Fundamentos generales de la robotica Guillermo Almeida

UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES
DE LA ROBOTICA
UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO
FACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL
MODULO DE ROBOTICA INDUSTRIAL
2009
UNIDAD I
FUNDAMENTOS
GENERALES DE LA
ROBOTICA
Definiciones, clasificación, historia, evolución y
estructura de robots industriales
Autor: Ing. Guillermo Almeida
D E R E C H O S R E S E R V A D O S D E A U T O R F I S E I U T A

UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA
Ing. Guillermo Almeida G. 2009
2
INDICE GENERAL
OBJETIVOS DE UNIDAD: ...................................................................................................................3
INTRODUCCION A LA ROBOTICA......................................................................................................3
HISTORIA DE LA ROBOTICA ..............................................................................................................4
CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA ................................................................................................5
HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA.......................................................................................6
ROBOTS MOVILES.........................................................................................................................6
ROBOTS INDUSTRIALES................................................................................................................7
ROBOTS HUMANOIDES................................................................................................................9
DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL..............................................................................10
CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS.....................................13
CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES ..............................................................13
ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS MANIPULADORES..........................................................14
CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT...................................................15
CLASIFICACION DE ROBOTS....................................................................................................16
CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA.............................................................16
CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL.................................................................18
CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN: .....................................................................................18
MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS............................................................18
TRABAJO INDIVIDUAL DE APLICACIÓN..................................¡Error! Marcador no definido.
BIBLIOGRAFIA.............................................................................................................................19

3
OBJETIVOS DE UNIDAD:
 RESUMIR LA HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA ROBÓTICA INDUSTRIAL
 INTERPRETAR CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ROBOTICA
 CLASIFICAR A LOS ROBOTS INDUSTRIALES
 DISTINGUIR LA ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES
 INVESTIGAR ALGUNOS PROYECTOS ROBOTICOS ACTUALES
INTRODUCCION A LA ROBOTICA
La Robótica es una disciplina dedicada al estudio, diseño, realización y manejo de los robots.
El primer requisito en la conceptualización de la robótica, parece entonces claro: la definición
contextualizada de robot en todos los ámbitos bajo una perspectiva actual.
El análisis de la evolución histórica, merecerá un tratamiento específico en un apartado
posterior. La robótica está caracterizada por cierta dispersión conceptual, que ha propiciado
algunas definiciones a lo largo de la historia, por una parte el diccionario Webster define un
robot como: ”Un dispositivo automático que ejecuta funciones normalmente atribuídas a los
seres humanos, o una máquina con la forma de un ser humano”
El término robot, procede de la palabra checa robota, que significa 'trabajo obligatorio' y fue
empleado por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots Universales de Rossum)
por el novelista y dramaturgo checo Karel Capek.
Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que realiza
trabajos para ayudar a las personas o efectuar tareas difíciles o desagradables para los
humanos, siendo la robótica un área de la mecatrónica aplicada, esta representa por lo tanto la
confluencia de varias áreas: mecánica, electricidad, electrónica, automatización e informática,
que hacen que el estudio de un robot resulte enormemente atractivo para especialistas en
cualquiera de ellas.
Incorporando nuevos argumentos relacionados con la robótica y algunas nuevas areas
científicas importantes desarrolladas en la actualidad como la Inteligencia Artificial, es
posible entonces considerar un nuevo concepto de robot como el más aproximado a nuestra
realidad: “Robot es todo aquel dispositivo que actúa en un entorno real y que es capaz de
establecer algún tipo de conexión inteligente entre percepción y acción”, el cual integra todos
los tipos de robots desarrollados en todos los ámbitos como son: exploración científica,
industriales y humanoides.

