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1
Introducción a la robótica
Introducción.
Antecedentes históricos y evolución.
La robótica clasificación y aplicaciones.
Mercado y tendencias.
TEMA 1. INTRODUCCIÓN
2
Antecedentes históricos y evolución
Introducción.
Antecedentes históricos y evolución.
La robótica clasificación y aplicaciones.
Mercado y tendencias.
TEMA 1. INTRODUCCIÓN
3
Antecedentes históricos
A lo largo de la historia, el hombre se ha sentido
fascinado por máquinas y dispositivos capaces de imitar
las funciones y los movimientos de los seres vivos. Los
griegos tenían una palabra para denominar a éstas
máquinas automatos
autómata: máquina que imita la figura y movimientos de
un ser animado
4
Máscara de Anubis
Egipto: máscara de Anubis de
mandíbulas móviles. Estatua
parlante vinculada a ceremonias
religiosas.
5
Paloma de Archytas
Archytas sucesor de Pitágoras, se dice
que construyó un automata volador, na
paloma de madera con tal ingenio y
sabiduria mecánica que volaba; estaba
equilibrada mediante pesos y se movía
mediante una corriente de aire
encerrada y oculta en su interior"
Archytas de Tarento
(s IV a.C)
6
Autómata hidráulicos de Filon s II a C.
En el autómata del caballo abrevando,
el animal bebe del agua que cae del
depósito superior.
En casi todos los casos, los artefactos
estan accionados por el vaciado de
un depósito de agua, de forma que
el desplazamiento del líquido activa
algún dispositivo mecánico o pone
en juego la presión atmosférica.
7
Autómata hidráulicos de Filon s II a C.
Minarete silbante, en el que el
aire movido por efecto del agua
sale por los picos de los pájaros
produciendo un silbido.
8
Heron de Alejandría (s I)
Autómata que ofrecen libaciones.
Se enciende un fuego en el
altar a la vista del público,
calentándose el aire
encerrado en el cilindro
escondido bajo el mismo.
La expansion del aire
oprime el Iíquido recogido
en la peana, que sube por
los tubos escondidos en
las figuras, hasta salir por
los platos que éstas
sujetan en la mano.
9
Eolípilo de Heron
El aelopilo o eolípilo, por utilizar
el vapor de agua para producir
movimiento, aparece en todos
los estudios sobre los orígenes
de la máquina de vapor.
En una caldera se calienta
agua y se convierte en vapor,
que es forzado a salir por dos
tubos acodados opuestos
montados en una esfera con
libertad de giro, lo que provoca
que los tubos se comporten
como pequeñas toberas y
hagan girar rápidamente a la
bola.
10
Al-Jazari – Fuente Pavo real (1206)
Las fuentes, consistían en
artefactos en los que el agua se
descargaba desde un gran
depósito a otro más pequeño en
intervalos regulares de media o
una hora, usando para ello
diversos dispositivos de
conmutacion.
En la figura se muestra una de
estas fuentes: se trata de una
Fuente-Pavo real para
abluciones, en la que, a medida
que va cayendo el agua, un
mecanismo abre y cierra una
portezuela por la que aparecen
dos figuras de sirvientes que
portan, respectivamente, una caja
de cenizas vegetales -usadas
como jabón- y una toallita para
secarse.
11
s XIII - prototipos de humanoides
En el siglo XIII. Roger Bacon (1214-1294) inventó una cabeza parlante
Alberto Magno (1204-1282) construyó un hombre de metal.
Estos dos inventos pudieron ser el
comienzo de lo que actualmente se conoce
con el concepto de robot humanoide.
12
s XIII
• Águila mecánica recogido en el libro de Villard de Honnecourt (1250)
Autómata con forma de
aguila, símbolo de San
Juan.
Se trata de un autómata
articulado que consta de
un simple mecanismo
compuesto por tres
poleas, una cuerda y
un contrapeso que, al
caer, hace que el águila
gire la cabeza hacia el
sacerdote que lee el
evangelio
13
Gallo de Strasbourg (1352)
Gallo de Estrabsburgo, autómata más antiguo que se conserva en la
actualidad, formaba parte del reloj de la torre de la catedral de Estrasburgo
y al dar las horas movía las patas y el pico.
