una investigacion acerca de la robotica, (historia, aplicaones, estructura, etc)

1. INTRODUCCIÓN:
La Robótica industrial constituye hoy, una de las más importantes áreas de
investigación y desarrollo tecnológico. Este artículo trata de forma global que es
robótica industrial y como es la estructura interna de un robot típico.
Inicialmente se presentan los antecedentes de la robótica, la definición y sus
componentes. A continuación se presentan las características de los diferentes
sistemas que conforman un robot.
Como antecedente de estos sistemas automáticos se puede encontrar gran
número de dispositivos mecánicos, que les permiten realizar movimientos
similares a los humanos.
El nacimiento del robot se debe a la fusión de dos tecnologías: los
teleoperadores y el control numérico.
Los teleoperadores fueron desarrollados tras la segunda guerra mundial y su
aplicación inicial fue el manejo de sustancias radioactiva sin riesgo para el
operario. Estos consistían de un robot que mediante dispositivos mecánicos,
repetía las acciones que el operador realizaba simultáneamente.
El control numérico computarizado fue desarrollado por los requerimientos de
precisión en cierta maquinaria, como la que se utilizaba en la fabricación de
piezas para aviones.
JUSTIFICACIÓN.
La sociedad no se encuentra completamente informada para tener en cuenta o
para considerar la robótica como alguna carrera para poder ejercer, el interés no
es el suficiente ya que debido, a la falta de información, difusión, conocimiento
de este tema tan importante en la actualidad a sus áreas de aplicación en la
industria, al beneficio que tiene en los procesos de automatización y al apoyo
que le brinda al hombre para generar una productividad acorde a lo que se
requiere en el mercado.
DELIMITACIÓN.
La investigación se encuentra dirigida hacia un nivel medio superior y superior,
para promover el desarrollo y la importancia de la Robótica Industrial. En lo que
se refiere a nivel medio superior, esta investigación ayuda a que los jóvenes que
aún no se deciden para determinar la carrera que quieren seguir estudiando y
conociendo, a cimentar las bases, conceptos generales de la robótica industrial,
tomando en cuenta el desarrollo global de la misma y los recientes avances,
actualizaciones, adquisiciones y mejoras en el campo industrial, con el fin de que
los jóvenes se interesen más en el tema y quieran adentrarse buscando más
información respecto a la robótica. A nivel superior se estudia más paso a paso
cada tema conforme a la estructura, softwares, tamaño, calidad, cantidad, costo,
etc. en cuanto a robots que se encuentran habilitados en el campo laboral.

2. PROPUESTA
El tema de elección es la robótica aplicado en el ambiente industrial,
considerándolo de interés debido a que esta se encuentra en constante
evolución en los sistemas productivos, en cuestión de eficiencia debido a los
robots, en cuales actividades en donde el humano no es tan eficiente, entre las
aportaciones que se muestran son conocimientos sobre las áreas en las que se
desenvuelve esta actividad y su importancia a futuro, usando una investigación
descriptiva logrando un alcance en la educación básica para crear interés desde
pequeños, logrando así un resultado positivo recalcando la importancia de la
robótica a futuro por los beneficios que nos proporciona así como algunas
desventajas, ya que es un área de constante progreso, así como desarrollar el
interés por las personas y sean impulsados a este tema y enriquecer el
conocimiento con su información sobre en donde se aplica, las últimas
novedades y sus variaciones.
OBJETIVO GENERAL:
Dar a conocer información sobre la robótica, su impacto, composición y
avance en el área industrial, así como su desarrollo en México comparado con
otros países de primer mundo, para lograr generar un mayor interés en de éste
tema.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
 Crear conciencia sobre la importancia de la robótica industrial
 Expandir la investigación a nivel nacional
 Implementar una estrategia para motivar a estudiantes a enfocarse a
esta área.

