritos y desarrollados por los griegos. Es conocido el LEON MECANICO construido por Leonardo Da Vinci (1452 1519) para el rey Luis XII de Francia.Durante los siglos XVII y XVIII se crearon ingeniosos mecanismos que tenan algunas caractersticas de los robots actuales. Estos dispositivos fueron creados en su mayora por artesanos del gremio de la relojera. Su misin principal era la de entretener a la gente de la corte y servir de atraccin en ferias. Estos autmatas representaban figuras humanas, animales o pueblos enteros. A finales del siglo XVIII y principios del XIX se desarrollaron algunas ingeniosas invenciones mecnicas utilizadas fundamentalmente en la industrial textil, entre las que se destacan la hiladora giratoria de Hargraves, la hiladora mecnica de Crompton, el telar mecnico de cartwright grama para las acciones de las mquinas. Es a partir de este momento cuando se empieza a utilizar dispositivos automticos en la produccin, dando paso a la automatizacin industrial.La palabra robot fue usada por primera vez en el ao 1921, cuando el escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.). Su origen es de la palabra eslavarobota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada. Con el objetivo de disear una maquina flexible, adaptable al entorno y de fcil manejo, George Devol, pionero de la Robtica Industrial, patento en 1948, un manipulador programable que fue el germen del robot industrial.

En 1948 R.C. Goertz del Argonne National Laboratory desarrollo, con el objetivo de manipular elementos radioactivos sin riesgo para el operador, la primera tele manipuladora. Este consista en un dispositivo mecnico maestro-esclavo. El manipulador maestro, reproduca fielmente los movimientos de este. 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. George Devol aplica para las primeras patentes robticas en 1954. La primera compaa en producir un robot fue Unimation, fundada por Devol y Joseph F. Engelberger en 1956, y se basa en las patentes originales de Devol. Unimation robots tambin fueron llamados mquinas de transferencia programables, ya que su principal uso en un principio era para transferir objetos de un punto a otro, a menos de tres metros o menos de distancia. Ellos usan actuadores hidrulicos y fueron programadas en coordenadas de ejes, es decir, los ngulos de las distintas articulaciones se almacenaron durante una fase de enseanza y reproducir en funcionamiento. Eran una precisin de 1/10, 000 de una pulgada. Unimation tarde licenciado su tecnologa a Kawasaki Heavy Industries y GKN, fabricacin Unimates en Japn e Inglaterra, respectivamente. Desde hace algn tiempo el nico competidor de Unimation fue Cincinnati Milacron Inc. de Ohio. Esto cambi radicalmente en la dcada de 1970 cuando varios grandes conglomerados japoneses comenzaron a producir robots industriales similares. El crecimiento de la robtica en Japn aventajo en breve a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formo la primera asociacin robtica del mundo, la ASOCIACION DE ROBOTICA INDUSTRIAL DE JAPON (JIRA) en 1972. Dos aos ms tarde se form el INSTITUTO DE ROBOCA DE AMERICA (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de ASOCIACION DE INDUSTRIAS ROBOTICA, manteniendo las mismas siglas (RIA).En 1969 Vctor Scheinman en la Universidad de Stanford invent el brazo Stanford, un todo-elctrico, robot articulado de 6 ejes diseados para permitir una solucin de brazo. Esto permiti que con precisin para seguir caminos arbitrarios en el espacio y se ampli el uso potencial del robot para aplicaciones ms sofisticadas tales como montaje y soldadura. Scheinman entonces dise un segundo brazo para el MIT AI Lab, llamado "el brazo del MIT." Scheinman, despus de recibir una beca de Unimation para desarrollar sus diseos, vendi los diseos de Unimation que los desarroll an ms con el apoyo de General Motors y posteriormente comercializada como la mquina universal programable para la Asamblea.Robtica industrial se quit muy rpidamente en Europa, tanto con ABB Robotics y robots KUKA Robotics traer al mercado en 1973 - ABB Robotics present IRB 6, entre primero disponible comercialmente todo robot controlado por micro-procesador elctrico del mundo. Los primeros dos robots IRB 6 fueron vendidos a Magnusson en Suecia para el esmerilado y pulido de codos de tubo y se instalaron en la produccin en enero de 1974 - Tambin en 1973 KUKA Robtica construy su primer robot, conocido como famulus, tambin uno de los primeros robots articulados a tener seis ejes accionados electromecnicamente.El inters en la robtica se increment a finales de 1970 y muchas empresas de Estados Unidos entraron en el campo, incluyendo grandes empresas como General Electric y General Motors. Compaas de lanzamiento EE.UU. incluyen Automatix y Adept Technology, Inc. En el apogeo del boom de robot en 1984, Unimation fue adquirida por Westinghouse Electric Corporation por 107 millones de dlares. Westinghouse vendi Unimation a Stubli Faverges SCA de Francia en 1988, que todava est haciendo robots articulados para la industria en general y aplicaciones de sala limpia e incluso compr la divisin de robtica de Bosch a finales de 2004.Slo unas pocas empresas no japonesas finalmente lograron sobrevivir en este mercado, los ms importantes son: Adept Technology, Stubli-Unimation, la empresa sueca-suiza ABB Asea Brown Boveri, la empresa alemana KUKA Robotics y la empresa italiana Comau.La definicin del robot industrial, como una mquina que puede efectuar un nmero diverso de trabajos, automticamente, mediante la programacin previa, no es vlida, porque existen bastantes mquinas de control numrico que cumplen esos requisitos. Una peculiaridad de los robots es su estructura de brazo mecnico y otra su adaptabilidad a diferentes aprehensores o herramientas. Otra caracterstica especifica del robot, es la posibilidad de llevar a cabo trabajos completamente diferentes e, incluso, tomar decisiones segn la informacin procedente del mundo exterior, mediante el adecuado programa operativo en su sistema informtico.