4
HISTORIA DE LA ROBOTICA
El concepto de máquinas automatizadas se remonta a la antigüedad, con mitos de seres
mecánicos vivientes. Los primeros precursores de la robótica
móvil aparecieron en el siglo XIII y se les denominó autómatas
pues consistían en máquinas semejantes a figuras humanas
fundidas en metal y diseñadas para funciones específicas así
tenemos por ejemplo los Jaquemarts o muñecos tocacampanas,
los Papamoscas de la catedral de Burgos en España,
posteriormente se desarrollaron diseños un poco mas
evolucionados y que funcionaban en base a mecanismos de
relojería como por ejemplo el concertista de tímpano que podía
cambiar de melodía, y el autómata de Maillardet al que se podía
programar para realizar cuatro dibujos y tres poemas(dos en
francés y uno en inglés).
Mas tarde comenzaron a desarrollarse prototipos de robots
móviles un poco más avanzados, así tenemos el caso de Walterbot
o Tortuga de Walter, desarrollado por Grey Walter en Inglaterra
en el año de 1941 en el Burden Neurological Institute que era un
dispositivo compuesto por un fototubo como ojo, tenía una serie
de comportamientos tropistas como por ejemplo bailar o moverse
alrededor de una luz, y recargarse una vez descargado.
Luego y gracias al desarrollo de la electrónica se construyeron prototipos como el robot
Shakey en la Standford University de los Estados Unidos, constituído por un computador
externo de planificación, un computador interno de control, una cámara de televisión, que le
permitía buscar y encontrar objetos regulares y cuya tarea principal era la planificación de
movimientos. Mas adelante, el mismo vehículo fué optimizado con dos cámaras de televisión
para obtener una visión artificial estereoscópica para navegación en entornos estructurados, la
principal dificultad en los dos diseños era la lentitud, debido al incipiente desarrollo en
sistemas de procesamiento de señales.
Años más tarde se construyeron dos prototipos de robots móviles usados hasta la actualidad
en la simulación de comportamientos de insectos como son el Robot Koala y el Khepera en el
Massachussets Institute of Technology (MIT) de los Estados Unidos.
Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregir
errores, mecanismos que siguen empleándose actualmente. Un ejemplo de control por
realimentación es un tanque cisterna que emplea un flotador para determinar el nivel del
agua. Cuando el agua cae por debajo de un nivel determinado, el flotador baja, abre una
válvula y deja entrar más agua en el bebedero. Al subir el agua, el flotador también sube, y al
llegar a cierta altura se cierra la válvula y se corta el paso del agua.

5
El primer auténtico controlador realimentado fue el regulador de Watt, inventado en 1788 por
el ingeniero británico James Watt. Este dispositivo constaba de dos bolas metálicas unidas al
eje motor de una máquina de vapor y conectadas con una válvula que regulaba el flujo de
vapor. A medida que aumentaba la velocidad de la máquina de vapor, las bolas se alejaban
del eje debido a la fuerza centrífuga, con lo que cerraban la válvula. Esto hacía que
disminuyera el flujo de vapor a la máquina y por tanto la velocidad.
El control por realimentación, el desarrollo de herramientas especializadas y la división del
trabajo en tareas más pequeñas que pudieran realizar obreros o máquinas fueron ingredientes
esenciales en la automatización de las fábricas en el siglo XVIII. A medida que mejoraba la
tecnología se desarrollaron máquinas especializadas para tareas como poner tapones a las
botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas
máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podían alcanzar objetos alejados y
colocarlos en la posición deseada.
CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA
ROBOTS
HUMANOIDES
ROBOTS MOVILES
ROBOTS INDUSTRIALES

