1. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 1
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 1Curso de verano 2004. USC 1
APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA
ROBÓTICA
Rafael Sanz Domínguez
Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Universidad de Vigo
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 2
Índice de la presentación
Robots industriales
• ¿Qué son? ¿Para qué se usan?
• Componentes de un robot industrial
• Principales características
• Tipos y morfologías
El robot y los procesos de producción
• Célula de trabajo robotizada
Aplicaciones industriales
• Descripción de algunas aplicaciones clásicas y avanzadas
La robótica industrial y la IA
• ¿Qué aporta la IA a la robótica?
• Robótica móvil
Otras aplicaciones de la robótica
• Descripción de aplicaciones avanzadas
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Manipulador automático capaz de orientar objetos y
materiales a lo largo de de movimientos y trayectorias
variables y programable para la ejecución de tareas
variadas:
• Típicamente se presenta en forma de brazo articulado
terminado en una muñeca
• Dispone de servomecanismos de control de posición
• Reprogramable y polivalente
• Capaz de generar trayectorias complejas en el espacio
• Emplea microprocesadores para el control de movimientos
y para la planificación de movimientos
• Con capacidad de comunicación y coordinación con
elementos externos
• Fácilmente integrable en las líneas automáticas de
producción
Definición de robot industrial
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Propiedades de los robots industriales
Los robots industriales típicos hacen trabajos que son
difíciles, peligrosos o simples y repetitivos
Pueden realizar múltiples tareas: manipulan objetos
pesados, pintan, productos químicos y tareas de
ensamblado
Realizan el mismo trabajo con precisión hora tras hora y
día tras día
No se cansan y no comenten errores asociados con la
fatiga
Adaptados especialmente para la realización de tareas
repetitivas
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Estructura general de un robot industrial
Un robot industrial está compuesto por las siguientes
partes:
• Estructura mecánica
(manipulador)
• Sistema locomotor y sensorial
• Sistema de control de bajo
nivel
• Sistema de decisión y
planificación
• Dispositivos de entrada y
salida de datos
• Sistema de comunicación
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 9
Componentes de un robot industrial (I/II)
Estructura mecánica (manipulador)
• Está compuesto de varias articulaciones y sus elementos
de transmisión y reductoras
• Las partes que conforman el manipulador reciben los
nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y elemento terminal
Sistema locomotor (actuadores)
• Sirve para actuar sobre la estructura mecánica
modificando su configuración y, por tanto, la situación del
órgano terminal
Sistema sensorial (sensores)
• Es necesario para conocer el estado del robot y de su
entorno
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Componentes de un robot industrial (II/II)
Sistema de control de bajo nivel
• Gobierna los accionadores del robot a partir de la definición de
movimientos a ejecutar, de acuerdo con el sistema de decisión y
la información proporcionada por el sistema sensorial.
• Es el que controla cada uno de los movimientos del manipulador y
guarda sus posiciones
• El controlador recibe y envía señales a otros elementos de la
celda de trabajo (por medio de señales de entrada/salida) y
almacena programas
Sistema de decisión y planificación
• Elabora el movimiento del robot a partir de la definición de la tarea
a ejecutar transmitida por el operador con ayuda del sistema de
comunicación.
Dispositivos de entrada y salida de datos
• Los mecanismos de entrada y salida, más comunes son: teclado,
monitor y caja de comandos
Sistema de comunicación
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Detalles de la estructura mecánica de un robot
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Principales características de un robot
Características estáticas
• Grados de libertad
• Grados de maniobrabilidad
• Accesibilidad
• Movilidad
• Espacio de trabajo
Características dinámicas
• Capacidad de carga
• Estabilidad (oscilaciones)
• Resolución y resolución espacial (precisión)
• Exactitud
• Repetibilidad
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Grados de libertad
El número total de grados
de libertad requerido puede
completarse por medio de la
muñeca: articulación o
conjunto de articulaciones
que enlazan el elemento
terminal con el elemento de
trabajo.
Cada uno de los movimientos independientes que una
articulación permite efectuar le confiere un grado de
libertad a la estructura del manilpulador.
El número de grados de libertad de la estructura viene
determinado por la suma de los grados de libertad de cada
una de las articulaciones.
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Espacio de trabajo
Es el conjunto de puntos donde puede situarse el elemento
terminal del robot. Corresponde, por tanto, al volumen
encerrado por las superficies que determinan los puntos a los
que accede el manipulador.