14
Da Vincchi, Juanelo Turriano
León mecánico de Leonardo Da Vinchi (1452-1519).
El Hombre de palo, Juanelo Turriano en el siglo XVI
Construido para el rey Luis XII de Francia se
abría el pecho con su garra y mostraba el
escudo de armas real.
Este autómata en forma de monje, andaba y movía la
cabeza, ojos, boca y brazos
15
Vaucanson
En el siglo XVIII, Jacques Vaucanson
(1709-1782), autor del primer telar
mecánico, construyó una especie de
humanoide con labios de goma, un
tamborilero, un pato mecánico (1738) capaz
de graznar, beber, comer, digerir y evacuar
la comida y muñecas mecánicas de tamaño
humano.
Video
16
Jaquet Droz
Pierre Jaquet Droz (1721-1790) y sus hijos Henri-Louis y Jaquet
construyeron diversos muñecos capaces de escribir (1770), dibujar y tocar
melodias en un órgano
Muñeca musical - le dessinateur - l`écrivain
17
Jaquet Droz - Muñeca musical
Video
18
Jaquet Droz - L`écrivain
Videos
La obra maestra de los Droz fue un “escribano” que introducía la pluma en el
tintero y escribía un número limitado de palabras “Sed bienvenidos a
Neuchâtel”.
19
Jaquet Droz - Le dessinateur
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En 1773 fabricaron un “diseñador” pero, la perfección de la criatura significó un
proceso por brujería para Droz, absuelto gracias al fervor iluminista de los
nuevos tiempos.
20
s XVIII, Hiladoras de Hargreaves y Crompton
• Hiladora giratoria de Hargreaves (1770)
• Hiladora mecánica de Samuel Crompton (1779)
A finales del siglo XVIII, con la llegada de la revolución industrial comienzan a
aparecer nuevos mecanismos, pero en este caso ya no se busca la imitación
física del ser humano, sino más bien facilitar y sustituir al trabajador en labores
repetitivas.
21
s XVIII, telar de Cartwright
22
s XVIII, telares de Cartwright y Jacquard
Telar de Jacquard (1801). Que
utilizaba una cinta de papel
perforado como programa para las
acciones de la máquina, supuso el
primer sistema de fabricación
flexible.
Jacquard nació en 1752 y era un pobre obrero que trabajaba en una fábrica
de seda en Lyon, su ciudad natal. Pero, durante años, se dedicó a estudiar la
manera de construir un telar capaz de crear dibujos y combinar colores sin la
intervención permanente del ser humano. Hacia 1790, casi había conseguido
su propósito, pero entonces estalló la Revolución y debió interrumpir su
trabajo porque decidió luchar del lado de los revolucionarios. En 1801 pudo
por fin mostrar la máquina que había inventado. Hasta entonces el tejido con
dibujos requería la absoluta atención de los obreros que debían imprimir
distintos movimientos para cualquier variante. El telar de Jacquard
funcionaba con unos cartones perforados según un patrón y se colocaban
entre las agujas y la base de madera que debían perforar. Cuando las
perforaciones del cartón y de la madera coincidían, la aguja pasaba y de
esta manera la cartulina determinaba los movimientos de la aguja. Había
cartulinas que seguían distintos patrones y, aunque prepararlas era
complicado, una vez colocadas en su lugar el telar trabajaba
automáticamente, como si pensara el dibujo en la tela. Jacquard tuvo suerte:
el gobierno le compró la idea, le dio una pensión y lo premió con la Cruz de
la Legión de Honor.
También obligó a todas las hilanderías a usar su telar, a pesar de la
resistencia de muchos obreros que temían perder su trabajo. Para cuando
Jacquard murió sus telares se habían extendido por el mundo. La cartulina
perforada era un primitivo mecanismo de notación binaria y, un siglo y medio
más tarde, su principio iba a servir de base para el desarrollo de las
computadoras.