Se pueden distinguir cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robtica Industrial:1. El laboratorio ARGONNE disea, en 1950, manipuladores amo-esclavo para manejar material radioactivo.2. Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por Whestinghouse, realiza los primeros proyectos de robots a principios de la dcada de los sesentas de nuestro siglo, instalando el primero en 1961 y posteriormente, en 1967, un conjunto de ellos en una factora de general motors. Tres aos despus, se inicia la implantacin de los robots en Europa, especialmente en el rea de fabricacin de automviles. Japn comienza a implementar esta tecnologa hasta 1968.3. Los laboratorios de la Universidad de Stanford y del MIT acometen, en 1970, la tarea de controlar un robot mediante computador.4. En el ao de 1975, la aplicacin del microprocesador, transforma la imagen y las caractersticas del robot, hasta entonces grande y costoso.5. A partir de 1980, el fuerte impulso en la investigacin, por parte de las empresas fabricantes de robots, otros auxiliares y diversos departamentos de Universidades de todo el mundo, sobre la informtica aplicada y la experimentacin de los sensores, cada vez ms perfeccionados, potencian la configuracin del robot inteligente capaz de adaptarse al ambiente y tomar decisiones en tiempo real, adecuarlas para cada situacin.En esta fase que dura desde 1975 hasta 1980, la conjuncin de los efectos de la revolucin de la Microelectrnica y la revitalizacin de las empresas automovilsticas, produjo un crecimiento acumulativo del parque de robots, cercano al 25%.La evolucin de los robots industriales desde sus principios ha sido vertiginosa. En poco ms de 30 aos las investigaciones y desarrollos sobre robtica industrial han permitido que los robots tomen posiciones en casi todas las reas productivas y tipos de industria. En pequeas o grandes fbricas, los robots pueden sustituir al hombre en aquellas reas repetitivas y hostiles, adaptndose inmediatamente a los cambios de produccin solicitados por la demanda variable.

APLICACINES INDUSTRIALES DE LOS ROBOTSLa implantacin de un robot industrial en un determinado proceso exige un detallado estudio previo del proceso en cuestin, examinando las ventajas e inconvenientes que conlleva a la introduccin del robot. Ser preciso siempre estar dispuesto a admitir cambios en el desarrollo del proceso primitivo que faciliten y hagan variable la introduccin del robot.En cuanto al tipo de robot a utilizar, habr que considerar aspectos de diversas ndoles como rea de accin, velocidad de carga, capacidad de control, coste, etc. Ciertas aplicaciones industriales cuentan en la actualidad con suficiente experiencia en su robotizacin como para poder fijar unas lneas generales en cuanto a las posibilidades reales del robot en ellas, as como en cuanto a las dificultades, cambios y ventajas a las que la introduccin del robot puede dar lugar, el primer proceso robotizado, la fundicin inyectada, instalado en la General Motors en 1960, cuenta con ms de tres dcadas de antigedad, tiempo suficiente como para que se hayan valorado con detalles las ventajas e inconvenientes del robot. TRABAJOS DE FUNDICION.La fundicin por inyeccin fue el primer proceso robotizado (1960). En este proceso el material utilizado, en estado lquido, es inyectado a presin en el molde. Este ltimo est formado por dos mitades que se mantienen unidas durante la inyeccin del metal mediante la presin ejercida por dos cilindros. La pieza solidificada se extrae del molde y se enfra para su posterior desbordado. El molde, una vez limpio de residuos de resto de metal y adecuadamente lubricado, puede ser usado de nuevo.

