1 Automatización Industrial (AIS7201)Prof. Christian Nievas Grondona.

2 Sesión 7: Robótica Industrial.

3 Contenidos. Historia, orígenes y concepto de robot. Tipos de Robots.Introducción a la Mécánica de Robots Industriales. Aplicaciones Industriales.

4 Historia, orígenes y concepto.Definición: “Un manipulador reprogramable y multifuncional diseñado para trasladar materiales, piezas, herramientas o aparatos específicos a través de una serie de movimientos programados para llevar a cabo una variedad de tareas” Robot Institute of America (1979).

5 Historia, orígenes y concepto.Conceptos históricos: Revolución industrial (siglo XVIII). Desarrollo tecnológico. Procesos automatizados. Creación de nuevos dispositivos. Mecanismos de relojería para producir música que podía variar, Concertista de tímpano (1784). Máquina de producción de tornillos y tuercas, de C. Spencer (1801). Primer brazo mecánico articulado para ser utilizado en aplicaciones de pintura, por Pollard (1938).

6 Historia, orígenes y concepto.Conceptos históricos: Aparición de los primeros Robots. Primer manipulador eléctrico servocontrolado, por Goetz (1947). Primera máquina de control numérico, que se programa por un “lenguaje” simbólico (1952) Software. El primer Robot: manipulador con memoria legíble y escribible, desarrollado por Devol (1954)  UNIMATION. Decadas de los 60 y 70 la Robótica se introduce en las Universidades  MIT, CALTECH, Carnigie Mellon, Stanford.

7 Historia, orígenes y concepto.Shakey (Stanford) Walking Truck (GE)

8 Historia, orígenes y concepto.Brazo de 6 grados de libertad (Stanford) Brazo robótico (Devol)

9 Historia, orígenes y concepto.Conceptos históricos: Investigación espacial. Proyectos Viking para estudios del planeta Marte ( ). Remote Compliance Center (RCC), utilizada para tareas de ensamblado. Robótica industrial. Robot comercial más difundido, PUMA de UNIMATION (1978). Avanza el desarrollo de la robótica industrial, en las décadas de los 80 y 90, siguiendo distinto rumbos.

10 Historia, orígenes y concepto.Niveles de complejidad. Teleoperación. Manipulación a distancia (brazos). Telepresencia. Retroalimantación de variables importantes (cámaras, sensores). Autonomía. Toma de decisiones propias a partir de la realimentación y lo programado.

11 Tipos de Robots. Se pueden clasificar de los siguientes formas:Clasificación por geometría. Clasificación por método de control. Clasificación por la función.

12 Tipos de Robots. Clasificación por geometría: Cilíndricos:Cada Eje es de revolución total y está encajado en el anterior.

13 Tipos de Robots. Clasificación por geometría: Esféricos:Hay ejes de rotación que hacen pivotear una pieza sobre la otra.

14 Tipos de Robots. Clasificación por geometría: Paralelógramo:La articulación tiene una doble barra de sujeción.

15 Tipos de Robots. Clasificación por geometría: Mixtos:Poseen varios tipos de articulación, como los SCARA.

16 Tipos de Robots. Clasificación por geometría: Cartesiano:Las articulaciones hacen desplazar linealmente una pieza sobre otra.

17 Tipos de Robots. Clasificación por método de control:No servo-controlado: Sus articulaciones tiene un número fijo (normalmente 2) de posiciones con topes y sólo se desplazan para fijarse en ellas. Suelen ser neumáticos, bastante rápidos y precisos. Servo-controlado: Cada articulación lleva un sensor de posición (lineal o angular) que es leído y enviado al sistema de control. Se pueden para en cualquier punto deseado. Mayor rango de uso.

18 Tipos de Robots. Clasificación por método de control:Servo-controlado punto a punto: Para controlarlos sólo se les indica los puntos iniciales y finales de la trayectoria; el sistema de control calcula el resto siguiendo algoritmos. Pueden memorizar posiciones.

19 Tipos de Robots. Clasificación por la función: De producción:Usado para la manufactura de bienes. Pueden a su vez ser de manipulación, fabricación, ensamblado y de testeo. De exploración: Usados para obtener datos acerca de ambientes desconocidos o peligrosos. Pueden ser de exploración terrestre, minera, oceánica, espacial.

