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UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DEL PERÚ
Facultad de Ingeniería Electrónica

Robótica Industrial

M.Sc. Walter Castellanos Pantoja

Lima, Diciembre
2008
Objetivos del curso
 Acercar al estudiante a las tecnologías y
componentes básicos empleados en la robótica
Industrial.
 Desarrollar los conocimientos básicos para
comprender el diseño de los robots basados en
nuevas tecnologías en el terreno industrial.

2
Objetivos específicos
 Conocer conceptos de robótica
 Poner en práctica los conocimientos adquiridos
durante los estudios, aplicándolos a los
procesos productivos.
 Establecer una relación más estrecha con la
robótica, mediante el desarrollo de proyectos de
investigación,
trabajos
académicamente
dirigidos, seguimiento de asignaturas de libre
configuración, etc.
3
Programa analítico...
1. Introducción. Definición. Partes de un robot.
Ventajas. Estadísticas
2. Historia. Introducción. Antecedentes. Robots. El
primer robot industrial. Evolución
3. Manipuladores industriales. Conceptos
Cinemática. Estudio de un mecanismo simple.
(articulación prismática, de rotación, planar,
cilíndrica, esférica). Estudio de un manipulador.
Mecanismo articulado Grados de libertad
Estructura estándar (cartesiano, cilíndrico,
esférico, articulado, SCARA, paralelo)
4
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4. PRIMERA PRÁCTICA CALIFICADA
5. Actuadores y transmisiones. Referencia y ejes de
coordenadas. Cinemática directa. Espacio de
trabajo. Cinemática inversa.
6. Robot móvil. Definición. . Cinemática. Homonimia.
Estructura estándar (robot con ruedas, oruga, con
patas, híbrido)
7. Sensores en robótica industrial. Sensores de
posición ( Desplazamiento, contacto, proximidad,
alcance)
8. SEGUNDA PRÁCTICA CALIFICADA

5
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9. Sensores de fuerza y par
10. EXAMEN PARCIAL
11. Programación de robots. Programación en línea
Programación explícita. Modelaje geométrico.
Planificación de trayectorias. Programación
sensorial
12. Aplicaciones en robótica industrial. Manipulación
Soldadura. Materiales. Mecanización. Montajes
Otros procesos. Medición, inspección, verificación.
Formación enseñanza, investigación
13. TERCERA PRÁCTICA CALIFICADA

6
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14. Visión por computador. Adquisición de imágenes
Procesamiento de imágenes. Aplicaciones
15. CUARTA PRÁCTICA CALIFICADA
16. Seguridad en robótica industrial. Seguridad y
robótica. Medidas de seguridad. Dispositivos de
seguridad en zona de trabajo
17. QUINTA PRÁCTICA CALIFICADA
18. Normas en robótica industrial
19. EXAMEN FINAL
20. EXAMEN SUSTITUTORIO

7
Forma de evaluación
 Examen parcial (peso 1)
 Promedio de prácticas (peso 1)
 Examen final (peso 2)

8
Bibliografía recomendada
 Robótica Industrial. Fundamentos y aplicaciones. A.
Rentería, M. Rivas, McGraw-Hill 2000.
 Fundamentos de Robótica, A. Barrientos, L. F. Peñín, C.
Balaguer, R. Aracil, McGraw-Hill, 1997.
 Instrumentación Industrial, 7ª ed., A. Creus, Alfaomega /
Marcombo, 2006.
 Instrumentación y Control industrial, 2ª ed., W. Bolton,
Paraninfo, 1999
 Mecatrónica, 2ª ed., W. Bolton, Alfaomega 2001

9
Capítulo I
Introducción

10
Conceptos básicos

 Robot. “Un robot industrial es una máquina programable de
propósito genérico que posee ciertas características
antropomórficas” (Mikell Groover)
 Robot. “Un robot es un manipulador reprogramable y multifuncional,
diseñado para mover material, partes, herramientas o aparatos
especiales mediante una serie de movimientos programados para el
desarrollo de tareas específicas”
Conceptos básicos

 Robótica. Ciencia o rama de la tecnología, que estudia el
diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar
tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso
de inteligencia.
Conceptos básicos

Carel Capek 1890-1938
“Rossum’s Universal Robot” (1921)

Isaac Asimov 1920-1992
“I robot, The Bicentennial Men”
13
Reglas fundamentales de Asimov
 Ningún robot puede hacer daño a un ser
humano, o permitir que se le haga daño por no
actuar.
 Un robot debe obedecer las órdenes dadas por
un ser humano, excepto si éstas órdenes entran
en conflicto con la primera ley.
 Un robot debe proteger su propia existencia en
la medida en que está protección no sea
incompatible con las leyes anteriores.

