Robotica industrial its zapopan

M. en C. Teth Azrael Cortés AguilarDepartamento de Ingeniería ElectrónicaInstituto Tecnológico Superior de Zapopan

Robótica industrial

Mayo 2015

Inicios de la Robótica Industrial en la manufactura

Dull (Aburridas)Dirty (Sucias)Dangerous (Peligrosas)

Hot (Calientes)Heavy (Pesadas)Hazardous (Riesgosas)

1960 Se introducen los primeros Robot Industriales.1974 Primer Robot Controlado por computadora.

Se utilizaron por primera vez en operaciones de riesgo para el manejo de materiales tóxicos o radiactivos, así como carga y descarga de piezas de trabajo calientes de hornos en fundidoras.

Mecánicamente, un robot esta formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior, se denomina grado de libertad.

El robot tiende a tener una geometría fija, y limitada. El espacio de trabajo es el límite de posiciones en el espacio (volumen) que el robot puede alcanzar.

El Punto de Centro de herramienta (TCP) es el punto donde se localiza la herramienta o efector final del robot.

Si la herramienta se sostiene a una posición fija, la orientación determina en qué dirección puede apuntarse.

Definiciones básicas

Componentes Básicos de un Robot Industrial

Manipulador Efector final

Fuente de potencia

Sistema de Control

Manipulador Conocido como brazo y muñeca, el manipulador es una unidad mecánica que proporciona movimientos o trayectorias .

El extremo de la muñeca puede alcanzar un punto en el espacio que tiene un conjunto específico de coordenadas y en una orientación especifica.

La mayoría de los Robot tienen 6 articulaciones giratorias. También existen con siete grados de libertad o robot redundantes para aplicaciones especiales.

Efector Final El extremo de la muñeca en un robot está equipado con un efector final, que también se conoce como herramienta de extremo del brazo. Se fabrican a medida para satisfacer requisitos específicos de manejo.

• Grippers (sujetadores, ganchos, paletas, electroimanes, copas de vacío, dedos adhesivos, etc.)

• Pistolas de rocío de pintura• Accesorios para soldadura

por puntos o arco y corte por arco.

• Herramientas (Taladros, Llaves, etc.)

• Instrumentos de medición.

Tipos de Grippers Industriales

Fuente de potencia

Cada movimiento del manipulador (Lineal o rotacional) se controla y regula mediante actuadores independientes que utilizan una fuente de potencia eléctrica, neumática o hidráulica. Cada fuente de energía y cada tipo de motor tiene sus propias características, ventajas y limitaciones.

Sistema de Control

El sistema de control es el encargado de las comunicaciones y el procesamiento de información que proporciona comandos para los movimiento del robot. Almacena datos para iniciar y terminar movimientos del manipulador, sirve como interfaz con las computadoras y otro equipos, como celdas de manufactura y sistemas de ensambles. Los Robots industriales son punto apunto o de trayectoria continua, la precisión y la repetibilidad varía de la carga útil y la posición dentro del envolvente de trabajo.

Evaluación

1. ¿Para que aplicaciones de desarrollaron los primeros robots industriales?

b) Para sustituir al ser humano en operaciones peligrosas

c) Para sustituir al ser humano en operaciones monótonas

a) Para elevar la rapidez en la manufactura de productos

2. ¿Se refiere a cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación de un robot con respecto a la anterior?

3. ¿Cómo se denomina el lugar donde se localiza la herramienta o efector final del robot?

4. ¿Cómo se denomina el límite de posiciones en el espacio (volumen) que el robot puede alcanzar?

a) Punto de Centro de Herramienta b) Área de trabajo c) Grados de libertad

5. ¿Cuáles con los componente básicos de un Robot industrial?



a) Manipulador Efector final Fuente de potencia Sistema de control

b) Base Hombro Codo Brazo

c) Motor Grippers Herramienta Computadora

Clasificación de los Robots Industriales

Robot Cartesiano

Los robots cartesianos suponen una herramienta fundamental para realizar la mayoría de las tareas de paletización, movimiento, manejo y clasificación de todo tipo de productos envasados en la salida de las líneas de producción. Son especialmente adecuados en tareas monótonas o donde se realicen trabajos físicamente pesados. Los robots cartesianos están formados por tres actuadores lineales X, Y, Z y un eje de rotación opcional R que hace posible la reorientación del producto.

Robot Cilíndrico

Usado para operaciones de traslado de materiales, ensamblaje, manipulación de máquinas herramientas, soldadura por punto, y manipulación en máquinas de fundición a presión. Es un robot cuyos ejes forman un sistema de coordenadas cilíndricas.

Robot esférico o polarEl área de trabajo esta configurada por una esfera hueca, sin embargo los robots no logran desplazare dentro de todo el volumen por limites de los actuadores.

