ROBOTICA INDUSTRIAL 1

ROBOTICA INDUSTRIALEfren Espinoza, Milton Saquisili,

UNIVERSIDAD POLITECNICA SALESIANA

Resumen—El conocimiento y la concepción popular del robotcomienza con las historias de ciencia ficción (Blade Runner yGueras de las estrellas). En 1921 el escritor checo Karel Capekutilizo por primera vez el termino robot en su drama RossumUniversal Robots. La palabra robot dervia del checo robota(labor tediosa o servil)[1]. Posteriormente Isaac Asimov otroescritor de ciencia ficción fue el primero en utilizar el terminorobotics para referirse a la tecnología del robot. La definiciónmás actual de un robot seria: maquina o ingenio electrónicoprogramable capaz de manipular objetos y realizar operacionesantes reservadas solo a humanos

Index Terms—robotica, industrial, robots

I. INTRODUCCION

EN los robots industriales de instrumentacion y mediantelas definiciones antes analizadas se puede decir que

un robot es una entidad virtual o mecanica artificial, estohace resumen a un sistema electromecanico, que por todo suprincipio de funcionamiento este sistema pretende reemplazarlas funciones, labores humanos.

Segun la RIA (Asociación de Industria Robóticas); un robotindustrial es:

Un robot industrial es un manipulador multifuncional re-programable, capaz de mover materias, piezas, herramientas,o dispositivos especiales, según trayectorias variables, progra-madas para realizar tareas diversas. [1]

En el campo de la ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyócon varias narraciones relativas a robots, siendo en 1939, aél se atribuye el acuñamiento del término Robótica. En suobra, la imagen de robot que aparece es el de una máquinabien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa deacuerdo con tres principios.

Estos principios fueron denominados por Asimov las TresLeyes de la Robótica, y son:

1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o,mediante la inacción, que un ser humano sufra daños.

2. Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por losseres humanos, salvo que estén en conflictos con laprimera ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no serque esté en conflicto con las dos primeras leyes.

Un sistema robotico enfocada a la instrumentación esta com-puesto por subsitemas como veremos a continuación:

1. Sistema Roboticoa) Sistema de Control

1) Sistemas Lazo Abierto

Efren Espinoza, Estudiante 10mo ciclo de la UPS, Cuenca, Ecuador, e-mail:eespinozat@est.ups.edu.ec.

Milton Saquisili, Estudiante 10mo ciclo de la UPS, Cuenca, Ecuador, e-mail: msaquisili@est.ups.edu.ec.

2) Sistemas Lazo Cerradob) Subsistema de Instrumentación Electronica

1) Sensores2) Actuadores

En lo que respecta a nuestro estudio analizaremos el Subsiste-ma de Instrumentación Electronica, este subsistema se puedeapreciar en la figura1:

Figura 1. Esquema instrumentación Electronica

II. ROBOT DE CONTROL DE MOVIMIENTO

Al hablar de robots de control de movimiento básicamenteestamos haciendo referencia a dos grandes grupos como sonlos robots manipuladores y los propiamente dichos robots decontrol de movimientos.

Dicho esto cabe recalcar dos grandes rseñas historicasque fundamentaron la evolucion de los mismos y hacemosreferencia al primer brazo articulado (o manipulador) que fueconstruido por Harold Roselund, de la compañia Devilviss en1938.

Ahora hacemos referencia a George Devol que es conside-rado el padre del robot, ya que en 1946 invento un aparatomecanico que permitiera repetir una secuencia de movimientosa una maquina herramienta[2]

II-A. Robot de Movimiento

Por la necesidad de moverse en terrenos duros y complica-dos llenos de obstaculos peligros para la vida humana, nacela vision de la construccion de un robot de control de movi-mientos. Desde el punto de vista autonomos los robots movilestienen como prescedentes los dispositivios electromecanicos,tales como los denominados micro-mouse[1]

Como principal objetivo de este robot seria la navegaciónautomatica, los cuales engloban tareas de planificación, per-cepcion y control. Los robots de control de movimientos tipovehículos con ruedas emplean el sistema Ackerman, el mismoque se ilustra en la figura 2.

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Podemos apreciar que la rueda delantera interior gira a unángulo ligeramente superior al exterior, esto esta empleadopara eliminar el deslizamiento. De igual menera se observaque las prolongaciones de los ejes de las dos ruedas delanterasintersecan en un punto sobre la prolongación del eje de las rue-das traseras. Por ultimo el lugar de los puntos trazados sobreel suelo por los centros de los neumáticos son circunferenciasconcéntricas con centro el eje de rotación p1[1].

Figura 2. Sistema Ackerman

II-B. Robot Manipulador

Dicho robot para operar individualmente necesita comominimos los siguientes componentes.

