Fundamentos de Robótica Industrial: Conceptos Clave y Aplicaciones

Definición de Robot

Un robot es un manipulador programable capaz de realizar diversas funciones, diseñado para desplazar materiales, partes, herramientas o determinados artefactos mediante movimientos programados variables, cuyo objetivo es la realización de ciertas tareas.

Reglas Generales para el Uso de Robots

La decisión sobre el uso de robots se basa en principios clave:

• Las cuatro D de la robótica: si la tarea es sucia, aburrida, peligrosa o difícil.
• Un robot no debe dejar a un ser humano sin trabajo o desempleado.
• Cuestionarse si es posible o no encontrar personas dispuestas a realizar el trabajo.
• El uso de robots debe tener beneficios económicos a corto y largo plazo.

Subsistemas de un Robot

Los robots se componen de varios subsistemas interconectados:

• Subsistema de movimiento
• Subsistema de reconocimiento
• Subsistema de control

Elementos del Subsistema de Movimiento

Manipulador

Compuesto por eslabones y articulaciones.

Efector final

También conocido como mano mecánica.

Actuador

Proporciona movimiento al manipulador.

Transmisión

Transfiere el movimiento de los actuadores a los eslabones del manipulador.

Elementos de Transmisión Típicos

• Transmisión por banda y cadena
• Engranajes
• Mecanismos de eslabones

Elementos del Subsistema de Reconocimiento

• Sensores
• Convertidor analógico-digital

Elementos del Subsistema de Control

• Controlador digital
• Convertidor digital-analógico
• Amplificador

Clasificación de Robots

Clasificación por Sistemas de Coordenadas

• Cartesiano
• Cilíndrico
• Esférico
• Articulado

Clasificación por Método de Control

• Servocontrolado o no
• Control de trayectoria

Actuadores

Los actuadores son los músculos de los robots. Comprenden de:

• Fuente de alimentación
• Amplificador de potencia
• Servomotor
• Sistema de transmisión

Tipos de Robots Industriales

• AGV (Vehículos de Guiado Automático)
• Paralelo
• Caminante

Clasificación de Actuadores

• Actuadores neumáticos
• Actuadores hidráulicos
• Actuadores eléctricos

Ventajas de los Actuadores Neumáticos

• La más económica de todos los actuadores.
• El aire comprimido puede almacenarse y transportarse fácilmente a través de largas distancias.
• El aire comprimido es limpio, a prueba de explosiones e insensible a fluctuaciones de temperatura.

Ventajas de los Actuadores Hidráulicos

• Alta eficiencia y alta relación potencia-tamaño.
• Es posible el control completo y preciso de velocidad, posición y dirección de los actuadores.
• Son autolubricantes (bajo desgaste) y no corrosivos.

Ventajas de los Actuadores Eléctricos

• Amplia disponibilidad en el suministro de energía.
• Alta eficiencia en la conversión de energía.
• Sin contaminación al medio ambiente de trabajo.

Clasificación de Motores de Corriente Alterna (CA)

• Monofásicos
• Polifásicos

Capacidades Requeridas por un Robot

• Tacto sencillo
• Palpación o tacto complejo
• Fuerza simple
• Fuerza compleja
• Proximidad
• Visión simple
• Visión compleja

Sensores

Sensores de Posición

Encoder

Es un dispositivo óptico digital que convierte el movimiento en una secuencia de pulsos digitales.

Potenciómetro

Dispositivo de resistencia variable que expresa desplazamientos lineales o angulares.

LVDT (Transformador Diferencial de Línea Variable)

Es un transductor de desplazamiento muy utilizado.

Sensores de Velocidad

• Todos los sensores de posición
• Tacómetro
• Sensor de efecto Hall

Sensores de Fuerza

• Galgas extensométricas
• Sensor piezoeléctrico

Sensores Externos: Categorías de Sensores Sin Contacto

• Sensores de proximidad
• Sensores de proximidad capacitivos (detectan objetos metálicos)

Articulaciones y Eslabones

• Articulación revoluta
• Articulación prismática
• Articulación helicoidal
• Articulación cilíndrica
• Articulación esférica
• Articulación planar

Grado de Libertad

Es el número de componentes de movimientos simples que se necesitan para generar un movimiento complejo.

Espacio de Trabajo

Es el conjunto de posiciones dentro del espacio que son potencialmente alcanzables por el robot.

Articulación Esférica

Es un tipo de par cinemático que permite un movimiento relativo dentro de cierto ángulo. Llega a tener 3 grados de libertad, aunque la amplitud del movimiento en dos de ellos es limitada.

Características de la Articulación Esférica

Precisión

Es la medida del mínimo movimiento que puede realizar el robot, expresado en milímetros.

Repetibilidad

Es una medida estadística que nos permite saber el error que comete el robot al posicionarse varias veces en un mismo punto.

Velocidad

La velocidad del robot manipulador.

Aplicaciones de la Articulación Esférica

• Carga de Maquinaria: Para alzar maquinaria pesada para inspección de objetos suspendidos en el aire.
• Fundición del metal: Puede trasladar material fundido, lubrica y refrigera piezas en movimientos esféricos.
• Prensa de troquel: Accionamiento hidráulico con un alto torque para transferir presión.

Articulación Planar

Permite dos traslaciones a lo largo de tres ejes independientes del plano de contacto y una rotación alrededor de un eje perpendicular al plano.

Articulación Rotacional

Es aquella articulación que permite que eslabones pareados giren, uno respecto al otro, alrededor del eje de la articulación.