Tema 3 guia

TECNOLOGÍA AVANZADA DE LA PRODUCCIÓN
PROFESORA:ING. LORENA GERMÁN
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGÍA
DEPARTAMENTO DE GERENCIA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
UNIDAD CURRICULAR
TECNOLOGIA AVANZADA DE LA PRODUCCIÓN
PROFESOR ING LORENA GERMAN
DIRIGIDO A ESTUDIANTES DE INGENIERIA INDUSTRIAL
TEMA No. 3 ROBOTICA Y APLICACIONES.
TEMA No.3. ROBOTICA Y APLICACIONES

Objetivo:
Al finalizar el tema el estudiante estará en la de reconocer la robótica como de
innovación tecnológica capaz de lograr la automatización del sistema
productivo, permitiendo el incremento de la productividad y mejorar la calidad.
Contenido:
1. En que consiste la Robótica.
2. Campos de aplicación de la Robótica.
3. Robótica Industrial.
Robot industrial. Definición
3.2 Historia del Robot.
3.3 Clasificación del Robot
3.4 Análisis de necesidad de un Robot
3.5 Instalación y acoplamiento con el sistema productivo.

INTRODUCCIÓN
Como antecedentes a lo que es actualmente la robótica existían
manipuladores mecánicos con control manual remoto, utilizados para varias
cosas como manipular materiales radioactivos, en submarinos oceanográficos,
naves espaciales tripuladas...
El hecho de requerir un operador humano que opere estas máquinas
hace que estos sistemas no puedan considerarse como robots.
El estudio de este tipo de mecanismos mejoraron la mecánica estática y
dinámica y los sistemas productivos. Los países que más han contribuido a la
Robótica son : EEUU, Japón, Gran Bretaña y Alemania Occidental.
La Robótica es una tecnología multidisplicinar que engloba:
- Automática.
- Mecánica.
- Electrónica.
- Informática
- Economía y Sociología.
Anteriormente, los robots eran demasiado grandes y costosos, además
había que asociarlos a computadoras también muy costosas La aparición de
Microprocesador abarató bastante los precios.
En este tema se abordan aspectos de la robótica industrial tales como:
Definición de robotica, Campos de aplicación de la Robótica, Definición de
Robot industrial, Historia del Robot, Clasificación del Robot, Análisis de
necesidad de un Robot, Instalación y acoplamiento con el sistema productivo.

1. ROBÓTICA. DEFINICIÓN.
El conjunto de conocimientos teóricos y prácticos
que permiten concebir, realizar y automatizar
sistemas basados en estructuras mecánicas
poliarticuladas, dotados de "inteligencia
artificial" y destinados a la producción industrial
o a sustituir al hombre en diversas tareas.
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 requieran el uso de la inteligencia.
La robótica según acaba de definirse, es esencialmente plindisciplinar y se
apoya en gran medida en los progresos de la microelectrónica y de la
microinformatica, así como de nuevas disciplinas tales como la inteligencia
artificial.
2. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LA ROBOTICA.
Los robots se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en la industria.
Actualmente la mayoría de las aplicaciones están en los procesos de
fabricación para el desplazamiento de materiales, piezas y herramientas de
diversos.
De momento, la mayoría de las aplicaciones industriales de robots
pueden dividirse en tres categorías siguientes:
2. 1. APLICACIONES DE MANIPULACIÓN DE MATERIALES Y CARGA
Y DESCARGA DE MÁQUINA.- En estas aplicaciones la función de robot
consiste en desplazar materiales o piezas en la célula de trabajo de uno a
otro lugar.

En la figura siguiente se muestra una operación de manipulación de
materiales. La carga y/o descarga de una máquina de producción, está
incluida dentro del alcance de esta actividad de manipulación de materiales.
Fig.1. Manipulación de materiales
2.2 APLICACIONES DE PROCESOS.- En esta categoría se incluye la
soldadura por puntos, la soldadura por arco, la pintura por pulverización y
otras operaciones en las que la función del robot consiste en manipular una
herramienta para realizar algún proceso de fabricación en la célula de
trabajo. La soldadura por puntos presenta una aplicación especialmente
importante en la categoría de aplicaciones de procesos.
Fig.2. Aplicación de soldadura en industria automovilística

2.3. MONTAJE E INSPECCIÓN.- Estas dos operaciones independientes,
que se incluirán en esta categoría. El montaje robótico es un campo en que
la industria está mostrando gran interés, debido a su potencial económico.
Fig.3. Aplicación de montaje en pieza pequeñas
De acuerdo a su aplicación la robótica se relaciona con diferentes áreas, así
como en aplicaciones arriesgadas e inaccesibles como las siguientes:
EN LA CONSTRUCCIÓN.-En la industria de la construcción se aplica la
tecnología robótica porque se basa en gran medida en el uso de la mano de
obra manual. Existen tres características respecto a las operaciones de
fabricación que han hecho que los robot sean factibles de aplicar.
1er. lugar: Muchas de las operaciones de fabricación donde los robots han
sustituido a la mano de obra humana son arriesgadas.
2do. lugar: Las operaciones de producción se pueden realizar en una
posición de trabajo simple.
3er. lugar: Las tareas son altamente repetitivas.

