apuntes celulas de manufactura

Células de Manufactura

ING. NANCY L. GARCIA ZUÑIGA 1

UNIDAD 1.

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIÓN.

1.2. CÉLULAS FLEXIBLES

1.2.1 DEFINICION DE FLEXIBILIDAD.

1.2.2 DEFINICIÓN DE CÉLULA FLEXIBLE.

1.2.1.1. JUSTO A TIEMPO - JUST IN TIME (JIT).

1.2.1.2. KAN-BAN

1.2.1.3. STOCK-CERO

1.3. TIPOS DE CELULAS FLEXIBLES

1.4. CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS CELULAS FLEXIBLES

1.5. COMPONENTES TECNOLÓGICOS DE UNA CÉLULA FLEXIBLE DE

FABRICACIÓN

1.5.1. ROBOTS

1.5.2. DEFINICIÓN DE ROBOTS

1.5.2.1. CLASIFICACION DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES

1.5.3. ANATOMÍA DEL ROBOT

1.5.3.1. COMPONENTES DE UN ROBOT

1.5.3.2. CONFIGURACIONES BÁSICAS DE UN ROBOT

1.5.3.3. CAPACIDAD DE MOVIMIENTO DE UN ROBOT

1.5.4. VOLUMEN DE TRABAJO

1.5.5. SISTEMAS DE IMPULSIÓN DEL ROBOT

1.5.6. SISTEMAS DE CONTROL Y RENDIMIENTO

1.5.6.1. ACTUACIÓN DE UN ROBOT Y COMPONENTES DE

RETROALIMENTACIÓN

1.5.6.2. CONTROL CLÁSICO

1.5.7. PRECISIÓN DE MOVIMIENTO

1.5.8. EFECTORES

1.5.9. SENSORES ROBÓTICOS



1.1. INTRODUCCIÓN.

El concepto de fabricación flexible engloba una gran gama de procesos generalmente de

manufactura, en los cuales se busca elevar la productividad de una empresa. La aplicación en

primer término de la fabricación flexible debe llevarse a cabo con estudios de factibilidad y

proyección a futuro en la aplicación de tal.

La manufactura se ha auxiliado por restos modernos métodos, se tiene como ejemplo la

manufactura asistida por computadora (CAM), los sistemas de diseño (CAD), la ingeniería

asistida por computadora (CAE), esto con el fin de lograr mejorar los procesos y sistemas de

manufactura con el propósito de auxiliar al operario en su trabajo.

La tecnología de fabricación flexible, tiene como objetivo el disminuir tiempos muertos, tiempos

de proceso de materia prima, y aun más el de eliminar las áreas de stock, siguiendo las políticas

de Just in Time (JIT) y Stock-cero.



1.2. CÉLULAS FLEXIBLES

En los últimos años el término de fabricación flexible se utiliza ampliamente para designar una

nueva tecnología de fabricación, y como siempre que una tecnología se aplica, se desarrollan dos

tendencias:

• Una de ellas se utiliza para identificar cualquier acción que tenga relación, aunque está sea

mínima, con su identificación inicial: todo es flexible y ayuda a aumentar la flexibilidad.

Y la difusión de las firmas suministradoras de cualquier elemento de fabricación, la

ingeniería, la prensa técnica, conferencias y seminarios, giran en torno a la flexibilidad

• La otra tendencia es ampliar el contenido de la tecnología de forma que se utiliza para

designar la gama de conceptos y aplicaciones, así, dentro de la técnica de fabricación

flexible encontramos además de flexibilidad, técnicas tan diversas como estandarización,

automatización, gestión de materiales, de producción, gestión de recursos manutención

nuevas técnicas de maquinado etc.



1.2.1. DEFINICION DE FLEXIBILIDAD.

La Flexibilidad se puede definir como la facilidad con la que se pueden introducir modificaciones

a los diseños existentes. Debe ser adaptable a cambios en el entorno (relación con la frecuencia

de la decisión): demanda, productos y procesos

Stecke define ocho tipos de flexibilidad, siendo tal vez este el aspecto más importante e

incuantificable de un Sistema Flexible.

A. Flexibilidad de máquina o la facilidad de hacer los cambios requeridos para producir un

conjunto dado de tipos de piezas. esta flexibilidad se puede medir por los tiempos de

preparación de máquinas, equipos, herramientas, etc, necesarios para producir un nuevo

tipo de pieza. esta flexibilidad de bajo nivel se logra mediante dispositivos sofisticados de

carga y descarga automática tanto de piezas como de herramientas, mediante una

asignación adecuada de operaciones para minimizar el número de cambios de herramienta

y mediante la carga simultánea tanto de la pieza como de la herramienta y otros recursos

como el programa NC de maquinado.

B. Flexibilidad de proceso o la habilidad para producir un conjunto dado de tipos de piezas,

individualmente, en diferentes materiales y de diferentes maneras. esta flexibilidad se

puede medir por el número de tipos de piezas que pueden procesarse simultáneamente sin

usar «batches». el aumento de esta flexibilidad hace disminuir los costos de preparación

de la máquina. esta flexibilidad se logra mediante la flexibilidad de máquina o maquinado

y haciendo uso de máquinas multipropósito y adaptivas tales como los centros CNC.

C. Flexibilidad de producto o la habilidad para hacer los cambios necesarios para producir

un nuevo conjunto de productos muy económica y rápidamente. esta flexibilidad se

puede medir por el tiempo requerido para conmutar de una mezcla de tipos de piezas a

otra, no necesariamente de los mismos tipos de piezas. Esta flexibilidad mide la capacidad

de la fábrica para adaptarse a los cambios en la demanda del mercado o en la actitud de la



competencia. Se logra mediante sistemas de control y planeamiento de la producción los

cuales hagan una asignación de operaciones o recursos y mediante la flexibilidad de

maquinado.

D. Flexibilidad de enrutamiento o la habilidad para manejar fallas del sistema productivo

y seguir produciendo el conjunto dado de tipos de piezas. Esta flexibilidad se puede medir

por la robustez del FMS contra fallas: la tasa de producción no se debe decrementar

apreciablemente y la producción debe ser continua. Aquí podemos distinguir dos tipos de

flexibilidad de rutas: la potencial, basada en rutas fijas pero con funciones de re-

enrutamiento en caso de fallas y la actual, caracterizada por la redundancia de

operaciones, es decir que una pieza puede ser fabricada en varios sitios. Esta flexibilidad

se logra mediante funciones de enrutamiento automático (redundancia de máquinas) y

duplicación en la asignación de operaciones.

E. Flexibilidad de volumen o la habilidad para operar un Sistema de Flexible

económicamente a diferentes volúmenes de producción. Esta flexibilidad permite

minimizar los problemas de personal cesante en casos de recesión económica o períodos

de baja demanda. Esta flexibilidad se puede medir conociendo que tan pequeños pueden

ser los volúmenes de producción para todos los tipos de piezas. Entre más pequeño es el

volumen, más flexibilidad de volumen se posee. Un alto nivel de automatización permite

disminuir los costos de preparación de máquinas y la disminución de los costos variables.

Esta flexibilidad se logra mediante máquinas multipropósito, mediante sistemas

automáticos de manejo de material (AGVS), mediante un «layout» de la planta que no sea

especializado en un tipo de pieza o proceso particular y mediante la flexibilidad de

enrutamiento.

F. Flexibilidad de expansión o la capacidad de construir un sistema de producción y

expandirlo según las necesidades, fácil y modularmente. Esta flexibilidad se puede medir

por que tan grande llegará a ser el FMS. Esta flexibilidad se logra mediante un «layout»

no especializado, sistemas AGVS, células modulares y flexibles y la flexibilidad de rutas.



