Robotica Industrial Ingeniería Electrónica Automatización Industrial ITS Zapopan M. en C. Teth Azrael Cortes Aguilar teth.cortes@itszapopan.edu.mx

1. M. en C. Teth Azrael Cortés Aguilar
Departamento de Ingeniería Electrónica
Instituto Tecnológico Superior de Zapopan
Mayo 2015

2. Inicios de la Robótica Industrial en la manufactura
Dull (Aburridas)
Dirty (Sucias)
Dangerous (Peligrosas)
Hot (Calientes)
Heavy (Pesadas)
Hazardous (Riesgosas)
1960 Se introducen los primeros Robot Industriales.
1974 Primer Robot Controlado por computadora.
Se utilizaron por primera vez en operaciones de riesgo para el manejo de materiales
tóxicos o radiactivos, así como carga y descarga de piezas de trabajo calientes de
hornos en fundidoras.

3. Mecánicamente, un robot esta formado por una serie de elementos o eslabones unidos
mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones
consecutivos. Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada
articulación con respecto a la anterior, se denomina grado de libertad.
El robot tiende a tener una geometría fija, y limitada. El espacio de trabajo es el límite de
posiciones en el espacio (volumen) que el robot puede alcanzar.
El Punto de Centro de herramienta (TCP) es el punto donde se localiza la herramienta o
efector final del robot.
Si la herramienta se sostiene a una posición fija, la orientación determina en qué dirección
puede apuntarse.
Definiciones básicas

4. Componentes Básicos de un Robot Industrial
Manipulador Efector final
Fuente de
potencia
Sistema de
Control

5. Manipulador
Conocido como brazo y
muñeca, el manipulador
es una unidad mecánica
que proporciona
movimientos o
trayectorias .
El extremo de la muñeca
puede alcanzar un punto
en el espacio que tiene
un conjunto específico de
coordenadas y en una
orientación especifica.
La mayoría de los Robot
tienen 6 articulaciones
giratorias. También
existen con siete grados
de libertad o robot
redundantes para
aplicaciones especiales.

6. Efector Final
El extremo de la muñeca en un robot está equipado con un efector final, que también se
conoce como herramienta de extremo del brazo. Se fabrican a medida para satisfacer
requisitos específicos de manejo.
• Grippers (sujetadores,
ganchos, paletas,
electroimanes, copas de
vacío, dedos adhesivos, etc.)
• Pistolas de rocío de pintura
• Accesorios para soldadura
por puntos o arco y corte por
arco.
• Herramientas (Taladros,
Llaves, etc.)
• Instrumentos de medición.

7. Tipos de Grippers Industriales

8. Fuente de potencia
Cada movimiento del manipulador (Lineal o rotacional) se controla y regula
mediante actuadores independientes que utilizan una fuente de potencia eléctrica,
neumática o hidráulica. Cada fuente de energía y cada tipo de motor tiene sus
propias características, ventajas y limitaciones.

9. Sistema de Control
El sistema de control es el encargado de las comunicaciones y el procesamiento de
información que proporciona comandos para los movimiento del robot. Almacena
datos para iniciar y terminar movimientos del manipulador, sirve como interfaz con
las computadoras y otro equipos, como celdas de manufactura y sistemas de
ensambles. Los Robots industriales son punto apunto o de trayectoria continua, la
precisión y la repetibilidad varía de la carga útil y la posición dentro del envolvente de
trabajo.