6
HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA
Para detallar la historia y evolución de la robótica, es necesario distinguir inicialmente sus
categorías y detallarlas en forma independiente
ROBOTS MOVILES
Los robots móviles son dispositivos que puede usan como medio
de locomoción ruedas o patas, según sea su aplicación, y a lo
largo de la historia han venido siendo desarrollados con fines
netamente científicos y/o de investigación.
Con la venida de nuevas tecnologías de planificación y
razonamiento automático, de 1966 a 1972 se desarrolló en el SRI el primer robot móvil
llamado Shakey1
, que era una plataforma móvil independiente controlada por visión mediante
una cámara y dotada con un detector táctil. A partir de ese momento, la investigación y
diseño de robots móviles (que contaron con características muy diferentes entre ellos) creció
de manera exponencial.
A principios de la década del setenta, el robot Newt2
fue desarrollado por Hollis. El robot
Hilare3
desarrollado en el LAAS en Francia. En el Jet Propulsion Laboratory (JPL) se
desarrolló el Lunar rover 4
, diseñado particularmente para la exploración planetaria.
A finales de esa década, Moravec desarrolló el robot Stanford cart5
, capaz de seguir una
trayectoria delimitada por una línea establecida en una superficie, en el SAIL. En 1983, el
robot Raibert6
, fue desarrollado en el MIT, un robot de una sola pata diseñado para estudiar la
estabilidad de éstos sistemas. A principios de la década del noventa, Vos et al. desarrollaron
un robot “uniciclo”7
(una sola rueda, similar a la de una bicicleta) en el MIT.
Años más tarde, en 1994, el Instituto de robótica CMU desarrolló el robot Dante II8
, un
sistema de seis patas. En 1996 también en el CMU, se desarrolló el robot Gyrover9
, un
mecanismo ausente de ruedas y patas basado en el funcionamiento del giroscopio.
1
Nilsson Nills, Artificial Intelligence, 1984
2
Hollis, Robotics, 1977
3
Giralt, Nuevos desafios en la Robotica Movil,1979
4
Thompson, Robots de exploracion especial,1977
5
Movarec, 1979
6
Raibert, 1986
7
Vos et al., 1990
8
Bares et al., 1999
9
Brown et al., 1997

7
ROBOTS INDUSTRIALES
La robótica industrial se puede definir como el estudio, diseño y uso de robots para la
ejecución de procesos industriales. También conocido como
un manipulador programable multifuncional, diseñado para
mover piezas, herramientas, dispositivos especiales mediante
movimientos variados, programados para la ejecución de
diversas tareas.
Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra
y dotado de varias articulaciones, fácilmente programable
para cumplir operaciones y destinado a sustituir la actividad
física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas y
peligrosas.
La sucesión de los movimientos se ordena con el fin de que
se quiere hacer, siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a los
diversos movimientos. Los desplazamientos rectilíneos y giratorios son neumáticos,
hidráulicos o eléctricos.
El desarrollo del brazo artificial multiarticulado, o manipulador, llevó al moderno robot. El
inventor estadounidense George Devol desarrolló en 1954 un brazo primitivo que se podía
programar para realizar tareas específicas.
EVOLUCION
ROBOTICA
MOVIL
ROBOT
SHAKEY
ROBOT
NEWT
ROBOT
HYLARE
LUNAR
ROVER
SOJOURNER

8
En 1956 Joseph F. Engelberger, director de ingeniería de la división aeroespacial de la
empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, Conneticut. Juntos Devol y Engelberger
comenzaron a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated
Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation(Universal Automation), e
instalando su primera máquina Unimate (1960), en la fábrica de General Motors de Trenton,
Nueva Jersey, en una aplicación de fundición por inyección. Otras grandes empresas como
AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares.
En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con Kawasaki
para la construcción de robots tipo Unimate. El crecimiento de la robótica en Japón aventaja
en breve a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formó la primera asociación robótica del
mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos años más tarde se
formo el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de
Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA.
Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío.
En 1973 la firma sueca ASEA construyó el primer robot con accionamiento totalmente
eléctrico, en 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo
Suecia.
En 1975, el ingeniero mecánico estadounidense Victor Scheinman, cuando estudiaba la
carrera en la Universidad de Stanford, en California, desarrolló un manipulador polivalente
realmente flexible conocido como Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA, siglas
en inglés).
El robot PUMA era capaz de mover un objeto y colocarlo en cualquier orientación en un
lugar deseado que estuviera a su alcance. El concepto básico multiarticulado del PUMA es la
base de la mayoría de los robots manipuladores actuales.
EVOLUCION
ROBOTICA
INDUSTRIAL
BRAZO MECANICO
PRIMITIVODE
GEORGEDEVOL
BRAZO
MANIPULADOR
UNIVERSAL
PROGRAMABLE
VICTOR
SCHEINMAN
ROBOT SCARA
UNIVERSIDADDE
YAMANASHI
ROBOT DE
IMPULSION
DIRECTA
UNIVERSIDAD
CARNEGIE
MELLON

