Capítulo 2 : Robot industrial
Un sistema robótico que se utiliza en la producción se denomina robot industrial. La automatización, la programabilidad y la capacidad de moverse en tres o más ejes son características distintivas de los robots industriales.
Los robots se utilizan para una amplia variedad de aplicaciones, que incluyen soldadura, pintura, ensamblaje, desmontaje, selección y colocación de placas de circuito impreso, embalaje y etiquetado, paletización, inspección de productos y pruebas; Todas estas tareas necesitan un alto nivel de resistencia, velocidad y precisión. Son capaces de proporcionar asistencia con el manejo de materiales.
Según las estimaciones proporcionadas por la Federación Internacional de Robótica, en el año 2020 se utilizarán alrededor de 1,64 millones de robots industriales en todo el mundo. (IFR). Hoy en día, la gente hace uso de un cierto tipo de tecnología conocida como robots. Los robots se han abierto camino en una variedad de campos, incluidos la agricultura, la fabricación, la medicina, la tecnología e incluso los viajes.
Los robots industriales se pueden dividir en seis categorías distintas.
Robots con articulaciones Sus brazos articulados son capaces de un amplio rango de movimiento debido a sus articulaciones, que tienen varios grados de libertad.
Los robots cartesianos cuentan con tres articulaciones prismáticas para mover la herramienta y tres articulaciones rotacionales para orientarla en el espacio. Juntas, estas seis articulaciones forman la tétrada del robot.
Un robot de este tipo tiene que tener seis ejes para poder mover y posicionar el órgano efector en todas las direcciones (o grados de libertad). En un entorno con solo dos dimensiones, es suficiente tener tres ejes: dos para determinar el desplazamiento y uno para determinar la orientación.
Los robots que utilizan coordenadas cilíndricas
Los robots que operan en un sistema de coordenadas esféricas solo pueden tener articulaciones rotacionales.
En el efector del sistema SCARA, los ejes giratorios están dispuestos en orientación vertical.
Los robots SCARA se utilizan para tareas que requieren la realización de movimientos laterales precisos. Funcionan bien en situaciones que requieren montaje.
Los robots delta están formados por conexiones paralelas que están todas unidas a la misma base. Los robots Delta son muy útiles para trabajos que necesitan control directo, así como para aquellos que requieren altos niveles de maniobrabilidad (como tareas rápidas de recogida y colocación). Los robots Delta utilizan sistemas de enlace de cuatro barras o paralelogramos.
Además, los robots industriales pueden tener una arquitectura en serie o en paralelo.
Las arquitecturas en serie, más a menudo conocidas como manipuladores en serie, son el tipo más popular de robot industrial. Su construcción consiste en una serie de eslabones que están unidos por uniones accionadas por motor y se extienden desde una base hasta un efector final. El sistema SCARA y los manipuladores Stanford son dos ejemplos característicos de este grupo.
A diferencia de un manipulador en serie, un manipulador paralelo está construido de tal manera que cada cadena suele ser bastante corta y sencilla y, como resultado, puede ser rígida y resistente a movimientos no deseados. Los errores que se producen en la colocación de una cadena se promedian en combinación con los errores que se producen en la colocación de las otras cadenas, en lugar de acumularse. En un robot paralelo, cada actuador debe moverse dentro de su propio grado de libertad, tal como lo hacen en un robot en serie; Sin embargo, la flexibilidad fuera del eje de una unión también se ve limitada por el efecto de las otras cadenas. Esto contrasta con un robot en serie, que solo tiene un grado de libertad por actuador. A diferencia de una cadena en serie, que pierde gradualmente su rigidez a medida que se añaden más componentes, la rigidez de bucle cerrado de un manipulador paralelo contribuye a la rigidez general del dispositivo en su conjunto en comparación con sus componentes individuales.
Un elemento se puede mover con hasta seis grados diferentes de libertad utilizando un manipulador paralelo completo (DoF), definido por tres coordenadas de traslación (tres T) y tres coordenadas de rotación (tres R) para una movilidad completa de 3T3R.
Sin embargo, siempre que un trabajo de manipulación requiera menos de 6 grados de libertad, el uso de manipuladores con un nivel de movimiento reducido, con menos de 6 grados de libertad, puede proporcionar beneficios en términos de un diseño arquitectónico más sencillo, un control más fácil, un movimiento más rápido y a un costo menor.
Tomemos, por ejemplo:
El robot Delta de tres grados de libertad, que tiene una movilidad tridimensional reducida, ha demostrado ser particularmente útil para aplicaciones que requieren una colocación rápida de traslación de recogida y colocación.
