Unidad 1

ROBOTICA
Instituto Superior Octubre – Pedernera V.
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Unidad nº 1
1.1 Definición de robótica:
Técnica que se utiliza en el diseño y la construcción de robots y aparatos que realizan
operaciones o trabajos, generalmente en instalaciones industriales y en sustitución de la
mano de obra humana.
Autómata, del latín automăta, ‘espontáneo’ o ‘con movimiento propio’. Según la RAE
(Real Academia Española), «máquina que imita la figura y los movimientos de un ser
animado», es un equivalente tecnológico en la actualidad; serían los robots autónomos.
Si el robot es antropomorfo se conoce como androide.
1.1.1 Definicióndel robot industrial
La definición del robot industrial, como una máquina que puede efectuar un número
diverso de trabajos, automáticamente, mediante la programación previa, no es válida,
puesto que existen bastantes máquinas de control numérico que cumplen esos
requisitos. Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definición formal de
que es un robot industrial. La primera diferencia surge del mercado japonés y el euro-
americano de que es un robot y lo que es un manipulador. Así, mientras que para los
japoneses un robot industrial es cualquier dispositivo mecánico dotado de articulaciones
móviles destinado a la manipulación, el mercado occidental es más restrictivo,
exigiendo una mayor complejidad, sobre todo en lo que tiene que ver con el control.
En segundo lugar, y centrándose ya en el concepto occidental, aunque exista una idea
común acerca de lo que es un robot industrial, no es fácil ponerse de acuerdo a la hora
de establecer definición formal.
La definición más común es posiblemente la de la Asociación de Industrias Robóticas
(RIA) según la cual:
 Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de
mover material, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectoria
variable, programadas para realizar diversas tareas.
Esta definición ha sido tomada por la Organización Internacional de Estándares
(ISO) y modificada solo un poco, para definir:
 Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz
de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según
trayectoria variables programadas para realizar diversas tareas.
Se incluye en ambas definiciones la necesidad de grados de libertas y su capacidad para
la manipulación de diversos elementos.
La Asociación Francesa de Normalización (AFNOR) ha realizado una definición aun
un poco más compleja, primero definiendo al manipulador y luego al robot:
 Manipulador: mecanismo generalmente formado por elementos en serie,
articulaciones entre sí, destinando al agarre y desplazamiento de objetos

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diversos. Es multifuncional y puede ser gobernado por el hombre o por un
dispositivo lógico.
 Robot: manipulador automático servocontrolado, reprogramable, polivalente
(que tiene varias funciones), capaz de orientar y posicionar piezas, útiles o
dispositivos especiales, siguiendo trayectorias variables reprogramables, para la
ejecución de diversas tareas. Normalmente tienen la forma de uno o varios
brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo
de memoria y ocasionalmente percepción del entorno. Normalmente su uso es el
de realizar una tareas cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambiar su
composición.
Por último, la Federación Internacional de Robótica (IFR) en su informe técnico
ISO/TR 83737 (1988) distingue entre robot industrial, manipuladores y otro:
 Por robot industrial de manipulación se entiende a un maquina de manipulación
automática, reprogramable y multifuncional con tres a mas ejes que pueden
posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales
para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción
industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento.
Como conclusión, podemos decir que un robot industrial es un brazo mecánico con
capacidades de manipulación, y que incorpora un control más o menos complejo. Un
sistema robotizado, en cambio, es un concepto más amplio. Engloba a todos los
dispositivos que realizan tareas de forma automática en sustitución de un ser humano y
que puede incorporar o no a uno varios robots, siendo esto último lo más frecuente.
1.2 Historia
Origen de los primeros autómatas
Históricamente los primeros autómatas se remontan en la Prehistoria donde las estatuas
de algunos de sus dioses o reyes despedían fuego de sus ojos, como fue el caso de una
estatua de Osiris, otras poseían brazos mecánicos operados por los sacerdotes del
templo, y otras, como la de Memon de Etiopía emitían sonidos cuando los rayos del sol
los iluminaba consiguiendo, de este modo, causar el temor y el respeto a todo aquel que
las contemplara. Esta finalidad religiosa del autómata continuará hasta la Grecia clásica
donde existían estatuas con movimiento gracias a las energías hidráulicas. Esos nuevos
conocimientos quedan plasmados en el primer libro que trata la figura de los robots
Autómata escrita por Herón de Alejandría (10 d. C.-70 d. C.) donde explica la
creación de mecanismos, muchos basados en los principios de Philon o Arquímedes,
realizados fundamentalmente como entretenimiento y que imitaban el movimiento, tales
como aves que gorjean, vuelan y beben, estatuas que sirven vino o puertas automáticas
todas producidas por el movimiento del agua, la gravedad o sistemas de palancas.

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Por siglos los seres humanos han construido máquinas que imiten las partes del cuerpo
humano. Durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos
mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots.
Jacques de Vaucansos , ingeniero e inventor francés, construyó varios músicos de
tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Él es considerado el creador del primer
robot y el primer telar automático.
En 1737, construye “El flautista”, una figura de tamaño natural de un pastor que tocaba
el tambor y la flauta con un repertorio de doce
canciones; criaturas mecánicas que eran consideradas un
capricho en Europa, eran clasificadas como meros
juguetes, sus creaciones fueron reconocidas como una
revolución en su sofisticada mecánica realista.
En el año 1740, creó dos autómatas más, “El
tamborilero” y “El Pato” con aparato digestivo, que es
considerado su pieza maestra. El pato tenía más de 400
partes móviles, y podía batir sus alas, beber agua, digerir
grano y defecar. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un
propósito específico: la diversión.
En 1805, Henri Maillardet construyó un muñeco
mecánica que era capaz de hacer dibujos. Una serie de
levas se utilizaban como “el programa” para el proceso
de escribir y dibujar. Estas creaciones mecánicas de
forma humana deben considerarse como invenciones
aisladas que reflejan el genio de hombres que se
anticiparon a su época.
Hubo otras invenciones mecánicas durante la revolución
industrial, creadas por mentes de igual genio, muchas de
las cuales estaban dirigidas al sector de la producción
textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de
Hargreaves (1770), la hiladora mecánica de Crompton
(1779), el telar mecánico de Cartwright (1785), el telar
de Jacquard (1801).
En 1903, Leonardo Torres Quevedo,
ingeniero, matemático e inventor,
presenta al Telekino. El nombre
Telekino es la combinacion de las
palabras griegas: "tele" y "kino" que
significan respectivamente "a distancia"
y "movimiento", por lo que ambas

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palabras juntas
significan "movimiento
a distancia"
La primera función del
Telekino fue la de
controlar dirigibles
aerostáticos sin peligro
de perder vidas
humanas. Constituyó el
primer aparato de radio
control que se inventó en el mundo. También se usa en barcos al llegar a las costas.
En 1912, Leonardo Torres Quevedo desarrolla y construye “El Ajedrecista”, es
presentado en la Feria de París de 1914, generando gran expectativa en aquellos tiempos
y hubo una extensa primera mención en Scientific American como "Torres and His
Remarkable Automatic Device" ("Torres y Su Extraordinario Dispositivo Automático")
el 6 de noviembre de 1915.
Utilizaba electroimanes bajo el tablero de ajedrez, jugaba automáticamente un final de
rey y torre contra el rey de un oponente humano. No jugaba de manera muy precisa y no
siempre llegaba al mate en el número mínimo de movimientos, a causa del algoritmo
simple que evaluaba las posiciones.
El desarrollo en la tecnología, la innovación, las computadoras, los actuadores,
controles retroalimentados, transmisión de potencia, sensores y otros han contribuido a
flexibilizar los mecanismos autómatas para desarrollarse dentro de la industria.
No obstante las limitaciones de las máquinas robóticas actuales, el concepto popular de
que un robot es aquel con apariencia humana y que actúa como tal. Este concepto
humanoide ha sido inspirado y estimulado por varias narraciones de ciencia ficción.
Una obra checoslovaca publicada en 1917 por Karel Capek, denominada Rossum’s
Universal Robots, dio lugar al término robot. La palabra checa ‘Robota’ significa
servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el
término robot. Dicha narración se refiere a un brillante científico llamado Rossum y su
hijo, quienes desarrollan una sustancia química que es similar al protoplasma. Utilizan
ésta sustancia para fabricar robots, y sus planes consisten en que los robots sirvan a la
clase humana de forma obediente para realizar todos los trabajos físicos. Rossum sigue
realizando mejoras en el diseño de los robots, elimina órganos y otros elementos
innecesarios, y finalmente desarrolla un ser “perfecto”. El argumento experimenta un
giro desagradable cuando los robots perfectos comienzan a no cumplir con su papel de
servidores y se rebelan contra sus dueños, destruyendo toda la vida humana.
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.

