ROBÓTICA

Este término procede de la palabra "Robot". La robótica es la rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. Es además una puerta abierta hacia diversos mundos del conocimiento y en su aplicación convergen lo tecnológico y lo humano. Es una actividad que conjuga diseño, armado y ajuste de un dispositivo que tiene "vida" propia y que realiza tareas que le son propias según el objetivo de su creación. Además, da la posibilidad de integrar la electrónica, la mecánica, la neumática, la informática, la matemática, la física, en fin, con las más variadas disciplinas que nos ayudarán a conseguir nuestro objetivo: la creación de un robot. Existen diversas versiones de robots y se clasifican según su forma, según sus funciones, etcétera.

LEYES DE LA ROBÓTICA

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 ("Leyes de la Robótica"), las cuáles en un principio fueron sólo tres pero luego añadió una cuarta, llamada Ley Cero.

Estas son:

* Ley Cero: Un robot no puede dañar a la humanidad, o a través de su inacción, permitir que se dañe a la humanidad.

* Primera Ley: Un robot no puede dañar a un ser humano, o a través de su inacción, permitir que se dañe a un ser humano.

* Segunda Ley: Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la Primera Ley.

* Tercera Ley: Un robot debe proteger su propia existencia, siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la Primera y la Segunda Ley.

Por el momento no pareciera posible la construcción de un robot con la inteligencia y autonomía suficientes para enfrentarse por su propia voluntad a su(s) creador(es), pero quizás en un futuro cercano las cosas puedan cambiar.

APLICACIONES DE LA ROBÓTICA

• Educación

• Industria

• Laboratorio y cirugía

• Prótesis
• Manipuladores cinemáticos
• Agricultura
• Espacio

• Vehículos submarinos

En este Blog nos centraremos básicamente en la aplicación de la Robótica en el Área Industrial.

APLICACIONES DE LA ROBÓTICA EN LA INDUSTRIA

Los robots son utilizados por una diversidad de procesos industriales como lo son: la soldadura de punto y soldadura de arco, pinturas de spray, transportación de materiales, molienda de materiales, moldeado en la industria plástica, máquinas-herramientas, y otras más.
A continuación se hará una breve explicación de algunas de ellas:

APLICACIÓN DE TRANSFERENCIA DE MATERIAL: Las aplicaciones de transferencia de material se definen como operaciones en las cuales el objetivo primario es mover una pieza de una posición a otra. Se suelen considerar entre las operaciones más sencillas o directas de realizar por los robots. Las aplicaciones normalmente necesitan un robot poco sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros equipos son típicamente simples.

CARGA Y DESCARGA DE MAQUINAS: Estas aplicaciones son de manejos de material en las que el robot se utiliza para servir a una máquina de producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas. Existen tres casos que caen dentro de ésta categoría de aplicación: Carga/Descarga de Máquinas. El robot carga una pieza de trabajo en bruto en el proceso y descarga una pieza acabada. Una operación de mecanizado es un ejemplo de este caso.

• Carga de máquinas
• Descarga de máquinas

OPERACIONES DE PROCESAMIENTO Además de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el robot realmente efectúa trabajos sobre piezas. Este trabajo casi siempre necesita que el efector final del robot sea una herramienta en lugar de una pinza.Por tanto la utilización de una herramienta para efectuar el trabajo es una característica distinta de este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la operación de procesamiento que se realiza.

• Soldadura por puntos
• Soldadura por arco continua
• Recubrimiento con spray

Se dividen los métodos de recubrimiento industrial en dos categorías:

1. Métodos de recubrimiento de flujo e inmersión.
2. Métodos de recubrimiento al spray.

OTRAS OPERACIONES DE PROCESO Además de la soldadura por punto, la soldadura por arco, y el recubrimiento al spray existe una serie de otras aplicaciones de robots que utilizan alguna forma de herramienta especializada como efector final. Operaciones que están en ésta categoría incluyen:

• Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado.
• Rectificado, pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares.
• Remachado.
• Corte por chorro de agua.
• Taladro y corte por láser.

LOS ROBOTS - SUS ELEMENTOS

Definición :
Mikell Groover, en su libro Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing, define al robot industrial como:

"...una máquina programable, de propósito general, que posee ciertas características antropomórficas, es decir, con características basadas en la figura humana..."

Cabe destacar que la característica antropomórfica más común en nuestros es la de un brao mecánico, el cual realiza diversas tareas industriales. Existen en el mercado diversas empresas dedicadas a la fabricación de robots industriales por lo que existen diferentes marcas y modelos. Estos últimos son normalmente asignados para identificarlos o de acuerdo a su función.

Para acercarnos más al estudio de los robots, identificaremos sus componentes.

El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos.



Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y efector final. Al efector final se le conoce comúnmente como sujetador o gripper.

Cada articulación provee al robot de al menos un "grado de libertad". En otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos:

GRADOS DE LIBERTAD DE UN ROBOT

Sin duda, una de las principales características que definen a los robots lo constituye los "grados de libertad" que posea. Hablar de "grados de libertad" equivale a decir número y tipo de movimientos del manipulador.

Tipos de configuraciones

Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física que se le ha dado al brazo del robot.
El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clásicas: la cartesiana, la cilíndrica, la polar y la angular.