14
Conceptos básicos
 Robot Industrial.
Manipulador multifuncional reprograble con varios grados
de libertad, capaz de manipular materias, piezas,
herramientas.
El robot industrial posee ciertas
características antropomórficas, la más común es de un
brazo mecánico.
Conceptos básicos
Conceptos básicos
 Efector. Dispositivo que produce determinados efectos en
el entorno, bajo el control del robot.
Se utilizan principalmente de dos maneras:
* Modificar la ubicación del robot respecto de su ambiente.
* Desplazar otros objetos del entorno (Manipulación).

 Manipulador. Son sistemas mecánicos multifunciónales,
con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el
movimiento de sus elementos.
Conceptos básicos
 Grados de libertad. Equivale a decir número y tipo de
movimientos del manipulador
 Es el número de puntos de movimiento mecánico
independiente que posee un robot:
 Rotación y/o pivote
 Desplazamiento
 Cuanto más grados de libertad posea, entonces podrá
lograr movimientos más complejos.
Componentes de un robot
El componente principal lo constituye el
manipulador, el cual consta de varias articulaciones
y sus elementos.
Componentes del robot
Las partes que conforman el manipulador reciben los
nombres de:
cuerpo, brazo, muñeca y efector final (Gripper).
Componentes del robot

21
Aplicaciones en manufactura

Sistemas automáticos
rígidos

Volumen
(tamaño de
lotes de
producción)

Línea
Línea
dedicada
dedicada

Línea
Línea
flexible
flexible

Pro
duc
tivid
Fle
xibi
ad Aplicaciones
lida
Con robot
d

FMS
FMS
Célula de
Célula de

Fabricación Centro de
Fabricación Centro de
mecanizado Máquina
mecanizado Máquina
universal
universal
NC/CNC
NC/CNC
Variedad
(Número de artículos
por sistema)
22
Ventajas
 Mejoras en la producción
 Inmunidad al ambiente de trabajo
 Mayor flexibilidad

23
Costos de producción

24
Clasificación…
 1ª Generación :


Repite la tarea programada secuencialmente. No
toma en cuenta las posibles alteraciones de su
entorno.

 2ª Generación :


Adquiere información limitada de su entorno y actúa
en consecuencia. Puede localizar, clasificar (visión) y
detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en
consecuencia.

 3ª Generación :


Su programación se realiza mediante el empleo de
un lenguaje natural. Posee capacidad para la
planificación automática de tareas (Inteligencia).

25
Clasificación…
 Clasificación de Knasel

26
…Clasificación
 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
conocimientos sobre su entorno.
 Tipo D : Robot capaz de adquirir datos de su
entorno, readaptando su tarea en función de
éstos.

27
Estadísticas

28
Estadísticas

29
Principales fabricantes de robots

30
Aplicaciones
 Aplicaciones en manufactura
 Robots de servicio
 Exploración y trabajo en el espacio y submarino
 Robots humanoide
 Robot para aplicaciones en medicina
 Robot para agricultura

31
Criterios de evaluación
 Costo de mano de obra
 Costo del sistema de robots
 Costo de instalación
 Costo del diseño de a automatización
 Costos de operación del robot
 Costo del cambio de actividad
 Paradas y ajustes de producción

32
Historia...

A modern reconstruction of the Chinese Wood Cow tha was designed and built
since Vth century B.C. (from Ancient Chinese Machines Foundation at National Cheng
Kung University in Tainan).

33
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An Arabic design of an automaton by Al-Jazari in XIIth century

34
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The writer automata by Jaquet-Droz in 1760:
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35
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XVIIth century: a) a modern reconstruction; b) an original design scheme.