20 Tipos de Robots. Clasificación por la función: De Rehabilitación:Para ayudar a discapacitados. Pueden ser una prolongación de anatomía, o sustitución de la función de un órgano dañado.

21 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Manipulador: Secuencia de cuerpos rígidos (Link) que se conectan mediante articulaciones (Joint). Todo esto se denomina una Cadena Cinemática. Cadena Cinemática Abierta Enlace Articulación

22 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Grado de libertad: Es cada una de las coordenadas independientes necesarias para describir el estado de un sistema mecánico. En cadenas cinemáticas abiertas, normalmente cada enlace-articulación tiene un sólo grado de libertad. Diferentes grados de libertad

23 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Articulación: Puede ser rotacional, traslacional o una mezcla de ellos. Tipos de articulaciones

24 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Articulación: Tipos de articulaciones

25 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Articulación: Tipos de articulaciones

26 Componentes Mecánicos.Definición de componentes: Articulación: Tipos de articulaciones

27 Mecánica de robots. Se tratará la mecánica como conceptos físicos y matemáticos (Newton). Interés de la mecánica: Conocer la posición del punto terminal (u otro punto). Conocer el movimiento que ejecutarán los actuadores. El análisis mecánico puede hacerse atendiendo sus movimientos y las fuerzas que actúan.

28 Mecánica de robots. Estudio Cinemático.Es el estudio de los movimientos (posición y velocidad). Análisis de coordenadas propias del robot hasta las coordenadas cartesianas de posición y orientación del punto terminal (Cinemática Directa). Análisis de coordenadas cartesianas hasta las coordenadas propias del robot (Cinemática Inversa).

29 Mecánica de robots. Estudio Dinámico.Análisis de fuerzas y momentos que ejerce la carga transportada, o el sistema robótico en si. Estudio de leyes de la física mecánica de Newton.

30 Mecánica de robots. Sistemas de coordenadas.Posición de un punto en el espacio está asociado a 3 magnitudes, llamados coordenadas. Estas coordenadas (x,y,z), están expresadas en un sistema de referencia, formado por 3 ejes rectilíneos, ortogonales, normalizados y dextrógiros. Normalizado Ortogonalidad Dextrógiro

31 Simulación. Matlab’s Robotics Toolbox.Toolbox de Matlab para simular estudios cinemáticos y dinámicos de los brazos robóticos. Esencial para determinar cargas máximas, distancias de estaciones de trabajo y disposición óptima de una celda robótica. Se puede trabajar con brazos robóticos predefinidos, tanto como diseñar nuevos brazos y ponerlos a prueba.

32 Simulación. Matlab’s Robotics Toolbox. Estudio Cinemático.Estudio del desplazamiento, velocidad angular y aceleración de los actuadores rotacionales del brazo robótico.

33 Simulación. Matlab’s Robotics Toolbox. Estudio Espacial.Estudio de los movimientos, giros y espacios de alcance de los brazos robóticos (para simulación de celdas de trabajo).

34 Simulación. Matlab’s Robotics Toolbox. Estudio Dinámico.Estudio de los torques para cada actuador, como varían estos dependiendo las los movimientos, y de los ángulos. Para determinar las verdaderas fuerzas que se ejercen con cada carga.

35 Aplicaciones en la industriaIntroducción. Los robots son introducidos en la industria para solventar las siguientes características: Reemplazo de tareas repetitivas que realizan operadores. Aumento de eficiencia. Disminución de accidentes. Integración al sistema de control. Trabajo “heavy duty”. Integración a otros protocolos de Ingeniería (CAD).

36 Aplicaciones en la industria¿Por que utilizarlos? Relación de cantidad de procesos robotizados frente a la cantidad de paradas en un proceso.

37 Aplicaciones en la industria¿Por que utilizarlos? Industria basada en robótica en países industrializados. (1996)

38 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Se debe definir el lay-out de la célula robótica en el proceso. Elementos activos (robots, máquinas CNC, etc.) Elementos pasivos (mesas, alimentadores, utillajes, etc.) Definición y selección de la arquitectura de control. Definir el tipo estructural de robot a implementar dependiendo del proceso.

39 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Ejemplo de lay-out de una célula flexible robotizada para la fabricación de calzado

40 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Disposición del robot en la célula de trabajo. Robot en el centro de la célula Máximo aprovechamiento del campo de acción. Robots articulares, SCARA, polares y cilíndricos Aplicaciones: carga/descarga, soldadura, paletización, ensamblado. Robot en línea Trabajo sobre líneas de transporte Transporte intermitente o continuo Aplicaciones: líneas de soldadura de automóviles

41 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Disposición del robot en la célula de trabajo. Robot en centro Robot en fila

42 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Disposición del robot en la célula de trabajo. Robot móvil Desplazamiento lineal del robot sobre una vía Aplicaciones: trabajo sobre piezas móviles, elevado campo de acción, carga/descarga de varias máquinas Robot suspendido Intrínseca de robots tipo pórtico. También en articulares Mejor aprovechamiento del área de trabajo Aplicaciones: proyección de material, aplicación de adhesivos, corte, soldadura al arco

43 Aplicaciones en la industriaCriterios de Implantación. Disposición del robot en la célula de trabajo. Robot móvil Robot suspendido

44 Aplicaciones en la industriaCausas y tipos de accidentes. Causas de accidentes Colisión/Aplastamiento entre robots y hombre. Proyección de una pieza o material transportada por el robot. Tipos de accidentes Un mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware, potencia). Acceso indebido de personal a la zona de trabajo del robot. Rotura de partes mecánicas por corrosión o fatiga. Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas). Medio ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de agua, oxicorte, plasma, etc.).

45 Aplicaciones en la industriaSeguridad. Estandar de seguridad y salud ocupacional internacional. (OSHA) Sección 4, capítulo 4: INDUSTRIAL ROBOTS AND ROBOT SYSTEM SAFETY Types and Classification of Robots Hazards Investigation Guidelines Control and Safeguarding Personnel Referencia: (Occupational Safety & Health Administration )

46 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Principal fabricante mundial de robots industriales y sistemas de automatización para sectores que abarcan industrias tan diferentes como las del automóvil, metales, alimentos y plásticos. Actualmente, la gama de robots KUKA de 4 y 6 articulaciones ofrece cargas útiles de 3 kg a 570 kg y un alcance de 350 mm a 3700 mm e incluye robots SCARA, paletizadores, pórtico y articulados, todo controlado desde una plataforma de control común basada en PC.

47 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Tipos de robots: Pequeños robots KR 5 sixx R650 Robot de 6 ejes, con un alcance de 650 mm. Este robot compacto combina ciclos altos de trabajo y exactitudes con la probada unidad de control KUKA basada en técnica del PC, de fácil manejo.

48 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Tipos de robots: Carga ligera (5 kg a 16 kg) KR 5 arc Con su carga de 5 kg, es ideal para las tareas de soldadura al arco estándar. Independientemente de si está montado sobre el suelo o en el techo, el KR 5 arc realiza sus tareas siempre de manera fiable.

49 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Tipos de robots: Carga mediana (30 kg a 60 kg) KR 30-3 El KR resulta ideal para aquellos conceptos de instalación en los que se busca un ahorro de espacio y de costes.

50 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Tipos de robots: Carga pesada (80 kg a 270 kg) KR PA El nuevo robot de paletizado de KUKA alcanza en las europaletas alturas de apilamiento netas de hasta 3 m. Gracias al uso de los más nuevos materiales (material compuesto de fibra de carbono CFK), este producto resulta extremadamente ligero y a la vez muy rígido.

51 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. KUKA Roboter GmbH. Tipos de robots: Carga muy pesada (360 kg a 1000 kg) KR 1000 L750 titan Cuando se trata de salvar con rapidez distancias de hasta 7,5 m y manipular con precisión por ejemplo bloques de motor, piedras, piezas de vidrio, vigas de acero, piezas navales y aeronáuticas, bloques de mármol o prefabricados de hormigón, entre otros muchos, el KR 1000 L750 titan es la elección correcta.

52 Aplicaciones en la industriaFabricantes de sistemas robóticos. Otros fabricantes: ABB. Bosch. Mitsubishi. Fanuc.

53 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Sistema de soldadura y cortado por plasma.

54 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Línea de montaje en industria de Automóviles.

55 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Embalaje de productos.

56 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Pintura de productos (automóviles).

57 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Centro de cirugía robótica (Clínica Indisa)

58 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Sistemas de Almacenaje/Logística (AS-RS)

59 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Autostadt (Alemania) fábrica de Volkswagen en Woflsburg.

60 Aplicaciones en la industriaEjemplos de Aplicaciones. Robocoaster: ¿Entretención?

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