10. Evaluación
1. ¿Para que aplicaciones de desarrollaron los primeros robots industriales?
b) Para sustituir al ser
humano en operaciones
peligrosas
c) Para sustituir al ser
humano en operaciones
monótonas
a) Para elevar la rapidez
en la manufactura de
productos
2. ¿Se refiere a cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación
de un robot con respecto a la anterior?
3. ¿Cómo se denomina el lugar donde se localiza la herramienta o efector final del robot?
4. ¿Cómo se denomina el límite de posiciones en el espacio (volumen) que el robot puede alcanzar?
a) Punto de Centro de Herramienta b) Área de trabajo c) Grados de libertad
5. ¿Cuáles con los componente básicos de un Robot industrial?
a) Punto de Centro de Herramienta b) Área de trabajo c) Grados de libertad
a) Punto de Centro de Herramienta b) Área de trabajo c) Grados de libertad
a) Manipulador
Efector final
Fuente de potencia
Sistema de control
b) Base
Hombro
Codo
Brazo
c) Motor
Grippers
Herramienta
Computadora

11. Clasificación de los Robots Industriales

12. Robot Cartesiano
Los robots cartesianos suponen una herramienta fundamental para realizar la mayoría de
las tareas de paletización, movimiento, manejo y clasificación de todo tipo de productos
envasados en la salida de las líneas de producción. Son especialmente adecuados en tareas
monótonas o donde se realicen trabajos físicamente pesados. Los robots cartesianos están
formados por tres actuadores lineales X, Y, Z y un eje de rotación opcional R que hace
posible la reorientación del producto.

13. Robot Cilíndrico
Usado para operaciones de traslado de materiales, ensamblaje, manipulación de
máquinas herramientas, soldadura por punto, y manipulación en máquinas de
fundición a presión. Es un robot cuyos ejes forman un sistema de coordenadas
cilíndricas.

14. Robot esférico o polar
El área de trabajo esta configurada por una esfera hueca, sin embargo los robots no
logran desplazare dentro de todo el volumen por limites de los actuadores.
Se utilizan en una amplia gama de operaciones de manipulación y fabricación. El útil
para inspección, alzar piezas pesadas. Tiene la capacidad de trabajar en ambientes
donde se usa metal fundido. Al ser de accionamiento hidráulico tiene un alto torque
para transferir presión a una prensa de troquel o una prensa para forja de metal.

15. Robot Scara
SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) es un robot de tres o
cuatro grados de libertad con posicionamiento horizontal. Los Robots SCARA se
conocen por sus rápidos ciclos de trabajo, excelente repetibilidad, gran capacidad
de carga y su amplio campo de aplicación. Es muy utilizado en todo tipo de
aplicaciones industriales, especialmente en aquellas que se realiza básicamente
en un plano.

16. Robot Angular o antropomórfico
Está constituido por dos componentes rectos que simulan el brazo o antebrazo
humano, sobre una columna giratoria. Estos antebrazos están conectados mediante
articulaciones que se asemejan al hombro y al codo. Incluyen aplicaciones como:
soldadura, pintura, pulido, palletizado, empacado, carga, descarga y transferencia.

17. Robot Delta
Constan de tres o cuatro brazos unidos a un punto. Se usan para clasificación,
separación, empaque y ensamble pequeños. Su principal ventaja es la rapidez y
precisión. Se usan en líneas de producción donde varios robots en paralelo
trabajan en conjunto, se pueden programar con diferentes tareas.

18. Los Robots se pueden sujetar de manera permanente al piso de la planta de
manufactura, moverse a lo largo de rieles aéreos (gantry robot) o equiparse con
ruedas para moverlos por el piso de la fabrica (robots móviles)
Movilidad en Robots Industriales

20. Evaluación
7. Robots industriales formado por tres actuadores lineales en los ejes (x,y,z) y un eje de rotación
opcional para el efector final, se usa principalmente en operaciones de paletización.
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
9. Robot industrial utilizado principalmente en el traslado de materiales y esta formado por tres
ejes en las coordenadas (r,θ,z).
8. Es un robot útil para levantar piezas pesadas y operar en entornos muy calientes. Cuenta con
actuadores hidráulicos que pueden transferir presión a forjas de metal y prensas. Su área de
trabajo describe una espera hueca.
6. Robot industrial de rápidos ciclos de trabajo y repetibilidad, así como gran capacidad de
carga para operaciones que se realizan sobre un plano, posee tres o cuatro grados de libertad
con posicionamiento horizontal.
10. Robot industrial constituido por dos componentes rectos que simulan el brazo o antebrazo
humano, sobre una columna giratoria.
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA

21. Control de Robots Industriales
Secuencia
Fija
Reproductor
de
movimientos
Control
numérico
Inteligente

22. El robot de secuencia fija o robot de selección y colocación, pick & place se
programa para una secuencia especifica de operaciones. Sus movimientos son
de punto a punto y el ciclo se repite de manera continua. Estos robots son
simples y relativamente poco costosos.
Robot de secuencia fija

23. En un robot reproductor de movimientos, un operador conduce o hace que el
efector final recorra la trayectoria deseada; El robot registra la trayectoria y la
secuencia de movimientos y puede repetirlos de manera continua con ninguna otra
acción o guía del operador. Algunos utilizan una terminal de control remoto para
controlar y guiar al robot y sus herramientas a través del trabajo por realizar.
Robot reproductor de movimientos

24. Los robot controlados numéricamente existen de dos tipos punto a punto y
trayectoria continua. Los se punto a punto tienen mayor capacidad de transporte de
carga. El robot se controla mediante datos digitales y se puede cambiar su
secuencia de movimientos con relativa facilidad.
Robot controlado numéricamente

25. El robot inteligente tiene la capacidad de efectuar algunas de las funciones y tareas
realizadas por humanos. Está equipado con sensores de visión y de tacto para evaluar el
ambiente inmediato y su proximidad a otros objetos por percepción y reconocimiento de
patrones. Después toma decisiones apropiadas para el siguiente movimiento y procede. El
sistema de control es mas complejo y requiere de mayor capacidad de computo.
Robots Inteligentes

26. Sistema visión artificial
Su capacidad de inspeccionar, identificar y guiar piezas. Estos sistemas de visión autónomos
y de calidad industrial combinan una biblioteca de herramientas de visión avanzadas con
adquisición y procesamiento de imágenes a alta velocidad.
Por ejemplo los equipos de la marca COGNEX tiene enlaces confiables con:
● PLC Mitsubishi, Rockwell, Siemens o cualquier otra marca.
● ROBOTS ABB, Denso, Kawasaki, Kuka, Motoman y Staubli, así como Mitsubishi,
Adept, Epson, IAI, Nachi, Yamaha, etc.
● PC, HDMI, etc.

27. Inspección
Realizar una inspección para detectar errores de montaje, defectos en la superficie,
piezas dañadas y características faltantes. Identifica la orientación, la forma y la
posición de los objetos y sus características.
Medición
Mide las piezas o partes para verificar las dimensiones críticas y medir los
componentes del producto para los procesos de clasificación y separación.
Orientación y alineación
Guía dispositivos robóticos y el equipo de automatización. Alinea las piezas para
las operaciones de montaje que requieren alta precisión.
Reconocimiento y Validación Ópticos de Caracteres (OCR/OCV)
Lectura y verificación de los caracteres alfanuméricos marcados directamente
sobre las piezas e impresos en las etiquetas.
Lectura de códigos de barras
Lectura de códigos de barras 1D y códigos Data-Matrix 2D como parte de una
inspección total.
Aplicación de los sistema visión artificial

28. Evaluación
11. Relaciona correctamente las siguientes columnas.
a) El robot se programa para una secuencia especifica de
operaciones. Sus movimientos son de punto a punto y el ciclo
se repite de manera continua. Son útiles para operaciones
pick & place.
Secuencia Fija
b) Un operador conduce o hace que el efector final recorra la
trayectoria deseada. El robot registra la trayectoria y la
secuencia de movimientos y puede repetirlos de manera
continua.
d) El robot se controla mediante datos digitales y se puede
cambiar su secuencia de movimientos con relativa facilidad.
Existen de dos tipos punto a punto y trayectoria continua.
Reproductor de
movimientos
Controlado
numéricamente
c) El robot está equipado con sensores de visión y de tacto
para evaluar el ambiente inmediato y su proximidad a otros
objetos por percepción y reconocimiento de patrones.
Después toma decisiones apropiadas para el siguiente
movimiento y procede.
e) Sirve de guía para dispositivos robóticos y equipo de
automatización. Permite alinear las piezas para las
operaciones de montaje que requieren alta precisión
Robot
Inteligente
Sistemas de
visión artificial