Los movimientos del telar eran guiados automáticamente por una serie de
agujeros, hechos en una tarjeta de cartón, y que correspondían al programa
de hilatura: la máquina guiada por las perforaciones movía los hilos para
formar el modelo perforado.
El éxito del principio de Jacquard fue demostrado por 11.000 telares de este
tipo, que entraron en funciones en sólo ocho años.
23
s XVIII...
James Watt (1778) creó un sistema de válvulas controladas
automáticamente, que permitió al motor de vapor ser el primer
dispositivo automático capaz de mantener una velocidad constante sin
que afectaran los cambios en la carga.
24
s XVIII...
En el siglo XIX se inventan los motores de combustión.
Herman Hollerith (1860 - 1929). Hollerith, ante la necesidad de
mecanizar el censo de los Estados Unidos de 1890, diseñó una
máquina que leía tarjetas perforadas similares a las diseñadas por
Jacquard y Babbage. En 1896 fundó la Tabulating Machine Company
para hacer y vender su invento. Después, ésta empresa se fusionó
con otras para formar lo que hoy es conocido como International
Bussines Machines Corporation (IBM).
25
La revolución tecnológica
En el siglo XX, terminada la segunda guerra mundial, el desarrollo de la
electrónica, los avances en mecánica, hidráulica, la neumática y la electricidad,
da origen a las primera máquinas de control numérico.
Los avances tecnológicos como el computador eléctrico, el control realimentado
de accionadores, el uso de sensores o la transmisión de potencia mediante
engranajes fueron de vital importancia.
Sistema de
telemanipulación
bilateral
26
La revolución tecnológica
Leonardo Torres Quevedo (1852-1936)
Máquina Algebraica (1894)
-Obtención de manera continua y automática
de valores de funciones polinómicas.
-Uso de la escala logarítmica
-Husillos sin fin
27
Origen y desarrollo de la robótica (1)
Años 50. Aparición de máquinas de control numérico y
manipuladores maestro-esclavo.
Años 60. Creación de robots con transmisión hidraúlica y
control numérico para el control del manipulador,
así como incorporación de sensores táctiles.
Años 70-80. Brazos robot controlados por computador,
primeros lenguajes de programación de robots y
el uso de realimentación visual-fuerza.
Años 90. Aparición de los robots de entretenimiento, robots
caminantes y uso de robots teleoperados a
distancia y mediante web.
28
Origen y desarrollo de la robótica (1)
1948 Goertz desarrolla un manipulador maestro-esclavo de tipo mecánicopara manipular
elementos radioactivos. Aparece el concepto de teleoperación y sistemas teleoperados.
1952 El Instituto Tecnológico de Massachussets desarrolla una máquina prototipo de control
numérico.
1954 Goertz desarrolla un manipulador maestro-esclavo de tipo eléctrico. Además incorpora a
éste sensores de fuerza.
1954 George Devol diseña el primer robot programable, al que él llamó "Dispositivo de
transferencia articulada programado".
1957 Cyril Walter Kenward patenta un robot.
1959 Aparece el primer robot comercial, conocido como
"Unimate". Este robot estaba controlado por
interruptores de fin de carrera y levas, y fue creado
a partir del diseño de George Devol por Joseph
Engelberger
29
Origen y desarrollo de la robótica (2)
1962 Un robot "Unimate" con transmisión hidráulica que utilizaba control numérico
para el control del manipulador se instala en la fábrica de GM.
1962 H.A. Ernest publica el desarrollo de una mano mecánica, "MH-1", controlada
por sensores táctiles.
1963 La American Machine y Foundry Company introducen el robot comercial
"VERSATRAN".
30
1968 El Instituto de investigación de Stanford desarrolla el robot móvil "Shakey".
Este robot estaba dotado de diversos tipos de sensores como cámaras de
visión y sensores táctiles, era capaz de moverse y reconocer objetos.
Origen y desarrollo de la robótica (3)
31
1970 Lunokohod 1, un robot ruso exploró la superficie lunar mediante control remoto
desde la tierra.
1971 La Universidad de Stanford crea un pequeño brazo robot con accionamiento
eléctrico.
1972 Nissan, formó la primera asociación robótica del mundo la Asociación de Robótica
de Japón (JIRA).