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CUADRO RESUMEN DE EVOLUCION DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL
Actualmente, los principales beneficios del uso de los robots, se derivan de:
Eliminación de condiciones peligrosas o mejora de condiciones de trabajo
Reducción de costos
Aumento de la productividad
Mejora de la calidad de producción

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ROBOTS HUMANOIDES
Se entiende como robot humanoide at tipo de robot que constructiva y
morfológicamente se asemeja a un ser humano y puede realizar casi las
mismas funciones que él .
En el año 1997, la empresa japonesa HONDA, dio a conocer el robot P3, el
primer humanoide capaz de imitar movimientos del cuerpo humano. Al
siguiente año, se desarrolla en la universidad Waseda en Japón, el
WABIAN R-III, un robot humanoide. En 1999 en el CMU, Zeglin propuso
un nuevo diseño de robot con una pata llamado Bow Leg Hopper, un
diseño que permite almacenar la energía potencial de la pata.
Un alto porcentaje de los robots humanoides que se implementan hoy en
día intentan imitar nuestro sistema motriz para desplazarse e interactuar con el medio que les
rodea. De todos los movimientos que realizamos, andar es, sin ninguna duda el más complejo
de todos ellos, ya que, aunque no nos demos cuenta, andar no es sólo desplazar nuestros pies
por el suelo, sino que nuestras rodillas, cadera, columna, brazos, cabeza… se unen para
conseguir mantener en todo momento el equilibrio.
DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL Y DEFINICIONES
Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con varias narraciones
relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuñamiento del término Robótica. La
imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una
seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios.
Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:
P3 Wabian RIII
Bog Leg
Hopper

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1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser
humano sufra daños.
2. Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén
en conflictos con la primera ley.
3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos
primeras leyes.
Uno de los primeros aspectos derivados del crecimiento rápido y descentralizado de la
robótica es la existencia de una variedad de definiciones para el término ROBOT.
De hecho, uno de los primeros usuarios, la Ford Motor Company, que jugó un importante
papel en el desarrollo de la robótica, se resitió a aceptar este nombre debido aconnotaciones
literiarias, denominándolos UTD (Universal Transfer Device).
Hoy en día, no existe una única definición formal de lo que es un robot industrial. La
existencia de múltiples definiciones, muchas de ellas diferenciadas en ligeros matices, resulta
confuso, en particular a la hora de estudiar el mercado japonés frente al occidental.
Esto es debido a que el Japón se considera una clasificación amplia de robot industrial,
englobando todo tipo de dispositivos manipuladores, mientras que en el mercado occidental
el robot industrial tiene una aceptación más restrictiva en cuanto a las capacidades de control
del manipulador.
En la primera mitad de los años setenta, se crean las primeras asociaciones nacionales de
robótica, siendo las más importantes la JIRA(Japan Industrial Robot Association), la
RIA(Robot Institute of America) y la AFRI(Association Francaise de Robotique Industrielle)
Según la RIA la definición de Robot industrial es:
¨UN MANIPULADOR REPROGRAMABLE CON VARIOS GRADOS DE LIBERTAD,
CAPAZ DE MANIPULAR CARGAS, PIEZAS, HERRAMIENTAS O DISPOSITIVOS
ESPECIALES SEGÚN TRAYECTORIAS VARIABLES PROGRAMADAS PARA
REALIZAR TAREAS DIVERSAS¨
Dentro de las muchas definiciones formales para un robot industrial propuestas o establecidas
por diferentes organizaciones internacionales relacionadas con la robótica, la ISO
(International Standards Organization) ha adoptado con ligeras modificaciones la definición
anterior así un robot industrial es:
“UN MANIPULADOR DE TRES O MAS EJES, CON CONTROL AUTOMATICO
REPROGRAMABLE , MULTIPLICACION, MOVIL O NO DESTINADO A SER
UTILIZADO EN APLICACIONES DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL. INCLUYE
AL MANIPULADOR (SISTEMA MECANICO Y ACCIONADORES) Y AL SISTEMA DE
CONTROL(SOFTWARE Y HARDWARE DE CONTROL Y POTENCIA)”