G. Flexibilidad de operación o la habilidad para intercambiar el orden de algunas

operaciones para cada tipo de parte. Esta flexibilidad puede medirse por la no

predeterminación ni de la siguiente operación, ni de la siguiente máquina. Esta

flexibilidad se logra mediante un sistema de toma de decisiones en tiempo real, es decir

según el estado del sistema (cual máquina está libre, ocupada, atascada, etc).

H. Flexibilidad de producción o el rango de tipos de piezas que el Sistema Flexible puede

producir: es medida por el grado de tecnología existente o instalada. Se logra claramente

aumentando el nivel tecnológico, integrando máquinas versátiles y todas las flexibilidades

ya mencionadas. No todos los tipos de flexibilidad son independientes. Podemos señalar

que la flexibilidad de producción puede ser lograda si previamente se ha llegado a tener

respectivamente la flexibilidad de operación, producto, proceso, volumen y expansión. Y

a su vez, el logro de las flexibilidades de operación, producto y proceso requieren el

dominio de flexibilidad de enrutamiento. Esto quiere decir que lograr la flexibilidad de

producción es un proceso que comienza por tener flexibilidad de máquina y flexibilidad

de enrutamiento. Una metodología general para modularmente desarrollar, planear,

construir y eventualmente implementar una fábrica automática se presenta a continuación.

A partir de una máquina-herramienta controlada numéricamente e incorporándole las

siguientes funciones automáticas, obtenemos una célula flexible de maquinado (FMC):



1.2.2. DEFINICIÓN DE CÉLULA FLEXIBLE.

La Célula Flexible de Manufactura consiste en conjugar los equipos con el control automático

capaz de producir una gran variedad de productos dentro de una gama determinada, es una

tecnología que ayuda a optimizar la fabricación con mejores tiempos de respuesta, con el menor

costo y calidad más alta, mediante los mejores sistemas de control y gestión.

El concepto de Célula Flexible de Manufactura está asociado a técnicas modernas de producción

y ensamble masivo y eficiente de productos. Una Célula Flexible es el mecanismo terminal

utilizado para la ejecución de un Plan de Producción de grupos de una variedad de productos

(familias de productos), obtenido con base en la planeación de la producción a corto plazo.

Una célula de manufactura es un grupo de máquinas o procesos agrupados y dedicados a la

manufactura de una familia de partes, las cuales son similares en sus requerimientos de procesos;

con operaciones, tolerancias, utilización del herramental de máquinas.

El objetivo principal de la implementación de la manufactura celular o células de manufactura

son:

1. La reducción de tiempos en la preparación de quipo.

2. La reducción de tiempos dentro del proceso.

3. La reducción de inventarios y tiempos de respuesta de mercado.

La célula flexible es la tecnología de producción más potente hoy en día a disposición de una

empresa para mejorar su posición competitiva en el entorno industrial actual.

Las células de manufactura son serios candidatos a la implementación de los sistemas de gestión

de materiales, maquinas, herramienta, dentro de las tecnologías actuales de Just in Time (JIT),

Kan-Ban, Stock-Cero, manutención preventivo, etc; quedan dentro del proceso de la fabricación

flexible que engloba una gran variedad de conceptos y establece todas las funciones propias de un

taller flexible.



1.2.3. JUSTO A TIEMPO - JUST IN TIME (JIT).

Justo a Tiempo es una filosofía industrial que consiste en la reducción de desperdicio (actividades

que no agregan valor) es decir todo lo que implique sub-utilización en un sistema desde compras

hasta producción.

Existen muchas formas de reducir el desperdicio, pero el Justo a Tiempo se apoya en el control

físico del material para ubicar el desperdicio y, finalmente, forzar su eliminación.

La idea básica del Justo a Tiempo es producir un artículo en el momento que es requerido para

que este sea vendido o utilizado por la siguiente estación de trabajo en un proceso de

manufactura. Dentro de la línea de producción se controlan en forma estricta no sólo los niveles

totales de inventario, sino también el nivel de inventario entre las células de trabajo.

La producción dentro de la célula, así como la entrega de material a la misma, se ven impulsadas

sólo cuando un stock (inventario) se encuentra debajo de cierto límite como resultado de su

consumo en la operación subsecuente. Además, el material no se puede entregar a la línea de

producción o la célula de trabajo a menos que se deje en la línea una cantidad igual.

Esta señal que impulsa la acción puede ser un contenedor vacío o una tarjeta Kanban, o cualquier

otra señal visible de reabastecimiento, todas las cuales indican que se han consumido un artículo

y se necesita reabastecerlo. La figura nos indica cómo funciona el Sistema Justo a Tiempo.

Sistema Justo a Tiempo

Materia prima del proveedor

Stock de materias primas

Señal de reabasto

Célula de

trabajo # 1

Stock del trabajo en proceso

Célula de

trabajo # 2

Stock de bienes terminados

Señal de reabasto

Señal de reabasto

Bienes terminados

para el cliente



1.2.3.1. LOS 7 PILARES DE JUSTO A TIEMPO

1. Igualar la oferta y la demanda: No importa de qué color o sabor lo pida el cliente,

aprenderemos a producirlo como se requiera, con un tiempo de entrega cercano a cero, es

decir:

TEC = TET

donde:

TEC: Tiempo de Entrega Cliente

TET: Tiempo de Entrega Total = TEM + TEA

TEM: Tiempo de Entrega Manufactura

TEA: Tiempo de Entrega Agregado

Si el TET es mayor al TEC, será necesario empujar las materias primas o componentes,

reduciendo el TEM y el TEA.

2. El peor enemigo: el desperdicio: Eliminar los desperdicios desde la causa raíz realizando un

análisis de la célula de trabajo. Algunas de las causas de desperdicios son:

• Desbalanceo entre trabajadores-proceso

• Problemas de calidad

• Mantenimiento preventivo Insuficiente

• Retrabajos, reprocesos

• Sobreproducción, sobrecompras

• Gente de más, gente de menos

• Etc.



Desperdicio Forma de eliminarlos

Sobreproducción - Reducir los tiempos de preparación, sincronizando cantidades y

tiempos entre procesos, haciendo sólo lo necesario

Espera

- Sincronizar flujos

- Balancear cargas de trabajo

- Trabajador flexible

Transporte

- Distribuir las localizaciones para hacer innecesario el manejo /

transporte

- Racionalizar aquellos que no se pueden eliminar

Proceso - Analizar si todas las operaciones deben de realizarse o pueden

eliminarse algunas sin afectar la calidad el producto / servicio

Inventarios - Acortar los tiempos de preparación, de respuesta y sincronizarlos

Movimiento - Estudiar los movimientos para buscar economía y conciencia.

Primero mejorar y luego automatizar

Productos

defectuosos

- Desarrollar el proyecto para prevenir defectos, en cada proceso ni

hace ni aceptar defectos

- Hacer los procesos a prueba de tontos

Tipos de desperdicios

3. El proceso debe ser continuo no por lotes: Esto significa que se debe producir solo las

unidades necesarias en las cantidades necesarias, en el tiempo necesario. Para lograrlo se

tiene dos tácticas:

a) Tener los tiempos de entrega muy cortos: Es decir, que la velocidad de producción sea

igual a la velocidad de consumo y que se tenga flexibilidad en la línea de producción para

cambiar de un modelo a otro rápidamente.

b) Eliminar los inventarios innecesarios: Para eliminar los inventarios se requiere reducirlos

poco a poco.