Se utilizan en una amplia gama de operaciones de manipulación y fabricación. El útil para inspección, alzar piezas pesadas. Tiene la capacidad de trabajar en ambientes donde se usa metal fundido. Al ser de accionamiento hidráulico tiene un alto torque para transferir presión a una prensa de troquel o una prensa para forja de metal.

Robot Scara

SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) es un robot de tres o cuatro grados de libertad con posicionamiento horizontal. Los Robots SCARA se conocen por sus rápidos ciclos de trabajo, excelente repetibilidad, gran capacidad de carga y su amplio campo de aplicación. Es muy utilizado en todo tipo de aplicaciones industriales, especialmente en aquellas que se realiza básicamente en un plano.

Robot Angular o antropomórfico

Está constituido por dos componentes rectos que simulan el brazo o antebrazo humano, sobre una columna giratoria. Estos antebrazos están conectados mediante articulaciones que se asemejan al hombro y al codo. Incluyen aplicaciones como: soldadura, pintura, pulido, palletizado, empacado, carga, descarga y transferencia.

Robot Delta

Constan de tres o cuatro brazos unidos a un punto. Se usan para clasificación, separación, empaque y ensamble pequeños. Su principal ventaja es la rapidez y precisión. Se usan en líneas de producción donde varios robots en paralelo trabajan en conjunto, se pueden programar con diferentes tareas.

Los Robots se pueden sujetar de manera permanente al piso de la planta de manufactura, moverse a lo largo de rieles aéreos (gantry robot) o equiparse con ruedas para moverlos por el piso de la fabrica (robots móviles)

Movilidad en Robots Industriales

VIDEO


Evaluación

7. Robots industriales formado por tres actuadores lineales en los ejes (x,y,z) y un eje de rotación opcional para el efector final, se usa principalmente en operaciones de paletización.

a) Cartesiano b) Cilíndrico c) Polar d) Antropomórfico e) SCARA

9. Robot industrial utilizado principalmente en el traslado de materiales y esta formado por tres ejes en las coordenadas (r,θ,z).

8. Es un robot útil para levantar piezas pesadas y operar en entornos muy calientes. Cuenta con actuadores hidráulicos que pueden transferir presión a forjas de metal y prensas. Su área de trabajo describe una espera hueca.

6. Robot industrial de rápidos ciclos de trabajo y repetibilidad, así como gran capacidad de carga para operaciones que se realizan sobre un plano, posee tres o cuatro grados de libertad con posicionamiento horizontal.

10. Robot industrial constituido por dos componentes rectos que simulan el brazo o antebrazo humano, sobre una columna giratoria.





Control de Robots Industriales

Secuencia Fija

Reproductor de

movimientos

Control numérico Inteligente

El robot de secuencia fija o robot de selección y colocación, pick & place se programa para una secuencia especifica de operaciones. Sus movimientos son de punto a punto y el ciclo se repite de manera continua. Estos robots son simples y relativamente poco costosos.

Robot de secuencia fija

En un robot reproductor de movimientos, un operador conduce o hace que el efector final recorra la trayectoria deseada; El robot registra la trayectoria y la secuencia de movimientos y puede repetirlos de manera continua con ninguna otra acción o guía del operador. Algunos utilizan una terminal de control remoto para controlar y guiar al robot y sus herramientas a través del trabajo por realizar.

Robot reproductor de movimientos

Los robot controlados numéricamente existen de dos tipos punto a punto y trayectoria continua. Los se punto a punto tienen mayor capacidad de transporte de carga. El robot se controla mediante datos digitales y se puede cambiar su secuencia de movimientos con relativa facilidad.

Robot controlado numéricamente

El robot inteligente tiene la capacidad de efectuar algunas de las funciones y tareas realizadas por humanos. Está equipado con sensores de visión y de tacto para evaluar el ambiente inmediato y su proximidad a otros objetos por percepción y reconocimiento de patrones. Después toma decisiones apropiadas para el siguiente movimiento y procede. El sistema de control es mas complejo y requiere de mayor capacidad de computo.

Robots Inteligentes

Sistema visión artificial

Su capacidad de inspeccionar, identificar y guiar piezas. Estos sistemas de visión autónomos y de calidad industrial combinan una biblioteca de herramientas de visión avanzadas con adquisición y procesamiento de imágenes a alta velocidad.

Por ejemplo los equipos de la marca COGNEX tiene enlaces confiables con: ● PLC Mitsubishi, Rockwell, Siemens o cualquier otra marca. ● ROBOTS ABB, Denso, Kawasaki, Kuka, Motoman y Staubli, así como Mitsubishi, Adept, Epson, IAI, Nachi, Yamaha, etc. ● PC, HDMI, etc.

InspecciónRealizar una inspección para detectar errores de montaje, defectos en la superficie, piezas dañadas y características faltantes. Identifica la orientación, la forma y la posición de los objetos y sus características.