1973 El Instituto de investigación de Stanford desarrolla el primer lenguaje de
programación de robots textual, conocido como WAVE.
1973 Bolles y Paul, del Instituto de investigación de Stanford, utilizaron un brazo robot
controlado por computador que usaba realimentación visual y de fuerza para el
montaje en la industria del automóvil.
Origen y desarrollo de la robótica (4)
32
1973 La firma sueca ASEA construyó el primer robot con accionamiento totalmente
eléctrico, el IRb6.
Origen y desarrollo de la robótica (5)
1973 Se formó el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambió
su nombre por el de Asociación de Industrias Robóticas (RIA).
33
1974 Se desarrolla el lenguaje de robots AL. La fusión de ambos lenguajes
WAVE+AL daría lugar al lenguaje comercial VAL.
1974 Kawasaki instala un robot para soldadura por arco para estructuras de
motocicletas.
1974 Cincinnati Milacron crea el robot T3
con control por computador.
Origen y desarrollo de la robótica (6)
34
1975 Will y Grossman en IBM desarrollaron un manipulador controlado por computador
que usaba sensores de contacto y fuerza para realizar montajes mecánicos en
máquinas de escribir.
1976 La NASA hace uso en el espacio del primer brazo robot.
1978 Se introduce el robot PUMA (Máquina Universal Programable para el ensamblado)
en tareas de montaje.
1979 Se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo.
1982 IBM introduce el robot RS-1 para montaje.
Origen y desarrollo de la robótica (7)
35
1985 WASUBOT robot construido por la universidad de Waseda, Tokio, podía tocar un
instrumento de teclado después de leer una partitura de música.
Origen y desarrollo de la robótica (8)
1993 El robot caminante MARV es desarrollado en la Universidad del Oeste de
Inglaterra en Bristol.
36
1996 Honda Motor Co., Ltd. crea el robot humanoide P2 capaz de moverse de modo
autónomo similar a un ser humano. El robot ASIMO resultó de la evolución de este
prototipo.
Origen y desarrollo de la robótica (9)
1986-1991
1991-1993 1993-2000
37
Origen y desarrollo de la robótica (10)
38
1997 El robot Mars Pathfinder desarrollado por la NASA explora y recoge muestras
de la superficie de Marte.
1999 Sony Corporation construye el primer robot de entretenimiento AIBO ERS-110
que reproduce el comportamiento de un perro.
Origen y desarrollo de la robótica (11)
39
Origen y desarrollo de la robótica (12)
2000 Friendly Robotics, compañía de robótica doméstica, saca al mercado
Robomow RL500, un cortacéspedes robótico completamente automático.
2001 ¡Robot Corporation construye un robot doméstico multiusos teleoperado
mediante web.
2001 Construido por MD. Robotics, una empresa de Canadá, el sistema
manipulador para la estación espacial, SSRMS, es lanzado al espacio para
realizar tareas de ensamblaje en la estación espacial internacional.
40
El vocablo Robot: RUR y Metrópolis
En 1920, el dramaturgo Karel Capeck utiliza la palabra “robota”
en su obra R.U.R (Rosum`s Universal Robots).
En 1926 aparece la primera película de robots,
Metrópolis.
41
Blade Runner (1982)
42
El vocablo Robot en la literatura
En la literatura, Isaac Asimov publica I Robot, en la que
introduce las tres leyes que debe regir la inteligencia de
un robot:
1. Un robot no debe dañar a un ser humano o, por
inacción, dejar que un ser humano sufra daño.
2. Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas
por un ser humano, excepto cuando estas órdenes
estén en oposición con la Primera ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia hasta
donde esta protección no esté en conflicto con la
primera ley.
43
¿Que es un robot?
Definición establecida por la Asociación Francesa de Normalización (AFNOR):
Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie,
articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es
multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o
mediante dispositivo lógico.
Definición ISO 8373.
"Un robot es un manipulador reprogramable, multifuncional, controlado
automáticamente, que puede estar fijo en un sitio o moverse, y que está diseñado
para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales, por medio
de movimientos variables programados para la realización de diversas tareas o
trabajos".