3. ¿QUÉ ES LA ROBÓTICA?
La robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción
de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que
requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían
ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la
informática.
HISTORIA DE LA ROBOTICA
Por siglos, el ser humano ha construido máquinas que imitan partes del cuerpo
humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus
dioses; los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas
hidráulicos, los cuales eran utilizados para fascinar a los adoradores de los
templos.
El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo XVIII,
cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil programable
mediante tarjetas perforadas. Luego, la Revolución Industrial impulsó el
desarrollo de estos agentes mecánicos. Además de esto, durante los siglos XVII
y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que
tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó
varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII.
En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de
hacer dibujos.
La palabra robot se utilizó por primera vez en 1920 en una obra llamada "Los
Robots Universales de Rossum", escrita por el dramaturgo checo Karel Capek.
Su trama trataba sobre un hombre que fabricó un robot y luego este último mata
al hombre. La palabra checa 'Robota' significa servidumbre o trabajado forzado,
y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el término robot.
Luego, Isaac Asimov comenzó en 1939 a contribuir con varias relaciones
referidas a robots y a él se le atribuye el acuña miento del término Robótica y
con el surgen las denominas "Tres Leyes de Robótica" que son las siguientes:
 Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción,
que un ser humano sufra daños.
 Un robot debe de obedecer las órdenes dadas por los seres humanos,
salvo que estén en conflictos con la primera ley.
 Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto
con las dos primeras leyes.
Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran los primeros
robots en la década de los 50's. La investigación en inteligencia artificial
desarrolló maneras de emular el procesamiento de información humana con
computadoras electrónicas e inventó una variedad de mecanismos para probar
sus teorías.

4. Primera generación: Son llamados manipuladores. Son sistemas mecánicos
multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia
fija o de secuencia variable. Realizan una tarea según una serie de
instrucciones programadas previamente, que ejecutan de forma secuencial.
Segunda generación: La segunda etapa se desarrolla hasta los años 80s,
este tipo de robots son un poco más conscientes de su entorno que su previa
generación, disponiendo de sistemas de control de lazo cerrado en donde por
medio de sensores adquieren información de su entorno y obtienen la
capacidad de actuar o adaptarse según los datos analizados.
El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los
memoriza. Este tipo sí tiene en cuenta las variaciones del entorno. Disponen de
sistemas de control en lazo cerrado, con sensores que les permiten adquirir
información del medio en que se encuentran y adaptar su actuación a las
mismas.
Por regla general, este tipo de robots se utiliza en la industria automotriz y son
de gran tamaño.
Tercera generación: Son también llamados robots con control sensorizado. El
controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las
envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios. Utiliza las
computadoras para su estrategia de control y tiene algún conocimiento del
ambiente local a través del uso de sensores, los cuales miden el ambiente y
modifican su estrategia de control, con esta generación se inicia la era de los
robots inteligentes y aparecen los lenguajes de programación para escribir los
programas de control. La estrategia de control utilizada se denomina de “ciclo
cerrado”.
Cuarta generación: Son llamados también robots inteligentes. Son similares a
las anteriores pero además poseen sensores que envían información a la
computadora de control sobre el estado del proceso. La cuarta generación de
robots, ya los califica de inteligentes con más y mejores extensiones
sensoriales, para comprender sus acciones y el mundo que los rodea.
Incorpora un concepto de “modelo del mundo” de su propia conducta y del
ambiente en el que operan.
Quinta generación: Actualmente está en desarrollo esta nueva generación de
robots, que pretende que el control emerja de la adecuada organización y
distribución de módulos conductuales, esta nueva arquitectura es denominada
arquitectura de subsunción, cuyo promotor es Rodney Brooks.
La siguiente generación será una nueva tecnología que incorporara 100%
inteligencia artificial y utilizara modelos de conducta y una nueva arquitectura.