Para diseñar el entorno de trabajo del robot necesario conocer
el espacio de trabajo. Este volumen viene normalmente
representado por dos secciones perpendiculares elegidas en
función del tipo de robot.
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Configuraciones de la estructura base
La elección del tipo de articulación entre componentes del
manipulador configura una determinada estructura
Configuraciones más habituales
• Cartesiana (pórtico, gantry)
(PPP) ejes perpendiculares
• Cilíndrica
(PRP o RPP) ejes prismáticos perpendiculares
• Esférica (polar)
(RRP) ejes rotacionales perpendiculares
• Angular
(RRR) el primero (vertical) perpendicular a los siguientes
(horizontales)
• SCARA
(PRR o RRP) ejes paralelos verticales
• Paralela
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Estructura mecánica: configuraciones
Robot cartesiano Robot cilíndrico Robot esférico
Robot angular Robot scara Robot paralelo
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Tiene una estructura PPP
La especificación de un punto del espacio se efectúa
mediante coordenadas cartesianas (x, y, z)
La precisión es uniforme en todo el espacio de trabajo
Especialmente apta para seguir una trayectoria
previamente especificada
Construcción rígida: la distribución de cargas no
presenta problemas especiales
No resulta adecuada para acceder a puntos situados en
espacios cerrados
Configuración cartesiana: características
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Configuración cartesiana: espacio de trabajo
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Configuración cartesiana: ejemplos (I)
ABB 840 SEIKO XM-3000
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Configuración cartesiana: ejemplos (II)
VENTAX VMR-3, SE
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ADEPT
AMR
Configuración cartesiana: ejemplos (III)
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Configuración cilíndrica: características
Tiene una estructura RPP o PRP
La posición del punto del espacio se
realiza mediante coordenadas
cilíndricas (a, r, z)
Ofrecen ventajas cuando la tarea a
desarrollar o las máquinas servidas se
encuentran situadas radialmente al
robot
Sistema de coordenadas
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Configuración cilíndrica: ejemplos
SEIKO RT3300
YAMAHA YP330A
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 24
Configuración esférica o polar: características
Tiene una estructura RRP
La posición del punto del espacio se
realiza mediante coordenadas
esféricas (a, b, r)
Configuración utilizada por los
primeros robots
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Configuración esférica o polar: ejemplos
UNIMATE 5000
UNIMATE 1000
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 26
Configuración angular: características
Tiene una estructura RRR
La posición del punto del
espacio se fija con
coordenadas angulares (a, b,
g)
Soluciona, en cierta forma, el
acceso a espacios cerrados
Sin embargo, obliga a un
esfuerzo suplementario en el
sistema de control para el
seguimiento de trayectorias
rectilíneas
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Configuración angular: ejemplos
Fanuc 2000Staubli 145
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Configuración scara: características
Tiene una estructura RRP o
PRR
Especialmente desarrollado
para realizar tareas de
ensamblado electrónico, y en
general, de manipulación
vertical
La mayoría de fabricantes
incluyen actualmente este tipo
en su oferta
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Configuración scara: ejemplos (I)
ADEPT
FANUC 510
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Configuración scara: ejemplos (II)
SANKYO SR8437
YAMAKA Z-II
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Configuración paralela: características
El elemento terminal se encuentra conectado a la base
por, al menos, dos cadenas cinemáticas independientes
Inicialmente utilizada en los simuladores de vuelo
La carga se reparte
entre los eslabones
La rigidez de los
eslabones asegura
mayor precisión de
posicionamiento
Bajo coste relativo y
montaje preciso
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Configuración paralela: ejemplos (I)
FANUC F100 POLYTEC Hexapod
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Configuración paralela: ejemplos (II)
DEMAUREX Delta
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El órgano terminal: la muñeca
Completa el número de grados de libertad requerido
para orientar el elemento terminal
Suele constar de 1 a 3 rotaciones
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Los robots industriales trabajan generalmente con otros
elementos de la cadena de producción:
• Transportadores de piezas
• Máquinas de producción
• Dispositivos de fijación
• Herramientas
El robot y el equipo asociado forman una célula de
trabajo
A veces se incluyen operarios humanos en la célula de
trabajo para realizar determinadas operaciones que no
se realizan de forma automática, como por ejemplo:
inspección, empaquetado, etc.