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Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:
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 órdenes 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.
1.3 Los primeros Robot en la industria
Los primeros robots no tienen la romántica apariencia humana de los androides, de
hecho son manipuladores (brazos y manos) industriales controlados por ordenador.
En 1948 R.C. Goertz del Argonne National Laboratory, desarrolló, con el objetivo de
manipular elementos radioactivos sin riesgo para el operador, el primer
telemanipulador. Éste consistía en un dispositivo mecánico maestro-esclavo. El
manipulador maestro, reproducía fielmente los movimientos de este. El operador
además de poder observar a través de un grueso cristal el resultado de sus acciones,
sentía a través del dispositivo maestro, las fuerzas que el esclavo ejercía sobre el
entorno.
Telemanipuladores de Goertz. Argonne National Laboratory (1948)

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Años más tarde, en 1954, Goertz hizo uso de la tecnología electrónica y del servocontrol
sustituyendo la transmisión mecánica eléctrica y desarrollando así el primer tele
manipulador con servocontrol bilateral.
Otro de los pioneros de la tele manipulación fue Ralph Mosher, ingeniero de la
General Electric que en 1958 desarrollo un dispositivo denominado Handy-Man,
consistente en dos brazos mecánicos teleoperados mediante un maestro del tipo
denominado exoesqueleto. Junto a la industria nuclear, a lo largo de los años sesenta la
industria submarina comenzó a interesarse por el uso de los telemanipuladores.
Ralph Mosher en 1958 con su “Handy-Man”
A este interés se sumó la industria espacial en los años setenta. La evolución de los tele
manipuladores a lo largo de los últimos años no ha sido tan espectacular como la de los
robots. Recluidos en un mercado selecto y limitado como industria nuclear, militar y
espacial. Por su propia concepción, los telemanipulador precisa el mando continuo de
un operador, y salvo por las aportaciones incorporadas con el concepto del control
supervisado y la mejora de la telepresencia sus capacidades no han variado mucho
respecto a las de sus orígenes.
La sustitución del operador por un programa de ordenador que controlase los
movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot. La primera patente de un
dispositivo robótico fue solicitada en marzo de 1954 por el inventor británico C.W.
Kenward. Dicha patente fue emitida en el Reino Unido en 1957, sin embargo fue Geoge
C. Devol, ingeniero norteamericano, inventor y autor de varias patentes, el quien
estableció las bases del robot industrial moderno.

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En 1954 Devol concibió la idea de un dispositivo de transferencia de artículos
programada que se patentó en Estados Unidos en 1961.
En 1956 Joseph F. Engelberger es 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 máquinas,
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. Devol predijo que el robot industrial "ayudaría al trabajador
de las fábricas del mismo modo en que las máquinas de ofimática habían ayudado
al oficinista". Se produjo un boom de la idea de la fábrica del futuro, aunque en un
primer intento el resultado y la viabilidad económica fueron desastrosos.
Devol- Engelberger fundan Unimation (1956). Primer robot industrial
Otras grandes empresas como AMF, emprendieron la construcción de máquinas
similares,”Versatran – 1963”, un robot dedicado a la transferencia con programación
por coordenadas.
VERSATRAN – Harry Johnson & Veljko Milenkovic

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En 1968 J.F. Engelberger visitó Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con
Kawasaki para la construcción de robots tipo Unimate, primer robot en cadena de
producción. El crecimiento de la robótica en Japón aventaja en breve a los Estados
Unidos, esto 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
formó el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambió su nombre por
el de Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA).
Unimate
Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío. En 1975 la firma sueca ASEA (años
más tarde ABB) desarrolla un robot industrial en serie para el manejo de materiales,
embalaje, transporte, pulido, soldadura, y la clasificación; el robot permite el
movimiento de 5 ejes con una capacidad de elevación de 6 kg . Fue la primera
totalmente accionado eléctricamente y el robot controlado por microprocesador del
mundo, usando Intel primer chipset 's.
En 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo,
Suecia.
Primer robot con accionamiento eléctrico: IRb6 ASEA

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La configuración de los primeros robots respondía a las denominadas configuraciones
esférica y antropomórfica, de uso especialmente válido para la manipulación.
En 1982, el profesor Makino de la Universidad Yamanashi de Japón, desarrolla el
concepto de robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) que busca un
robot con un número reducido en grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una
configuración orientada al ensamblado de piezas.
Robot SCARA del Prof. Makino (Univ. Yamanashi de Japón- 1982)
La evolución de los robots industriales desde sus principios ha sido vertiginosa. En
poco más de 30 años las investigaciones y desarrollos sobre robótica industrial han
permitido que los robots tomen posiciones en casi todas las áreas productivas y tipos de
industria. En pequeñas o grandes fábricas, los robots pueden sustituir al hombre en
aquellas áreas repetitivas y hostiles, adaptándose inmediatamente a los cambios de
producción solicitados por la demanda variable.
Desde 1980, los robots se han expandido por varios tipos de industrias. El principal
factor responsable de este crecimiento han sido las mejoras técnicas en los robots
debidas al avance en electrónica, mecánica e informática.
Los Estados Unidos vendieron sus empresas de robots a Europa, Japón y a otros países.
En la actualidad sólo una empresa, Adept (Más conocida como Omron, está
produciendo robot scara, paralelos y brazos con 3 0 4 GDL), permanece en el mercado
de producción industrial de robots en EE.UU.
Aunque los robots ocasionen cierto desempleo, también crean puestos de trabajo con
otro valor agregado como: técnicos, comerciales, ingenieros, programadores,
proyectistas, etc.

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Los países que usen eficazmente los robots en sus industrias tendrán una ventaja
económica en el mercado mundial.
Cobra SCARA Robots - OMRON
Resumen:
Fecha Importancia Nombre del robot Inventor
Siglo
I a. C.y
antes
Descripciones de más de 100 máquinas
y autómatas, incluyendo un artefacto con
fuego, un órgano de viento, una máquina
operada mediante una moneda, una
máquina de vapor,
en Pneumática y Autómata de Herón de
Alejandría
Autómata
Ctesibio de
Alejandría, Filón
de Bizancio,
Herón de
Alexandria, y
otros
c.
1495
Diseño de un robot humanoide
Caballero
mecánico
Leonardo da
Vinci
1738
Pato mecánico capaz de comer, agitar
sus alas y excretar.
Digesting Duck
Jacques de
Vaucanson
1800s
Juguetes mecánicos japoneses que
sirven té, disparan flechas y pintan.
Juguetes Karakuri
Hisashige
Tanaka
1921
Aparece el primer autómata de ficción
llamado "robot", aparece en R.U.R.
Rossum's
Universal Robots
Karel Čapek
1930s Se exhibe un robot humanoide en Elektro Westinghouse

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la Exposición Universal entre los años
1939 y 1940
Electric
Corporation
1942
La revista Astounding Science
Fiction pública "Círculo Vicioso"
(Runaround en inglés). Una historia de
ciencia ficción donde se da a conocer
las Tres leyes de la robótica
SPD-13 (apodado
"Speedy")
Isaac Asimov
1948
Exhibición de un robot con
comportamiento biológico simple5
Elsie y Elmer
William Grey
Walter
1956
Primer robot comercial, de la compañía
Unimation fundada por George
Devol y Joseph Engelberger, basada en
una patente de Devol6
Unimate George Devol
1961 Se instala el primer robot industrial Unimate George Devol
1963 Primer robot "palletizing"7
1973
Primer robot con seis ejes
electromecánicos
Famulus
KUKA Robot
Group
1975
Brazo manipulador programable
universal, un producto de Unimation
PUMA
Victor
Scheinman
1982
El robot completo (The Complete Robot
en inglés). Una colección de cuentos de
ciencia ficción de Isaac Asimov, escritos
entre 1940 y 1976, previamente
publicados en el libro Yo, robot y en
otras antologías, volviendo a explicar
las tres leyes de la robótica con más
ahínco y complejidad moral. Incluso
llega a plantear la muerte de un ser
humano por la mano de un robot con las
tres leyes programadas, por lo que
decide incluir una cuarta ley "La ley 0
(cero)"
Robbie, SPD-13
(Speedy), QT1
(Cutie), DV-5
(Dave), RB-34
(Herbie), NS-2
(Néstor), NDR
(Andrew), Daneel
Olivaw
Isaac Asimov

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2000
Robot Humanoide capaz de desplazarse
de forma bípeda e interactuar con las
personas
ASIMO
Honda Motor
Co. Ltd
1.4 Clasificación del robot industrial
La IFR clasifica entre cuatro tipos:
 Robot secuencial
 Robot de trayectoria controlable
 Robot adaptativo
 Robot teleoperado
La AFRI clasifica en cuatro tipos:
 Tipo A: Manipulador con control manual o telemando
 Tipo B: Manipulador automático con ciclos preajustados; regulación mediante
fines de carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumático, eléctrico o
hidráulico.
 Tipo C: Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece de
conocimiento sobre su entorno.
 Tipo D: Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en
función de esto.
Clasificación por generación:
 1º Generación: Repite tareas secuenciales. No toma en cuenta posibles cambios
en el entorno.
 2º Generación: Adquiere información limitada de su entorno y actua en
consecuencia. Puede localizar, clasificar y detectar esfuerzos y adaptar sus
movimientos.
 3º Generación: Su programación se realiza por le empleo de lenguajes naturales.
Posee capacidades para la planificación automática de tareas.
Y por último, la clasificación de Knasel:

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1.5 Estado actual de la Robótica
La industria mundial de la robótica bate records de ventas
En 2013, unos 179.000 robots industriales se vendieron en todo el mundo, nuevamente
un máximo histórico con un 12% más que en 2012, datos de la IFR (International
Federation of Robotics).
Los pedidos recibidos en los primeros cuatro meses de 2014 se incrementaron
notablemente, y las solicitudes de los clientes de todas las industrias están en aumento.
Por lo tanto, se espera que en 2014 el crecimiento de las ventas de la unidad continúe
con el mismo ritmo, como en 2013.
Las ventas Robot alcanzaron niveles récord en Asia / Australia, en América y en África.
Casi 100.000 nuevos robots se instalaron en 2013 en Asia / Australia, 18% más que en
2012.
El mercado europeo se incrementó en un 5%, a más de 43.000 unidades, casi llegando a
las de 2011, las cifras más altas de todos los tiempos.
Para Américas siguieron aumentando en un 8% a más de 30.000 unidades.
Más de 700 robots industriales se vendieron en África, 87% más que en 2012.
China es, con mucho, el mayor mercado de robots en el mundo en cuanto a ventas
anuales y es también el mercado más numeroso. Por primera vez en la historia, las cifras
de ventas de los proveedores de robots chinos se incluyen en la encuesta estadística IFR.
Casi 37.000 robots industriales se vendieron en 2013 en China. Los proveedores chinos
de robots instalaron cerca de 9.000 unidades de acuerdo a la información de China
Robot Industry Alliance (CRIA).
Su volumen de ventas fue casi tres veces mayor que en 2012. Proveedores de robots
extranjeros aumentaron sus ventas en un 20% en China. Entre 2008 y 2013, la oferta
total de robots industriales aumentó alrededor de 36% por año en promedio.
En 2013, uno de cada cinco robot que se vende en el mundo se instaló en China.
Japón fue el segundo mayor mercado respecto a las ventas anuales, pero aún tiene, el
mayor número de robots industriales instalados en funcionamiento, más de 300.000
unidades. Es el país más automatizado en el mundo. Es el fabricante de robot
predominante en el mundo. Más de la mitad de la oferta mundial de robots de 2013 fue
producido por empresas japonesas. En 2013, las ventas de robots industriales

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disminuyeron en un 9% a alrededor de 26 000 unidades debido a la reducción de las
inversiones de la industria automotriz y las industrias de la electrónica en Japón. Sin
embargo, las exportaciones de los robots japoneses aumentaron.
Las instalaciones de robots en los Estados Unidos siguieron aumentando en un 6%,
hasta el nivel máximo de casi 24.000 unidades. Entre 2008 y 2013, las ventas anuales
aumentaron un 12% en promedio por año. Conductor de este crecimiento fue la
tendencia en curso para automatizar la producción con el fin de fortalecer las industrias
estadounidenses en el mercado mundial y para mantener la fabricación en el país, y en
algunos casos, trayendo de vuelta la manufactura que previamente habían sido enviados
al extranjero.
En 2013, las ventas de robots en Corea aumentaron en un 10% a más de 21,000
unidades debido al incremento de las inversiones de la industria automotriz. La industria
de la electrónica, que es el principal cliente de los robots industriales en Corea, redujo
sus pedidos de robots.
Las ventas de robots en el mercado alemán fueron un 4% más en 2013 en comparación
con 2012 y llegó a más de 18.000 unidades, el segundo nivel más alto jamás registrado.
La industria automotriz fue de nuevo el controlador para el crecimiento. Entre 2008 y
2013, las ventas de robots a Alemania aumentaron un 4% en promedio. Estos cuatro
mercados representan el 50% del volumen de ventas en 2013.
Se produjo un aumento considerable de las instalaciones de robots en otros mercados
asiáticos, especialmente en Taiwán (provincia de China), la India e Indonesia. Además,
importantes mercados europeos, como Italia y España comenzaron a recuperarse.
Instalaciones de robots en los países de Europa central y oriental, así como en México y
Canadá siguieron aumentando considerablemente. El mercado de la robótica en Brasil
se quedó atrás de las expectativas.
Las industrias de automoción y del metal fueron los principales impulsores del
crecimiento
La industria del automóvil aumentó las inversiones del robot de forma continua y
considerablemente entre 2010 y 2013, en un 22% en promedio por año. Los principales
países involucrados fueron China, Alemania y Estados Unidos. En 2013, las ventas de
robots para la industria automotriz aumentaron un 5%.
También la industria del metal y la maquinaria tuvo una tasa de crecimiento anual
promedio del 22% en el mismo periodo. En 2013, las ventas de robots a esta industria se

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incrementaron en un 17%. La industria de la alimentación, así como la industria
farmacéutica se incrementaron las inversiones robot sustancialmente en 2013 La
industria eléctrica / electrónica -. Que se había llegado a un nivel máximo en 2013 - se
incrementó pedidos de robots en un 9% en 2014.
Tendencias en el mercado de la robótica:
- La eficiencia energética y los nuevos materiales, por ejemplo, carbono-compuestos,
que requieren nuevas producciones.
- Competitividad global que requiere una mayor productividad y una mayor calidad.
- Crecientes mercados de consumo que requieren la expansión de las capacidades de
producción.
- La disminución de los ciclos de vida de productos y el aumento de la variedad de
productos que requieren la automatización flexible.
- Los Robots mejoran la calidad del trabajo al hacerse cargo de los trabajos peligrosos,
tediosos y sucios que no son posibles o seguro para los seres humanos para llevar a
cabo.
1.6 Mecánica y mecanismos
Se le llama mecanismo a los dispositivos o conjuntos de sólidos resistentes que reciben
una energía de entrada y, a través de un sistema de transmisión y transformación de
movimientos, realizan un trabajo.
La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los
cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas.
Las maquinas son dispositivos que se utilizan al modificar, transmitir y dirigir fuerzas
para llevar a cabo una determinada tarea.
Por ejemplo: una motosierra dirige su fuerza a la cadena con la finalidad de cortar
madera.
Un mecanismo es una parte mecánica de una máquina, cuya función es transmitir
movimiento y fuerza de potencia a una salida; en nuestro ejemplo seria el motor a
explosión que transfiere esta potencia a la cadena.
La síntesis es el proceso de desarrollo de un mecanismo para satisfacer los
requerimientos de funcionamiento de la máquina. El análisis garantiza que el
mecanismo se moverá (la estudia la cinemática) de tal modo que cumplirá con lo
requerido.

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1.6.1 Cinemática
La cinemática trata con la forma en que se mueven los cuerpos. Es el estudio de la
geometría del movimiento. El análisis cinemático implica la determinación de posición,
desplazamiento, rotación, rapidez, velocidad y aceleración de un mecanismo.
1.6.2 Conceptoselementalesde cinemática:movimiento
Existen dos movimientos básicos, uno de rotación pura y otro de traslación pura, de
acuerdo a los cuales se puede definir un movimiento más complejo de roto-traslación.
 Movimiento de traslación pura: todos los
puntos de un cuerpo describen un
movimiento paralelo, sea rectilíneo o curvo.
La línea que une dos puntos de referencia del
cuerpo podrá cambiar su posición pero no su
orientación angular.
 Movimiento de rotación pura: el cuerpo
posee un punto, llamado centro de rotación,
que no tiene movimiento respecto del marco
de referencia estacionario. Todos los restantes
puntos del cuerpo describen movimiento
curvilíneo respecto del centro de rotación. La
línea que une dos puntos de referencia y que
pasan por el centro, cambian únicamente su
orientación angular.
 Movimiento de roto-traslación: es una
combinación simultánea de rotación y
traslación. Cualquier línea de referencia
trazada por el cuerpo cambiara de
posición y de orientación angular
respecto del marco de referencia. Habrá
en todo momento un centro de rotación,
el cual ira cambiando de ubicación.
Siendo que las piezas o eslabones que forman parte de un mecanismo son considerados
cuerpos rígidos (generalmente y a modo de simplificación para poder interpretar la
cinemática y dinámica y así sintetizar el movimiento), entonces se necesitarán SEIS
PARÁMETROS para poder IDENTIFICAR SU POSICIÓN en el espacio. Esto
significa que se deberán identificar TRES DESPLAZAMIENTOS Y TRES
ÁNGULOS DE ROTACIÓN. Los eslabones entonces describen determinado tipo de

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movimientos que pueden ser identificados por medio de alguna combinación de los seis
parámetros mencionados anteriormente.
1.6.3 Definiciones de Mecanismos
La idea de mecanismo y máquina si bien puede ser clara a simple vista desde un punto
de vista netamente intuitivo o pragmático, muchas veces trae aparejadas algunas
confusiones.
Para ello se introducirán unas definiciones para fijar las ideas y/o conceptos
involucrados en los mecanismos.
 Definición de Máquina: Una máquina es un conjunto de mecanismos con el
objetivo de transformar energía en trabajo mecánico o viceversa.
 Definición de Mecanismo: Un mecanismo es un dispositivo que, según un
esquema establecido de eslabonamientos (o cadena cinemática), transforma un
movimiento de entrada en otro movimiento de salida.
 Definición de eslabonamiento o cadena cinemática: Conjunto de eslabones o
piezas, generalmente considerados rígidos, conectados entre sí por juntas de
forma que permiten o suprimen determinados movimientos (desplazamientos o
rotaciones). Un eslabonamiento o cadena cinemática se puede convertir o
considerar mecanismo en tanto que uno de sus elementos tenga movimiento
relativo respecto de alguno de los eslabones o piezas.
 Definición de Eslabón: uno de los elementos básicos de una cadena cinemática.
Es un cuerpo rígido encargado de transmitir los distintos movimientos. Poseen
puntos de unión llamados nodos.
 Orden del eslabón: es el número de nodos que contiene un eslabón. Entonces
los eslabones pueden ser BINARIOS (de dos nodos), TERNARIOS (de tres
nodos), CUATERNARIOS (de cuatro nodos).

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1.6.4 Breve compilacióndescriptiva de Mecanismos
El mundo de los mecanismos es de por sí fascinante en cuanto a la posibilidad de avivar
la capacidad creativa, que debe ser una faceta de constante perfeccionamiento y
desarrollo del ingeniero. Cuando se pretende entender el comportamiento y la función
de un mecanismo, normalmente se deben conocer y utilizar con solvencia ciertas
técnicas derivadas de la física y de la mecánica analítica; lo cual a su vez forma parte de
una etapa cálculo y diseño. Sin embargo en una etapa de captación de ideas,
normalmente una imagen vale más de un millón de palabras. En este sentido en lo que
sigue se desea ilustrar y describir de la manera más amplia pero sintética posible las
diferentes clases o grupos de mecanismos especializados y sus funciones. De esta
manera se cree que al visualizar esquemáticamente una larga lista de mecanismos con
su función primordial, el alumno podrá ampliar el horizonte de sus conocimientos y
estimular su creatividad para desarrollar nuevos mecanismos de acuerdo a una premisa
establecida. Existen varias formas para clasificar mecanismos. A continuación se
describirán diversos tipos de mecanismos agrupados según características comunes.
 Mecanismos de Barras: Estos mecanismos están formados por una cadena
cinemática de cuatro o más barras (o cuerpos), donde una de ellas es la que
conduce el movimiento por medio de un motor u otro tipo de accionamiento. En
la Figura se pueden apreciar algunos tipos de mecanismos de barras. Téngase
presente que es posible recurrir a un eslabonamiento de barras para sintetizar el
movimiento de mecanismos más complejos.
 Mecanismos de Bi-estables: Estos mecanismos poseen dos posiciones estables,
es decir o se encuentran en una configuración o se encuentran en la otra
configuración. Suelen ser los mecanismos de pasaje de un estado a otro:
encendido-apagado, activo-inactivo, etc. Normalmente poseen resortes para
propender a la estabilidad de cualquiera de las dos posibles posiciones de
equilibrio. En la Figura se muestran algunos casos de mecanismos biestables.
Claramente los mecanismos biestables pueden estar formados por mecanismos
de barras adecuadamente acoplados y eslabonados

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 Mecanismos de ajuste: Estos mecanismos normalmente tienen un eslabón
conductor que rota para posicionar o ajustar el eslabón siguiente. El eslabón
conductor suele ser un tornillo de precisión. En las Figuras a y b se ven dos
casos típicos de mecanismos de posicionamiento conducidos por tornillos. En la
Figura c se tiene un mecanismo de ajuste del punto de pivoteo de una barra para
obtener ciertas propiedades cinemáticas. En la Figura d se tiene un mecanismo
de tornillos sin-fin-corona en serie para reducir el movimiento.
 Mecanismos de aprisionamiento: Estos mecanismos sirven para apretar o
sujetar piezas (Figuras a y c), para aplastar o romper (Figura b), para obturar
(Figura d). Nótese que en la Figura e se muestra un mecanismo de
aprisionamiento formado por cuñas, mientras que en la Figura f se muestra un
mecanismo de aprisionamiento conducido por una rueda y un conjunto biela
manivela.

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 Mecanismos de indexación: Estos mecanismos proveen un movimiento
intermitente sea de rotación como de translación. En la Figura se muestran
algunos ejemplos de mecanismos de indexación por rotación. La Figura a
muestra el denominado “Mecanismo de Ginebra” que permite un movimiento de
rotación intermitente de cuatro pasos. La Figura b muestra un mecanismo
intermitente con trinquete. La Figura c muestra un mecanismo intermitente de
rotación accionado con una leva horizontal. La Figura d muestra el mecanismo
intermitente de un cabezal divisor. En las Figuras e y f se puede observar un
mecanismo intermitente de translación, con accionamiento rotativo.

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 Mecanismos de avance y detención: Estos mecanismos permiten avanzar o
detener el movimiento de accionamiento. En los casos de las Figuras a y b son
mecanismos que permiten la rotación en un sentido y no en otro sentido;
sirviendo también como bloqueo por sobrecarga. En los casos de las Figuras c y
d se aprecian dos formas de detectar la posición para detener un determinado
movimiento longitudinal.
 Mecanismos oscilantes: Estos mecanismos producen una salida con una
oscilación o vaivén angular respecto de una posición fija. Así pues en la Figura a
se muestra como ejemplo el mecanismo oscilante de una pala mecánica. En las
Figuras b y c se muestran barras oscilantes accionadas por levas. En la Figura d

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se muestra un mecanismo (que a su vez es un mecanismo de barras) oscilante de
retroceso rápido. Las Figuras e y f muestran mecanismos oscilantes accionados
por ruedas dentadas. La Figura g muestra un mecanismo oscilante espacial,
mientras que la Figura h muestra un mecanismo oscilante espacial robótico.
 Mecanismos alternativos: Estos mecanismos transforman generalmente un
movimiento de rotación en un movimiento de translación alternativo. En la
Figura a se puede observar el típico mecanismo alternativo de biela-manivela.
En la Figura b se puede ver el mecanismo denominado yugo escocés de ranura
recta. En la Figura c se puede apreciar un mecanismo de cierre o de abrochado.
En la Figura d se puede apreciar el mecanismo de impulsión de un motor en V.
En la Figura e se puede apreciar el mecanismo de impulsión de un motor de gas
tipo “Atkinson”. En la Figura f se puede apreciar el mecanismo de impulsión de

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un motor radial de aviación. En la Figura g se puede apreciar el mecanismo de
impulsión de una máquina limadora. En la Figura h se puede apreciar el
mecanismo de impulsión de un motor radial tipo “Nordberg” acoplado.
 Mecanismos generadores de curvas: Estos mecanismos se caracterizan por
generar una salida con una curva determinada. Así pues en las Figuras a hasta la
d se muestran cuatro tipos de mecanismos que generan una traza rectilínea
exacta. En las Figuras e hasta la i se muestran mecanismos que generan una
traza rectilínea aproximada, denominándose de Watt, de Chebyshev, de Roberts,
de Evans y de Hoecken, respectivamente. En la Figura j se muestra un
mecanismo copiador y amplificador denominado “pantógrafo”. En la Figura k se
muestra el denominado mecanismo de “yugo escocés” que genera las funciones
de seno y coseno. En la Figura l se muestra un mecanismo de generación de una
traza curva accionado por medio de barras y de ruedas dentadas.

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 Mecanismos de levas: La leva es la pieza que conduce el movimiento del
“seguidor” en los denominados mecanismos leva-seguidor. La leva produce el
movimiento de entrada y conduce al seguidor para producir un movimiento o
función especificados. Así pues el sistema leva-seguidor puede producir un
movimiento oscilante mediante un movimiento de rotación (c) o mediante un
movimiento rectilíneo (b). También una leva puede producir la traza de una
curva (a) o bien conducir un yugo (Figura b).

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Unidad nº 2
Mecánicamente, un robot está constituido por una seria de elementos o eslabones unidos
por articulaciones que le permiten movimiento relativo entre cada dos eslabones
consecutivos. La conformación física de la mayoría de los robot industriales tienen
ciertas similitudes con la anatomía del brazo humano, por lo que en ocasiones, para
hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos
como cuerpo, brazo, codo y muñeca.
2.1 Definiciones generales
2.1.1 Grados de libertad
Los grados de libertad (GDL) son cada uno de los movimientos independientes que
puede realizar una articulación respecto a la anterior.
Suele coincidir con el número de articulaciones del robot.
1 GDL
P – Prismática R – Rotacional H – Helicoidal
2 GDL 3 GDL
C – Cilíndrica E - Esférica

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2.1.2 Configuración cartesiana
La configuración tiene tres articulaciones prismáticas. Esta es bastante usual en
estructuras industriales, empleadas para el transporte de cargas voluminosas. La
especificación de posición de un punto se efectúa mediante las coordenadas cartesianas
(X, Y, Z).
Estructura Volumen de trabajo
1 GDL - P – Prismática

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2.1.3 Configuración cilíndrica
Esta configuración tiene dos articulaciones prismáticas y una de rotación. Generalmente
la primera articulación es de rotación describiendo una configuración “RPP”.
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 a su alrededor.
3 GDL - P – Prismática R – Rotacional

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2.1.4 Configuración polar o esférica
Está configuración se caracteriza por dos articulaciones de rotación y una prismática
(RRP). En este caso las variables articulares expresan la posición del extremo del tercer
enlace en coordenadas polares. En un manipulador con tres enlaces de longitud L, el
volumen de trabajo de esta estructura, suponiendo un radio de giro de 360 grados.

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2.1.5 Configuración Scara
Similar al de configuración cilíndrica, pero el radio y la rotación se obtiene por uno o
dos eslabones. Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance
debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también
puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercera articulación).

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2.1.6 Configuración paralela
Posee brazos con articulaciones prismáticas o rotacionales concurrentes.
1 GDL - P – Prismática E – Esférica

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2.1.7 Configuración angular o antropomórfica
La principal característica es que están formados por cuerpo, brazo, muñeca y elemento
final.

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2.2 Partes de un robot
2.2.1 Transmisión
Dado que los robots mueven sus extremos con elevada aceleración, es importante
reducir el momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer
los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Por estos
motivos se procura que los actuadores, estén lo más cerca de la base del robot. Esto
obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta la
articulación. Las transmisiones pueden convertir el movimiento circular en lineal o
viceversa.

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Circular - Lineal
Circular - Circular
2.2.2 Reductores
A los reductores utilizados en robótica se les exigen ciertas prestaciones, esto es debido
a la alta precisión y velocidad de posicionamiento que se le exige.
Los reductores por razones de diseño, tienen una velocidad máxima de entrada, también
existe una limitación en cuanto al par de salida nominal permisible (T2) que depende
del par de entrada (T1) y de relación de transmisión a través de la relación:
Donde el rendimiento (n) puede llegar a ser cerca del 100% y la relación de velocidad
(W1 = velocidad de entrada; W2 = velocidad de salida) varía entre 50 y 300.

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Los ciclos de trabajo de los robots son cortos e implica continuos arranques y paradas,
es importante que el reductor sea capaz de soportar elevados pares puntuales. También
se busca que el “backlash” o juego angular sea el menor. Esto se define como el ángulo
que gira el eje de salida cuando se cambia su sentido sin que llegue a girar el eje de
entrada. Otra de sus características debe ser su alta rigidez torsional, definida como el
par que hay que aplicar sobre un eje de salida para que, manteniendo bloqueado el de
entrada, aquel gire un ángulo unitario.
Los reductores más comunes usados en robótica son los de la empresa Harmonic Drive
(HDUC) y los Cyclo.
Los reductores HDUC se basan en una corona exterior rígida con dentado interior
(circular spline) y un vaso flexible (flexspline) con dentado exterior que engrana en el
primero. El número de dientes de ambos difiere en 1 o 2. Interiormente al vaso gira un
rodamiento elipsoidal (wave generator) que deforma el vaso, poniendo en contacto la
corona exterior con la zona del vaso correspondiente al máximo diámetro de la elipse.
Al girar el “wave generator” (al que se fija el eje de entrada), se obliga a que los dientes
del “flexspline” (fijado al eje de salida) engranen uno a uno con los del “circular
spline”, de modo que al haber una diferencia de dientes Z = Nc-Nf , tras una vuelta
completa del “wave generator”, el “flexspline” solo habrá avanzado Z dientes. La
relación de reducción conseguida será de Z/Nf. Se puede conseguir reducciones de hasta
320, con holgura cercana a cero y capacidad de transmisión de par de 5720 Nm.

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Los reductores Cyclo se basan en el movimiento cicloidal de un disco de curva movido
por una excentrica solidaria al arbol de entrada. Por cada revolucion de la excentica el
disco de curvas avanza un saliente rodando sobre los rodillos exteriores. Este avance
arrastra a su vez a los pernos del arbol de salida que describiran una cicloide dentro de
los huecos del disco de curvas. La componente de traslacion angular de este movimiento
se corresponde con la rotacion del arbol de salida. La relacion de reduccion viene
determinada por el numero de saliente. Para compensar los momentos de flexion y de
las masas de cada disco en movimiento excentrico, generalmente se utilizan dos discos
desfazados entre si 180º.

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2.2.3 Servomotores
Los servomotores son sistemas electromecánicos que forman parte de una clase de
“actuadores eléctricos” encargados de transmitir energía para producir el movimiento,
y son los que forman las uniones o articulaciones del robot mediante las cuales este se
mueve, por esto el movimiento del robot es denominados desplazamiento articular.
El servomotor esta compuesto por tres partes: motor electrico, sensor de posicion para
medir el desplazamiento articular (rotacion o lineal) y el amplificador electronico
(driver), formado por un conjunto de microprocesadores y electronica de potencia que
se encarga de acoplar y acondicionar al motor la impedancia y señal de voltaje de baja
potencia que viene del sistema minimo digital.
Los servos tienen tres modos de operación: posición, velocidad y par.
El modo posición permite mover al motor una posición preestablecida, o conocida
como “set point”. En este modo se usan reguladores o controles PD (proporcional
derivativo) y PID (proporcional integral derivativo). No se puede controlar fuerza.
El modo velocidad controla el movimiento del motor sobre velocidad deseada, estos
modos tienen la particularidad de tener una arquitectura cerrada, no permite otro tipo de
controladores. Tampoco puede ejercer fuerza.
El modo par tiene la característica de tener una arquitectura abierta, permite la
interacción dinámica con el sistema mecánico, permitiendo controlar posición y
desplazamiento articular. El modo par también permite el control de trayectoria,
impedancia, visual-servoing y control de fuerza.
La ecuación de Maxwell permite deducir la ley fundamental para servomotores que
determina la relación entre campo electromagnético y par (toque) aplicado.
donde t es el par aplicado al servomotor (unidad Nm), k es una constante que representa
la ganancia del amplificador electrónico (unidad Nm/V) y la V es el voltaje del control
programado por el usuario. No todos los motores cumplen con esta ecuación, como son
los motores de CA y los motores PP, por esta razón no forman parte de la estrucuta del

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sistema mecánico del robot, pueden ser empleados en la construcción de garras
mecánicas o herramientas que se colocan en el robot para diversas aplicaciones.
El amplificador es un sistema electrónico cuyo objetivo es llevar a cabo la función de la
ecuación de Maxwell.
Hay servomotores de transmisión directa, el concepto de transmisión directa fue
establecido por Haruhiko Asada en 1980, y consiste en que el rotor del motor funciona
como una fuente de par. Este tipo de motor no necesita reductores para diminuir la
velocidad y amplificar el par.
Ventajas de estos servomotores:
 Arquitectura abierta
 Reducción del juego mecánico y fricción
 Proporciona par alto
 No hay perdida en la transmisión de energía

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Unidad nº 3
3.1 Sensores
Los sensores en robótica son necesarios para el control automático. Los robots pueden
tener sensores internos y externos. Los sensores internos (encoders) brindan
información sobre la posición, velocidad y aceleración de movimiento. Los sensores
externos como fuerza, presión y visión, dotan al sistema de percepción que mejora la
eficiencia y lo hace responder de manera versátil y autónoma al interaccionar con el
medio de trabajo.
Los sensores más utilizados son los de posición; estos pueden ser analógicos o digitales.
Los analógicos tienen una respuesta eléctrica (VCC) con información del movimiento,
para que un PLC o control pueda procesar esta información se requiere de un conversor
digital.
Un ejemplo de sensor analógico de posición es el resolver, los potenciómetros y los
tacómetros.
Un ejemplo de sensores digitales son los encoders.
3.1.2 Resolver
Un resolver es un dispositivo que mide el desplazamiento articular integrado dentro de
los servomotores. El resolver esta acoplado al rotor del servomotor y proporciona una
señal de salida un voltaje analógico proporcional a la posición de desplazamiento
articular.
Un resolver esta formado por un estator, un rotor y un transformador giratorio sin
escobillas (brushless resolver). La generación del flujo magnético distribuido en forma
de onda senoidal realiza el movimiento de rotación entre el rotor y el estator; la
respuesta de salida es un voltaje senoidal analógico.
3.1.2 Potenciómetro
Los potenciómetros son dispositivos eléctricos que se utiliza como divisor de voltaje
para mediar la posición o desplazamiento articular de los servomotores. La respuesta de
salida representa la posición absoluta del rotor y son calibrados con base en el numero
de vueltas que puedan realizar.

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3.1.3 Tacómetro
Los tacómetros están acoplados mecánicamente al servomotor y proporcionan un
voltaje proporcional a la velocidad de giro. La forma más común es un magneto sobre la
flecha del roto. Cuando el magneto gira y pasa por la bobina induce una corriente
proporcional a la velocidad angular.; en cada rotación se genera un pulso en la bobina.
El periodo de rotación t se puede determinar midiendo el tiempo de pulso, por lo tanto
la frecuencia f se obtiene como la inversa del periodo, f=1/t.
La posición puede obtenerse por integración numérica de velocidad proporcional por el
tacómetro, por ejemplo:
Donde qk es la posición en tiempo de muestreo k-ésimo, qk-1 es la posición en el
tiempo de muestreo k-ésimo-1 o muestreo anterior, h es el periodo de muestreo y q´k
es la velocidad del rotor en el tiempo de muestreo k-ésimo.
3.1.4 Encoders
Los encoders utilizan tecnología optoelectrónica, ópticos, y se los clasifica por
incrementales y absolutos.
Un encoder consta básicamente de una fuente de luz conformado por un arreglo de
diodos leds que se encuentran enfrente de un disco giratorio con ranuras.
El disco se encuentra montado en el rotor de un servomotor, en el disco se coloca una
cantidad de ranuras que sirven como código de luz para ser detectada por un elemento
fotosensible. Esto produce una señal de salida de un tren de pulsos proporcional al
ángulo de giro del rotor.