5. ROBÓTICAINDUSTRIAL:
La definición del robot industrial, como una máquina que puede efectuar un
número diverso de trabajos, automáticamente, mediante la programación
previa, no es válida, porque existen bastantes máquinas de control numérico
que cumplen esos requisitos. Una peculiaridad de los robots es su estructura
de brazo mecánico y otra su adaptabilidad a diferentes aprehensores o
herramientas.
Estructura de los robots industriales
Un manipulador robótico consta de una secuencia de elementos estructurales
rígidos, denominados enlaces o eslabones, conectados entre sí mediante
juntas o articulaciones, que permiten el movimiento relativo de cada dos
eslabones consecutivos.
Elementos estructurales de un robot industrial
Una articulación puede ser:
 Lineal (deslizante, traslacional o prismática), si un eslabón desliza sobre
un eje solidario al eslabón anterior.
 Rotacional, en caso de que un eslabón gire en torno a un eje solidario
al eslabón anterior.
a) b)
Distintos tipos de articulaciones de un robot: a) lineal, b) rotacionales

6. El conjunto de eslabones y articulaciones se denomina cadena cinemática. Se
dice que una cadena cinemática es abierta si cada eslabón se conecta
mediante articulaciones exclusivamente al anterior y al siguiente, exceptuando
el primero, que se suele fijar a un soporte, y el último, cuyo extremo final queda
libre. A éste se puede conectar un elemento terminal o actuador final: una
herramienta especial que permite al robot de uso general realizar una
aplicación particular, que debe diseñarse específicamente para dicha
aplicación: una herramienta de sujeción, de soldadura, de pintura, etc. El punto
más significativo del elemento terminal se denomina punto terminal (PT). En
el caso de una pinza, el punto terminal vendría a ser el centro de sujeción de la
misma.
Punto terminal de un manipulador
Los elementos terminales pueden dividirse en dos categorías:
 pinzas (gripper)
 herramientas
Las pinzas se utilizan para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo, y
sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Hay una diversidad de métodos
de sujeción que pueden utilizarse, además de los métodos mecánicos obvios
de agarre de la pieza entre dos o más dedos. Estos métodos suplementarios
incluyen el empleo de casquillos de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.
Una herramienta se utiliza como actuador final en aplicaciones en donde se
exija al robot realizar alguna operación sobre la pieza de trabajo. Estas
aplicaciones incluyen la soldadura por puntos, la soldadura por arco, la pintura
por pulverización y las operaciones de taladro. En cada caso, la herramienta
particular está unida a la muñeca del robot para realizar la operación.
A los manipuladores robóticos se les suele denominar también brazos de
robot por la analogía que se puede establecer, en muchos casos, con las
extremidades superiores del cuerpo humano.

7. Semejanza de un brazo manipulador con la anatomía humana
Se denomina grado de libertad (g.d.l.) a cada una de las coordenadas
independientes que son necesarias para describir el estado del sistema
mecánico del robot (posición y orientación en el espacio de sus elementos).
Normalmente, en cadenas cinemáticas abiertas, cada par eslabón-articulación
tiene un solo grado de libertad, ya sea de rotación o de traslación. Pero una
articulación podría tener dos o más g.d.l. que operan sobre ejes que se cortan
entre sí.
Distintos grados de libertad de un brazo de robot
Para describir y controlar el estado de un brazo de robot es preciso determinar:
 La posición del punto terminal (o de cualquier otro punto) respecto de un
sistema de coordenadas externo y fijo, denominado el sistema mundo.
 El movimiento del brazo cuando los elementos actuadores aplican sus
fuerzas y momentos.
El análisis desde el punto de vista mecánico de un robot se puede efectuar
atendiendo exclusivamente a sus movimientos (estudio cinemático) o
atendiendo además a las fuerzas y momentos que actúan sobre sus partes
(estudio dinámico) debidas a los elementos actuadores y a la carga
transportada por el elemento terminal.
2. Configuraciones morfológicas y parámetros característicos
de los robots industriales
Según la geometría de su estructura mecánica, un manipulador puede ser:

