Robotica Industrial 1 y 2

ROBOTICA INDUSTRIAL

1.-RobóticaRobots industriales.Programación de robots.Ensambles automatizados.Manejo y movimiento de materiales.Inteligencia artificial.

1.0 Robots Industriales

Los orígenes de la palabra robot y su supuesto significado.

El término robot es reciente, pero el concepto es muy antiguo. Antiguamente aparecía expresado en sinónimos como autómata, que significaba que pensaba por sí mismo. La palabra robot aparece por el sueño de los seres humanos en poder librarse de tareas indeseables, peligrosas o demasiado pesadas.

La primera vez que se hablo de estos seres, utilizando el término por el que es hoy mundialmente conocido, robot, fue en 1923 por el escritor Karel Capek en su comedia R.U.R..("Rossum`s Universal Robots"), palabra que proviene del término checo robotnik que significa “siervo”.

Antecedentes históricos •Grecia Automatos (autómata)

Herón de Alejandría (85 d. C.)Arabia Utilidad práctica de

mecanismosEdad media

– Hombre de hierro de Alberto Magno (1204- 1282)

– Gallo de Estrasburgo (1352)

Herón de Alejandría (85 d. C.)

Antecedentes históricos


Leonardo da Vinci (1499)

– Hombre de Palo de Juanelo Turriano (1525)


Siglos XVII- XIX– Muñecos (flautista) de Jacques

Vaucanson (1738)– Escriba, organista, dibujante de

familia Droz(1770)– Muñeca dibujante de Henry

Maillardet


Gallo de Estrasburgo

Siglo XX– Aparición de la palabra robot Karel

Capek: Rossum Universal Robot (1921)– Ciencia Ficción

•Metrópolis de Thea von Harbou- Fritz Lang

•Obras de Isaac Asimov (1920- 1992): Robótica

Telemanipuladores de Goertz. Argonne National Laboratory

(1948)



Handy- Man de Mosher (General Electric- 1958)

Estado actual y futuro– Aumento de movilidad, destreza y

autonomía– Aparición de los robots para tareas no

industriales(espacio, medicina, construcción, minería,…)– Nuevos desarrollos en telemanipuladores

(realidad virtual, nuevas tecnologías)– ¿Robots androides?

ROBOTICA INDUSTRIAL•La robótica industrial se puede definir como el estudio, diseño y uso de robots para la ejecución de procesos industriales. También conocido como un manipulador programable multifuncional, diseñado para mover piezas, herramientas, dispositivos especiales mediante movimientos variados, programados para la ejecución de diversas tareas

Manipulador multifuncional reprogramable,capaz de mover materias, piezas, herramientas o

dispositivos especiales, según trayectoriasvariables, programadas para realizar tareas

diversas. (RIA Robotics Industries Association)

ROBOT

Máquina de manipulación automáticareprogramable y multifuncional con tres o másejes que pueden posicionar y orientar materias,piezas, herramientas o dispositivos especialespara la ejecución de trabajos diversos en las

diferentes etapas de la producción industrial, yasea en una posición fija o en movimiento

(Federación Internacional de Robótica -IFR)

ROBOT

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

En un contexto industrial se puede definir la automatización como

una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos-eléctricos

basados en computadoras para la operación y control de la producción.


Hay tres clases:•FIJA.•PROGRAMABLE.• FLEXIBLE.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIALFIJA

•Se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto se puede justificar económicamente el alto costo del diseño de equipo especializado para procesar el producto, con un rendimiento alto y tasas de producción elevadas. Además de esto, un inconveniente de la automatización fija es su ciclo de vida que va de acuerdo a la vigencia del producto en el mercado.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL PROGRAMABLE

•La automatización programable se emplea cuandoel volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción aobtener. En este caso el equipo de producción es diseñado para adaptarse a la variacionesde configuración del producto; ésta adaptación se realiza por medio de un programa.

AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL FLEXIBLE

•La automatización flexible es más adecuada para unrango de producción medio. Estos sistemas flexibles poseen características de la automatización fija y de la automatización programada. Los sistemas flexibles suelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entre sí por sistemas dealmacenamiento y manipulación de materiales, controlados en su conjunto por unacomputadora.


De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más estrechamente con la

automatización programable.

Leyes de la robótica (Isaac Asimov 1945):1. Un robot no puede perjudicar a un

ser humano, ni con su inacción permitir que un humano sufra daño

2. Un robot ha de obedecer las órdenes recibidas de un ser humano, excepto si tales órdenes entran en conflicto con la primera ley

3. Un robot debe proteger su propia existencia mientras tal protección no entre en conflicto con la primera o segunda ley

Clasificación del robot industrial



TIPOS DE ROBOTS

TIPOS DE ROBOTS

TIPOS DE ROBOTS

Tipos de articulaciones:Estructura mecánica de un robot

Un concepto clave en robótica es el de grado de libertad (DOF – degree of freedom).Grado de libertad significa la capacidad de moverse a los largo de un eje o de rotar a lo largo de un eje. En general un cuerpo libre en el espacio tiene 6 DOF, tres de traslación (x,y,z) y tres de orientación/rotación (roll, pitch and yaw).También se pueden definir los grados de libertad como los posibles movimientos básicos (girosy desplazamientos) independientes.