36
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El pato de Jacques de Vaucanson (1709-1782)

37
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Walking robots: a) Honda robot built in 1993; b) Waseda robot version
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Robótica Industrial UP

  • 1. UNIVERSIDAD TECNÓLOGICA DEL PERÚ Facultad de Ingeniería Electrónica Robótica Industrial M.Sc. Walter Castellanos Pantoja Lima, Diciembre 2008
  • 2. Objetivos del curso  Acercar al estudiante a las tecnologías y componentes básicos empleados en la robótica Industrial.  Desarrollar los conocimientos básicos para comprender el diseño de los robots basados en nuevas tecnologías en el terreno industrial. 2
  • 3. Objetivos específicos  Conocer conceptos de robótica  Poner en práctica los conocimientos adquiridos durante los estudios, aplicándolos a los procesos productivos.  Establecer una relación más estrecha con la robótica, mediante el desarrollo de proyectos de investigación, trabajos académicamente dirigidos, seguimiento de asignaturas de libre configuración, etc. 3
  • 4. Programa analítico... 1. Introducción. Definición. Partes de un robot. Ventajas. Estadísticas 2. Historia. Introducción. Antecedentes. Robots. El primer robot industrial. Evolución 3. Manipuladores industriales. Conceptos Cinemática. Estudio de un mecanismo simple. (articulación prismática, de rotación, planar, cilíndrica, esférica). Estudio de un manipulador. Mecanismo articulado Grados de libertad Estructura estándar (cartesiano, cilíndrico, esférico, articulado, SCARA, paralelo) 4
  • 5. Programa analítico... 4. PRIMERA PRÁCTICA CALIFICADA 5. Actuadores y transmisiones. Referencia y ejes de coordenadas. Cinemática directa. Espacio de trabajo. Cinemática inversa. 6. Robot móvil. Definición. . Cinemática. Homonimia. Estructura estándar (robot con ruedas, oruga, con patas, híbrido) 7. Sensores en robótica industrial. Sensores de posición ( Desplazamiento, contacto, proximidad, alcance) 8. SEGUNDA PRÁCTICA CALIFICADA 5
  • 6. Programa analítico... 9. Sensores de fuerza y par 10. EXAMEN PARCIAL 11. Programación de robots. Programación en línea Programación explícita. Modelaje geométrico. Planificación de trayectorias. Programación sensorial 12. Aplicaciones en robótica industrial. Manipulación Soldadura. Materiales. Mecanización. Montajes Otros procesos. Medición, inspección, verificación. Formación enseñanza, investigación 13. TERCERA PRÁCTICA CALIFICADA 6
  • 7. Programa analítico... 14. Visión por computador. Adquisición de imágenes Procesamiento de imágenes. Aplicaciones 15. CUARTA PRÁCTICA CALIFICADA 16. Seguridad en robótica industrial. Seguridad y robótica. Medidas de seguridad. Dispositivos de seguridad en zona de trabajo 17. QUINTA PRÁCTICA CALIFICADA 18. Normas en robótica industrial 19. EXAMEN FINAL 20. EXAMEN SUSTITUTORIO 7
  • 8. Forma de evaluación  Examen parcial (peso 1)  Promedio de prácticas (peso 1)  Examen final (peso 2) 8
  • 9. Bibliografía recomendada  Robótica Industrial. Fundamentos y aplicaciones. A. Rentería, M. Rivas, McGraw-Hill 2000.  Fundamentos de Robótica, A. Barrientos, L. F. Peñín, C. Balaguer, R. Aracil, McGraw-Hill, 1997.  Instrumentación Industrial, 7ª ed., A. Creus, Alfaomega / Marcombo, 2006.  Instrumentación y Control industrial, 2ª ed., W. Bolton, Paraninfo, 1999  Mecatrónica, 2ª ed., W. Bolton, Alfaomega 2001 9
  • 11. Conceptos básicos  Robot. “Un robot industrial es una máquina programable de propósito genérico que posee ciertas características antropomórficas” (Mikell Groover)  Robot. “Un robot es un manipulador reprogramable y multifuncional, diseñado para mover material, partes, herramientas o aparatos especiales mediante una serie de movimientos programados para el desarrollo de tareas específicas”
  • 12. Conceptos básicos  Robótica. Ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia.
  • 13. Conceptos básicos Carel Capek 1890-1938 “Rossum’s Universal Robot” (1921) Isaac Asimov 1920-1992 “I robot, The Bicentennial Men” 13