EN LA MINERIA.- Entre las ocupaciones industriales, la minería del carbón
subterránea es una de las tareas más peligrosas e insalubres que los
humanos pueden hacer. Las fuentes de los peligros incluyen fuegos,
explosiones, gases venenosos, grutas e inundaciones subterráneas. El
problema de extraer el carbón de la tierra, de forma que no coloque a los
trabajadores en riegos indebidos para sus vidas, se resuelve con el uso de
la tecnología robótica.
Sistemas altamente mecanizados están siendo utilizados actualmente en
la industria de la minería, pero sus operaciones requieren la atención de sus
trabajadores humanos para su guiado y control. Ejemplos de estos sistemas
como la maquina de cabeza giratoria y cortadoras de potencias para cavar y
excavar en la cara de la mina, transportadores para llevar el carbón arriba
desde el lugar de la excavación a la superficie y maquinas de carga para
transferir el carbón recién extraído a los transportadores.
Fig.4. Aplicación en la Mineria.
EN LA MARINA Los robots submarinos o acuáticos realizan cualquier tarea
que se a debajo del mar. Entre los usos posibles de los robots submarinos
están los siguientes: exploración para minerales, tomas de muestras
geológicas, operaciones de taladro y minería submarina, recuperación de
objetos perdidos, construcción debajo del agua y granjas y pesca
submarina.

EN LA EDUCACIÓN.-Los robots de enseñanza, el concepto de enseñanza
se puede extender más allá de la utilización de pequeñas maquinas en las
clases de los colegios y en los laboratorios. Tales robots se utilizan
ampliamente hoy para enseñar los principios de la programación a los
estudiantes de las escuelas técnicas. Los robots para los niños serian como
una máquina amigable y estarían deseando jugar con la maquina en un
modo interactivo para aprender habilidades y conceptos básicos
EN LA MEDICINA.-Mucho del trabajo que se hace en los hospitales por
enfermeras, ayudantes sanitarios y técnicos es repetitivo y rutinario, así
como también en la entrega de ropa blanca, hacer camas, trabajos
repetitivos, tales como introducir los registros de pacientes en los archivos
del computador, entregar medicinas, suministros desde la farmacia del
hospital y desde el suministro central y transportar pacientes a los
diferentes servicios en el edificio. Otra aplicación es la supervisión de signos
vitales y llegar agua y comida a los pacientes.
EN LA AGRICULTURA.-Los japoneses han identificado diversidad de tareas
que se realizan con los robots en la agricultura e industrias. Estas tareas
incluyen la recogida de cosechas, cultivos del suelo, dar fertilizantes y
aplicaciones insecticidas. Otras áreas relacionadas en aplicaciones
potenciales de los robots se encuentran en el cuidado y gestión forestal y
ganadera. En Australia se investigo que los robots podrían afeitar a las
ovejas.
EN EL HOGAR.-Los trabajos realizados por un robot domestico incluye
lavado de platos, limpieza de las alfombras, hacer las camas, quitar el polvo
a los muebles, limpiar las ventanas y ciertas tareas de preparación de
comidas. También los robots domésticos podrían realizar tareas de noche,
realizando funciones de supervisión con sus sensores para asegurarse que
la casa esta segura contra ladrones y actuar con un detector de humos y de
alarma contra incendios. El costo de un robot domestico altamente funcional
estaría limitado no por los requisitos mecánicos y de sensores

3. ROBOT INDUSTRIAL. DEFINICION.
El término Robot proviene del checo y lo utilizó por primera vez el escritor
Karen Capek en 1917, para referirse en sus obras a máqinas con forma
humanoide.
Podemos encontrar varias definiciones para la palabra robot:
Un robot es un manipulador programable
multifuncional, diseñado para mover piezas,
herramientas, dispositivos especiales
mediante movimientos variados,
programados para la ejecución de diversas
tareas.
Máquina controlada por ordenador y
programada para moverse, manipular
objetos y realizar trabajos a la vez que
interacciona con su entorno.
Aparato automático que realiza funciones normalmente ejecutadas por los
hombres.
La definición mas comúnmente aceptada posiblemente sea la de la
Asociación de Industrias Robóticas (RIA), según la cual:
Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable,
capaz de mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales,
según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.
Esta definición, ligeramente modificada, ha sido adoptada por la
Organización Internacional de Estándares (ISO) que define al robot
industrial como:

Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad,
capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales
según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.
Se incluye en esta definición la necesidad de que el robot tenga varios
grados de libertad. Una definición más completa es la establecida por la
Asociación Francesa de Normalización (AFNOR), que define primero el
manipulador y, basándose en dicha definición, el robot:
Manipulador: Mecanismo formado generalmente por elementos en serie,
articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es
multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador
humano o mediante dispositivo lógico.
Robot: Manipulador automático servo-controlado, reprogramable,
polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos
especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la
ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios
brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un
dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno.
Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica,
pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material
Fig.5. Robot utilizado en almacenamiento por lotes

4. HISTORIA DEL ROBOT.
La ciencia ficción ha contribuido, sin duda alguna, al desarrollo de la
robótica, implantando ideas en las mentes de las generaciones jóvenes que
podrían verse atraídos por la robótica y creando deseos de conocimientos
entre el público acerca de esta tecnología. En la siguiente tabla se presenta
una lista cronológica que resume los desarrollos históricos producidos en la
tecnología de la robótica.
FECHA DESARROLLO
A mediados
Del siglo
XVIII
Jacques de Vaucanson construyó varias muñecas mecánicas
de tamaño humano que ejecutaban piezas de música.
1805 Henri Millardet construyo una muñeca capaz de hacer
dibujos. Esta miñeca se expone en el Instituto Franklin de
Filadelfia.
1779- 1785 En el sector de la producción textil la hiladora mecánica de
Crompton y el telar mecánico de Cartwright.
1954 George Devol desarrolla diseños para transferencia de
articulos programados.
1961 El robot Unimate se instaló en la Ford Motor Company para
atender una máquina de fundición en troquel
1975 El robot Sigma de Olivetti se utilizó en operaciones de
montaje, una de las primitivas aplicaciones de la robótica al
montaje.
1978 El robot Puma para tareas de montaje por Unimatión,
basado en diseños obtenidos en un estudio de la General
Motors
1982 IBM introduce el robot RS-1 para montaje, basado en varios
años de desarrollo.
Tabla.1. Historia del Robot.

Es importante señalar que el trabajo pionero sobre lenguaje de Robot
orientados a computadoras se desarrollo en la Stanford University.
En la actualidad el campo de la robótica se considerar como una
combinación de tecnología de máquinas herramientas y de informática.
5. CLASIFICACION DEL ROBOT.
1. TIPOS DE ROBOT SEGÚN SU ARQUITECTURA:
 Poliarticulados: Robots de muy diversa forma, básicamente
sedentarios. Generalmente son robots de uso industrial.
 Móviles: Robots con gran capacidad de desplazamiento. Para
moverse son teledirigidos o bien se guían por la información
recibida de su entorno a través de sus sensores.
 Androides: Son robots que intentan reproducir total o
parcialmente la forma y el comportamiento cinemático del ser
humano.
 Zoomórficos: Clase de robots caracterizada principalmente
por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres
vivos. Los androides también podrían considerarse robots
zoomórficos.

 Híbridos: Estos robots corresponden a aquellos de difícil
clasificación cuya estructura resulta de una combinación de las
expuestas anteriormente.
2. TIPOS DE ROBOT SEGÚN SU GENERACIÓN
a. Robots de 1ª Generación:
El sistema de control usado en la primera generación de robots
esta basado en la “paradas fijas” mecánicamente. Como ejemplo
de esta primera etapa están los mecanismos de relojería que
mueven las cajas musicales o los juguetes de cuerda.
b. Robots de 2ª Generación:
El movimiento se controla a través de una secuencia numérica
almacenada en disco o cinta magnética. Por regla general, este
tipo de robots se utiliza en la industria automotriz y son de gran
tamaño.
c. Robots de 3ª Generación:
Utilizan las computadoras para su control y tienen cierta
percepción de su entorno a través del uso de sensores. Con esta
generación se inicia la era de los robots inteligentes y aparecen
los lenguajes de programación para escribir los programas de
control.
d. Robots de 4ª Generación:

Se trata de robots altamente inteligentes con más y mejores
extensiones sensoriales, para entender sus acciones y captar el
mundo que los rodea. Incorporan conceptos “modélicos” de
conducta.
e. Robots de 5ª Generación:
Actualmente en desarrollo. Esta nueva generación de robots
basará su acción principalmente en modelos conductuales
establecidos.
Fig.6. Semejanzas del Robot y el humano

3. De acuerdo a su estructura básica:
La estructura típica de un manipulador consiste en un brazo compuesto por
elementos con articulaciones entre ellos. En el último enlace se coloca un
órgano terminal o efector final tal como una pinza o un dispositivo especial
para realizar operaciones.
Figura. 7. Estructuras básicas de manipuladores.