Tipo de inventario Forma de reducción

Trabajo en proceso Reducir el tamaño del lote

Eliminar las colas

Materias primas Recibos directos, pequeños y frecuentes al lugar de trabajo

Producto terminado Producir lo que vende

Embarcar frecuentemente y en cantidades menores

A la función

De ciclo

Disminuir el tiempo de preparación

De seguridad

Reducir la incertidumbre sobre la calidad y

Cantidad de material

Buffer

Eliminar colas, dar fluidez

En tránsito

Programar, coordinar, anticipar

Anticipación

Programación nivelada

Tipos de inventarios

4. Mejora Continua: La búsqueda de la mejora debe ser constante, tenaz y perseverante paso a

paso para así lograr las metas propuestas.

5. Es primero el ser humano: La gente es el activo más importante. Justo a Tiempo considera

que el hombre es la persona que está con los equipos, por lo que son claves sus decisiones y

logran llevar a cabo los objetivos de la empresa. Algunas de las actividades a realizar para

cumplir con este punto son:



� Reducir el miedo a la productividad, practicando la apertura y confianza

� Tener gente multifuncional

� Tener empleos estables

� Tener mayor soporte del personal al piso

6. La sobreproducción = ineficiencia: Eliminar el “por si acaso” utilizando otros principios

como son la Calidad Total, involucramiento de la gente, organización del lugar de trabajo,

Mantenimiento Productivo Total (TPM), Cambio rápido de modelo (SMED), simplificar

comunicaciones, etc.

7. No vender el futuro: Las metas actuales tienden a ser a corto plazo, hay que reevaluar los

sistemas de medición, de desempeño, etc.. Para realizar estas evaluaciones se tiene que tomar

en cuenta el Sistema de Planeación Justo a Tiempo, el cual consiste en un modelo

pentagonal, en el cual cada una de las aristas representa un elemento del sistema:

a) Distribución Física: Formado por celdas y tecnología de grupos, nos dice

cómo manejar y distribuir los recursos físicos con que contamos. En vez de

contar con departamentos especializados en una operación, se busca trabajar

con todas las operaciones en un solo lugar, formando mini-fabriquitas

completas y controlables.

b) Ventaja de la Gente: El trabajo en equipo para solucionar problemas, así

como la cercanía de las diversas máquinas en una celda propiciando la

multifuncionalidad de la gente.

c) Flujo Continuo: Se requiere de alta calidad para evitar los paros por defectos,

y mantenimiento preventivo para evitar paros no programados de equipo.

d) Operación Lineal: La forma de desplazar el producto será de uno en uno, ya

que de otra manera los tiempos de entrega son altos (hay que esperar en cada



paso a que se termine con todo un lote para pasarlo adelante) y los desperdicios

se ocultarían en el inventario del bulto.

e) Demanda y Suministro de Confiables: Una de las causas de los problemas

con los suministros, es la inestabilidad: nadie sabe cuándo le van a comprar ni

cuánto porque todo el mundo cambia a cada rato de proveedor buscando

mejores precios. Justo a Tiempo visualiza la cooperación y confianza mutua.

Sistema de Planeación Justo a Tiempo

Flujos estructurados

Dedicación de recursos

Tecnología de grupos

Celdas

Ventajas de la gente

Participación compromiso

Gente multifuncional

Grupos de trabajo

Demanda y suministro confiables

Confianza mutua

Socios proveedores

Socios clientes

Flujo continuo

Refinamiento del proceso

Mantenimiento preventivo

Calidad total

Operación lineal

Más – menos Cero desviación

Sistema jalar Lotes pequeños

Sistema de Planeación

Justo a Tiempo



1.2.4. KAN-BAN

Kan-ban es una herramienta basada en la manera de funcionar de los supermercados. Kan-ban

significa en japonés "etiqueta de instrucción".

La etiqueta Kan-ban contiene información que sirve como orden de trabajo, esta es su función

principal, en otras palabras es un dispositivo de dirección automático que nos da información

acerca de que se va a producir, en que cantidad, mediante que medios, y como transportarlo.

Antes de implantar Kan-ban es necesario desarrollar una producción "labeled/mixed producción

schedule" para suavizar el flujo actual de material, esta deberá ser practicada en la línea de

ensamble final, si existe una fluctuación muy grande en la integración de los procesos Kan-ban

no funcionará y de los contrario se creara un desorden, también tendrán que ser implantados

sistemas de reducción de cambios de modelo, de producción de lotes pequeños, Jidoka, control

visual, Poka Yoke, mantenimiento preventivo, etc. todo esto es prerrequisito para la introducción

Kan-ban. También se deberán tomar en cuenta las siguientes consideraciones antes de implantar

Kan-ban:

1. Determinar un sistema de calendarización de producción para ensambles finales para

desarrollar un sistema de producción mixto y etiquetado.

2. Se debe establecer una ruta de Kan-ban que refleje el flujo de materiales, esto implica

designar lugares para que no haya confusión en el manejo de materiales, se debe hacer

obvio cuando el material esta fuera de su lugar.

3. El uso de Kan-ban está ligado a sistemas de producción de lotes pequeños.

4. Se debe tomar en cuenta que aquellos artículos de valor especial deberán ser tratados

diferentes.

5. Se debe tener buena comunicación desde el departamento de ventas a producción para

aquellos artículos cíclicos a temporada que requieren mucha producción, de manera

que se avise con bastante anticipo.

6. El sistema Kanban deberá ser actualizado constantemente y mejorado continuamente.



1.2.4.1. FUNCIONES DE KANBAN

Son dos las funciones principales de Kanban:

� Control de la producción: es la integración de los diferentes procesos y el desarrollo de un

sistema Justo a Tiempo, en la cual los materiales llegaran en el tiempo y cantidad

requerida en las diferentes etapas de la fabrica y si es posible incluyendo a los

proveedores

� Mejora de los procesos Facilita la mejora en las diferentes actividades de la empresa

mediante el uso de Kan-ban, esto se hace mediante técnicas ingenieriles (eliminación de

desperdicio, organización del área de trabajo, reducción de cambios de modelo,

utilización de maquinaria vs. utilización en base a demanda, manejo de multiprocesos,

dispositivos para la prevención de errores (Poka Yoke), mecanismos a prueba de error,

mantenimiento preventivo, Mantenimiento Productivo Total (TPM), reducción de los

niveles de inventario.) Básicamente Kan-ban sirve para lo siguiente:

o Poder empezar cualquier operación estándar en cualquier momento

o Dar instrucciones basados en las condiciones actuales del área de trabajo

o Prevenir que se agregue trabajo innecesario a aquellas ordenes ya

empezadas y prevenir el exceso de papeleo innecesario

Otra función de Kan-ban es la de movimiento de material, la etiqueta Kanban se debe mover

junto con el material, si esto se lleva a cabo correctamente se lograrán los siguientes puntos:

� Eliminación de la sobreproducción

� Prioridad en la producción, el Kanban con más importancia se pone primero que los

demás

� Se facilita el control del material



1.2.4.2. TIPOS DE KAN-BAN

� Kan-ban de producción: Contiene la orden de producción

� Kan-ban de transporte: Utilizado cuando se traslada un producto

� Kan-ban urgente: Emitido en caso de escasez de un componente

� Kan-ban de emergencia: Cuando a causa de componentes defectuoso, averías en las

máquinas, trabajos especiales o trabajo extraordinario en fin de semana se producen

circunstancias insólitas

� Kan-ban de proveedor: Se utiliza cuando la distancia de la planta al proveedor es

considerable, por lo que el plazo de transporte es un término importante a tener en

cuenta

1.2.4.3. INFORMACIÓN DE LA ETIQUETA KAN-BAN

La información en la etiqueta Kan-ban debe ser tal, que debe satisfacer tanto las necesidades de

manufactura como las de proveedor de material. La información necesaria en Kan-ban sería la

siguiente:

� Número de parte del componente y su descripción

� Nombre / Número del producto

� Cantidad requerida

� Tipo de manejo de material requerido

� Dónde debe ser almacenado cuando sea terminado

� Punto de reorden

� Secuencia de ensamble / producción del producto



1.2.4.4. IMPLANTACIÓN DE KANBAN EN 4 FASES

Fase 1. Entrenar a todo el personal en los principios de Kan-ban, y los beneficios de usar Kan-

ban.