TRABAJOS DE SOLDADURALa industria automovilstica como se mencion anteriormente ha sido la gran impulsadora de la robtica industrial, empleando la mayor parte de los robots hoy en da instalados. La tarea ms frecuentemente robotizada dentro de la fabricacin de automviles ha sido sin duda alguna la soldadura de carroceras. En este proceso las piezas metlicas se unen en un punto por la fusin conjunta de ambas partes, denominadas a este tipo de soldadura por puntos.La robotizacin de la soldadura por puntos admite dos soluciones: el robot transporta la pieza presentando est a los electrodos que estn fijos o bien el robot transporta la pieza de soldadura posicionando los electrodos en el punto exacto de la pieza en el que se desea realizar la soldadura.La gran demanda de robots para la tarea de soldadura por puntos ha originado que los fabricantes desarrollen robots especiales para esta aplicacin que integran un sistema de programacin de control de la pieza de soldadura que portan en su extremo.

TRABAJOS DE PINTURAEl acabado de superficies por recubrimiento de un cierto material (pintura, esmalte, partculas de metal, etc.) con fines decorativos o de proteccin, es una parte crtica en muchos procesos de fabricacin. Tanto en la pintura como en el metalizado, esmaltado o arenado, la problemtica a resolver es similar, siendo la primera la que cuenta con mayor difusin. Su empleo est generalizado en la fabricacin de automviles, electrodomsticos, muebles etc.

TRABAJOS DE CORTEEl corte en materiales mediante robot es una aplicacin reciente que cuenta con notable inters. La capacidad de reprogramacin del robot y su integracin en un sistema CIM, hacen que aquel sea el elemento ideal para transportar la herramienta de corte sobre la pieza, realizando con precisin un programa de corte definido previamente desde un sistema de diseo asistido por computador (CAD). Los mtodos de corte no mecnico ms empleados son oxicorte, plasma, laser y chorro de agua, que se emite el material de corte, proyectando este sobre la pieza al tiempo que sigue una trayectoria determinada. Las piezas a cortar pueden disponerse en varias capas, unas encima de otras, realizndose el corte simultaneo de todas ellas. Si bien el oxicorte y el corte por plasma son tecnologas muy extendidas y consecuentemente bien conocidas, no ocurre lo mismo con el corte por lser y por chorro de agua, de ms reciente aparicin. La disposicin tpica del robot en el corte por chorro de agua es la de robot suspendido trabajando sobre las piezas fundamentalmente en direccin vertical.

TRABAJOS DE PALETIZACIONLa palatizacin es un proceso bsicamente de manipulacin, consiste en disponer piezas sobre una plataforma o bandeja. Las piezas es un pallet ocupan normalmente posiciones predeterminadas, procurando asegurar la estabilidad, facilitar su manipulacin y optimar su extensin. Los pallets son transportados por diferentes sistemas llevando su carga de piezas, bien a lo largo del proceso de fabricacin, bien hasta el almacn o punto de expedicin. Dependiendo de la aplicacin concreta, un pallet puede transportar piezas idnticas, conjuntos de piezas diferentes, pero siempre los mismo o cargas de piezas diferente y de composicin aleatoria. Existen diferentes tipos de mquinas especficas para realizar operaciones de paletizado. Estas frente al robot, presentan ventajas en cuanto a velocidad y coste, sin embargo, son rgidas en cuanto a su funcionamiento, siendo incapaces de modificar su tarea de carga y descarga. As pues los robots realizan con ventaja aplicaciones de palatizacin en las que la forma, numero o caractersticas generales de los productos a manipular, cambian con relativa frecuencia.

TRABAJOS DE CONTROL DE CALIDADLa tendencia a conseguir una completa automatizacin de la produccin abarca todas las etapas de esta, inclusive el control de calidad.El robot industrial puede participar en esta tarea usando su capacidad de posicionamiento y manipulacin, as, transportando en su extremo un palpador, puede realizar el control dimensional de piezas ya fabricadas. Para ello el robot toca con el palpador varios puntos clave de la pieza. A partir del conocimiento que en todo instante tiene la unidad de control del robot de la posicin y orientacin de su extremo, se obtiene los datos relativos a la posicin especial de los puntos determinados de la pieza.