El espacio de trabajo es el conjunto de puntos en los que puede situarse el
efector final del manipulador. Corresponde al volumen encerrado por las
superficies que determinan los puntos a los que accede el manipulador con
su estructura totalmente extendida y totalmente plegada.
Por otra parte, todos los puntos del espacio de trabajo no tienen la misma
accesibilidad. Los puntos de accesibilidad mínima son los que las superficies
que delimitan el espacio de trabajo ya que a ellos solo puede llegarse con
una única orientación.
 Configuración cartesiana: La configuración tiene tres articulaciones
prismáticas. Esta configuración es bastante usual en estructuras
industriales, tales como pórticos, empleadas para el transporte de
cargas voluminosas. La especificación de posición de un punto se
efectúa mediante las coordenadas cartesianas . Los valores
que deben tomar las variables articulares corresponden directamente
a las coordenadas que toma el extremo del brazo. Esta configuración
no resulta adecuada para acceder a puntos situados en espacios
relativamente cerrados y su volumen de trabajo es pequeño cuando
se compara con el que puede obtenerse con otras configuraciones.
 Configuración cilíndrica: Esta configuración tiene dos articulaciones
prismáticas y una de rotación. La primera articulación es
normalmente de rotación. La posición se especifica de forma natural
en coordenadas cilíndricas. Esta configuración puedes ser de interés
en una célula flexible, con el robot situado en el centro de la célula
sirviendo a diversas máquinas dispuestas radialmente a su alrededor.
 Configuración polar o esférica: Está configuración se caracteriza
por dos articulaciones de rotación y una prismática. En este caso las
variables articulares expresan la posición del extremo del tercer
enlace en coordenadas polares.

 Configuración angular: Esta configuración es una estructura con
tres articulaciones de rotación.La posición del extremo final se
especifica de forma natural en coordenadas angulares.La estructura
tiene un mejor acceso a espacios cerrados y es fácil desde el punto
de vista constructivo. Es muy empleada en robots manipuladores
industriales, especialmente en tareas de manipulación que tengan
una cierta complejidad. La configuración angular es la más utilizada
en educación y actividades de investigación y desarrollo. En esta
estructura es posible conseguir un gran volumen de trabajo.
 Configuración SCARA: Esta configuración está especialmente
diseñada para realizar tareas de montaje en un plano. Está
constituida por dos articulaciones de rotación con respecto a dos ejes
paralelos, y una de desplazamiento en sentido perpendicular al plano.
6. ANALISIS DE LA NECESIDAD DE UN ROBOT.
La robótica y su puesta en marcha en los sistemas proporcionan la
capacidad de la automatización flexible a través de los sistemas de
producción modernos.
Para evaluar estos sistemas, deben considerarse tanto aspectos técnicos
como aspectos económicos.
Entre los aspectos técnicos más comunes se aplican la reducción de tiempos
de productos, con los incrementos correspondientes en las tasas de
producción y la reducción de inventarios.
Antes de tomar una decisión final es importante evaluar otros criterios.
Estos criterios son cuantitativos y cualitativos, según lo mencionan Prot. Y
Hillion.

Los criterios cuantitativos incluyen no solo el tiempo de producción de
inventario en proceso, sino también el incremento de productividad de los
recursos, combinado con la reducción de personal de administración y
control.
El mejoramiento de la calidad se puede medir tanto cuantitativamente como
cualitativamente.
Es necesario considerar los análisis económicos tradicionales que se
emplean para justificar cualquier proyecto propuesto, entre los cuales
están:
1. El Método del periodo de reembolso
2. El método equivalente uniforme de los costos anuales
3. El método del rendimiento sobre las inversiones.
Se decidirá elegir la alternativa cuyo costo unitario sea el más bajo.
7. INSTALACIÓN Y ACOPLAMIENTO CON EL SISTEMA
PRODUCTIVO.
Es necesario tomar un enfoque lógico para la instalación dentro de una
forma de manufactura. El enfoque que aquí se presenta sigue lo que
Groover sugiere, aunque se debe reconocer que una compañía en
particular, puede tener sus propias consideraciones que podrían causar
modificaciones al enfoque presentado.
Los pasos a seguir para la instalación se pueden listar de la siguiente
manera:
1. Familiarización inicial con la tecnología.
2. Reconocimiento de la planta para identificar las aplicaciones
potenciales.
3. Selección de una de las aplicaciones.
4. Selección de un robot.
5. Análisis económico detallado y autorización de capital.
6. Planeación y diseño de la instalación.
7. Instalación.