Fase 2. Implantar Kan-ban en aquellos componentes con más problemas para facilitar su

manufactura y para resaltar los problemas escondidos. El entrenamiento con el personal

continúa en la línea de producción.

Fase 3. Implantar Kan-ban en el resto de los componentes, esto no debe ser problema ya que para

esto los operadores ya han visto las ventajas de Kan-ban, se deben tomar en cuenta todas

las opiniones de los operadores ya que ellos son los que mejor conocen el sistema. Es

importante informarles cuando se va estar trabajando en su área.

Fase 4. Esta fase consiste de la revisión del sistema Kan-ban, los puntos de reorden y los niveles

de reorden, es importante tomar en cuenta las siguientes recomendaciones para el

funcionamiento correcto de Kan-ban:

1. Ningún trabajo debe ser hecho fuera de secuencia

2. Si se encuentra algún problema notificar al supervisor inmediatamente

1.2.4.5. REGLAS DE KAN-BAN

Regla 1: No se debe mandar producto defectuoso a los procesos subsecuentes: La producción

de productos defectuosos implica costos tales como la inversión en materiales, equipo y mano de

obra que no va a poder ser vendida. Este es el mayor desperdicio de todos. Si se encuentra un

defecto, se deben tomar medidas antes que todo para prevenir que este no vuelva a ocurrir.

Observaciones:

� El proceso que ha generado un producto defectuoso, lo puede descubrir

inmediatamente

� El problema descubierto se debe divulgar a todo el personal implicado, no se debe

permitir la recurrencia



Regla 2: Los procesos subsecuentes requerirán sólo lo necesario: Esto significa que el

proceso subsecuente pedirá el material que necesita al proceso anterior, en la cantidad necesaria y

en el momento adecuado. Se crea una pérdida si el proceso anterior sustituye de partes y

materiales al proceso subsecuente en el momento que este no los necesita o en una cantidad

mayor a la que este necesita. Este mecanismo deberá ser utilizado desde el último proceso hasta

el inicial.

Existen una serie de pasos que aseguran que los procesos subsecuentes no jalaran o requerirán

arbitrariamente del proceso anterior, que son los siguientes:

� No se debe requerir material sin una tarjeta Kanban.

� Los artículos que sean requeridos no deben exceder el número de Kanban admitidos.

� Una etiqueta de Kanban debe acompañar siempre a cada artículo.

Regla 3. Producir solamente la cantidad exacta requerida por el proceso subsecuente: Esta

regla fue hecha con la condición de que el mismo proceso debe restringir su inventario al

mínimo, para esto se deben tomar en cuenta las siguientes observaciones:

� No producir más que el número de Kanban.

� Producir en la secuencia en la que los Kanban son recibidos.

Regla 4. Balancear la producción: De manera en que podamos producir solamente la cantidad

necesaria requerida por los procesos subsecuentes, se hace necesario para todos los procesos,

mantener al equipo y a los trabajadores de tal manera que puedan producir materiales en el

momento necesario y en la cantidad necesaria. En este caso si el proceso siguiente pide material

de una manera no continua con respecto al tiempo y a la cantidad, el proceso anterior requerirá

personal y máquinas en exceso para satisfacer esa necesidad. En este punto es en el que hace

énfasis la cuarta regla, la producción debe estar balanceada o suavizada (Smooth, equalized).



Regla 5. Kanban es un medio para evitar especulaciones: Para los trabajadores, Kanban se

convierte en su fuente de información para producción y transportación y ya que los trabajadores

dependerán de Kanban para llevar a cabo su trabajo; el balance del sistema de producción se

convierte en gran importancia.

No se vale especular sobre si el proceso siguiente va a necesitar más material la siguiente vez,

tampoco, el proceso siguiente puede preguntarle al proceso anterior si podría empezar el

siguiente lote un poco más temprano, ninguno de los dos puede mandar información al otro,

solamente la que esta contenida en las tarjetas Kanban. Es muy importante que esté bien

balanceada la producción.

Regla 6. Estabilizar y racionalizar el proceso: El trabajo defectuoso existe si el trabajo no esta

estandarizado y racionalizado, si esto no es tomado en cuenta seguirán existiendo partes

defectuosas.

1.2.4.5. FLUJO KAN-BAN

2. El operario dos necesita material, le lleva una tarjeta de movimiento al operador uno,

éste la cuelga a un contenedor, descolgándole la tarjeta de producción y poniéndola en

el tarjetero. Esta tarjeta lo autorizará a producir otro contenedor de material.

3. El operador dos se lleva el contenedor con la tarjeta de movimiento colgada (es el

material que necesitaba).

4. El operario uno produce el material; lo pone en un contenedor, anudándole la tarjeta de

producción; (que lo autorizó a producirlo).

5. Se repiten los pasos 1, 2 y 3; mientras no haya tarjeta, no se produce o se mueve.

6. La cantidad de tarjetas y contenedores en el sistema, sirve como regulador del

inventario en proceso.



1.2.5. STOCK-CERO

El stock cero se establece por una estrategia logística de almacenamiento basada en la técnica del

“Just In Time” (JIT), que consiste en aprovisionar en el momento que se necesitan materias

primas y en la cantidad necesaria. Según este sistema, los stocks almacenados no tienen razón de

ser y como consecuencia en la empresa no existen almacenes. Está condicionada por dos factores:

la rapidez en el suministro y el encarecimiento en el precio de adquisición.



1.3. TIPOS DE CELULAS FLEXIBLES

Una célula flexible esta normalmente integrada por una o varias maquinas y dispositivos,

destinados a ejecutar la misión principal asignada a la misma, y por los correspondientes

elementos periféricos

A) CÉLULAS FLEXIBLES DE MECANIZADO:

Se emplea para realizar operaciones de maquinado o asociadas con ella. El maquinado se

realiza con maquinas-herramientas dotadas de control numérico o con robots que portan la

herramienta en su extremidad. Para la carga y descarga de las maquinas es habitual utilizar

robots manipuladores.

B) CÉLULAS FLEXIBLES DE ENSAMBLADO O MONTAJE:

Se utilizan para operaciones de ensamblado de subconjuntos del producto final, la

característica más destacada de este tipo de células, es la utilización de robots de movimiento

adecuado y controlados por sensores. El proceso de ensamblado debe ser preciso y especifico

con respecto a las tolerancias entre componentes, este tipo de célula puede incluir varios

robots que trabajan en paralelo.

C) CÉLULAS FLEXIBLES DE SOLDADURA:

En ella se realizan varias operaciones de soldadura con la aplicación de robots, el robot porta

el dispositivo de soldadura o bien puede alimentar a varias maquinas de soldar. Efectuando

las tareas de seguimiento del dispositivo de soldadura, controlando la descarga y transporte.

D) CÉLULAS FLEXIBLES DE PINTURA:

Se basa en la utilización de uno o varios robots, cuya programación habitualmente, se realiza

por aprendizaje de movimientos del brazo que un operario especializado programa,

aplicando la pintura sobre la trayectoria, dichos movimientos u operaciones realizadas por el

operario quedan grabadas en el controlador o memoria del robot para poder realizar la tarea

indefinidas veces.