Otras posibilidades de aplicacin del robot en el control de calidad consisten en utilizar a este para transportar el instrumental de medida a puntos concretos de la pieza a examinar. La situacin de posibles defectos detectados puede registrarse y almacenarse a partir, como antes, de la propia unidad e control del robot. Por ltimo el robot puede usarse como mero manipulador encargado de clasificar piezas segn ciertos criterios de calidad. En este caso, el control y decisin de a qu familia pertenece la pieza se hace mediante un sistema especfico, capaz de comunicarse con el robot.

TRABAJOS DE MANIPULACION EN SALAS BLANCASCiertos procesos de manipulacin deben ser realizados en ambientes extremadamente limpios y/controlados. En ellos, la actividad del operador se ve dificultado por la necesidad de mantener elevadas medidas de control de impurezas mediante el uso de trajes especiales y controles rigurosos. Las denominadas salas blancas de la industria de los semiconductores o las salas de fabricacin de algunos productos farmacuticos, son ejemplos tpicos. Diversos procesos de la industria farmacutica, como la produccin de vacunas y hormonas, o la preparacin de injertos de piel y reproduccin de clulas, deben ser realizadas bajo estrictas condiciones de esterilidad. La manipulacin de estos productos durante su fabricacin se realiza en cabinas no proteccin de clase 10, en las que los operadores deben pasar un minucioso proceso de esterilizacin antes de entrar al interior

SITUACIN ACTUAL Y TENDENCIAS PARA EL FUTURO

La robtica es un sinnimo de progreso y desarrollo tecnolgico. Los pases y las empresas que cuentan con una fuerte presencia de robots no solamente consiguen altos niveles de competitividad y productividad, sino tambin transmiten una imagen de modernidad. En los pases ms desarrollados, las inversiones en tecnologas robticas han crecido de forma significativa y muy por encima de otros sectores. No obstante, el conocimiento sobre robtica de la mayora de la sociedad es muy limitado. Algunas personas todava confunden un robot con una minipimer debido a que en la propaganda es anunciada como un robot de cocina. La robtica tiene como intencin final complementar o sustituir las funciones de los humanos en tareas tediosas o peligrosas, alcanzando, en algunos sectores, aplicaciones masivas. En el contexto industrial, donde se utilizan con notable xito desde hace varias dcadas, sus beneficios empresariales y sociales se pueden resumir en cuatro:

1) Productividad, aumento de la produccin y reduccin de costes de variosTipos como laborales, de materiales, energticos y de almacenamiento.2) Flexibilidad, que permite adaptar la factora para la fabricacin de nuevos productos sin la necesidad de que se modifique la cadena de produccin y, por consiguiente, sin paradas ni prdidas de tiempo.

3) Calidad, debido al alto nivel de repetitividad de las tareas realizadas por los robots que aseguran una calidad uniforme del producto final.}

4) Seguridad, ya que minimiza la presencia de personas en los procesos de fabricacin peligrosos, disminuyendo las posibilidades de accidentes laborales y reemplazando a los operarios de tareas tediosas.