Configuración cartesiana:
Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y Z. Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales. Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro. A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación.

Configuración cilíndrica:
Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tres grados de libertad. El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación. La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primera articulación, ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional (ver movimiento A en el dibujo siguiente).

Configuración polar:
Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal. Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción.

Configuración angular (o de brazo articulado):
Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares.Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolación por articulación, tanto rotacional como angular. Se lo llama de brazo articulado por su similitud con el brazo humano (figura inferior).

Configuración No clásica:

Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas, existen otras configuraciones llamadas no clásicas.
El ejemplo más común de una configuración no clásica lo representa el robot tipo SCARA (foto), cuyas siglas significan: Selective apliance arm robot for asembly. Este brazo puede realizar movimiento horizontales de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercer articulación).

LOS SISTEMAS DE COMUNICACIÓN EN LA AUTOMATIZACIÓN

Sistemas de comunicación

Los Sistemas de Comunicaciones proporcionan el esqueleto sobre el que se apoyan las estrategias de información y automatización en cualquier sector (industria, empresa, casa). Los sistemas de comunicación industrial se centran en los intercambios de información entre los diferentes elementos físicos que participan en un proceso industrial o asimilable, como los sistemas de control de una casa (domótica), o los sistemas de control de la distribución de la energía (eléctrica, gas), o los sistemas embarcados en vehículos. En definitiva, estos sistemas permiten:

Intercambio de datos on-line entre los diferentes niveles que forman la pirámide de la automatización (sensores, actuadores, máquinas, células de fabricación, sistemas de coordinación de planta, telemandos de energía, etc.), donde en muchos de estos se exige el requisito de tiempo real.

Intercambio de datos eficiente y de bajo coste temporal y económico.
Velocidad, fiabilidad y robustez en el intercambio de los datos, con un coste económico adecuado.

CURIOSIDADES ROBÓTICAS

Existen varias versiones de robots, con las formas más curiosas y para diferentes funciones. estos son algunos de ellos:

Cog es un proyecto del MIT que intenta unir muchos campos de la robótica y de la inteligencia artificial, tiene forma humanoide y es capaz de tocar, oir, hablar.., es capaz de jugar con objetos. Posee un conjunto de sensores y actuadores que intentan aproximar su funcionamiento a los sentidos y movilidad del cuerpo humano.

Hoy robots cirujanos que realizan intervenciones quirúrgicas con la presteza del mejor médico humano. En la foto se puede observar un colaborador del cirujano.

Hay perros robot de importantes compañías. Algunos llegan a pesar unos 16 kg. Tienen el aspecto de un perro común y su comportamiento es como tal. Más información en www.world.sony.com/robot.

Este robots es el famoso Número 5, de la película Cortocircuito, un robot que hacía prácticamente todo lo que viste en la misma. Actores de metal hubo y habrá muchos, máquinas y digitalizados. ¿Quién no vio Terminator, La Guerra de las Galaxias, Yo Robot?

Los robots son muy útiles para desempeñar tareas riesgosas. En la foto puedes observar un robot antibomba.

El robot P3 de 1.60 m de altura y 130 Kg. de peso ha sido fabricado por Honda, se sustenta sobre dos piernas cuyas rodillas flexiona ligeramente cada vez que comienza a andar, es capaz de subir y bajar escaleras, abrir y cerrar puertas, accionar interruptores, esquivar obstáculos... Tiene 16 articulaciones, su velocidad es de 12 Km/h y sus baterías tienen una autonomía de 25 minutos.Si quieres investigar más sobre este tema puedes visitar: www.honda.co.jp/english/technology/robot

Esta pequeña araña metálica no es otra cosa que un robot miniatura creado por BAE Systems a pedido del ejército de los EE.UU. para que MAST (Micro Autónoma de Sistemas y Tecnologías), la arañita, sirva con fines académicos e industriales.
Estos mini robots tendrán como misión alcanzar lugares inexplorables para el hombre, sea por inaccesibilidad o peligrosidad situados en entornos urbanos o en terrenos complejos como montañas ycuevas.
Así se pretende conocer y recopilar información que permitirá a la ciencia avanzar en áreas clave como la exploración en pequeña escala aeromecánicas y la deambulación.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS ROBOTS

Robot Unimate modelo PUMA

Este robot presenta una configuración angular, tiene 3 grados de libertad en el cuerpo y brazo y 3 en la muñeca, dando un total de 6 grados de libertad.

Su utilización principal en la celda de manufactura, o producción, es para carga y descarga de materiales a las maquinas de control numérico.

Robot del sistema AS/RS

Este es un robot de configuración cartesiana, tiene 3 grados de libertad en el cuerpo y brazo (correspondiente a los ejes X, Y, Z), un grado de libertad rotacional en la muñeca.

FOTOS DE ROBOTS INDUSTRIALES

VIDEOS

BIBLIOGRAFÍA

• Robótica en Mendoza-DGE
• Robótica Industrial - AS/RS
• Tecnología Industrial I y II
• Tecnología para Todos - Cesar Linietzki
• Tecnología 9 - Gabriel Marey
• http://www.robotsltd.co.uk/robot-applications.htm
• http://costantini-sa.com