1. Familiarización inicial con la tecnología. El primer paso es
asegurar que el personal tenga suficiente experiencia para
identificar las aplicaciones potenciales. Tal información se puede
obtener a partir de libros, revistas y de los manuales técnicos, de
la compañía fabricantes de robots, de las firmas asesoras y de los
diversos congresos y exposiciones comerciales.
Un factor crítico para la introducción de
la tecnología robótica a una corporación
es el apoyo de la dirección. Este apoyo
es necesario y crucial para la obtención
de buenos resultados de el proyecto.
Aunado al apoyo de la dirección esta la
participación a quien le corresponde la
aceptación final del proyecto. Sin la
aceptación del trabajador llegaría a ser
difícil instalar y operar una célula
robótica.
2. Reconocimiento de la planta para identificar las
aplicaciones potenciales. Para dirigir un estudio de la planta es
necesario distinguir entre dos categorías generales de las
aplicaciones de un robot:
 Un proyecto que incluya el diseño de una nueva planta
 La implantación de un proyecto robotico en una instalación
ya existente.
En el primer caso, existe un grado de flexibilidad más alto, no
solo en la tecnología de una incorporación de los robots y de la
automatización, sino también en el logro de la aceptación de la
fuerza laboral.

El segundo caso es el más común y por lo general incluye el
reemplazo de un operador humano por un robot en un
ambiente productivo.
El enfoque que aquí se toma, corresponde a la segunda
categoría. Para lo cual es necesario determinar si las
operaciones existentes son las adecuadas para la implantación
robótica.
El reconocimiento de una instalación robótica incluye las
siguientes consideraciones generales:
a) Las condiciones de trabajo
peligrosas e incomodas.
b) Las operaciones apetitivas.
c) Los trabajos de manejo difíciles.
d) Las operaciones con cambios
múltiples.
3.Selección de una de las aplicaciones: Después de la
identificación de las aplicaciones posibles de un robot, el problema es
determinar cual aplicación es la más conveniente para seguir.
La General Electric Company, ha obtenido buenos resultados en la
solución de aplicaciones roboticas, siempre ha considerado los
siguientes aspectos técnicos:
 La operación es simple y repetitiva.
 El tiempo de ciclo de la operación es mayor de 5 segundos.

 Las piezas se pueden entregar a la operación en un lugar
adecuado y con la orientación correcta.
 El peso de la pieza es adecuado por lo general el peso máximo
es de 1100 Libras.
 Es posible sustituir uno o dos trabajadores en un periodo de 24
horas.
3. Selección del Robot: Después de la selección de una aplicación,
debe elegirse un robot entre muchos modelos comerciales
disponibles. Para efectuar la selección es necesario considerar la
combinación apropiada de las características adecuadas para la
aplicación tales características incluyen:
a)El número de grados de
libertad.
b)Tipos de dispositivos
c)Sistemas de control
d)Capacidad de carga y
capacidad de interfase.

5. Análisis económico y autorización de capital: El análisis
económico estima los beneficios financieros para la compañía y la
decisión sobre la autorización de capital se realiza en base a el
análisis.
6. Planeación y diseño de la Instalación: Los aspectos aquí
considerados incluyen:
a) Métodos operacionales.
b) Diseño y control de la célula
de trabajo.
c) Efector final y diseños de
herramientas y accesorios
.
7. Instalación: La instalación supone la puesta en práctica de todos los
planes de preparación detallado, estas actividades son:
 Compra del robot.

 Preparación del espacio físico de la planta en el cual se
colocará la célula robótica.
 Provisión de los servicios eléctricos, neumáticos y otros
servicios para usar la célula.
 Seguridad.
 Capacitación.
 Mantenimiento.
Es difícil estimar el tiempo
necesario para terminar la
instalación, además el tiempo
real de instalación puede variar
en cualquier lugar desde 3
meses a 1 año o más.

BIBLIOGRAFIA.
GROOVER,NAGEL. Robótica Industrial. Editorial Galac.
España. 2000.
MIKELL P. Groover, ROBOTICA INDUSTRIAL, Mc Graw Hill.
MAYNARD. Manual del Ingeniero Industrial. 2004

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