Por otro lado, hay que destacar que la robtica ofrece unos grandes beneficios sociales, resolviendo problemas cotidianos en todos los sectores y edades de la poblacin, mejorando la calidad de vida de los ciudadanos mediante la reduccin de las horas de trabajo y de los riesgos laborales. Tambin aporta beneficios econmicos aumentando la competitividad de las empresas, dinamizando la creacin de nuevas empresas y nuevos modelos de negocio y profesiones.Los sectores a los que actualmente est orientada la robtica son muy amplios desde la industria manufacturera (automvil y mquina herramienta) hasta la exploracin de ambientes hostiles, tales como entornos submarinos y espacio. As, la robotizacin no slo atae a sectores industriales, sino tambin a una gran variedad de aplicaciones sociales, tales como asistencia personal, medicina, limpieza, inspeccin y mantenimiento de infraestructuras, entre otras. De hecho, la robtica actual se divide en dos grandes reas, la robtica industrial y la robtica de servicio, entendindose esta ltima en un sentido amplio, incluyendo servicios personales y a la sociedad. Aunque la robtica industrial est bien establecida desde hace varias dcadas y la de servicios est en una fase incipiente, ambas presentan grandes posibilidades de investigacin y desarrollo que dan lugar a la robtica avanzada.De acuerdo al informe de la IFR, World Robotics 2009, el parque mundial actual de robots industriales instalados a finales de 2008 es prximo a los 1.036.000, con ndices de crecimiento sostenido del orden del 4-5% anual. Hay que resaltar que la mayora de estos robots estn instalados en la industria manufacturera. En concreto, alrededor del 50% estn en la industria del automvil. Las aplicaciones ms demandadas son las de soldadura y manipulacin, que en los pases ms industrializados son del orden 25-50% y 30- 60%, respectivamente. Es interesante destacar que, mientras aproximadamente el 35% de robots industriales se encuentran en Japn, los lderes en la fabricacin de robots son empresas europeas (ABB, Kuka, Comau, Staubli) que dominan casi la totalidad del mercado. Espaa ocupa un lugar relevante en la robtica industrial, estando en el 8 lugar en el mundo y el 4 en Europa por nmero de robots instalados, con cerca de 29.000 unidades, muy por encima del Reino Unido y muy cerca de Francia.Del mismo modo, si se toma como indicador la tasa de robots instalados por cada 10.000 trabajadores en la industria manufacturera, Espaa se encuentra en un destacado lugar, por detrs solamente de Japn, Corea, Alemania, Italia, Suecia y Finlandia. Esta situacin est por encima de nuestra situacin econmica en general y demuestra la importancia de la robtica en la economa espaola.Ahora bien, es necesario hacer notar que esta situacin relevante est motivada exclusivamente por la gran implantacin de la industria automovilstica. Por lo tanto, este indicador es voltil en cuanto que debe considerarse la posible migracin de estas industrias a terceros pases donde los costes de fabricacin sean inferiores.Sin embargo, el nmero o la tasa de robots instalados en un pas no debe ser considerado por s mismo como un indicador del estado de la tecnologa robtica de ese pas, por cuanto puede tratarse, como as ocurre en el caso de Espaa, de una tecnologa adquirida a otros pases.Las expectativas de aplicacin de los robots de servicio han superado, en los ltimos aos, los lmites de los procesos de manufactura. Por ejemplo, en aplicaciones domsticas como la limpieza de suelos, en Abril de 2011 se haban vendido ms de 6 millones de unidades del robot Roomba de iRobot desde que se pusieron en comercializacin en 2002. Todos los indicadores confirman que nos encontramos en una revolucin que nos llevar a un mercado robtico de consumo, mediante la utilizacin en el hogar de nuevos robots, autnticos electrodomsticos mviles, que complementarn a los actuales estticos. De la misma forma, las aplicaciones profesionales como la medicina, la construccin o la seguridad y defensa, presentan unas notables expectativas de crecimiento. Sus productos tienen un alto valor aadido como es el caso de robots para medicina. Como ejemplo, en la actualidad se han instalado ms de 1200 robots daVinci de Intuitive Surgical, cada uno con un coste superior 1,2 M$. Otro ejemplo destacable de los robots de servicio son los de entretenimiento y educacin (bajo el trmino anglosajn edutainment) caracterizados por mascotas robots (Aibo de Sony y PaPeRo de Nec), habindose vendido en el mercado Japons las primeras 3.000 unidades de Aibo en menos de 20 minutos.Estos ejemplos, entre otros muchos, demuestran que los actores implicados en el nuevo mercado de robots de servicio estn an sin consolidar, existiendo, por lo tanto, la oportunidad para Espaa de llegar a ellos en igualdad de condiciones con otros pases. Adems, al entrar en el mercado de consumo se crean nuevas expectativas de ventas que en el sector industrial eran desconocidas hasta hoy en da. Las nuevas empresas robticas podran vender millones de unidades en vez de decenas de miles, como es el caso actual de la robtica industrial.Se puede afirmar, sin ninguna duda, que la robtica actual es una tecnologa madura. Se encuentra en la vanguardia de la integracin de los ms modernos avances en diferentes sectores, tales como actuadores, sensores, materiales, mecnica, hardware y software, comunicaciones, etc. Es una tecnologa en continuo desarrollo, aumentando continuamente sus prestaciones y consecuentemente el campo de aplicaciones. Tanto la robtica de servicio como la robtica industrial tienen grandes posibilidades de expansin y progreso, por lo que la investigacin y desarrollo en robtica son claves para nuestro pas, abriendo grandes posibilidades econmicas y de progreso que pueden ser exportadas a otros pases y sectores.En los ltimos aos los avances tecnolgicos no han hecho ms que mejorar los robots industriales. Herramientas, software, hardware de control y sensores han sido desarrollados para generar robots industriales ms precisos, ms inteligentes, ms veloces y ms verstiles. Han pasado 50 aos desde que un inventor inspirado en cuentos de ciencia ficcin cre el primer robot industrial. Hoy en da, segn datos de la IFR existe un milln de robots industriales activos y lentamente la robtica se expande desde la industria hacia las actividades domsticas. En las prximas dcadas seremos testigos de cambios an mayores y el robot ser parte de nuestras vidas. Habr que esperar y buscar en los nuevos cuentos de ciencia ficcin este asombroso futuro.