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Ambas definiciones coinciden en indicar que el robot debe ser reprogramable y
multifuncional o multi-aplicación, pero mientras que en la definición original de la RIA,
asume que todo robot industrial debe ser manipulador, no cuestionando la existencia de
robots que no lo sean, la definición de ISO acota su alcance solo a los robots manipuladores,
mostrando así que considera la existencia de otros tipos de robots, no incluidos en la
definición, que no están destinados a manipular o incluso que no tienen esta capacidad.
Por otro lado, la ISO exige que el robot tenga al menos 3 grados de libertad, dejando de lado
aquellos tipos de robot constructivamente mas simples y de capacidades mas limitadas.
Otras definiciones importantes en relación a diferentes tipos de robots son las siguientes:
ROBOT DE SERVICIO (IFR) “ES UN TIPO DE ROBOT QUE OPERA DE MANERA
SEMI O TOTALMENTE AUTONOMA PARA REALIZAR SERVICIOS UTILES A LOS
HUMANOS Y EQUIPOS, EXCLUIDAS LAS OPERACIONES DE MANUFACTURA”
ROBOT DOMESTICO (IFR) “AQUEL ROBOT DESTINADO A SER USADO POR
HUMANOS SIN FORMACION TECNICA ESPECIFICA, AL OBJETO DE SERVIRLE
COMO AYUDANTE O COLABORADOR EN SUS QUEHACERES O ACTIVIDADES
DIARIAS”
ROBOT MOVIL (ISO) “ROBOT QUE CONTIENE TODO LO NECESARIO PARA SU
PILOTAJE Y MOVIMIENTO(POTENCIA, CONTROL Y SISTEMA DE
NAVEGACION)”
ROBOTS TELEOPERADOS (NASA) “DISPOSITIVOS ROBOTICOS CON BRAZOS
MANIPULADORES Y SENSORES Y CIERTO GRADO DE MOVILIDAD,
CONTROLADOS REMOTAMENTE POR UN OPERADOR HUMANO DE MANERA
DIRECTA O A TRAVES DE UN ORDENADOR”
ROBOT TELEOPERADO (ISO) “UN ROBOT QUE PUEDE SER CONTROLADO
REMOTAMENTE POR UN OPERADOR HUMANO, EXTENDIENDO LAS
CAPACIDADES SENSORIALES Y MOTORAS DE ESTE A LOCALIZACIONES
REMOTAS”