29. Aplicaciones de los Robots Industriales
A. Manejo de materiales, consiste en la carga, descarga y transferencia de piezas de trabajo
en las instalaciones de manufactura. Estas operaciones se pueden realizar de manera
confiable y repetida, para mejorar la calidad y reducir las pérdidas por desperdicios.
Algunos ejemplos son:
A.1. Operaciones de fundición y moldeado en
las que el metal fundido, las materias primas,
los lubricantes y las partes en diversas etapas
de terminación se manejan sin interferencia de
operador.
A.2. Operaciones de tratamiento térmico, en
las que las partes se cargan y descargan de los
hornos y baños de enfriamiento.
A.3. Operaciones de formado, en las que las
partes se cargan y descargan de prensas y
muchos otros tipos de maquinaria de trabajo
mecánico (Centros de maquinado, tornos,
fresas, taladros, etc ).

30. Aplicaciones de los Robots Industriales
B. La soldadura por punto une carrocerías para vehículos. Los Robots también efectúan
otras operaciones similares, como soldadura por arco, corte y remachado.

31. Aplicaciones de los Robots Industriales
C. Pueden realizar operaciones de rectificado y pulido con herramientas sujetas al
efector final.

32. Aplicaciones de los Robots Industriales
D. Aplicación de pintura, adhesivos y selladores.

33. Aplicaciones de los Robots Industriales
E. Ensamble de piezas .

34. Aplicaciones de los Robots Industriales
F. Inspección y calibración a velocidades mucho más altas que las que pueden
lograr los humanos.

35. Factores para la selección de un robot industrial
• Capacidad de transporte de carga
• Velocidad de movimiento
• Confiabilidad
• Repetibilidad
• Configuración de brazos
• Grados de Libertad
• Sistema de control
• Memoria del programa
• Envolvente , volumen o área de trabajo.
Los factores que influyen en la selección de Robots en la manufactura son los
siguientes:

36. Fabricantes de Robots Industriales
KMR QUANTEC se mueve de forma autónoma y libre de
colisiones. El escáner láser para la supervisión del entorno, así
como el software integrado y la unidad de control de
navegación y movimiento permiten un uso fiable y móvil.
Efectúa maniobras en el espacio más estrecho de una forma
segura, obteniendo la posición deseada y llegando a una
exactitud de posición de ±5 mm, no importa si debe recorrer 5
o 150 m hasta el lugar de aplicación. Permite el uso de robots
con una capacidad de carga de entre 60 kg y 1000 kg

37. Fabricantes de Robots Industriales
XRS CARTESIAN ROBOT
X-Y work areas to: 850mm X 600 mm
Maximum load: 12 kg

38. Fabricantes de Robots Industriales
Soporta: 14 kg de carga

39. Fabricantes de Robots Industriales

40. Fabricantes de Robots Industriales

41. Evaluación
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
12. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación donde se requiere
trasladar una pieza de 400 Kg de un horno hacia una prensa de forja?
12. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación en cuarto limpio
donde se requiere colocar rápidamente frascos esterilizados en charolas, la operación ocurre
entre dos bandas trasportadoras ubicadas sobre el mismo plano?
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
13. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación donde se traslada un
producto al final de una banda transportadora hacia una tarima, el robot sigue una secuencia
fija para apilar los productos?
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
14. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para llevar en el efector final una herramienta
de aspersión para realizar la operación de pintar la puerta de un automóvil en una línea de
ensamble automotriz?
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA
15. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para llevar en el efector final una herramienta
de soldadura por arco para realizar la operación sobre una línea de ensamble automotriz?
a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA