Este documento presenta una introducción a la robótica, definiendo qué es un robot y sus principales aplicaciones industriales. Explica las partes de un robot industrial, incluyendo su estructura mecánica articulada, el sistema de control y las clasificaciones más comunes de robots. También describe las características clave de los robots como el espacio de trabajo, grados de libertad, precisión, velocidad y capacidad de carga.

1. C9 Desarrollo de sistemas de medida y regulación. UD03 Introducción a la robótica.

2. UD03 Introducción a la robótica. 3.0 Introducción. Robot de la palabra de origen germánico “robat” (trabajo duro). Ahorrar tiempo i esfuerzos sobretodo en tareas repetitivas. Motivos económicos. Uniformidad de la calidad de los productos.

3. UD03 Introducción a la robótica. 3.0 Introducción. Concretando las ventajas que ofrece la automatización... Técnicas: uniformidad de calidad, velocidad de trabajo elevada y constante. Económicas: elevada productividad, sustitución mano de obra. Sociales: ahorrarse trabajos sucios, monótonos, duros, peligrosos, aumentando la seguridad.

4. UD03 Introducción a la robótica. 3.0 Introducción. Inconvenientes: Elevado coste. Excesiva flexibilidad. No siempre son la solución más rápida ni rentable.

5. UD03 Introducción a la robótica. 3.0 Introducción. Aplicaciones industriales: Manipulación. (carga y descarga, paletización, empaquetado...) Aplicaciones de proceso. (corte, deformación, recubrimiento de superficies, prensado, soldadura...) Montaje e inspección. (inserción, encolado, medición, verificación...)

6. UD03 Introducción a la robótica. 3.1 Manipuladores y robots. Diferencias: Manipulador: las trayectorias vienen definidas por la estructura física del mismo. Robot: las trayectorias vienen definidas por su programación.

7. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Tenemos dos partes muy diferenciadas, que constituyen unidades físicas diferenciadas: Estructura mecánica Estructura articulada. Accionamientos: Motores, transmisores y sensores (sin incluir el sistema de control de los motores).

8. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Estructura mecánica (continuación). Dentro de la estructura mecánica podemos distinguir tres partes: Base: si va montada sobre un elemento móvil, el robot y la base pasan a llamarse robot móvil y base móvil. Brazo: posiciona el terminal, pero también interviene en su orientación. También se llama eje primario. Puño o brida: posiciona el elemento terminal, pero también lo orienta. Recibe el nombre de eje secundario.

9. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Estructura mecánica (continuación). Excluye la base móvil y el elemento terminal o herramienta.

10. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Estructura mecánica (continuación). Estructura mecánica de un robot formada por seis elementos móviles (E1 a E6), desglosando base, brazo y puño. Vemos las articulaciones de rotación (R1, R2, R4, R5 y R6). P3 para movimientos lineales.

11. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control. Se agrupa generalmente en una unidad de control. Conjunto de dispositivos electrónicos e informáticos. Funciones de control y ejecución. Control de accionamientos. Generar trayectorias. También puede ser capaz de generar tareas. Consta de 6 subsistemas: Ordenador. Panel de control. Controlador de posición. Amplificador. Unidad de E/S. Dispositivo de control manual.

12. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Ordenador: Es el cerebro del robot, recoge información de los otros elementos y genera ordenes junto con el programa. Supervisa errores y genera mensajes para el control manual. La tarea principal es ejecutar ordenes de posicionamiento. Procesa una intensa información de coordenadas

13. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Panel de control: Facilitar el ajuste de los modos de funcionamiento. Arrancar/parar el robot. Visualizar las condiciones de funcionamiento. Varia para cada robot: - ON/OFF alimentación - ON/OFF ciclo del robot. - Acuse de recibo de errores. - Pulsador de emergencia. - Hasta pantalla adicional. - Tareas de programación con teclado adicional.

14. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Controlador de posición: Cada uno de los ejes es supervisado por su controlador de posición. Compara la posición real con la predefinida por el ordenador. Calcula la variable de manipulación del accionador o servoamplificador. La variable incluye la velocidad y el movimiento. Si detecta errores detiene el robot. Por ejemplo no haber realizado un recorrido de referéncia.

15. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Amplificador: Cada eje tiene asignado uno. Alimentar el motor con la tensión adecuada (de acuerdo a la velocidad). Existen servo-amplificadores para medir la velocidad real en caso de carga excesiva. Si no se puede alcanzar la velocidad prefijada, se emite una señal de error.

16. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Amplificador (continuación): En las ultimas generaciones el cálculo del control de velocidad es realizado por el mismo ordenador.

17. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Dispositivo de E/S: En la ejecución de tareas el robot funciona conjuntamente con los dispositivos periféricos. Puede ser necesario por ejemplo detectar la presencia de una pieza y sujetarla mediante un cilindro de fijación. El ordenador mediante la unidad de salidas emitirá la orden de sujeción

18. UD03 Introducción a la robótica. 3.2 Partes de un robot industrial. Sistema de control (continuación). Dispositivo de control manual: Permite al usuario posicionar el robot sin la necesidad de un programa. También la programación de secuencias sencillas. No todo el juego completo de instrucciones puede introducirse a través del control manual. Recibe mensajes de error. Al habilitarlo queda limitada la máxima velocidad del robot. Pueden tener joystick, pulsador de emergencia...

19. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... Primera clasificación en función de la estructura articulada del brazo. El conjunto de los elementos y articulaciones o ejes primarios. Solo unas cuantas soluciones han obtenido una confirmación en la práctica. Los nombres vienen dados en algunos casos por el espacio de trabajo de los mismos (el conjunto de puntos del espacio donde el robot es capaz de situar su elemento terminal).

20. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... Robot cartesiano: Formado por articulaciones prismáticas. Muy robustos, sin problemas de carga. Voluminosos y con mantenimiento elevado (sobretodo de las guías). El control suele ser simple. Se puede añadir algún elemento que añada algún eje de rotación. Aplicaciones de paletización y preparación de productos.

21. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot cartesiano.

22. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot cilíndrico. Una articulación de rotación. Dos articulaciones prismáticas. Funcionan con coordenadas cilíndricas. Espacio de trabajo pequeño.

23. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot esférico: Dos primeras articulaciones de rotación. Tercera articulación es prismática.

24. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot angular: Tres o mas articulaciones de rotación. El primero en sentido vertical. Los dos siguientes en paralelos entre ellos en sentido horizontal. Son fáciles de construir pero presentan problemas de cargas, de inercias y errores de posicionamiento. Presentan gran accesibilidad. Poco intuitivo. Sistema de control complejo. Aplicaciones principales en la industria del automóvil.

25. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot angular:

26. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot SCARA: Dos articulaciones de rotación y una prismática. Las dos articulaciones de rotación tienen ejes de rotación y traslación paralelos y verticales. Bastante flexible en las direcciones X e Y. Selective Compliance Automatic Robot Arm. También se conoce como robot de brazo horizontal articulado, Robot muy rápido y preciso.

27. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot SCARA:

28. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot Vertebrado: Numero elevado de componentes. Cada uno pivota sobre el elemento anterior. Mucha movilidad. Se monta en el extremo de otro robot, normalmente angular. O como una verdadera trompa de elefante. Controles muy complicados.

29. UD03 Introducción a la robótica. 3.3 Clasificación de los robots industriales... (Continuación) Robot Vertebrado:

30. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. La capacidad de su terminal para situarse en un punto y con una orientación determinada. Las principales características que nos permiten seleccionar el robot adecuado para una aplicación concreta son: 3.4.1 Espacio de trabajo: Viene configurado por los puntos donde el robot puede posicionar su elemento terminal. El volumen descrito por el robot cuando tiene sus elementos extendidos al máximo. Depende: De la configuración del robot. De su tamaño. De las limitaciones físicas impuestas (topes, espacio accesible...)

31. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.1 Espacio de trabajo: El fabricante nos da el espacio de trabajo del robot sin la herramienta. Suele tomar el punto de referencia del puño, que es donde irá fijada la herramienta. Este punto de referencia viene dado por los dos primeros ejes del puño. O bien, en el caso de que no intersecten, por un punto definido sobre el primer eje del puño (en la figura punto P) De esta forma el espacio de trabajo es intrínseco al robot independientemente de la aplicación concreta que se le dé.

32. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.1 Espacio de trabajo:

33. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.1 Espacio de trabajo: Al añadir la herramienta hay que determinar el espacio de trabajo del terminal. El punto de trabajo se conoce como TCP (Tool Center Point).

34. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.2 Accesibilidad Hace referencia a la capacidad del robot para orientar el elemento terminal en una dirección determinada, dentro del espacio de trabajo, gracias a las posibilidades de giro de los ejes. Por ejemplo: Un grado de accesibilidad 1, representa que solo podemos acceder de una manera. Normalmente, cuanto más exterior es el punto al que queremos acceder, más pequeño es el grado de accesibilidad.

35. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.3 Grados de libertad Para definir la posición de un objeto, si nos basamos en un sistema de coordenadas cartesiano, basta con definir las tres coordenadas del punto respecto los ejes de referencia. Pero para definir correctamente la posición de un robot, también necesitamos la orientación del elemento terminal. Por lo tanto para definir completamente la posición del elemento terminal necesitamos seis variables, tres referentes a su posición y tres referentes a su orientación.

36. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.3 Grados de libertad Cada una de estas seis posibilidades representa un grado de libertad.

37. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características estáticas Precisión: Es la diferencia entre la posición deseada o de consigna y el valor medio de los valores obtenidos en el movimiento. Nos da una medida de la capacidad del robot de cumplir con la posición deseada. Depende de varios factores (la carga, velocidades de acercamiento/posicionado, calidad constructiva del robot...). Origina los mapas de error.

38. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características estáticas Repetibilidad: La variación que presenta la posición cuando el manipulador se mueve repetidamente al mismo punto. Interesa que el robot sea repetitivo. No se da siempre por el juego de engranajes, errores de posicionado...

39. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características estáticas Resolución: Es la mínima distancia que puede ser garantizada para mover el elemento terminal. El incremento de movimiento más pequeño que puede realizar el robot. Muchas veces depende de la resolución del sistema de control. Cuanto mayor sea el número de bits del procesador digital, mayor será la resolución.

40. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características dinámicas: Capacidad de carga: La carga nominal de un robot, es la carga máxima que se puede aplicar en el puño, en condiciones normales de funcionamiento (en cuanto a velocidades y aceleraciones) sin que se desgaste ninguna de las prestaciones del robot. Tenemos que tener en cuenta términos como el par o la inercia. Depende, entre otros factores del tamaño del robot, de su configuración, de su construcción... Debemos tener en cuenta el peso de la herramienta.

41. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características dinámicas: Capacidad de carga:

42. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características dinámicas: Velocidad y aceleración: Hacen referencia al extremo del robot y limitan los movimientos a realizar. La velocidad tiene un influencia decisiva en la evaluación de los tiempos en grandes desplazamientos. La aceleración es fundamental en desplazamientos cortos.

43. UD03 Introducción a la robótica. 3.4 Características de los robots. 3.4.4 Características dinámicas: Velocidad y aceleración:

44. UD03 Introducción a la robótica. 3.5 Articulaciones y accionamientos de los robots. Cada eje recibe las fuerzas y pares del siguiente eje o de la brida de la herramienta y transmite las fuerzas y pares hacia el eje anterior o hacia la base del robot. Dentro de la estructura del brazo, podemos distinguir tres partes principales: La carcasa: aloja el sistema accionador y el sistema de guías o articulaciones y además soporta todas las fuerzas y pares. Las articulaciones: guían a los ejes a lo largo de su movimiento. Los accionamientos: convierten la energía (eléctrica, neumática o hidráulica) en energía mecánica.

