Fundamentos y Clasificación de Robots Industriales: Estructura, Cinemática y Precisión

Definición y Fundamentos del Robot Industrial

Un robot industrial es un manipulador programable multifuncional, diseñado para mover piezas, herramientas o dispositivos especiales mediante movimientos variados, programados para la ejecución de diversas tareas.

Clasificación de Robots Industriales

Las características principales utilizadas para clasificar los robots son:

• Propósito o función.
• Sistema de coordenadas empleado.
• Número de grados de libertad del efector final.
• Generación del sistema de control.

Estructura del Manipulador

Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y efector final. Al efector final se le conoce comúnmente como sujetador o gripper.

Componentes Principales del Sistema Robótico

Los componentes esenciales del sistema robótico son: el robot (manipulador), la controladora, el teach pendant y, en algunos casos, una controladora adicional.

El Efector Final (Gripper)

El efector final (gripper) es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realización de una tarea específica. La diversidad de efectores finales se debe a las funciones que deben realizar. Estos se dividen en dos grandes categorías: pinzas y herramientas.

Grados de Libertad y Configuraciones Cinemáticas

Una de las principales características que definen a los robots la constituyen los grados de libertad (GDL) que posea. Hablar de GDL equivale a referirse al número y tipo de movimientos que puede realizar el manipulador.

Tipos de Configuración

Configuración Cartesiana

Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y Z.

Configuración Cilíndrica

Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, presentando un total de tres grados de libertad.

Configuración Polar

Presenta varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal.

Configuración Angular

Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares.

Métricas de Rendimiento y Componentes de Impulsión

Precisión de Movimientos

La precisión de movimientos en un robot industrial depende de tres factores clave: la resolución espacial, la exactitud y la repetibilidad.

Volumen de Trabajo

El volumen de trabajo (o espacio de trabajo) es un factor crucial a considerar en la selección y diseño de aplicaciones robóticas.

Sistemas de Impulsión

Los sistemas de impulsión (o accionamiento) más comunes son:

• Impulsión hidráulica.
• Impulsión eléctrica.
• Impulsión neumática.

Subsistemas del Brazo del Robot

El brazo del robot está compuesto por los siguientes subsistemas:

• Base del robot.
• Eje del robot.
• Brida para la herramienta.

Tipos de Engranajes Rotativos

Entre los engranajes rotativos utilizados en robótica se encuentran:

• Engranajes armónicos.
• Engranajes cicloides.
• Engranajes planetarios.

Encoders (Codificadores)

Los encoders son esenciales para el control en bucle cerrado (closed-loop control) de los accionadores. Su función principal es la medición continua de los ángulos de rotación, especialmente en robots de brazo giratorio. Las variables medidas son convertidas y transmitidas al sistema de control del robot.