E) CÉLULAS FLEXIBLES DE VISIÓN:

Este tipo de células pueden desarrollar dos funciones diferentes:

• Reconocer e identificar piezas

• Realizar un control de calidad de las mismas.

Normalmente se utilizan cámaras, enlazadas a microcomputadoras para el tratamiento de la

información visual y algoritmos específicos para la identificación o reconocimiento de

formas. Los sensores de visión forman parte de los tipos de células flexibles, dado la gran

diversidad de de aplicaciones de las células.



1.4. CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS CELULAS FLEXIBLES

En Flexibilidad:

• Posibilidad de maquinado de varias piezas de distintas formas dimensiones y

materiales.

• Entrada de piezas al azar.

• Almacenamiento varios programas de trabajo.

• Flexibilidad en el control y gestión para introducir cambios y/o tecnologías nuevas.

En automatización:

• Del proceso de maquinado.

• De aplicación de herramientas.

• Del transporte y conexión de las maquinas y equipo.

• De la limpieza de las piezas.

• De la evacuación de virutas.

• De la verificación de cotas y corrección de desgaste de la herramienta.

• Del control de piezas correspondiente.

En productividad:

• Funcionamiento sin operarios dentro de los ciclos de trabajo.

• Rapidez en los cambios de herramienta y pieza.

• Tiempos de comprobación cortos.

• Optimización de las condiciones del maquinado.

En la calidad del producto:

• Inspección de piezas incluidas en las fases de maquinado.

• Autocorrección de desviaciones

• Estabilidad térmica

• Rigidez de las maquinas

• Precisión de las guías, actuadores y sensores.

• Control de desgaste de herramientas y utillajes de fijación.



En la fiabilidad del proceso:

• Control del desgaste de útiles y herramientas.

• Control de las condiciones de corte

• Control de desviaciones y corrección automática

• Manutención preventivo

Estas especificaciones determinan un equipo con las siguientes características generales:

• Capacidad de modificar rápidamente los programas de fabricación, tanto en cantidad

como en tipos de piezas.

• Capacidad de absorber los cambios de diseño y especificación de las piezas.

• Capacidad de trabajo desatendido en largos periodos de tiempo.

• Capacidad de garantizar una calidad del 100%, cero defectos.

• Capacidad de trabajo sin stocks intermedios

• Posibilidad de utilización de los equipos al 100%,

• Manutención preventivo

• Capacidad de entrega inmediata de los pedidos



1.5. COMPONENTES TECNOLÓGICOS DE UNA CÉLULA FLEXIBLE DE

FABRICACIÓN

1.5.1. ROBOTS

Cuando escuchamos la palabra Robot, en algunas ocasiones pensamos en esas películas que nos

han sorprendido por presentarnos Robots que realizan acciones superiores a las capacidades del

ser humano.

Quizás los modelos más famosos de robots han sido los creados por George Lucas en su película

Stars Wars.

El siglo XVIII constituye la época del nacimiento de la robótica industrial. Hace ya más de

doscientos años se construyeron unas muñecas mecánicas, del tamaño de un ser humano, que

ejecutaban piezas musicales.

Sin duda, hoy se puede afirmar que el desarrollo de las máquinas−herramientas ha sido

sumamente acelerado.

1.5.2. DEFINICIÓN DE ROBOTS

El concepto actual de robot industrial no se aplica a aquellas antiguas muñecas

� ¿Qué significa robótica?

El término robótica procede de la palabra robot. La robótica es, por lo tanto, la ciencia o

rama de la ciencia que se ocupa del estudio, desarrollo y aplicaciones de los robots. Otra

definición de robótica es el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas

programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles,

aparatos, etc. y otras actividades. Básicamente, la robótica se ocupa de todo lo

concerniente a los robots, lo cual incluye el control de motores, mecanismos automáticos

neumáticos, sensores, sistemas de cómputos, etc.



� Qué es un robot

Un robot es una máquina controlada por ordenador y programada para moverse,

manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno. Su objetivo

principal es el de sustituir al ser humano en tareas repetitivas, difíciles, desagradables e

incluso peligrosas de una forma más segura, rápida y precisa.

� ¿Qué es un manipulador?

Es un mecanismo generalmente compuesto por elementos en serie articulados o

deslizantes uno con respecto a otro, cuyo objetivo es tomar y desplazar objetos según

varios grados de libertad.

1.5.2.1. CLASIFICACION DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES

Una clasificación del grado de complejidad del Robot puede establecerse de la siguiente forma:

� Robots de primera generación: Dispositivos que actúan como "esclavo" mecánico de un

hombre, quien provee mediante su intervención directa el control de los órganos de

movimiento. Esta transmisión tiene lugar mediante servomecanismos actuados por las

extremidades superiores del hombre, caso típico manipulación de materiales radiactivos,

obtención de muestras submarinas, etc.

� Robots de segunda generación: El dispositivo actúa automáticamente sin intervención

humana frente a posiciones fijas en las que el trabajo ha sido preparado y ubicado de

modo adecuado ejecutando movimientos repetitivos en el tiempo, que obedecen a lógicas

combinatorias, secuenciales, programadores paso a paso, neumáticos o Controladores

Lógicos Programables. Un aspecto muy importante está constituido por la facilidad de

rápida reprogramación que convierte a estos Robots en unidades "versátiles" cuyo campo

de aplicación no sólo se encuentra en la manipulación de materiales sino en todo los

procesos de manufactura.



� Robots de tercera generación: Son dispositivos que habiendo sido construidos para

alcanzar determinados objetivos serán capaces de elegir la mejor forma de hacerlo

teniendo en cuenta el ambiente que los circunda. Para obtener estos resultados es

necesario que el robot posea algunas condiciones que posibiliten su interacción con el

ambiente y los objetos. Las mínimas aptitudes requeridas son: capacidad de reconocer un

elemento determinado en el espacio y la capacidad de adoptar propias trayectorias para

conseguir el objetivo deseado. Los métodos de identificación empleados hacen referencia

a la imagen óptica por ser esta el lenguaje humano en la observación de los objetos, sin

embargo no puede asegurarse que la que es natural para el hombre, constituye la mejor

solución para el robot.



1.5.3. ANATOMÍA DEL ROBOT

Se refiere a la construcción física del cuerpo, brazo y muñeca del la maquina. La mayoría de los

robots utilizados en las fábricas actuales están montados sobre una base que está sujeta al suelo.

El cuerpo está unido a la base y un conjunto del brazo esta unido al cuerpo. Al final del brazo esta

la muñeca.

La muñeca está constituida por varios componentes que le permiten orientarse en una diversidad

de posiciones. Los movimientos relativos entre los diversos componentes del cuerpo, brazo y

muñeca son proporcionados por una serie de articulaciones. Estos movimientos de las

articulaciones suelen implicar deslizamientos o giros.

El robot industrial es un manipulador de uso general controlado por computador que consiste en

algunos elementos rígidos conectados en serie mediante articulaciones prismáticas o de

revolución. El final de la década esta fijo a una base soporte, mientras el otro extremo está libre y

equipado con una herramienta para manipular objetos o realizar tareas de montaje.

El movimiento de las articulaciones resulta y produce un movimiento relativo de los distintos

elementos. Mecánicamente, un robot se compone de un brazo y una muñeca mas una

herramienta. Se diseña para alcanzar una pieza de trabajo localizada dentro de su volumen de

trabajo.

Un manipulador mecánico consiste en una secuencia de cuerpos rígidos, llamados elementos,

conectados mediante articulaciones prismáticas o de revolución. Cada para articulación-elemento

constituye un grado de libertad.

De aquí que para un manipulador con N grados de libertad hay N pares articulación-elemento con

el enlace 0 (no considerado parte del robot) unido a una base soporte donde suele establecer un

sistema de coordenadas inercial para este sistema dinámico, y el último elemento esta unido a la

herramienta.



Las articulaciones y elementos se enumeran hacia afuera desde la base; así la articulación

primera es el punto de conexión entre el elemento primero y la base soporte. Cada elemento se

conecta, a lo mas, a otros dos, así pues no se forman lazos cerrados.

1.5.3.1. COMPONENTES DE UN ROBOT

Un sistema de robot industrial consta de las siguientes partes:

1.- MANIPULADOR O BRAZO MECÁNICO. Es el conjunto de elementos mecánicos que

propician el movimiento del elemento terminal (aprehensor o herramienta). Dentro de la

estructura interna del manipulador se alojan, en muchas ocasiones, los elementos motrices,

engranes y transmisiones que soportan el movimiento de las cuatro partes que generalmente,

suelen conformar el brazo:

• Base o pedestal de fijación.

• Cuerpo.

• Brazo.

• Antebrazo.



2.- CONTROLADOR. Es el que se encarga de regular el movimiento de los elementos del

manipulador y todo tipo de acciones, cálculos y procesado de información, que se realiza.

La complejidad del control varía según los parámetros que se gobiernan, pudiendo existir las

siguientes categorías:

a) Controlador de posición. Sólo interviene en el control de la posición del elemento

terminal.

b) Control cinemático. Cuando además de la posición se regula la velocidad.

c) Control dinámico. Se tiene en cuenta, también, las propiedades dinámicas del

manipulador, motores y elementos asociados.

d) Control adaptativo. Además de lo indicado en los anteriores controles, también se

considera la variación de las características del manipulador al variar la posición.

3.- ELEMENTOS MOTRICES O ACTUADORES. Los elementos motrices son los

encargados de producir el movimiento de las articulaciones, bien directamente o a través de

poleas, cables, cadenas, etc. Se clasifican en tres grandes grupos, atendiendo a la energía que

utilizan:

• Neumáticos.

• Hidráulicos.

• Eléctricos.

4.- ELEMENTO TERMINAL. (Herramienta o aprehensor). A la muñeca del manipulador se

acopla una garra o una herramienta, que será la encargada de materializar el trabajo previsto.

Por lo general, la problemática del elemento terminal radica en que ha de soportar una elevada

capacidad de carga y al mismo tiempo conviene que tenga reducido peso y tamaño.



Como consecuencia de la amplia variedad de tareas a las que se destinan los robots, el elemento

terminal adopta formas muy diversas en bastantes ocasiones es necesario diseñar el elemento

terminal a medida de la operación en la que se aplica.

5.- SENSORES DE INFORMACIÓN EN LOS ROBOTS INTELIGENTES. Los robots de la

última generación tienen la capacidad de relacionarse con el entorno y tomar decisiones en

tiempo real, para adaptar sus planes de acción a las circunstancias exteriores. La información que

reciben les hace autoprogramables, o sea, alteran su actuación y función de la situación externa lo

que supone disponer de un cierto grado de inteligencia artificial.

1.5.3.2. CONFIGURACIONES BÁSICAS DE UN ROBOT

Los robots industriales están disponibles en una amplia gama de tamaños, formas y

configuraciones físicas. La gran mayoría de los robots comercialmente disponibles en al

actualidad tiene las siguientes configuraciones.

1.- CONFIGURACIÓN POLAR. Utiliza

un brazo telescopio que puede elevarse o

bajar al rededor de un pivote horizontal.

Este pivote está montado sobre una base

giratoria. Estas articulaciones proporcionan

al robot la capacidad para desplazar su

brazo dentro de un espacio esférico, y de

aquí la denominación de robot de

<<coordenadas esféricas>> que suelen

aplicar a este tipo.



2.- CONFIGURACIÓN CILÍNDRICA. Utiliza una

columna vertical y un dispositivo de deslizamiento que

puede moverse hacia arriba o abajo a lo largo de la columna.

El brazo del robot esta unido al dispositivo deslizante de

modo que puede moverse en sentido radial con respecto a la

columna puede girar.

3.- CONFIGURACIÓN DE COORDENADAS

CARTESIANAS. Este tipo de robot utiliza tres

dispositivos deslizantes perpendiculares para construir los

ejes x, y, z

4.- CONFIGURACIÓN DE BRAZO ARTICULADO.

Es similar a la del brazo humano, esta constituido por dos

componentes rectos que simulan el brazo o antebrazo

humano. Estos componentes están conectados por las

articulaciones giratorias que asemejan el hombreo y codo

y una muñeca esta al final del brazo del robot. El robot

más común de este tipo se conoce robot SCARA

1.5.3.3. CAPACIDAD DE MOVIMIENTO DE UN ROBOT

La colección de las diversas articulaciones se hace a través de elementos rígidos llamados

uniones.



La capacidad de movimiento de un robot esta dada por sus uniones o articulaciones. Toda tarea

implica el movimiento de un brazo manipulador por lo tanto la primera función del sistema de

control del robot es proporcionar y orientar la muñeca con una velocidad y precisión

especificadas.

Los robots industriales están diseñados para realizar un trabajo productivo. El trabajo se realiza

permitiendo que el robot desplace su cuerpo, brazo y muñeca mediante una serie de movimientos

y posiciones.

Unido a la muñeca está el efector final, que se utiliza por el robot para realizar una tarea

específica. Los movimientos del robot pueden dividirse en dos categorías generales:

1. Movimientos del brazo y del cuerpo.

2. Movimientos de la muñeca.

Los movimientos de las articulaciones individuales asociadas con estas dos categorías se

denomina, a veces, por el termino <<grados de libertad>> y un robot industrial típico está dotado

de cuatro a seis grados de libertad.

Los movimientos del robot se realizan por medio de articulaciones accionadas. Tres

articulaciones suelen estar asociadas con la acción del brazo y del cuerpo y dos otras

articulaciones se suelen emplear para accionar la muñeca. Para la conexión de las diversas

articulaciones del manipulador se emplean unos elementos rígidos denominados uniones. En

cualquier cadena de unión - articulación - unión, llamaremos unión de entrada al eslabón que está

más próximo a la base en la cadena. La unión de salida es la que se desplaza con respecto a la

entrada.

Las articulaciones utilizadas en el diseño de robots industriales suelen implicar un movimiento

relativo de las uniones contiguas, movimiento que es lineal o rotacional. Las articulaciones

lineales implican un movimiento deslizante o de traslación de las uniones de conexión.



Hay como mínimos, tres tipos de articulación giratoria, que pueden distinguirse en los

manipuladores de robots. Las articulaciones del brazo y del cuerpo están diseñadas para permitir

al robot desplazar su efector final a una posición deseada dentro de los límites del tamaño del

robot y de los movimientos de las articulaciones y estas son:

LINEAL TORCIÓN ROTACIONAL

Para robots de configuración polar, cilíndrica o de brazo articulado, los tres grados de libertad

asociados con los movimientos del brazo y del cuerpo son:

1. Transversal Vertical.- Es la capacidad para desplazar la muñeca hacia arriba o abajo

para proporcionar la postura vertical deseada.

2. Transversal Radial.- Implica la extensión o retracción del brazo desde el centro vertical

del robot.

3. Transversal Rotacional.- Es la rotación del brazo alrededor del eje vertical.



1.5.4. VOLUMEN DE TRABAJO

Es el término que se refiere al espacio dentro del cual el robot puede manipular el extremo de su

muñeca. El convenio de utilizar el extremo de la muñeca para definir el volumen de trabajo del

robot se adopta para evitar la compilación de diferentes tamaños de efectores finales, que

podrían unirse a la muñeca del robot.