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Hay encoder que no utilizan ranuras o perforaciones, utilizan dibujos negros
codificados, en estos casos los discos son transparentes y tienen la apariencia de un
negativo de fotografías. En la imagen se ven algunos patrones típicos.
Otra forma de codificar es a través de marcas o franjas reflectivas, las cuales son figuras
concéntricas en blanco y negro. El disco será iluminado por un fotodiodo Led que emite
luz infrarroja; al girar el disco, la luz es reflejada por las franjas reflectivas (Blanco)
hacie fototransistor y es interrumpido por los segmentos con franjas negras, lo que
causa que el fototransistor conmute y produzca un tren de pulsos como salida
directamente proporcional al desplazamiento rotacional del servomotor.
La resolución de un encoder está dada en función de los ciclos por revolución (CPR).
Cuanta más alta la resolución mejor será la calidad.
Ventajas de utilizar encoder ópticos:

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 Alta resitencia a las condiciones ambientales, tales como humedad, vibraciones e
impactos.
 Se puede usar en un rango amplio de temperatura
 Capacidad de transmitir señal a gran distancia
 Alta resolucion en lectura de posición.
3.1.5 Encoderincremental
El encoder incremental, también conoció por encoder relativo. Se muestra en la imagen
la configuración de la disposición en que se encuentra los diodos Led, los rayos
resultantes por las rendijas A,B y Z para ser detectado por los elementos fotosensibles.
La luz que pasa por A y B tienen una diferencia de fase de 90°. La salida es una onda
rectangular con la misma diferencia de fase de 90°.
La salida del encoder incremental son pulsos que son proporcionales al ángulo de
rotación. Por cada fracción de desplazamiento rotacional en la flecha de servomotor, el
encoder incremental cambia su salida de bajo a alto. La posición medida por el encoder
es relativa a la última posición o posición anterior, por esto también se lo conoce como
encoder relativo. Los pulsos no representan el valor absoluto de posición, en todo caso
el valor absoluto de posición viene dado por acumular los pulsos de salida; la
acumulación se realiza con un circuito contador de pulsos.
A continuación se muestra el arreglo de un encoder incremental de cuadratura y las
formas de onda de los sensores A y B. Una marca negra produce un pulso alto y blanco
un pulso bajo.

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Consideracion al usar un encoder incremental:
 Tomar recaudos ante el ruido de la señal, acumula ruido en el contador.
 Ante la perdida de alimentacion se pierde la posicion anterior.
Los encoder incrementales tienen dos canales A y B que estan defasados 90°, de esta
forma es posible saber la direccion de giro. Tambien tiene un canal opcional Z la cual
da un pulso cada 360°. La utilidad de Z es determinar cantidad de vueltas o para ajustar
posicion cero.
Se muestra en la imagen sigiente un encoder con resolucion modesta de la marca
Bourns. Resolucion: 360°/256 = 1.406 grados. Esta resolucion sirve para una aplicación
que no requiera exactitud. El rango de temperatura es amplio lo que nos permite
diversos ambientes.
3.1.6 Encoderabsoluto
El encoder absoluto, como lo indica su nombre, detecta posición absoluta de
desplazamiento del servomotor. En la salida entrega un código binario digital que se
puede encontrar en formato codiga decimal (Binary-coded decimal, BCD) o en código
binario cíclico (gray code).
El encoder absoluto puede medir la posición en cualquier punto de una rotación
completa, sin perder posición previa.
La estructura de encoder absoluto es la misma que el incremental en configuración
fotointerruptor.
El número de ranuras determina el número de bits y se encuentra dispuesta en bandas de
círculos concéntricos distribuidos desde el perímetro hasta el centro formando un patrón
codificado. Los círculos más grandes representan los bits menos significativos, y los
circuitos cercanos al centro son los más significativos.

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Benéficos:

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 Como la salida está en código binario no acumula errores.
3.1.7 LVDT
3.1.8 Aspectos fundamentales de los encoder

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Página 47
3.1.9 Términos y conceptos de encoders

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Página 49
3.2 Actuadores neumáticos
3.3 Actuadores hidráulicos

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3.4 Elementos terminales
Unidad nº 4
4.1 Cinemática
La cinemática es la ciencia del movimiento que trata el tema sin considerar las fuerzas
que lo ocasionan.
El estudio de la cinemática de manipuladores se refiere a todas las propiedades
geométricas y basadas en el tiempo del movimiento.
Es el estudio de su movimiento con respecto a un sistema de referencia.
 Descripción analítica del movimiento espacial en función del tiempo
 Relaciones: localización del extremo del robot-valores articulares

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4.1.1 Representaciónde la posición
4.1.2 Coordenadascartesianas
4.1.3 Coordenadaspolares ycilíndricas

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4.1.4 Coordenadasesféricas
4.2 Representaciónde la orientación
4.2.1 Matriz de rotación

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4.2.2 Ángulos de Euler
4.3 Matriz transformada homogénea
4.3.1 Coordenadasy matrices homogeneas

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4.3.2 Aplicaciónde la matriz homogénea

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Ejercicios :

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Cinemática Directa

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Consiste en determinar cuál es la posición y orientación del extremo final del robot, con
respecto a un sistema de coordenadas que se toma como referencia, conocidos los
valores de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot.
Se utiliza fundamentalmente el álgebra vectorial y matricial para representar y describir
la localización de un objeto en el espacio tridimensional con respecto a un sistema de
referencia fijo. Dado que un robot puede considerar como una cadena cinemática
formada por objetos rígidos o eslabones unidos entre sí mediante articulaciones, se
puede establecer un sistema de referencia fijo situado en la base del robot y describir la
localización de cada uno de los eslabones con respecto a dicho sistema de referencia.
De esta forma, el problema cinemático directo se reduce a encontrar una matriz
homogénea de transformación T que relacione la posición y orientación del extremo del
robot respecto del sistema de referencia fijo situado en la base del mismo.
Esta matriz T será función de las coordenadas articulares.

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Metodología de Denavit-Hartenberg
La convención o metodología de Denavit-Hartenberg (DH) permite establecer la
ubicación de los sistemas de referencia de los eslabones en los sistemas robóticos
articulados, ya sean prismáticas o de revolución, con cadenas cinemáticas abiertas.
Jacques Denavit y Richard Hartenberg introdujeron esta convención en 1955 con el
propósito de estandarizar la ubicación de los sistemas de referencia de los eslabones de
un robot.
Parámetros DH
Se trata de una metodología ampliamente utilizada en el ámbito académico y de
investigación en robótica que permite definir las transformaciones relativas entre
eslabones con tan solo cuatro parámetros, siendo éste el número mínimo de parámetros
para configuraciones genéricas, según se muestra en la siguiente figura:

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Unidad nº 5
5.1 Lenguajes y sistemas de programaciónde robots
En este capítulo empezaremos a considerarla interfaz entre el usuario
humano y un robot industrial. Es mediante esta interfaz que un
usuario puede aprovechartodos los algoritmos de mecánica y de
control subyacentes que hemos estudiado en capítulos anteriores. La
sofisticaciónde la interfaz de usuario se ha vuelto en extremo
importante a medida que los manipuladores y demás tipos de
automatizaciónprogramable se emplean en cada vez más aplicaciones
industriales demandantes. La naturaleza de la interfaz de usuario es
una cuestiónmuy importante; de hecho, la mayor parte del reto del