Grados de Libertad

Los grados de libertad (DOF) del brazo robotico están directamente relacionados con su anatomía o configuración.Un mayor número de grados de libertad conlleva al aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requiere 6 grados de libertad, como las de soldadura, mecanizadoy paletización, otras más complejas exigen un número mayor, tal es el caso de las labores de montaje. Tareas más sencillas y con movimientos más limitados, como las de pintura, suelen exigir 4 ó 5 grados de libertad. La mano humana cuenta con uno22 grados de libertad y, al mismo tiempo, la vista y el tacto ligados al cerebro, le permiten una habilidad increíble en un sinnúmero de operaciones. Entonces, es necesario limitar el número de grados de libertad al mínimo indispensable.

Grados de Libertad

Grados de Libertad

TIPOS DE ROBOT POR SU ESTRUCTURA MECÁNICA.

La clasificación de los robots se puede ver por su estructura. Las configuraciones más

comunes son:1. Cartesiano.2. Cilíndrico.3. Esférico (Polar)4. SCARA5. Articulado6. Paralelo.

TIPOS DE ROBOT POR SU ESTRUCTURA MECÁNICA.

Juntas Cinematicas

ESTRUCTURA INTERNA DE UN ROBOT

Un robot está formado por:1. Sistema de control (sistema nervioso)2. Sensores3. Efectores y actuadores4. Sistema de locomoción/manipulación

Estructura mecánica de un robot

Morfología del Robot1. Estructura mecánica2. Transmisiones y reductores3. Actuadores4. Sensores internos5. Elementos terminales

•Robot = elementos o eslabones unidos porarticulaciones•Similitud anatómica con el brazo humano•Tipos de movimiento en articulaciones:•Desplazamiento•Giro•Combinación•Grado de libertad (GDL): cada uno de losmovimientos independientes que puede realizarcada articulación con respecto a la anterior

Estructura mecánica de un robot

Estructuras mecánicas de los robots

Estructura cartesiana: Existen 2 tipos: Pórtico y rectilíneo características:

• Volumen de trabajo teórico = L3 • Capacidad de carga independiente de la configuración • Accesibilidad: el rectilíneo no puede acceder a puntos situados en la base • Resolución cte. en el volumen de trabajo • Precisión cte. • Sistema de control relativamente sencillo (modelo inverso sencillo) • Aplicaciones: Paletizado, alimentación de máquinas.....


Estructura cartesiana:


Estructura cilíndrica: Existen 2 tipos: θ, z, ρ y z, θ, ρ características: • Volumen de trabajo teórico = 9L3

• Capacidad de carga independiente de la configuración • Accesibilidad: Permite alcanzar zonas a la espalda • Resolución y precisión variable con la distancia al eje • Sistema de control más complejo (Transformar x,y,z - θ,z,ρ) • Aplicaciones: Carga y descarga, alimentación de máquinas.....


Estructura esférica o polar: características:

• Volumen de trabajo teórico = 4/3 π(8L3-L3) = 29L3

• Para el pendular con giros de +- 30º: V= 7L3

• Capacidad de carga depende de la configuración (disminuye conforme aumenta ρ)

• Accionamientos próximos a la base => reducción de la inercia

• Accesibilidad: Mayor que en el cilíndrico

• Resolución y precisión variable con la distancia al eje

• Sistema de control complejo (Transformar x,y,z - θ1,θ2,ρ)

• Aplicaciones: Carga y descarga, soldadura, montaje....


Estructura angular o antropomorfica: características: • Volumen de trabajo teórico = 33L3 • Capacidad de carga depende de la configuración (disminuye conforme aumenta la distancia al primer eje) • Accionamientos de la 3ª articulación en el codo => inercia elevada • Accesibilidad: muy buena, permite acceder a puntos próximos a la base y salvar obstáculos • Precisión variable con la configuración • Sistema de control complejo (Transformar x,y,z - θ1,θ2,θ3) • Aplicaciones: Casi todo tipo de tareas


Estructura angular o antropomorfica:

Estructuras mecánicas de los robotsEstructura angular o antropomórfica:


Estructura SCARA: Tiene su origen en la extructura cilíndrica: θ, ρ, z => θ1,θ2,z características: • Volumen de trabajo teórico = π(2L)2 L = 12.5L3 • Capacidad de carga: no depende de la configuración. (el peso está mecánicamente equilibrado por la disposición de las articulaciones) • Accionamientos de la 3ª articulación en el codo => inercia elevada, aun que no deben compensar efectos gravitatorios • Accesibilidad: buena, permite salvar obstáculos • Precisión variable con la configuración, pero mayor que en la angular • Especialmente indicados para montaje de precisión.


Estructura paralela: Estructura de 6 grados de libertad (Grübler) • 6 enlaces rotulianos (2 gdl) • 6 enlaces prismáticos (1 gdl) • 6 enlaces esféricos (3 gdl) • 14 eslabones características: • Gran rigidez, robustez y compacidad • Volumen de trabajo de tipo casquete esférico • Capacidad de carga: no depende de la configuración. • Grandes aceleraciones


Estructura paralela:

FIN

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