8.  Cartesiano, cuyo posicionamiento en el espacio se lleva a cabo
mediante articulaciones lineales.
 Cilíndrico, con una articulación rotacional sobre una base y
articulaciones lineales para el movimiento en altura y en radio.
 Polar, que cuenta con dos articulaciones rotacionales y una lineal.
 Esférico (o de brazo articulado), con tres articulaciones rotacionales.
 Mixto, que posee varios tipos de articulaciones, combinaciones de las
anteriores.
 Paralelo, posee brazos con articulaciones prismáticas o rotacionales
concurrentes.
Los principales parámetros que caracterizan a los robots industriales son:
 Número de grados de libertad. Es el número total de grados de
libertad de un robot, dado por la suma de g.d.l. de las articulaciones que
lo componen. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales
requieren 6 g.d.l., como las de soldadura, mecanizado y
almacenamiento, otras más complejas requieren un número mayor, tal
es el caso de las labores de montaje.
 Espacio de accesibilidad o espacio (volumen) de trabajo. Es el
conjunto de puntos del espacio accesibles al punto terminal, que
depende de la configuración geométrica del manipulador. Un punto del
espacio se dice totalmente accesible si el PT puede situarse en él en
todas las orientaciones que permita la constitución del manipulador y se
dice parcialmente accesible si es accesible por el PT pero no en todas
las orientaciones posibles. En la figura inferior se aprecia el volumen de
trabajo de robots de distintas configuraciones.

 Capacidad de posicionamiento del punto terminal. Se concreta en
tres magnitudes fundamentales: resolución espacial, precisión y
repetibilidad, que miden el grado de exactitud en la realización de los
movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada.
 Capacidad de carga. Es el peso que puede transportar el elemento
terminal del manipulador. Es una de las características que más se
tienen en cuenta en la selección de un robot dependiendo de la tarea a
la que se destine.
 Velocidad. Es la máxima velocidad que alcanzan el PT y las
articulaciones.

Configuración
geométrica
Estructura
cinemática
Espacio de
trabajo
Ejemplo
cartesianos

9. tipo
cantilever
tipo
pórtico
cilíndrico
polar
esférico

10. SCARA
paralelo
APLICACIONES INDUSTRIALES
La implantación de un robot industrial en un determinado proceso exige un
detallado estudio previo del proceso en cuestión, examinando las ventajas e
inconvenientes que conlleva la introducción del robot.
Trabajos en fundición.
Soldadura.
Aplicación de materiales.
Aplicación de sellantes y adhesivos.
Alimentación de máquinas.
Procesado.
Corte.
Montaje.
Palatización.
Control de calidad.
Manipulación en salas blancas.
Trabajos en fundición.
En este proceso el material usado, en estado líquido, es inyectado a presión en
el molde. Este último está formado por dos mitades que se mantienen unidas
durante la inyección del metal mediante la presión ejercida por dos cilindros. La
pieza solidificada se extrae del molde y se enfría para su posterior desbardado.
El molde, una vez limpio de residuos de restos de metal y adecuadamente
lubricado, puede ser usado de nuevo.
En la fundición de las piezas del molde y transporte de estas a un lugar de
enfriado y posteriormente a otro proceso (desbardado, corte, etc.).

11. Soldadura
La industria automovilística ha sido gran impulsora de la robótica industrial,
empleando la mayor parte de los robots hoy día instalado. La tarea más frecuente
robotizada dentro de la fabricación de automóviles ha sido sin duda alguna la
soldadura de carrocerías. En este proceso, dos piezas metálicas se unen en un
punto para la fusión conjunta de ambas partes, denominándose a este tipo de
soldadura por puntos.
Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica elevada y baja tensión a través
de dos electrodos enfrentados entre los que se sitúan las piezas a unir.
Aplicación de materiales
El acabado de superficies por recubrimiento de un cierto material (pintura,
esmalte, partículas de metal, etc.) con fines decorativos o de protección, es una
parte crítica en muchos procesos de fabricación.
Tanto en la pintura como en el metalizado, esmaltado o arenado, la problemática
a resolver es similar, siendo la primera la que cuenta con mayor difusión. Su
empleo está generalizado en la fabricación de automóviles, electrodomésticos,
muebles, etc.
Aplicación de adhesivos y sellantes.
Los robots son frecuentemente utilizados para la aplicación de cordones de
material sellante o adhesivos en la industria del automóvil sellante de ventanas
y parabrisas, material anticorrosión en los bajos del coche, etc.).
En este proceso el material aplicar se encuentra en forma líquida o pastosa en
un tanque, siendo bombeada hasta la pistola de aplicación que porta el robot,
que regula el caudal de material que es proyectado.
Procesado
Dentro del procesado se incluyen operaciones en las que el robot se enfrenta a
piezas y herramientas (transportando una u otra) para conseguir, en general, una
modificación en la forma de la pieza.
El desbardado consiste en la eliminación de rebabas de la pieza de metal o
plástico, procedentes de un proceso anterior (fundición, estampación, etc.). Esta
operación se realiza manualmente con una esmeriladora o fresa, dependiendo
la herramienta de las características del material a desbardar.
Corte
El corte de materiales mediante el robot es una aplicación reciente que cuenta
con notable interés. La capacidad de reprogramación del robot y su integración
en un sistema, hacen que aquel sea el elemento ideal para transportar la
herramienta de corte sobre la pieza, realizando con precisión un programa de
corte definido previamente desde un sistema de diseño asistido por computador
(CAD).