El diseño de la célula de trabajo es una cuestión
importante junto con la propia programación del robot
Concepto de célula de trabajo robotizada
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Ejemplo de célula robotizada
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Elementos de la célula robotizada
Robot(s)
Herramientas
Piezas
Mecanismos para alimentar y retirar las piezas de la
célula
Posicionadores de piezas
Controladores (de célula y robot)
Otro equipamiento de procesado
Operadores humanos
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 39
Consideraciones en el diseño de la célula de trabajo (I/II)
Cambios a otros equipos en la célula
• A veces es necesario realizar modificaciones en los equipos para
que la célula trabaje de manera integrada
• Se emplean accesorios especiales y dispositivos de control:
Dispositivos de retención de piezas, fines de carrera y otros
mecanismos para posicionar y orientar las piezas a manipular
Cambios en las máquinas para incrementar la accesibilidad
del robot, intercomunicación entre componentes de la célula
Posición y orientación de la pieza
• Se debe diseñar la célula para que las piezas a manipular se
posicionen de forma precisa para la operación robotizada
Problema de identificación de la pieza
• Cuando se procesa o manipula más de un tipo de pieza se debe
diseñar un método para identificar cada uno de ellos: Limitadores
con fines de carrera o sistemas ópticos
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 40
Consideraciones en el diseño de la célula de trabajo (II/II)
Protección del robot de su entorno
• En ciertas aplicaciones es necesario proteger al robot de
los efectos del entorno: pintura, viruta, polvo, elementos
radiactivos, piezas calientes
Instalaciones auxiliares
• Se debe considerar las instalaciones necesarias en la
estructura de la célula de trabajo: electricidad, aire
comprimido, etc.
Control de la célula de trabajo
• Las actividades del robot se deben coordinar con la de los
otros equipos de la célula
Seguridad
• Se debe proteger a las personas que se mueven en el
entorno del robot
• Es necesario diseñar sistemas de seguridad: barreras,
protecciones, etc.
19. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 19
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 41
Posicionadores de piezas
Orientan las piezas y
facilitan el acceso
Se suelen usar como
alimentadores
Pueden tener varios ejes
de movimiento
Su movimiento se puede
controlar de múltiples
maneras, como por
ejemplo, incluyendo ejes
adicionales del robot
mesa fija
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 42
Posicionadores de piezas
noriacabezal / contrapunta brazo en L
inclinación y giro mesa indexadamesa giratoria drop center
20. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 20
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 43
Controladores
Controlador de dispositivo
• Interfaz entre el dispositivo y el supervisor de la celda
• Dispositivos: cinta transportadora, autómata, sistema de
visión, etc.
Controlador del robot
• Comunicaciones típicamente vía módulos E/S discreta
(lógica ON/OFF)
• El software propietario y los protocolos hardware dificultan
el uso de equipamiento de otros fabricantes
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 44
Control de la célula de trabajo
La coordinación de las actividades que se realizan en la célula
es un problema que hay que tratar en el diseño de la célula.
La mayoría de las actividades son secuenciales, aunque
también algunas pueden ser simultáneas.
La coordinación de las actividades se efectúa mediante un
dispositivo denominado controlador de la célula de trabajo.
Las funciones pueden ser realizadas por el propio controlador
del robot o por un dispositivo de control de nivel superior (por
ejemplo, un autómata programable o un PC industrial).
21. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 21
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 45
Controlador de la célula robotizada
Controlador de la celda
• Supervisa el estado de todos los dispositivos, por medio
de los controladores de dispositivos
• Coordina las actividades de las celdas y se asegura de
que ocurran en el orden adecuado
Las funciones del controlador de célula son:
• Control de secuencias de actividades
• Comunicación con el operador
• Toma decisiones basadas en las señales de entrada
• Realiza los cálculos necesarios
• Trata eventos especiales (herramientas rotas, p. ej.)
• Realiza actividades irregulares: limpieza o cambio de
herramienta, por ejemplo
• Supervisión de seguridad
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 46
Enclavamientos
Es un método para prevenir que la secuencia o ciclo de
trabajo continúe a menos que cierta condición o
conjunto de condiciones sean satisfechas
Son esenciales en la mayoría de las células, ya que los
elementos de la misma deben trabajar de forma
coordinada
Se reciben señales de otros dispositivos de la célula que
se comunican a otra partes de ella
Sirven para:
• Intercomunicar los elementos de la célula de trabajo
• Proporcionar un mecanismo de sincronización y cadencia
de actividades
• Evitar el inicio de actividades antes de que se den
determinadas condiciones
• Ayudar a prevenir el riesgo
22. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 22
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 47
Enclavamientos
Se realizan, a menudo, mediante fines de carrera y otros
dispositivos de corte simples.