MediciónMide las piezas o partes para verificar las dimensiones críticas y medir los componentes del producto para los procesos de clasificación y separación.

Orientación y alineaciónGuía dispositivos robóticos y el equipo de automatización. Alinea las piezas para las operaciones de montaje que requieren alta precisión.

Reconocimiento y Validación Ópticos de Caracteres (OCR/OCV)Lectura y verificación de los caracteres alfanuméricos marcados directamente sobre las piezas e impresos en las etiquetas.

Lectura de códigos de barrasLectura de códigos de barras 1D y códigos Data-Matrix 2D como parte de una inspección total.

Aplicación de los sistema visión artificial

Evaluación11. Relaciona correctamente las siguientes columnas.

a) El robot se programa para una secuencia especifica de operaciones. Sus movimientos son de punto a punto y el ciclo se repite de manera continua. Son útiles para operaciones pick & place.

Secuencia Fija

b) Un operador conduce o hace que el efector final recorra la trayectoria deseada. El robot registra la trayectoria y la secuencia de movimientos y puede repetirlos de manera continua.

d) El robot se controla mediante datos digitales y se puede cambiar su secuencia de movimientos con relativa facilidad. Existen de dos tipos punto a punto y trayectoria continua.

Reproductor de movimientos

Controlado numéricamente

c) El robot está equipado con sensores de visión y de tacto para evaluar el ambiente inmediato y su proximidad a otros objetos por percepción y reconocimiento de patrones. Después toma decisiones apropiadas para el siguiente movimiento y procede.

e) Sirve de guía para dispositivos robóticos y equipo de automatización. Permite alinear las piezas para las operaciones de montaje que requieren alta precisión

Robot Inteligente

Sistemas de visión artificial

Aplicaciones de los Robots Industriales

A. Manejo de materiales, consiste en la carga, descarga y transferencia de piezas de trabajo en las instalaciones de manufactura. Estas operaciones se pueden realizar de manera confiable y repetida, para mejorar la calidad y reducir las pérdidas por desperdicios. Algunos ejemplos son:

A.1. Operaciones de fundición y moldeado en las que el metal fundido, las materias primas, los lubricantes y las partes en diversas etapas de terminación se manejan sin interferencia de operador.

A.2. Operaciones de tratamiento térmico, en las que las partes se cargan y descargan de los hornos y baños de enfriamiento.

A.3. Operaciones de formado, en las que las partes se cargan y descargan de prensas y muchos otros tipos de maquinaria de trabajo mecánico (Centros de maquinado, tornos, fresas, taladros, etc ).


B. La soldadura por punto une carrocerías para vehículos. Los Robots también efectúan otras operaciones similares, como soldadura por arco, corte y remachado.


C. Pueden realizar operaciones de rectificado y pulido con herramientas sujetas al efector final.


D. Aplicación de pintura, adhesivos y selladores.


E. Ensamble de piezas .


F. Inspección y calibración a velocidades mucho más altas que las que pueden lograr los humanos.

Factores para la selección de un robot industrial

• Capacidad de transporte de carga

• Velocidad de movimiento

• Confiabilidad

• Repetibilidad

• Configuración de brazos

• Grados de Libertad

• Sistema de control

• Memoria del programa

• Envolvente , volumen o área de trabajo.

Los factores que influyen en la selección de Robots en la manufactura son los siguientes:

Fabricantes de Robots Industriales

KMR QUANTEC se mueve de forma autónoma y libre de colisiones. El escáner láser para la supervisión del entorno, así como el software integrado y la unidad de control de navegación y movimiento permiten un uso fiable y móvil. Efectúa maniobras en el espacio más estrecho de una forma segura, obteniendo la posición deseada y llegando a una exactitud de posición de ±5 mm, no importa si debe recorrer 5 o 150 m hasta el lugar de aplicación. Permite el uso de robots con una capacidad de carga de entre 60 kg y 1000 kg


XRS CARTESIAN ROBOT

X-Y work areas to: 850mm X 600 mm

Maximum load: 12 kg


Soporta: 14 kg de carga

Evaluación


12. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación donde se requiere trasladar una pieza de 400 Kg de un horno hacia una prensa de forja?

12. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación en cuarto limpio donde se requiere colocar rápidamente frascos esterilizados en charolas, la operación ocurre entre dos bandas trasportadoras ubicadas sobre el mismo plano?


13. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para una aplicación donde se traslada un producto al final de una banda transportadora hacia una tarima, el robot sigue una secuencia fija para apilar los productos?


14. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para llevar en el efector final una herramienta de aspersión para realizar la operación de pintar la puerta de un automóvil en una línea de ensamble automotriz?


15. ¿Qué tipo de Robot Industrial es el mas adecuado para llevar en el efector final una herramienta de soldadura por arco para realizar la operación sobre una línea de ensamble automotriz?



Gracias por su atención

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