El espacio de trabajo de los manipuladores de movilidad inferior puede descomponerse en subespacios de 'movimiento' y 'restricción'.
Tomemos, por ejemplo:
El subespacio de movimiento del robot Delta de tres grados de libertad (DoF) se compone de tres coordenadas de posición, mientras que el subespacio de restricción se compone de tres coordenadas de orientación.
El subespacio de movimiento de los manipuladores de baja movilidad puede descomponerse a su vez en subespacios independientes (deseados) y dependientes (concomitantes): que consisten en un movimiento "concomitante" o "parásito" que es un movimiento no deseado del manipulador.
Al diseñar manipuladores efectivos de baja movilidad, es imperativo que los efectos incapacitantes del movimiento simultáneo se reduzcan o eliminen por completo.
Tomemos, por ejemplo:
Debido a que el efector final del robot Delta no gira, esta máquina no tiene ningún movimiento parásito.
Existe un espectro de grados de autonomía presentes en los robots. Algunos robots pueden estar programados para llevar a cabo las mismas actividades una y otra vez (conocidas como acciones repetitivas) con poca o ninguna variación y un alto nivel de precisión. Estas actividades están reguladas por rutinas programadas que describen la dirección, aceleración, velocidad y desaceleración de una secuencia de movimientos coordinados. También se especifica la distancia entre cada movimiento de la serie.
Otros robots tienen un grado de adaptabilidad mucho mayor en cuanto a la orientación del objeto sobre el que están operando o incluso la tarea que hay que realizar sobre el propio objeto, que el robot puede incluso necesitar identificar. Es mucho más probable que estos otros robots se utilicen en una variedad de entornos. Por ejemplo, los subsistemas de visión artificial que funcionan como sensores visuales del robot y están acoplados a computadoras o controladores sofisticados a menudo se incluyen en los robots para que puedan proporcionar una guía más precisa. El nivel de inteligencia artificial, o al menos cualquier cosa que pueda pasar por ella, en los sofisticados robots industriales de hoy en día se está convirtiendo en un aspecto cada vez más crucial.
"Bill" Griffith P. Taylor terminó el primer robot industrial conocido en 1937, y se publicó en la revista Meccano en marzo de 1938. Este robot fue el primero en corresponder a la definición ISO de un robot industrial. Las piezas del Meccano se utilizaron casi exclusivamente en la construcción del artilugio similar a una grúa, que era impulsado por un solo motor eléctrico. Era capaz de moverse a lo largo de cualquiera de los cinco ejes, incluyendo agarrar y girar mientras agarraba. Fue posible automatizar el movimiento de las palancas de control de la grúa mediante el empleo de cinta de papel perforada para proporcionar energía a los solenoides, lo que permitió la automatización. El robot fue capaz de apilar bloques de madera en una variedad de configuraciones preprogramadas. En una hoja de papel cuadriculado, los movimientos previstos se dibujaron inicialmente con la cantidad necesaria de rotaciones del motor. Después de eso, la información se copió en la cinta de papel, que también fue impulsada por el motor único que estaba contenido dentro del robot. En 1997, Chris Shute construyó una copia exacta del robot desde cero.
En 1954, George Devol presentó una solicitud para las primeras patentes de robótica (concedidas en 1961). Unimation, fundada en 1956 por Devol y Joseph F. Engelberger, es reconocida como la primera empresa en producir en masa un robot. Los robots de unificación también fueron conocidos como máquinas de transferencia programadas en un momento dado. Esto se debió al hecho de que su función principal en ese momento era mover cosas de un lugar a otro que estaban a poco más de unas pocas docenas de pies de distancia. Se programaron en coordenadas conjuntas y utilizaron actuadores hidráulicos. Esto significaba que los ángulos de las diferentes articulaciones se guardaban durante un período de entrenamiento y luego se reproducían cuando el robot estaba en funcionamiento. Tenían una precisión de 1/10.000 de pulgada como máximo (nota: aunque la precisión no es una medida apropiada para los robots, generalmente se evalúa en términos de repetibilidad, ver más adelante). Más tarde, Unimation licenció su tecnología a Kawasaki Heavy Industries y GKN, que fabricaron Unimates en Japón e Inglaterra respectivamente. Cincinnati Milacron Inc., con sede en Ohio, fue el único rival de Unimation durante un tiempo. Cuando esto comenzó a cambiar a finales de la década de 1970, numerosas grandes empresas japonesas comenzaron a crear robots industriales...