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diseño y uso de robots industriales prioriza este aspecto delproblema.
Los manipuladores robots se diferencian a sí mismos de la
automatizaciónfija al ser“flexibles”, lo cual significa que son
programables. No sólo sonprogramables los movimientos de los
manipuladores sino que, a través del uso de sensores ycomunicación
con otros tipos de automatizaciónde fábrica, los manipuladores
pueden adaptarse a las variaciones a medida que se desarrolle la tarea.
Al considerarla programaciónde manipuladores es importante
recordarque generalmente sonsólo una parte mínima de un proceso
automatizado. El término célula de trabajose utiliza para describir una
colecciónlocalde equipo, que puede incluir uno o más manipuladores,
sistemas de transportadores, alimentadores de piezas y dispositivos
fijos. En el siguiente nivel más alto, las células de trabajo pueden
interconectarseenredes distribuidas en toda la fábrica, de manera que
una computadora central pueda controlar todo el flujo. Porende la
programaciónde manipuladores se considera comúnmente dentro del
problema más amplio de programar una variedad de máquinas
interconectadas enuna célula de trabajo de fábrica automatizada. A
diferencia de los 11 capítulos anteriores, elmaterial de este capítulo (y
del siguiente)es de una naturaleza que cambia constantemente;por lo
tanto, es difícil presentarlo de forma detallada. Trataremos de resaltar
los conceptos fundamentales subyacentes y dejaremos al lectorla tarea
de buscar los ejemplos más recientes
5.1.2 LOS TRES NIVELES DE PROGRAMACIÓN DE ROBOTS A
través del tiempo se han desarrollado muchos estilos de interfaz de
usuario para programar robots. Antes de la rápida proliferación de
microcomputadoras en la industria, los controladores de robots se
asemejabana los secuenciadoressimples utilizados a menudo para
controlarla automatizaciónfija. Los métodos modernos se enfocanen
la programaciónde computadoras, y las cuestiones relacionadasconla
programaciónde robots incluyen todo lo referente a la programación
de computadoras en general;y más.
Enseñarmostrando Los primeros robots se programabanmediante un
método al que llamaremos enseñarmostrando, el cual implicaba
mover el robot a un punto de destino deseado y registrarsu posiciónen
una memoria que el secuenciadorleería durante la reproducción.

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Durante la fase de enseñanza, el usuario guiaba al robot ya sea en
forma manual o a través de la interaccióncon un dispositivo de
enseñanza. Los dispositivos de enseñanza son cajas de botones
portátiles que permiten el controlde cada articulacióndel
manipulador o de cada grado de libertad cartesiano. Algunos
controladores de este tipo permiten las pruebas y las ramificaciones,
por lo que pueden introducirse simples programas que involucren la
lógica. Algunos dispositivos de enseñanza tienen pantallas
alfanuméricas y se aproximan en complejidad a las terminales
portátiles. La figura 12.1 muestra a un operadorutilizando un
dispositivo de enseñanza para programar un robot industrial.
Lenguajes de programaciónde robots explícitos Con la llegada de
computadoras baratas y poderosas,la tendencia se ha orientado cada
vez más hacia la programaciónde robots mediante programas escritos
en lenguajes de programaciónde computadoras. Generalmente estos
lenguajes tienen característicasespecialesque se aplican a los
problemas de la programaciónde manipuladores y por ello se les llama
lenguajes de programaciónde robots(RPL). La mayoría de los
sistemas que vienen equipados con un lenguaje de este tipo han
retenido además una interfaz estilo dispositivo de enseñanza. Dado que
los lenguajes de programaciónde robots han tomado muchas formas,
los dividiremos en tres categorías:1. Lenguajes de manipulación
especializados. Se han creado desarrollando un lenguaje
completamente nuevo que, aunque se enfoca en áreas específicasde los
robots, podría considerarseun lenguaje generalde programaciónde
computadoras. Un ejemplo es el lenguaje VAL desarrollado para
controlarlos robots industriales de Unimation, Inc. [1]. VAL se
desarrolló específicamente como un lenguaje de control de
manipuladores pues como lenguaje generalde computadoras era
bastante débil. Por ejemplo, no soportaba números de punto flotante o
cadenas de caracteres, y las subrutinas no podían pasarargumentos.
V-II, una versión más reciente, ya contaba con estas características [2].
V+, la encarnaciónactualde este lenguaje, incluye muchas
característicasnuevas [13]. Otro ejemplo de un lenguaje de
manipulación especializadoes AL, desarrollado enla Universidad de

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Stanford [3]. Aunque el lenguaje AL es ahora una reliquia, de todas
formas proporciona buenos ejemplos de algunas característicasque
todavía no se encuentran en la mayoría de los lenguajes modernos
(control de fuerza, paralelismo). Además, como fue construido en un
entorno académico, hayreferencias disponibles para describirlo [3].
Por estas razones seguimoshaciendo referencia a este lenguaje. 2.
Biblioteca de robótica para un lenguaje de computaciónexistente.
Estos lenguajes se han desarrollado a partir de un lenguaje popular de
computación(por ejemplo, Pascal)alque se le agrega una biblioteca de
subrutinas específicaspara robots. El usuario escribe un programa en
Pascalhaciendo uso de llamadas frecuentes al paquete de subrutinas
predefinido para las necesidadesespecíficas delrobot. Un ejemplo es
AR-BASIC de American Cimflex [4], que esencialmente es una
biblioteca de subrutinas para una implementación estándarde BASIC.
JARS, desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la
NASA, es un ejemplo de dicho lenguaje de programaciónde robots
basado en Pascal[5]. 3. Biblioteca de robótica para un nuevo lenguaje
de propósito general. Estos lenguajesde programaciónde robots se
han desarrollado creando primero un nuevo lenguaje de propósito
generalcomo base de programacióny después suministrando una
biblioteca de subrutinas predefinidas, específicas para robots.
Ejemplos de estos lenguajesde programaciónson RAPID, desarrollado
por ABB Robotics [6]; AML, desarrollado porIBM [7], y KAREL,
desarrollado por GMF Robotics [8]. Los estudios de programas de
aplicaciónreales para células de trabajo robóticas han demostrado que
un gran porcentaje de las instrucciones del lenguaje no son específicas
para los robots [7], sino que la mayor parte de la programaciónde
robots tiene que ver con la inicialización, prueba lógica y ramificación,
comunicación, etcétera.Por esta razón, podría desarrollarse una
tendencia a alejarse del desarrollo de lenguajes especialespara la
programaciónde robots y moverse hacia el desarrollo de extensiones
para lenguajes generales, como enlas categorías2 y 3 antes
mencionadas.
Lenguajes de programacióna nivel de tarea El tercernivel de la
metodología de programaciónde robots está relacionado conlos
lenguajes de programacióna nivel de tarea. Estos lenguajes permiten
al usuario ordenar directamente las submetas deseadas de la tarea, en

ROBOTICA
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vez de especificarlos detalles de cada acciónque el robot va a llevar a
cabo. En dicho sistema el usuario puede incluir instrucciones en el
programa de aplicación, conun nivel considerablemente más alto que
en un lenguaje de programaciónde robots explícito. Un sistema de
programaciónde robots a nivel de tarea debe tener la habilidad de
realizar muchas tareas de planeaciónautomáticamente. Porejemplo, si
se emite una instrucción para “sujetarel perno”, el sistema debe
planear una ruta que evite que el manipulador colisione concualquier
obstáculo circundante, elija automáticamente una buena posiciónde
sujeciónen el perno y sujete el perno. En contraste, enun lenguaje de
programaciónde robots explícito el programadordebe hacer todas
estas elecciones. Hayuna buena distinción entre los lenguajes explícitos
de programaciónde robots y los lenguajes de programacióna nivel de
tarea. Se estánhaciendo avances enlos lenguajes explícitos de
programaciónde robots para facilitar la programación, pero estas
mejoras no pueden considerarse como componentesde un sistema de
programacióna nivel de tarea. Aún no existe la verdadera
programaciónde manipuladores a nivel de tarea, pero desde hace
tiempo es un tema de investigación[9,10]que continúa vigente.

ROBOTICA
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Trabajos Practicos
1.- Sensores
2.- Servomotores
3.- Enconder
4.- Tipos de robots

Unidad 1

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