Fundamentos y Aplicaciones de la Robótica Industrial: Componentes, Historia y Tipologías

Hitos Históricos de la Robótica Industrial

• 1942: Isaac Asimov enuncia las Tres Leyes de la Robótica.
• 1946: Surge el computador. Eckert y Mauchly construyen el ENIAC en la Universidad de Pennsylvania. En el MIT, Whirlwind crea un computador de propósito general y resuelve un primer problema.
• 1954: George Devol diseña el primer robot programable y acuña el término Universal Automation, germen del nombre de su futura empresa, UNIMATION, que funda junto a Joseph Engelberger (con el apoyo económico de Condec).
• 1961: UNIMATION vende el primer robot a General Motors (GM).

Robots Industriales en la Actualidad

Características de los Robots Industriales Modernos

• Son robots totalmente eléctricos; es decir, sus movimientos son generados por motores eléctricos.
• El sistema de control se basa en sistemas multiprocesador, con un procesador específico para cada subsistema.
• Las trayectorias se autooptimizan para obtener las máximas prestaciones del sistema en cada momento y en función de las circunstancias.
• Los programas se almacenan en disco duro o por red en un dispositivo externo.

Propiedades y Ventajas de los Robots Industriales

• Los robots industriales típicos realizan trabajos que son difíciles, peligrosos o simples y repetitivos.
• Pueden realizar múltiples tareas: manipulación de objetos pesados, pintura, manejo de productos químicos y tareas de ensamblado.
• Realizan el mismo trabajo con precisión hora tras hora y día tras día.
• No se cansan y no cometen errores asociados con la fatiga.
• Están adaptados especialmente para la realización de tareas repetitivas.

Estructura y Componentes

Componentes Fundamentales de un Robot Industrial

1. Estructura Mecánica (Manipulador)

   Está compuesto de varias articulaciones, sus elementos de transmisión y reductoras. Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y elemento terminal.

2. Sistema Locomotor (Actuadores)

   Sirve para actuar sobre la estructura mecánica, modificando su configuración y, por tanto, la situación del órgano terminal.

3. Sistema Sensorial (Sensores)

   Es necesario para conocer el estado interno del robot y de su entorno.

Partes Constituyentes de un Robot Industrial (Resumen)

• Estructura mecánica (manipulador)
• Sistema locomotor y sensorial
• Sistema de control de bajo nivel
• Sistema de decisión y planificación
• Dispositivos de entrada y salida de datos
• Sistema de comunicación

Características Técnicas

Características Estáticas

• Grados de libertad
• Grados de maniobrabilidad
• Accesibilidad
• Movilidad
• Espacio de trabajo

Definición de Grados de Libertad (GDL)

• Cada uno de los movimientos independientes que una articulación permite efectuar le confiere un grado de libertad a la estructura del manipulador.
• El número de grados de libertad de la estructura viene determinado por la suma de los grados de libertad de cada una de las articulaciones.
• El número total de grados de libertad requerido puede completarse por medio de la muñeca: articulación o conjunto de articulaciones que enlazan el elemento terminal con el elemento de trabajo.

Características Dinámicas

• Capacidad de carga
• Estabilidad (oscilaciones)
• Resolución y resolución espacial (precisión)
• Exactitud
• Repetibilidad

Configuraciones y Arquitecturas

Configuraciones de Brazos y Arquitecturas Mecánicas

1. Cartesiana
2. Cilíndrica
3. Esférica (Polar)
4. Articulada (Angular)

Configuraciones de la Estructura Base del Manipulador

La elección del tipo de articulación entre componentes del manipulador configura una determinada estructura. Las configuraciones más habituales son:

• Cartesiana (Pórtico, Gantry): (PPP) Ejes prismáticos perpendiculares.
• Cilíndrica: (PRP o RPP) Ejes prismáticos y rotacionales perpendiculares.
• Esférica (Polar): (RRP) Ejes rotacionales y prismáticos perpendiculares.
• Angular (Antropomórfica): (RRR) El primer eje (vertical) es perpendicular a los siguientes (horizontales).
• SCARA: (PRR o RRP) Ejes paralelos verticales.
• Paralela.

Nota: P = Prismático (traslación), R = Rotacional (rotación).

Clasificación de Robots por Aplicaciones Industriales

Robots para Procesado

• Sistema de programación avanzado.
• 5-6 grados de libertad (GDL).
• Campo de acción similar al humano.
• Control de trayectoria continua.

Robots para Ensamblado

• Elevada precisión y rapidez.
• Campo de acción similar al humano.
• Potencia del sistema de programación.
• Requiere sistema sensorial.

Robots para Pintura

• Programación por guiado.
• Campo de acción similar al humano.
• Estructura antropomórfica.
• 6 grados de libertad (GDL).

Robots para Paletizado

• Elevada capacidad de carga.
• Gran relación entre área de trabajo y tamaño del robot.
• Control PTP (Point-to-Point).