Otras veces son necesarios dispositivos sensores más
sofisticados: dispositivos de seguimiento de cordones de
soladura por arco, identificación de la posición y
orientación de una pieza, etc.
Los enclavamientos se dividen en dos categorías:
• Enclavamientos de salida
• Enclavamientos de entrada
Ejemplos:
• Detectar que una pieza está en el lugar adecuado antes de
permitir que el robot se mueva para tomarla
• Detectar que la garra sujeta realmente la pieza antes de
abandonar el área de recogida
• Detectar que una mesa giratoria ha rotado una pieza ya
procesada fuera del camino del robot
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 48
Ciclo de trabajo típico de un robot
1. La cinta transportadora de entrada entrega una pieza a
una posición fija.
2. El robot toma la pieza de la cinta y la carga en una
máquina.
3. La máquina procesa la pieza.
4. El robot extrae la pieza de la máquina y la sitúa en la
cinta transportadora de salida.
5. La cinta transportadora
de salida entrega la pieza
fuera de la célula.
6. El robot vuelve a la
posición inicial cerca de
la cinta transportadora de
entrada.
23. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 23
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 49
Red de comunicaciones de la célula
estación de
trabajo gráfica
controlador PC
o autómata
Supervisor
de la célula
sevidor
de datos
otros
dispositivos
(p. ej. visión)
PC industrial
cinta transportadora sensores
lector de código
de barras
robot
red de supervisión, control y monitorización
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 50
Buses de campo
Conjunto de redes de comunicación para uso industrial
Sustituye las conexiones punto a punto
Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad
de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente
Objetivo es reemplazar los sistemas de control
centralizados por redes para control distribuido
Ventajas:
• mejora del funcionamiento del sistema
• ahorro en el coste de instalación
• ahorro en el coste de mantenimiento
• reducción en el cableado
• necesidades de mantenimiento de la red sean menores
• mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema
24. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 24
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 51
Diseño de una célula robotizada
Elementos de diseño
• Definición (o diseño) y selección de elementos de la célula
Elementos activos (robots, máquinas CN, etc.)
Elementos pasivos (mesas, alimentadores, utillajes,
etc.)
• Definición y selección de la arquitectura de control
• Definición del lay-out en un proceso iterativo
Ayuda de sistemas CAD
Utilización de simuladores
Características a considerar del robot
• Área de trabajo: Se ha de tener en cuenta orientaciones y
puntos singulares
• Grados de libertad: Típicamente entre 3 (paletizado) y 6
(pintura, soldadura al arco)
• Coste del robot: proporcional al número de GDL
• Características mecánicas: resolución, repetibilidad,
precisión, velocidad, capacidad de carga, etc.
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 52
Simulación gráfica de células de trabajo
La simulación gráfica se puede emplear para diseñar la
célula de trabajo y para analizar los tiempos de ciclo
Ahorra un considerable tiempo de diseño, teniendo en
cuenta que:
• Del 60 al 80% del tiempo de realización de la célula se
emplea en cuestiones relacionadas con el diseño y con la
fabricación de la célula
• El restante 20 al 40% se dedica a la programación y
puesta a punto de la célula
25. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 25
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 53
Simulación gráfica de células de trabajo
La simulación es útil para:
• Modelar los componentes de la célula: robots,
transportadores, etc.
• Modelar la célula de trabajo, ensamblando los
componentes de la misma
• Definir los movimientos del robot
• Construir secuencias de movimiento
• Detectar colisiones entre el robot y los elementos de la
célula de trabajo
• Analizar tiempos de ciclo
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 55
Simuladores de células robotizadas
Simulación empleando el simulador Cosimir
26. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 26
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 56
Usar robots evitan la presencia humana en tareas
peligrosas
Algunas de las mejores aplicaciones de robots han sido
desarrolladas por motivos de seguridad
Manipulación de objetos pesados
Seguridad
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 57
Seguridad
Evaluación de riesgo
• Debe realizarse en cada etapa de desarrollo
• Debe documentarse convenientemente
Mantenimiento
• Debería realizarse de modo periódico
• Debería incluir (aunque no restringirse a ello) las
recomendaciones del fabricante da cada equipamiento:
robot, cintas transportadoras, herramientas, alimentadores
de piezas, sensores, etc.