El efecto final es una adición al robot básico y no debe contarse como parte del espacio de trabajo

del robot. Un efector final largo montado en la muñeca se añadiría significativamente a la

extensión del robot en comparación con un efector final más pequeño.

Además, el efector final unido a la muñeca podría no ser capaz de alcanzar algunos puntos dentro

del volumen normal de trabajo del robot debido a la combinación particular de límites de

articulaciones del brazo

El volumen de trabajo viene determinado por las siguientes características del robot:

4. La configuración física del robot.

5. Los tamaños de los componentes del cuerpo, brazo y de la muñeca.

6. Los límites de movimientos de las articulaciones del robot.

La influencia de la configuración física sobre la forma del volumen de trabajo. Un robot de

coordenadas polares tiene un volumen de trabajo que es una esfera parcial, un robot de

coordenadas cilíndricas tiene una envolvente de trabajo cilíndrico.



POLAR CILINDRICA CARTESIANA

El volumen de trabajo es la esfera de influencia de un robot cuyo brazo puede colocar el

submontaje de la muñeca en cualquier punto dentro de la esfera. El brazo generalmente se puede

mover con tres grados de libertad.

La combinación de los movimientos posiciona a la muñeca sobre la pieza de trabajo. La muñeca

normalmente consta de tres movimientos giratorios. La combinación de estos tres movimientos

orienta la pieza de acuerdo a la configuración del objeto para facilitar su recogida. Estos tres

últimos movimientos se denominan a menudo elevación, desviación y giro.

Por lo tanto, para un robot con seis articulaciones, el brazo es el mecanismo de posicionamiento,

mientras que la muñeca es el mecanismo de orientación.



1.5.5. SISTEMAS DE IMPULSIÓN DEL ROBOT

La capacidad para desplazar su cuerpo, brazo y muñeca se proporciona por el sistema de

impulsión utilizado para accionar el robot. El sistema de impulsar determina la velocidad de los

movimientos del brazo, la resistencia mecánica del robot y su rendimiento dinámico. En cierta

medida el sistema de impulsor determina las clases de aplicaciones que vuelven a realizar el

robot.

Existen dos clases de impulsión y son:

a) Impulsión Hidráulica: Suele estar asociada con los robots más grandes y fuertes. Una

ventaja de sistema hidráulico es proporcionar al robot una mayor velocidad y resistencia

mecánica. Los inconvenientes es que necesita mas espacio y muy a menudo tiene fugas de

aceite lo que resulta enojoso.

b) Impulsión eléctrica: Son menos potentes que los hidráulicos pero en cambio son más

pequeños y precisos y además son más baratos que los hidráulicos.



1.5.6. SISTEMAS DE CONTROL Y RENDIMIENTO

Un robot es un sistema mecánico cuyo control debe estar encaminado a efectuar una tarea de

utilidad. Toda tarea implica el movimiento de un brazo manipulador. Por tanto, la primera

función del sistema de control del robot es posesionar y orientar la muñeca (y el efector final) con

una velocidad y precisión especificadas.

Se pondrá mas énfasis en el estudio de los sistemas mecánicos, ya que el manipulador de robot se

encuentra dentro de este grupo.

Cuando se estudia un sistema mecánico se está interesado por la respuesta del sistema para

determinadas entradas. Estas entradas incluyen las ordenes de control de sistema y las

magnitudes perturbadoras del entorno.

Un sistema se puede dividir en cinco componentes principales:

1. La entrada (o entradas) al sistema.

2. El controlador y los dispositivos de actuación.

3. La instalación (mecanismo o proceso que se controla).

4. La salida (variable controlada).

5. Elementos de retroalimentación (sensores).

CONTROLADORES: La función del controlador es comparar la salida real del sistema con la

orden de entrada para reducir una señal de control, que reducirá el error a cero o tan cerca como

sea posible.

Los controladores más comunes son:

1. On/Off

2. Proporcional



3. Integral

4. Proporcional más integral

5. Proporcional más derivativo

6. Proporcional más integral más derivativo

CONTROLADOR: Suele estar formado por una comparación de las señales de entrada y salida,

un dispositivo de control que determina la acción a realizar y unos actuadores para convertir la

acción en movimiento físico. En algunos robots los actuadores no son parte del control

1.5.6.1. ACTUACIÓN DE UN ROBOT Y COMPONENTES DE

RETROALIMENTACIÓN

El control de manipulador del robot requiere la aplicación a un sistema mecánico de la teoría de

control. Existen diferentes tipos de dispositivos utilizados como componentes de los sistemas de

control del robot.

Estos dispositivos se clasifican en cuatro categorías:

1. Sensores de Posición

2. Sensores de Velocidad

3. Actuadores

4. Dispositivos de transmisión de energía

Los sensores de posición y velocidad se utilizan en la robótica como dispositivos de

retroalimentación, es decir nos proporciona los medios necesarios para determinar las posiciones

de las articulaciones así como su velocidad. Entre la gran velocidad de dispositivos existentes

están los potenciómetros, unidades de resolución y codificadores.



1.5.6.2. CONTROL CLÁSICO

a) CONTROL TODO O NADA: El controlador <<todo o nada>>, el elemento de control

sólo proporciona dos niveles de control: total y nulo. Un ejemplo de este tipo de

controlador es el termostato doméstico. Si el error que se presenta en el controlador es e

(t) y la señal de control que proporciona el controlador es m (t), entonces el controlador

todo o nada>> se representa por:

m (t) = M1 para e (t) > 0

m (t) = M2 para e (t) < 0

La mayoría de los controladores de tipo << todo o nada >>, ni M1 ni M2 es igual a cero.

b) CONTROL PROPORCIONAL. En los casos de que se requiera una acción más suave,

puede utilizarse controlador proporcional. Este controlador desarrolla una señal de

control proporcional al error. Esencialmente, actúa como un amplificador con una

ganancia Kp. Su acción se representa por:

m (t) = Kp e (t)

Utilizando la notación del operador diferencial introducida con anterioridad, la función de

transferencia será:

M (s) / E (s) = Kp

c) CONTROL INTEGRAL. Es un controlador, al emplear una acción de control integral,

la señal de control se modifica a una velocidad proporcional a la señal de error. Es decir,

la señal de error es grande, la señal de control se incrementa con gran rapidez; si es

pequeña, la señal de control se incrementa con lentitud.



Este proceso puede representarse por:

m (t) = Ki integral e (t) dr

Donde Ki es la ganancia del integrador. La correspondiente función de transferencia es:

M (s) / E (s) = Ki/s

Utilizando 1/s como operador para la integración. Si el error tiende a cero, la salida del

controlador permanecería constante.

d) CONTROL PROPORCIONAL MÁS INTEGRAL. Algunas veces es necesario

combinar acciones de control. Un controlador proporcional es incapaz de neutralizar una

carga en el sistema sin ningún error. Un controlador integral puede proporcionar un error

cero, pero suele suministrar una respuesta lenta. Para resolver este problema se utiliza el

controlador P - I. Se representa por:

m (t) = Kp e (t) + Kp/ Ti integral e (t) dr

donde Ti regula la ganancia del integrador y Kp ajusta

el integrador y la ganancia proporcional. La función de transparencia es:

M (s) / E (s) = Kp ( 1 + 1 / Ti S)

e) CONTROL PROPORCIONAL MÁS DERIVATIVO. La acción del control derivativo

proporciona una señal de control proporcional a la velocidad de cambio de la señal de

error. Puesto que no genera ninguna salida a menos que el error sea cambiado, en raras

ocasiones se utiliza sola. El controlador P - D se presenta por:

m (t) = Kp e (t) + Kp Tp de (t) / dt



y la función de transferencia es: M (s) / E (s) = Kp (1 + Td * S). El efecto de la acción del

control derivativo es anticipar cambios en el error y proporcionar una respuesta más

rápida a los cambios.

f) CONTROL PROPORCIONAL MÁS INTEGRAL MÁS DERIVATIVO. Tres de las

acciones de control se pueden combinar para formar el controlador P-I-D se representa

mediante:

m (t) = Kp e (t) + Kp /Ti

integral e (t) dt + Kp * Td (de (t) / dt

y la función de transferencia es:

M(s) / E (s) = Kp ( 1 + 1/Ti S + Td S)

El control P-I-D es el tipo de control más general y, con toda probabilidad, es el tipo de

controlador más utilizado. Proporciona una respuesta rápida, un buen control de la estabilidad

del sistema y un bajo error de régimen permanente.