45. UD03 Introducción a la robótica. 3.5 Articulaciones y accionamientos de los robots. 3.5.1 Articulaciones Los robots industriales utilizan básicamente articulaciones que aportan un grado de movilidad. Ya que son más fiables i precisas. Articulaciones de rotación. Articulaciones prismáticas. En algunos casos se combinan estas articulaciones. Articulaciones de rotación y traslación combinadas. Articulaciones esféricas (rotulas). Donde tiene especial importancia la configuración de las articulaciones es en el puño. Existen configuraciones de puños de un eje, dos ejes o tres.

46. UD03 Introducción a la robótica. 3.5 Articulaciones y accionamientos de los robots. 3.5.2 Accionamientos El robot necesita elementos motores que conviertan en movimiento una serie de señales de control. Debe ser capaz de situar el elemento terminal en una posición determinada con la velocidad y precisión especificadas. Comprende: Actuador: produce el movimiento. Neumáticos, hidráulicos y eléctricos. Las transmisiones: acoplamiento entre el actuador y el eje. Los sensores: miden la velocidad y posición real. El controlador: gobernar el actuador en función de la consigna de posición y el valor real del eje.

47. UD03 Introducción a la robótica. 3.6 Programación de los robots. 3.6.1 Métodos de programación: Programación gestual (por guiado): Es un tipo de programación on-line. Es fácil de utilizar por cualquier persona. Frecuentemente hay que parar la producción. Suele estar limitado en cuanto a funciones a realizar. Para trabajos sencillos, repetitivos y no muy complejos. Programación gestual activa (teach-in): el robot industrial se mueve por medio de la unidad de instrucción. Programación gestual pasiva (play-back): el operador posiciona el robot con las propias manos. El programa generalmente no puede corregirse. El robot, a menudo suele ser pesado.

48. UD03 Introducción a la robótica. 3.6 Programación de los robots. 3.6.1 Métodos de programación: Programación textual (por lenguaje): Es un tipo de programación off-line. Ventajas: Se optimizan las prestaciones y especificaciones del robot. Inconvenientes: Experiencia en técnicas de programación. Hay que prever eventos posibles. Los programas requieren un número elevado de instrucciones. Programación gráfica: Parte de la programación textual y permite la simulación gráfica del programa introducido.

49. UD03 Introducción a la robótica. 3.6 Programación de los robots. 3.6.2 Niveles de programación: Nivel de articulación. Describir las diferentes posiciones que han de adoptar los ejes. Nivel de terminal. Describir y definir los diferentes movimientos y posiciones que debe realizar el elemento terminal. Nivel del objeto. Describiendo las operaciones que ha de realizar el robot. Nivel de objetivo. Describir en términos de resultados que se quieren obtener. Se aplica para gestionar sistemas automatizados complejos y requiere recursos basados en inteligencia artificial. Los dos primeros son a nivel robot y los otros dos a nivel tarea.

50. UD03 Introducción a la robótica. 3.6 Programación de los robots. 3.6.3 Lenguajes de programación. Cada fabricante desarrolla el suyo: BAPS (Bosch), ARLA (Asea), SRCL (Siemens)... Lenguajes de alto nivel como el lenguaje C, requieren librerías específicas. Lenguajes nuevos basados en operaciones básicas de programación. La no uniformidad de lenguajes provoca tener que adaptarse al lenguaje específico de cada fabricante.

51. UD03 Introducción a la robótica. 3.6 Programación de los robots. 3.6.4 Programación de movimientos. En el caso de la paletización la trayectoria del punto origen al destino no es importante. Pero en el caso por ejemplo de pegar una etiqueta, la trayectoria y la velocidad son importantes. Los requerimientos máximos aparecerán cuando la trayectoria a recorrer se conoce solo aproximadamente. De los ejemplos anteriores surgen tres tipos de control de movimiento: Control punto a punto (PTP): se mueve punto a punto sin mantener un trayectoria conocida. Control continua (CP): se mueve con la ayuda de una ruta específica. Control adaptativo: adapta su trayectoria a la realidad actual, basándose en mediciones.