44
1.3 La robótica clasificación y aplicaciones
Introducción.
Antecedentes históricos y evolución.
La robótica: clasificación y aplicaciones.
Mercado y tendencias.
TEMA 1. INTRODUCCIÓN
45
Clasificación intuitiva
• Humanoide: un robot con apariencia física humana que busca imitar
el comportamiento de éste.
• Robot móvil: un robot montado sobre una plataforma móvil.
• Robot industrial: un robot manipulador diseñado para mover materiales,
herramientas o dispositivos especializados mediante
movimientos variables programados para el desarrollo
de diferentes tareas.
• Robot inteligente: un robot capaz de trabajar y moverse en un entorno no
estructurado y con eventos impredecibles. Este tipo de
robots pretende hacer uso de la información
procedente de sensores; es capaz de interactuar con
un operario y dispone de capacidad de aprendizaje.
• Robot de servicios: un robot que opera con total o parcial autonomía para
desarrollar servicios útiles, excluyendo aquel que
realiza operaciones de fabricación.
46
Clasificación de Robots Industriales (1)
La IFR (Federación Internacional de Robótica, http://www.ifr.org/) clasifica los
robots industriales según tres parámetros:
1. Clasificación según el número de ejes (grados de libertad):
• Robots con 3 ejes.
• Robots con 4 ejes.
• Robots con 5 o más ejes.
2. Clasificación según el tipo de estructura mecánica:
• Cartesianos. .
• SCARA.
• Antropomórficos o angulares.
• Paralelos
• Esféricos.
• Cilíndricos.
47
Clasificación de Robots Industriales (2)
3. Clasificación según el tipo de control:
• Secuencia-controlada: robot que tiene un sistema de
control en el que los movimientos se realizan en un orden
determinado.
• Trayectoria-operada / continua: robot que desarrolla un
procedimiento controlado donde tres o más ejes en movimiento
operan de acuerdo a las especificaciones de trayectoria
requerida para alcanzar la próxima posición deseada,
normalmente alcanzada por interpolación.
• Teleoperados: robot que puede ser operado de modo remoto
por un operador humano. Su función es la de una extensión de
las funciones del sistema motor sensorial humano
• Adaptativos: robot que tiene un control sensorial, adaptativo o
funciones para control mediante aprendizaje.
48
Clasificación de Robots Industriales (3)
• Adaptativos: robot que tiene un control sensorial, adaptativo o
funciones para control mediante aprendizaje.
Se dice que es sensorial si el movimiento del robot y la
fuerza de éste se ajusta de acuerdo a las salidas que
proporcionan sensores externos.
Se dice que es mediante aprendizaje cuando la
experiencia obtenida durante ciclos anteriores se usa de
modo automático para cambiar los parámetros de control
y / o los algoritmos.
Se dice que el control es adaptativo si los parámetros
del sistema de control son ajustados a partir de las
condiciones detectadas durante el proceso.
49
Clasificación según Areas de aplicación
2. Clasificación según las áreas de aplicación:
• Ensamblado: agrupa los robots utilizados en el ensamblado, inserción,
montaje, corte, soldadura, etc.
• Procesamiento especial: agrupa a los robots que llevan a cabo cortes
mediante láser o chorro de agua a presión.
• Entrenamiento / investigación / educación.
• Medida, inspección y testeo.
• Empaquetado y paletizaje.
• Estampado.
• Tratamiento a altas temperaturas.
• Modelado de plásticos.
• Soldadura: agrupa a los robots de soldadura de arco, por puntos, gas,
laser,.
• Pintura y pegado.
• Carga y descarga.
50
Ensamblado PA 10
51
Manipulación IRB 340
52
Manipulación IRB 6400
53
Manipulación KR 500
54
Pulido – Grinding PA 10
55
Corte por agua
56
Corte por plasma PA 10
57
Paletizado
58
Paletizado
59
Paletizado
60
Soldadura por arco
61
Soldadura por arco
62
Soldadura por puntos
63
Soldadura Yag Láser
64
Soldadura Mig-Mag
65
Pintura
66
Pintura
67
Pegado
En esta imagen un robot
de brazo articulado aplica
una resina para pegar el
vidrio delantero de un
automóvil
68
Carga y descarga – Picking and place IRB 340
69
Carga y descarga – Picking and place IRB 340
70
Carga y descarga
71
Clasificación de Robots de servicios
1. Clasificación según el tipo de interacción:
• Servicio destinado a seres humanos: personal, seguridad, entretenimiento etc.