12. Montaje
Las operaciones de montaje, por la gran precisión y habilidad que normalmente
exigen, presentan grandes dificultades para su automatización flexible. Sin
embargo, el hecho de que estas operaciones representen una buena parte de
los costes totales del producto, ha propiciado las investigaciones y desarrollos
en esta área, consiguiéndose importantes avances.
Muchos procesos de ensamblado se han automatizado empleando maquinas
especiales que funcionan con gran precisión y rapidez. Sin embargo, el mercado
actual precisa de sistemas muy flexibles, que permitan introducir frecuentes
modificaciones en los productos con unos costes mínimos. Por este motivo el
robot industrial se ha convertido en muchos casos en la solución ideal para la
automatización del ensamblaje.
Manipulación en salas blancas
Ciertos procesos de manipulación deben ser realizados en ambientes
extremadamente limpios y controlados. En ellos, la actividad del operador se ve
dificultado no por el trabajo en sí, que no tiene por qué ser especialmente
complejo o delicado, sino por la necesidad de mantener elevadas medidas de
control de impurezas mediante el uso de trajes especiales y controles rigurosos.
CONCLUSIONES:
Uno de los objetivos que se espera cumplir con esta investigación es fortaleces
los planes de estudio en nivel ingeniería ya que actualmente no están nada
completos en cuanto a este tema, así como el de promover y lograr un mayor
entendimiento en este tema.
Por lo tanto debe de buscarse la manera de lograr un mayor avance en México,
ya que se ha quedado estancado y sin nuevos avances y mejoras, en esta
investigación se desea fomentar el avance de la robótica industrial.

13. ANEXOS:
NIVEL DE IMPLANTACIÓN DE LA ROBÓTICA POR PAÍSES

14. INSTITUCIONES ALTAMENTE RECOMENDADAS PARA ESTUDIAR UNA
CARRERA RELACIONA A LA ROBÓTICA INDUSTRIAL:
1. UDEM – Universidad De Monterrey
Ingeniero en Tecnologías Electrónicas y Robótica
2. Instituto Politécnico Nacional
Ingeniería en Robótica Industrial
3. Tecnológico De Monterrey
Ingeniero en sistemas digitales y robóticos.
4. UNITEC
Ingeniería en Sistemas Digitales y Robótica

15. BIBLIOGRAFIA:
ROBOTICA INDUSTRIAL: FUNDAMENTOS Y APLICACIONES
 Nº de páginas: 328 págs.
 Encuadernación: Troquelado
 Editorial: S.A. MCGRAW-HILL / INTERAMERICANA DE ESPAÑA
 Lengua: CASTELLANO
 ISBN: 9788448128197
ROBOTS INDUSTRIALES MANIPULADORES
Autor MADRIGAL IÑIGO RAFAEL
Año: 2004
Total Páginas: 168
ISBN: 9701510283
Colección: ELECTRONICA
Editorial: ALFAOMEGA
WEBGRAFIA:
http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r63/r63.htm
http://platea.pntic.mec.es/vgonzale/cyr_0204/ctrl_rob/robotica/industrial.htm
http://roboticapuno.blogspot.mx/2013/01/clasificacion-de-los-robots.html
http://www.guillenxt.com/2012/03/las-5-generaciones-de-la-robotica.html