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CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS
CARACTERISTICAS
ROBOTS MOVILES
CARACTERISTICAS
ROBOTS INDUSTRIALES
CARACTERISTICAS DE
ROBOTS HUMANOIDES
Son cadenas cinemáticas
abiertas y alternativamente
abiertas y cerradas en el caso
de robots con patas
Son generalmente cadenas
cinemáticas abiertas provistos de
una base y un efector final, sin
embargo, actualmente se desarrollan
cadenas cinemáticas cerradas
llamadas robots paralelos
Son cadenas cinemáticas que
combinan las caracteriscas de
robots móviles con patas y
manipuladores
Empleados mayormente en
ambientes académicos y de
investigación
Empleados en ambientes
industriales y de producción
Empleados en ambientes
sociales como guias turísticos,
asistente de niños y ancianos
etc
Disponen de sistemas
sensoriales mas sofisticados
Su sistema sensorial se limita
al control de precisión del
movimiento de sus
articulaciones
El sistema sensorial utiliza
sistemas avanzados de
Inteligencia Artificial, como
visión y reconocimiento de voz
Su cinematica y dinámica
suele ser simple y limitada a
cuatro tipos de configuracion
Su cinematica y dinámica
puede ser compleja
dependiendo de sus
articulaciones
La cinemática y dinámica de
estos robots se concentra en la
estabilidad y equilibrio al
caminar, correr o saltar
Emplean sistemas
electrónicos en su sistema de
actuadores
Pueden emplear electrónica,
neumática, hidráulica en su
sistema de actuadores.
Emplean una combinación de
actuadores electrónicos
neumáticos e hidraulicos en su
sistema de actuación.
CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES
Generación Nombre Tipo de
Control
Grado de
Movilidad
Uso mas
frecuente
Primera Pick & Place Fines de carrera Ninguno Manipulacion y
Sevicio de
máquinas
Segunda Servo Servocontrol Desplazamiento
por via
Soldadura y
Pintura
Tercera Ensamblado Servo de
precisión
AGV, Guiado por
via
Ensamblado
Cuarta Móvil Sensores
inteligentes
Patas, ruedas Construccion,
mantenimiento
y exploracion
Quinta Especiales Tecnicas de I.A. Andante,saltarín Uso militar y
especial

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ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES
Un manipulador robótico consiste en una secuencia de cuerpos rígidos, llamados eslabones
(links) que se conectan unos a otros mediante articulaciones (joints). Todos juntos forman
una cadena cinemática abierta. Se dice que una cadena cinemática es abierta si,numerando
secuencialmente los enlaces desde el primero, cada enlace está conectado mediante
articulaciones exclusivamente al enlace anterior, y al siguiente, excepto el primero, que se
suele fijar al suelo y se denomina base, y el último, uno de cuyos extremos queda libre y
generalmente suele ser conectado a un efector final.
El numero de grados de libertad de una cadena cinemática puede ser obtenido mediante la
fórmula de Grübler , según la cual:
NGDL = 𝐺𝐷𝐿. 𝑛 − 𝑗 − 1 + fi
𝑗
𝑖=1
GDL = Grados de Libertad del espacio de trabajo (típicamente tres en el plano y seis en el espacio)
n = Numero de eslabones
j = Numero de articulaciones
fi = Grados de libertad permitidos a la articulación i
Ejemplos cadena cinemática a) abierta y b) cerrada
Aplicación de la Formula de Grübler
Figura a Figura b
GDL 3
n 4
j 3
fi f1=1; f2=1; f3=1
NGDL 3
Una parte de las características del robot quedan determinadas por su estructura, tales como
su configuración, espacio en planta y volumen de trabajo o de alcance del robot. Otras
características, como por ejemplo, la velocidad y la capacidad de carga, dependen de los
sistemas de accionamiento de sus articulaciones.

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Un brazo robot mecánico generalmente consta de los siguientes elementos:
1. Carcasa o chasis, generalmente formada por elementos de acero o aluminio
2. Sistema de accionamiento de los ejes: actuadores, transmisiones, sensores de
posición y velocidad
3. Cableado, conectores, fines de carrera y otros elementos, como topes mecánicos
y compensadores.
CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT
Las articulaciones son los elementos de unión entre los ejes del robot y es en ella donde se
origina el movimiento del mismo. El movimiento de cada articulación puede ser de
desplazamiento o de giro o, de una combinación de los dos tipos de movimiento.
En general se distinguen seis tipos de articulaciones: prismática, de revoluta, cilíndrica,
esférica o rótula, planar y de tornillo.
Los tipos de rotación o revoluta y lineal o prismática, son los que se utilizan
mayoritariamente en los robots industriales. Las articulaciones prismáticas ofrecen un cálculo
sencillo para su posicionamiento, alta precisión y gran robustez, y las de rotación son mas
fáciles de construír y poseen envolventes de trabajo mayores con un menor espacio en planta.
A cada movimiento independiente que es capaz de realizar una articulación, se le denomina
grado de libertad (gdl). Puesto que en el caso de las articulaciones de rotación y
prismáticas, el gdl es uno, en los robots industriales el número de gdl del robot suele coincidir
con el de la suma de sus articulaciones. Estrictamente, el gdl de un manipulador es el número
de movimientos independientes que puede realizar. Considerando en un espacio 3D, el
máximo gdl es seis, tres desplazamientos y tres giros, de ahí que la mayor parte de los robots
industriales tenga seis articulaciones.
A pesar de que en la práctica es necesario tener estos seis grados gdl para tener total libertad
en el posicionado y orientación del extremo del robot, existen robots con menos de seis

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articulaciones, puesto que puede ser suficiente para llegar a cabo las tareas que han de
realizar. Por el contrario, también se da la situación en la que se encuentran robots con más
articulaciones, con la intención de facilitar el sortear obstáculos o ampliar el campo de
trabajo del robot. En estos casos se dice que el robot es redundante.
Los ejes se subdividen comúnmente en dos grupos:
· Ejes Principales (1,2 y 3), mayoritariamente responsables de la posición del objeto.
· Ejes de la muñeca (del 4 en adelante), como los responsables de la orientación.
El empleo de combinaciones de los diferentes tipos de articulaciones en los primeros tres ejes
del robot da lugar a lo que se denomina configuración del robot. Se nombra a las
configuraciones encadenando las iniciales de sus articulaciones de la base a la muñeca, por
ejemplo, RPR(rotación, prismática, rotación), 3R(tres articulaciones rotacionales), 2RP(dos
articulaciones rotacionales seguidas de una prismática). El tipo de configuración determina,
entre otras características, el campo de trabajo del robot, es decir el volumen de espacio en el
que el robot puede posicionar su muñeca. El campo de trabajo, se obtiene de trazar las
envolventes de las posiciones alcanzadas por la muñeca del robot como combinación de los
movimientos en las articulaciones de sus ejes principales.
CLASIFICACION DE ROBOTS
Existen diferentes clasificaciones de robots, detalladas a continuación, que tienen relación
con tres aspectos fundamentales: geometría, tipo de control y función
CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA
Esta clasificación tiene relación directa con los manipuladores industriales y se basan en la
configuración de las articulaciones de los tres ejes principales.
· Robot Cartesiano
· Robot Angular
· Robot Polar
· Robot Cilíndrico
· Robot Scara
Robot Cartesiano, tiene tres ejes de movimiento lineal PPP, perpendiculares entre sí, este
tipo de configuración da lugar a robots de alta precisión, velocidad y
capacidad de carga constante en todo su alcance, amplia zona de
trabajo y simplificación del sistema de control. Presentan una mala
relación entre su volumen de trabajo y el espacio que ocupan en
planta. Se usan en aplicaciones que requieren movimientos lineales de
alta precisión y en los casos en que la zona de trabajo sea básicamente
un plano.
Gráfico 1