• Servicio destinado a equipamiento: mantenimiento, reparación, limpieza, etc.
• Otro tipo de servicios: transporte, adquisición de datos y todos aquellos que
no se puedan clasificar como servicio destinado a seres humanos o
equipamiento.
2. Clasificación según áreas de aplicación:
• De limpieza: limpieza de ventanas, muros, tanques, suelos, etc.
• De alcantarillado: destinados a limpieza e inspección.
• Caminantes y escaladores: destinados a limpieza e inspección
• De inspección de plantas industriales, centrales nucleares, puentes, etc.
• Submarinos: destinados a todo tipo de trabajo bajo el agua.
• Domésticos: destinados a labores dentro de las casas particulares.
• Médicos: destinados a labores médicas, operaciones quirúrgicas, etc.
• De asistencia: destinados para la ayuda a personas discapacitadas (silla de
ruedas robotizada).
72
• De correo: destinados a la distribución
• Móviles: destinados a múltiples usos.
• Guías: destinados a ofertas información en museos.
• De reaprovisionamiento en la industria y almacenes.
• De emergencias: destinados a desactivar bombas, apagar incendios, etc.
• De construcción: destinados a labores en la construcción.
• De agricultura: destinados a labores de recolección, clasificación, reforestación, etc.
• Espaciales: realizan tareas en el espacio.
• Entretenimiento: destinados a labores de entretenimiento.
Clasificación de Robots de servicios
73
1.4 Mercado y tendencias
Introducción.
Antecedentes históricos y evolución.
La robótica clasificación y aplicaciones.
Mercado y tendencias.
TEMA 1. INTRODUCCIÓN
74
Instalaciones anuales de robots industriales
Instalaciones anuales de robots industriales (1995-1999)
y estimación (2000-2004)
75
Stocks de robots de servicios
76
La robótica en España (1)
Incremento anual de un 30% en los últimos 5 años.
El 50% de robots nuevos son de soldadura (por puntos la mayoría)
El 11% en los de molduras de plástico.
Otros sectores importantes son ensamblaje, empaquetado y paletizaje.
Por áreas:
• Entre el 60 y el 70% de los robots se utilizan en la industria del motor.
• El 10% en la industria química.
• En tercer lugar las industrias del metal y maquinaria
Por tipo de robots:
• El 88% son angulares y paralelos.
• El 10% cartesianos.
• El 2% SCARA.
77
La robótica en España (2)
Por ejes:
• El 93% son robots de 5 o más ejes.
Por tipo de control:
• El 80% son de trayectoria operada.
• El 11% son de control adaptativo.
Por fabricantes:
• ABB acapara el 50% aproximadamente.
• KUKA y FANUC un 33%.
78
La robótica en España (Fabricantes)
Número de Robots según los principales fabricante a fecha
de 31/12/1998
ABB
42%
PANASONIC
1%
RENAULT
2%
SEPRO
4%
KUKA
11% GAIOTTO 1%
FANUC
10%
ADEPT 1%
CLOOS 1%
COMAU 1%
DANOBAT 1%
STÁUBLI
4%
VOLKSWAGEN
3%
WITTMAN
3%
YAMAHA
2%
Marca
inespecif icar
1%
Otras
marcas 3%
MOTOMAN
3%
KAWASAKI
2%
79
La robótica en España (Instalaciones)
Instalaciones según las principales aplicaciones a 31/12/98
Formación/
enseñanza/
investigación
2%
Manipulación de
fundición
13%
Soldadura
52%
Materiales
6%
Otros procesos
1%
Manipulación
materiales
8%
Mecanización
8%
Montaje
5%
Manipulación
paletización/
empaquetado
3%