1. El brazo (robot): el mismo que esta constituido por unsistema compuesto de articulaciones, actuadores y sen-sores de posicion, los mismos que marcan la diferenciaen el sistema propio de control

2. La siguiente parte y lo complementario a esto es elcontrolador, generalmente basado en un sistema pro-gramable, receptor de señales de informacion de lossensores antes mencionados, listos para reaccionar con laemision de comandos a la parte depotencia que realizarael control de movimiento (manipulacion)

A continuacion en la figura3 se muestra un sistema basicode un robot manipulador el cual tiene un sistema de controlcon retroalimentacion visual a traves de la camara una unidadde potencia para el movimiento mecanico y por su puesto elbrazo manipulador.

Figura 3. Componentes Basicos de un sistema de robot

Por lo general estos robots, principalmente los brazos ma-nipuladores tienen 5 o 6 grados de libertad, los mismos que 3pertenecen al cotrol del brazo y los restantes al de la mano:

Las configraciones mas usadas son: Cartesiana, Cilindrica,Esferica y Articulada.[1]

Los robots manipuladores segun los tipos de articulacionesse clasifican en lo siguiente:

1. Configuración cilindrica2. Configuracion polar o esferica3. Configuracion Angular4. Configuración Scara

Las cuales vemos en la Figura 4.

Figura 4. Configuraciones de los Robots

Robots de repetición o de aprendizaje: Estos son manipula-dores que se limitan a repetir una secuencia de movimientos,previamente ejecutada por un operador humano, haciendo usode un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En estetipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se valede una pistola de programación con diversos pulsadores o

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teclas, o bien, de joysticks, o bien utiliza un maniquí, o aveces, desplaza directamente la mano del robot. Los robots deaprendizaje son los más conocidos, hoy día, en los ambientesindustriales y el tipo de programación que incorporan, recibeel nombre de "gestual".

III. GRADOS DE LIBERTAD

Mediante esta denominación, se conoce al grupo de pará-metros usados para determinar la posición y la orientacióndel elemento terminal del manipulador. Además los grados delibertad, pueden ser los posibles movimientos básicos comoson los giros y desplazamientos independientes.

Para determinar el número de grados de libertad, se tomaen cuenta el número de elementos del brazo y de las articu-laciones que posee el robot, com podemos ver en la Figura5.

Figura 5. Grados de libertad

Los grados de libertad vienen determinados, por la posiciónde los elementos móviles del robot, que se pueden indicarcomo grados de movilidad.

Asi los grados de movilidad, definen a el número deelementos motores con los que cuenta una máquina, en casosparticulares, esta misma definición se usa para indicar losgrados de libertad, pero sin olvidar que estos dos conceptosson diferentes.

IV. CONFIGURACIONES INDUSTRIALES

En el mayor de los casos los robots se usan en las tareas defabricación y de ensamble, como manejo de material, soldadu-ra por arco y de punto, montajes de piezas, pintura de espray,carga y descarga de maquinas controladas numéricamente,exploraciones espaciales y submarinas, investigación de brazosprotésicos y en el manejo de materiales peligrosos.

1. Configuración cartesiana (PPP) Posee tres movimientoslineales, los cuales corresponden a los movimientoslocalizados en los ejes X, Y y Z. La especificación deposición de un punto se efectúa mediante las coordena-das cartesianas (x,y,z).[3]

2. Configuración cilíndrica (RPP) Puede realizar dos movi-mientos lineales y uno rotacional. El robot de configura-ción cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimien-tos conocidos como interpolación lineal e interpolación

por articulación. La interpolación por articulación selleva a cabo por medio de la primera articulación, yaque ésta puede realizar un movimiento rotacional. Laposición se especifica de forma natural en coordenadascilíndricas.

3. Configuración esférica (RRP) Tiene varias articulacio-nes, cada una de ellas puede realizar un movimientodistinto: rotacional, angular y lineal. Este robot utilizala interpolación por articulación para moverse en susdos primeras articulaciones y la interpolación lineal parala extensión y retracción. En este caso las variablesarticulares expresan la posición del extremo del tercerenlace en coordenadas polares.

4. Configuración articular o de brazo de revolución (RRR)Presenta una articulación con movimiento rotacional ydos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizarel movimiento llamado interpolación lineal (para lo cualrequiere mover simultáneamente dos o tres de sus arti-culaciones), el movimiento natural es el de interpolaciónpor articulación, tanto rotacional como angular.

5. Configuración SCARA Esta configuración está espe-cialmente diseñada para realizar tareas de montaje enun plano. Está constituida por dos articulaciones derotación con respecto a dos ejes paralelos, y una dedesplazamiento en sentido perpendicular al plano. Esel más indicado para trabajar sobre superficies planashorizontales, como el montaje y soladura de precisión.

V. SISTEMAS DE CONTROL

Estos sistemas de control tiene tres funciones:1. Dirigir al sistema de potencia para que mueva al mani-

pulador en una forma predeterminada.2. Almacenar, uno varios programas, así como la informa-

ción recogida durante el proceso mismo del programa.3. Permitir la comunicación, ingreso y egreso de datos, en

forma de teclados, pantallas, medios magnéticos.En general se suele hacer una división entre sistemas conven-cionales y servo controlados. También suele clasificarse a loscontroladores según su nivel tecnológico (bajo, medio, alto yadaptativo).