Formación en seguridad
• Operadores, programadores y personal de mantenimiento
deben recibir formación adecuada en seguridad
27. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 27
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 59
Aplicaciones industriales
Los robots industriales se encuentran en una variedad
de empresas, incluyendo las industrias automovilísticas
e industrias de manufactura.
Sin ser exhaustivos, aquí mencionamos algunos de los
trabajos realizados por robots industriales:
• Manipulación de cargas, alimentación de máquinas
herramientas y cambio automático de herramientas
• Mecanizados: troquelado de moldes, taladrado, soldado,
remachado, moldeado de piezas, forjado, desbarbado
• Pintado y limpiado por chorro de piezas
• Procesado de vidrio
• Tratamientos de calor
• Mediciones y control de calidad
• Monitorizado de radiaciones
• Clasificación de piezas, y un largo etc.
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 60
Características del robot por aplicaciones
PROCESADO
• Sistema de programación
• 5-6 grados de libertad
• Campo de acción similar al humano
• Control de trayectoria continua
ENSAMBLADO
• Elevada precisión y rapidez
• Campo de acción similar al humano
• Potencia del sistema de programación
• Sistema sensorial
28. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 28
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 61
Características del robot por aplicaciones
PINTURA
• Programación por guiado
• Campo de acción similar al humano
• Estructura antropomórfica
• 6 grados de libertad
PALETIZADO
• Elevada capacidad de carga
• Relación grande entre área de trabajo y tamaño del robot
• Control PTP
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 62
Aplicación de un robot en procesado
Robot de corte con chorro de agua
29. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 29
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 63
Aplicación de un robot en procesado
Desbarbado de una pieza metálica
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 64
Aplicación de un robot en procesado
Mecanizado de una pieza de madera
(vaciado)
30. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 30
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 65
Aplicación de un robot en ensamblado
Ensamblado y soldaduras combinados
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 67
Aplicación de un robot en paletizado
Paletizado de cajas mediante ventosas
31. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 31
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Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 68
Aplicación de un robot en control de calidad
Verificación de tarjetas electrónicas
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 69
Aplicación de un robot en procesado
Sellado de juntas en una carrocería de coche
32. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 32
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 70
Aplicación de un robot en manipulación
Manipulación y soldadura por puntos combinados
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 71
Aplicaciones industriales avanzadas
Muchas aplicaciones robotizadas en procesos
industriales requieren el perfecto posicionamiento de las
piezas a manipular
A veces, es imposible conseguir que las piezas y el
material a manipular ocupen siempre la misma posición
Otras, ni siquiera es posible conocer la pieza o el
volumen que tiene
En todos estos casos es necesario disponer de
sensores para identificar las piezas a manipular y
determinar su posición exacta
Se utilizan:
• Sensores de ultrasonidos o infrarrojos
• Sensores magnéticos
• Sistemas de visión artificial
33. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 33
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 74
Inteligencia artificial y robótica
La IA estudia la naturaleza de la inteligencia humana y
cómo reproducirla (modelado de la inteligencia en el
computador)
La IA es una disciplina que provee técnicas de
ingeniería para resolver problemas complejos de difícil
solución por técnicas
Algunos problemas de índole compleja pueden aparecer
también en aplicaciones de robótica, en concreto:
• La percepción del entorno es necesario para realizar la
tarea encomendada
• La toma de decisiones depende de esa percepción
• Pueden aparecer situaciones en las que son necesarias
modificar el comportamiento del sistema automático
Campos de aplicación en robótica:
• Sistemas autónomos
• Robótica móvil
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 75
Precursores de los robots móviles autónomos:
• Carretillas de transporte sobre vías
• Vehículos autónomos guiados (AGVs)
Inicio de la robótica móvil
• Años 70: banco de pruebas para estudiar técnicas de IA
• Años 80/90: abaratamiento y desarrollo de los
computadores y sensores
• La robótica incluye vehículos terrestres, marinos o aéreos
Intervienen técnicas de campos diversos:
• Visión artificial
• Interpretación e integración sensorial
• Modelado del entorno
• Control de sensores y actuadores
• Planificación de trayectorias
• Monitorización
Algunos conceptos de robótica móvil
34. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 34
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 76
No están limitados a caminos preestablecidos
Capacidad de percepción:
• Integración sensorial
• Modelado del entorno e incorporación de la información
sensorial en el modelo precompilado del entorno, si existe
• Representación explícita de la incertidumbre
• Predicción y confirmación de las lecturas de los sensores
Razonamiento espacial:
• Planificación y replanificación de trayectorias
• Evitación de obstáculos (comportamiento reactivo )
• Reconocimiento de marcas o lugares característicos
Control a varios niveles:
• Seguimiento de trayectorias y posicionamiento
• Control de los actuadores
Características de los robots móviles
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 77
Entornos impredecibles y dinámicamente cambiantes
• No son adecuados los modelos estáticos precompilados
del entorno
• Debe procesar y utilizar abundante información sensorial
• Tienen una gran importancia los sensores de entorno
Autonomía
• Limitada por la capacidad de la fuente de energía
Acumuladores: requieren frecuentes recargas
Combustibles fósiles: sistemas ruidosos y poco limpios
Determinación de la posición
• En robots de exteriores: GPS
• En robots de interiores es una de las principales
dificultades
• No existe una solución elegante adecuada para todos los
casos
Dificultades inherentes a los robots móviles
35. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 35
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 78
El problema de planificación
Es uno de los problemas más relevantes a resolver en robótica
móvil
El robot debe resolver tres cuestiones para realizar su tarea:
• ¿Dónde estoy? ¿A dónde voy?