  • 14. Reglas fundamentales de Asimov  Ningún robot puede hacer daño a un ser humano, o permitir que se le haga daño por no actuar.  Un robot debe obedecer las órdenes dadas por un ser humano, excepto si éstas órdenes entran en conflicto con la primera ley.  Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que está protección no sea incompatible con las leyes anteriores. 14
  • 15. Conceptos básicos  Robot Industrial. Manipulador multifuncional reprograble con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas. El robot industrial posee ciertas características antropomórficas, la más común es de un brazo mecánico.
  • 17. Conceptos básicos  Efector. Dispositivo que produce determinados efectos en el entorno, bajo el control del robot. Se utilizan principalmente de dos maneras: * Modificar la ubicación del robot respecto de su ambiente. * Desplazar otros objetos del entorno (Manipulación).  Manipulador. Son sistemas mecánicos multifunciónales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos.
  • 18. Conceptos básicos  Grados de libertad. Equivale a decir número y tipo de movimientos del manipulador  Es el número de puntos de movimiento mecánico independiente que posee un robot:  Rotación y/o pivote  Desplazamiento  Cuanto más grados de libertad posea, entonces podrá lograr movimientos más complejos.
  • 19. Componentes de un robot El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos.
  • 20. Componentes del robot Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y efector final (Gripper).
  • 22. Aplicaciones en manufactura Sistemas automáticos rígidos Volumen (tamaño de lotes de producción) Línea Línea dedicada dedicada Línea Línea flexible flexible Pro duc tivid Fle xibi ad Aplicaciones lida Con robot d FMS FMS Célula de Célula de Fabricación Centro de Fabricación Centro de mecanizado Máquina mecanizado Máquina universal universal NC/CNC NC/CNC Variedad (Número de artículos por sistema) 22
  • 23. Ventajas  Mejoras en la producción  Inmunidad al ambiente de trabajo  Mayor flexibilidad 23
  • 25. Clasificación…  1ª Generación :  Repite la tarea programada secuencialmente. No toma en cuenta las posibles alteraciones de su entorno.  2ª Generación :  Adquiere información limitada de su entorno y actúa en consecuencia. Puede localizar, clasificar (visión) y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en consecuencia.  3ª Generación :  Su programación se realiza mediante el empleo de un lenguaje natural. Posee capacidad para la planificación automática de tareas (Inteligencia). 25
  • 27. …Clasificación  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 conocimientos sobre su entorno.  Tipo D : Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de éstos. 27
  • 31. Aplicaciones  Aplicaciones en manufactura  Robots de servicio  Exploración y trabajo en el espacio y submarino  Robots humanoide  Robot para aplicaciones en medicina  Robot para agricultura 31
  • 32. Criterios de evaluación  Costo de mano de obra  Costo del sistema de robots  Costo de instalación  Costo del diseño de a automatización  Costos de operación del robot  Costo del cambio de actividad  Paradas y ajustes de producción 32
  • 33. Historia... A modern reconstruction of the Chinese Wood Cow tha was designed and built since Vth century B.C. (from Ancient Chinese Machines Foundation at National Cheng Kung University in Tainan). 33
  • 34. Historia... An Arabic design of an automaton by Al-Jazari in XIIth century 34
  • 35. Historia... a) b) The writer automata by Jaquet-Droz in 1760: a) the robot shape; b) the mechanisms 35
  • 36. Historia... a) b) The Japanese tea maidservant automaton whose design was developed in the XVIIth century: a) a modern reconstruction; b) an original design scheme. 36
  • 37. Historia... El pato de Jacques de Vaucanson (1709-1782) 37
  • 38. Historia... Walking robots: a) Honda robot built in 1993; b) Waseda robot version of 1997; c) EP-WAR built in 1996. (Photos are taken from web pages 38