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Robot Cilindrico, se trata de un robot RPP, con movimiento rotacional en la base y dos ejes
lineales perpendiculares, el segundo de ellos paralelo al de la base, tal
y como se ilustra en la figura respecti va. Su eje rotacional hace que
este robot presente una mejor maniobrabilidad y velocidad que el
robot cartesiano.
Su sistema de control es bastante sencillo y encuentra su aplicación en
instalaciones sin obstáculos, en las que las máquinas se distribuyan
radialmente y el acceso al punto deseado se realice horizontalmente.
Robot Esférico o Polar, este tipo de configuración se halla formada por dos ejes rotacionales
perpendiculares y uno lineal, su accesibilidad es mejor que la de los
robots cartesiano y cilíndrico, así como también su capacidad de carga.
Los primeros robots que aparecieron en e l mercado fueron polares,
también denominados esféricos, por el tipo de coordenadas espaciales
con las que se controlan. Presenta ciertos inconvenientes, como la
dificultad de controlar un simple movimiento de traslación o pérdida de
precisión producida al trabajar con cargas pesadas y con el brazo muy
extendido.
Se aplica en operaciones de manejo de cargas importantes que no precisen movimientos
complejos, tanto estos robots como los cilíndricos han sido sustituidos por los robots de
configuración angular.
Robot Angular o Antropomórfico, es un tipo de robot que está formado por tres ejes
rotacionales , con el primer eje perpendicular al suelo y los otros dos
perpendiculares a éste y paral elos entre sí. Los robots con
configuración angular presentan una gran maniobrabilidad y
accesibilidad a zonas con obstáculos, ocupan poco espacio con relación
a su alcance, son robots muy rápidos, que permiten trayectorias muy
complejas.
Robot Scara, se trata de dos ejes rotacionales paralelos y un eje lineal también paralelo a
ambos, de desplazamiento vertical, este tipo de configuración
produce robots muy rápidos y de muy alta precisión.
Generalmente encuentra aplicación en operaciones de
ensamblado o empaquetado, que requieran movimientos simples
para inserción o toma de piezas.
Gráfico 2
Gráfico 3
Gráfico 4

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CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL
No servo-controlados, son aquellos en los que cada articulación tiene un número
(normalmente, dos) posiciones con topes y sólo se desplazan para fijarse en ellas. Suelen ser
neumáticos, bastante rápidos y precisos.
Servo-controlados, en ellos cada articulación lleva un sensor de posición (lineal o angular)
que es leído, y enviado al sistema de control, el cual genera la potencia para el motor. Se
pueden así detener en cualquier punto deseado.
Servo-controlados punto a punto, Para controlarlos sólo se les indican los puntos iniciales y
finales de la trayectoria, el ordenador calcula el resto siguiendo ciertos algoritmos que se
verán en el capitulo sobre cinemática y dinámica. Normalmente pueden memorizar
posiciones. Basan su funcionamiento en el control numérico computarizado o técnicamente
denominado CNC.
CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN:
De Producción, usados para la manufactura de bienes, pueden a su vez ser de manipulación,
de fabricación, de ensamblado y de prueba, aquí se destacan todos los tipos de robots
industriales implementados en ambientes industriales diversos como soldadura, ensamblaje,
pintura.
De Exploración, usados para obtener datos acerca de terreno desconocido, pueden ser
exploración terreste, minera, oceánica, espacial, se destacan en esta clasificación todos los
robos desarrollados para uso especial, militar o incorporados a sondas espaciales para la
investigación espacial.
De Rehabilitación, usados para ayudar a discapacitados, pueden ser una prolongación de la
anatomía, o sustituir completamente la función del órgano perdido, se diferencian de prótesis
médicas porque pueden ser integradas al control cerebral del individuo mediante un
procesador central.
MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS

19
BIBLIOGRAFIA
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2001.
2. ANGULO, José Robótica, tecnología y aplicaciones. Barcelona, 1995
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1989
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Industrial:Tecnología, Programación y Aplicaciones. McGraw Hill, 1990
5. KOREN, Yoran. Robotics For Engineers New York:McGraw Hill 1985
6. OLIER, Ivan, HERNANDEZ, Juan. Diseño e Implementación del Sistema de Control
de un Robot Industrial.

Fundamentos generales de la robotica Guillermo Almeida

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