Los controladores de robots de alta tecnología cuentan conmás memoria, interfaz de comunicación computacional, copro-cesadores y sensores inteligentes, de visión o tacto. Ademásde esto, los programas pueden ser modificados rápidamente.

Los robots adaptativos son sistemas de alta tecnología conmayor capacidad sensorial y de interfaz. El nivel de inteligen-cia de esta tecnología es mayor, permitiendo su programaciónen forma adaptativa. [3]

El uso de controladores CNC en robots presenta variadasventajas en relación con su complementación con sistemasCAD/CAM. A través de estos últimos se puede definir el radiode acción del robot y sus tareas de forma eficiente, generandoel código para el control numérico del robot.

VI. SENSOR

Se conoce al sensor como el dispositivo capaz de trans-formar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de

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instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables deinstrumentación dependen del tipo de sensor, su función comodispositivos periféricos en una célula de trabajo robótica espermitir que las actividades del robot se coordinen con otrasactividades en la célula.

Pueden ser:1. Sensores táctiles2. Sensores de contacto.3. Sensores de proximidad y alcance4. Amperímetro.5. Detectores de corriente parásitas (sensores de proximi-

dad).6. Interruptor de contacto eléctrico (sensor de contacto).7. Sensor de infrarrojos (sensor de proximidad).8. Interruptor de límite (sensor de contacto).9. Transformador diferencial de variable lineal

10. Microinterruptor (sensor de contacto).11. Ohmetro12. Sensores fotométricos (sensor de proximidad, varios).13. Acelerómetros piezoeléctricos.14. Transductores de presión.15. Pirómetro de radiación (sensor de proximidad).16. Calibrador de tensión (sensor de fuerza).17. Termistor.18. Termopar.19. Interruptores de vacío (sensor de proximidad).20. Sensores de visión (sistema de visión).

VII. CONCLUSIONES

La robótica especificamente en el campo industrial se ca-racteriza por su gran extensión, y con un notable constanteengrandecimiento tanto en sus aplicaciones, especificacionesy los alcances tecnologicos de hoy en dia. Al ser la predis-posición de funcionamiento autónomo la robótica industriales dependiente del control automatico, puesto que los robotsson diseñados para funcionar de manera autonoma, sin lanecesidad de ningun control extra o humano.

Las caracteristicas antropomórficas son vitales en las activi-dades que los robots industriales deben de desarrollar siendoasi que ah desplazado de manera significativa la mano deobra artesanal, y cada día se requiere un mejoramiento en lasmáquinas, optimización de la eficiencia, para desarrollar conrapidez, precisión y calidad los trabajos encomendados a esasmáquinas o robots industriales.

En el impacto de la sociedad, se va observando que el robotocupa el espacio del hombre en las fábricas, con ventajassignificativas para el empleador o dueño de la empresa, que vecomo sus productos se multiplican y optimiza los gastos extrasque se requería para sus empleados. En su control, los robotsposeen sistemas microprocesados, que permiten el correctoprocesamiento de la información que proviene a su vez desensores estrategicamente colocados, los cuales permiten laejecución correcta de la acción encomendada a ese robot.

La relación del costo de los mecanismos y su manteni-miento, vienen a ser parte esencial en las vias de desarrollode esa empresa, ya que su mantenimiento es vital, con laparticularidad de una constante supervisión, de esto tambien

depende su capacidad de reacción, depediendo directamentede sus sensores y actuadores, que funcionarán en cada uno delas uniones de los actuadores

Segun el avance la tecnología se desarrolla robots in-dustriales, mas flexibles, con una capacidad más grande derealización de actividades, agragando versatilidad a sus di-seños, los mismo que se desarrollan por el replanteamientode modelados, estudios de campo mas especificos, basandoseen los resultados y experiencias obtenidas por esos robots,ademas de un mejoramiento de sus sistemas de control y porende mejoramiento en su eficiencia.

En el sector Industrial de la robótica, se ah logrado variosobjetivos en el mejoramiento de la automatización de losprocesos de fabricación y producción, siendo asi que los gra-dos de libertad en las máquinas brindan el mejor desenpeño,además de un menor riesgo en la planta, y un adaptamientocasi perfecto a la necesidad del productor. Pero la tendenciade hoy en dia es la total automatización de las fábricas endonde no se necesite o no sea prioritario el uso de la manodel hombre, y con los métodos de comunicación la tendenciade hoy es poder comandar a esos robots desde cualquier partedel mundo, usando la tecnologia de los servicios de datos deinternet.

REFERENCIAS

[1] A. O. Baturone, “Robótica: Manipuladores y robots móviles,” 2001.[2] R. I. Madrigal and E. V. Idiarte, Robots industriales manipuladores.

Edicions UPC, 2002.[3] J. M. ANGULO Usategui, âAIJRobotica Practica. TecnologIa y Aplica-

cionesâAI. Paraninfo. Mexico, 1995.