• ¿Cómo puedo llegar hasta allí?
Soluciones a estas preguntas:
• A la primera: navegación (posicionamiento)
• A la segunda: planificación de tareas
• A la tercera: planificación movimientos
Niveles de planificación:
• Planificación de tareas
• Planificación de movimientos (global)
• Planificación de trayectorias (planificación local)
• Generación y seguimiento de trayectorias, y comportamiento
reactivo
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 79
Transporte de materiales
• Transporte de componentes en industrias
• Pequeños paquetes en oficinas y hospitales
• Vehículos de carga sin piloto
Labores de limpieza
• Limpieza automática de grandes superficies
• Operación en ambientes peligrosos
Vigilancia y prospección
• Exploración marina y espacial
• Acceso a lugares remotos o inaccesibles (tuberías, minas,
…)
Ayuda
• Robots guía (guía en grandes centros, guía turístico,…)
• Ayuda a discapacitados (robot lazarillo, silla de ruedas
inteligente,…)
Aplicaciones especiales (militares, antiterroristas,
espaciales, …)
Campos de aplicación
36. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 36
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 81
Otras aplicaciones de la robótica
Aparte de las tareas que realizan los robots en procesos
de fabricación y manufactura, los robots pueden realizar
otros trabajos importantes.
Entre estos, podemos mencionar:
• Trabajos de inspección en entornos peligrosos
• Trabajos de mantenimiento
• Extinción de incendios
• Trabajo intensivo en granjas
• Extracción y transporte de mineral en minas
• Exploración terrestre y marítima
• Exploración espacial
• Operaciones quirúrgicas
• Militares
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 82
Aplicación avanzada en entornos peligrosos
Robot Pioneer en trabajos de inspección
en Chernobil
37. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 37
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 83
Aplicación avanzada en exploración terrestre
Robot Dante II bajando el cráter del monte
Spurr en Alaska
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 84
Aplicación avanzada en exploración marítima
Robot submarino teleoperado Phantom
para investigaciones en pecios
38. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 38
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 85
Aplicación avanzada en agricultura
Cosechadora con guiado autónomo
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 86
Aplicación avanzadas en exploración terrestre
Robot explorador Nomad
39. Aplicaciones industriales de la robótica. Conferencia de curso de verano. Rafael Sanz Domínguez página 39
Cuso de verano: Robots y humanos: hacia la convivencia
Universidad de Santiago de Compostela, 19-22 julio 2004
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 87
Robots sociales
Es un campo de desarrollo creciente
Un robot social está destinado al desarrollo de
aplicaciones en las que es necesario la interacción del
robot con el humano
El robot suele configurarse como un humanoide con
rasgos faciales que asemejan a los de un humano
¿Realidad o ciencia ficción?
Aplicaciones industriales de la robótica. Curso de verano 2004. USC 88
Aplicaciones industriales de la robótica
BIBLIOGRAFÍA
Para profundizar:
Fundamentos de Robótica
A. Barrientos, L.F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil
Ed. McGraw-Hill, 1997
ROBÓTICA: Control, Detección, Visión, e
Inteligencia
Fu, González, Lee
Ed. McGraw-Hill
Inteligencia artificial. Un enfoque moderno
S. Russell y P. Norvig
Ed. Prentice-Hall, 1996