1.5.7. PRECISIÓN DE MOVIMIENTO

Se define la precisión del movimiento como una ficción de tres categorías:

1. Resolución Espacial.- Esta se define como el más pequeño incremento movimiento en

que el robot puede pedir su volumen de trabajo. La resolución depende de dos factores:

a) La resolución de control del sistema.- Viene determina por el sistema de

medida de realimentación.

b) Las inexactitudes mecánicas.- En los componentes de las uniones y

articulaciones del robot y su sistema de medida de realimentación

constituye el otro factor que contribuye a la resolución espacial.

2. Exactitud.- Se refiere a la capacidad de un robot para situar el extremo de su muñeca en

un punto destino deseado dentro de un menú de trabajo. La exactitud puede dividirse en

términos de resolución espacial, porque la capacidad para alcanzar un punto de destino

determinado depende de cuan próximos pueda el robot definir los incrementos de control

para cada uno de sus movimientos de las articulaciones.

La exactitud de un robot resulta afectada por dos factores:

c) La exactitud varía dentro del volumen de trabajo

d) La exactitud mejora si el ciclo de movimiento está restringido a un

margen de trabajo limitado.

3. Receptividad.- Esta relacionada con la capacidad del robot para situar su efector final en

un punto en el espacio que si lo hubiera enseñado con anterioridad. Se refiere a la

capacidad del robot para mover del punto programado cuando se le ordena que lo haga.



1.5.8. EFECTORES

Las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales los

cuales incluyen el herramental que se une a la muñeca del robot y a los sensores que permiten al

robot interaccionar con su entorno.

En robótica el término efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que esta unida

a la muñeca.

1.5.9.1. CATEGORIAS DE EFECTORES FINALES:

1. PINZAS.- Las pinzas se utilizan para agarrar un objeto y sujetarlo durante el ciclo de trabajo

del robot.

CLASIFICACIÓN DE PINZAS:

a) Pinzas simples.-Es que sólo se monta un dispositivo de agarre unidos en la muñeca del

robot.

b) Pinzas dobles.- Esta posee dos dispositivos de agarre unidos a la muñeca y se utiliza para

sostener dos objetos distintos.

c) PINZAS MECANICAS: Las pinzas mecánicas es un efector final que utiliza dedos

mecánicos impulsados por un mecanismo para agarrar una pieza. Los dedos, algunas

veces llamados uñas, son los accesorios de la pinza que están en contacto con la pinza.



La función del mecanismo de pinza es trasladar algo a partir de un suministro de energía

que origina una acción de agarre de los dedos sobre la pieza. La energía es suministrada

por el robot y puede ser neumática, eléctrica, mecánica o hidráulica.

El mecanismo debe ser capaz de abrir y cerrar los dedos y de aplicar la fuerza suficiente

contra la pieza para sostenerlo de forma segura cuando se cierre la pinza.

Existen varias formas de clasificación de pinzas mecánicas y de sus mecanismos de

actuación. Un método es realizar la clasificación de acuerdo con el tipo de movimiento de

los dedos utilizado por la pinza. En esta clasificación las pinzas pueden impulsar la

apertura y cierre de los dedos mediante uno de los movimientos siguientes:

• Movimiento de pivotaje

• Movimiento lineal o traslación

Las pinzas mecánicas se pueden clasificar de acuerdo al tipo de dispositivo cinemático

utilizado para actuar el movimiento del dedo. En esta clasificación se tienen los siguientes

tipos:

1. Actuación de articulación.

2. Actuación de engranaje y bastidor.

3. Actuación de leva.

4. Actuación de tornillo.

5. Actuación de cable y polea.

6. Varios.

Además de las pinzas mecánicas, hay una

diversidad de otros dispositivos que pueden

elevar y sujetar objetos.



d) PINZAS VENTOSAS.- También denominadas casquetes de vacío, pueden utilizarse

como dispositivos de pinza para manipular algunas clases de objetos. Los requisitos

habituales exigidos a los objetos a manipular son que sean planos, suaves y limpios.Las

ventosas utilizadas en este tipo de pinzas de robot suelen ser de material elástico, tal

como plástico blando.

e) PINZAS MAGNÉTICAS.- Pueden ser un medio muy factible de manipular materiales

ferrosos.

f) PINZAS ADHESIVAS.- Realizan la acción de agarre pueden utilizarse para manipular

tejidos y otros materiales livianos.

g) GANCHOS Y CUCHARAS.- Los ganchos pueden emplearse como efectores finales

para manipular contenedores de piezas y para cargar y descargar piezas que cuelguen

de transportadores aéreos. Las cucharas y los calderos pueden utilizarse para manipular

algunos materiales en forma de polvo o líquidos.

2. HERRAMIENTAS.- Una herramienta se utiliza como un efector final en aplicaciones

donde se exige al robot realizar alguna operación especial, algunos ejemplos de herramientas

utilizadas como efectores finales en aplicaciones de robot incluyen:

� Herramienta de soldadura por puntos.

� Soplete de soldadura por arco.

� Tobera de pintura por pulverización.

� Husillos giratorios para operaciones tales como: taladro, ranurado cepillado y

rectificado.

� Aplicaciones de cemento líquido para montaje.

� Sopletes de calentamiento.

� Herramienta de corte por chorro de agua.



1.5.9. SENSORES ROBÓTICOS

La función de los sensores del robot se puede dividir en dos categorías:

1. Estado Interno.- Trata con la detección de variables tales como la posición de la

articulación del brazo, que se utiliza para encontrar el robot.

2. Estado Externo.- Trata con detección de variables tales como alcance, proximidad,

contacto y fuerza juegan un papel significativo en la mejora del funcionamiento del

robot, se reconoce que la visión es la capacidad sensorial más potente del robot.

La visión del robot se puede definir como el proceso de extraer caracterizar, e interpretar

información de imágenes de un mundo tridimensional. Este proceso también es conocido como

visión de máquina o de computadora, se subdivide en seis áreas principales:

a) Sensor.

b) Preprocesamiento.

c) Segmentación.

d) Descripción.

e) Reconocimiento.



f) Interpretación.

Los sensores enviados como dispositivos periféricos incluyen tipos simples como interruptores y

tipos complicados como sistemas de visón artificial.

Los sensores se clasifican en:

a) Sensores Táctiles.- se trata de sensores que corresponden a fuerzas de contacto con otro

objeto.

b) Sensores de Proximidad y Alcance.- Estos sensores indican cuando un objeto esta cerca

de otro objeto antes de que produzca contacto cuando se detecta la distancia entre los

objetos se denomina sensores de alcance.

c) Tipos Diversos.- Son sensores como medidores de temperatura de presión.

d) Visión de Maquinas.- se emplea técnicas de visión artificial.



UNIDAD 2.

LENGUAJES Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS

2.1. INTRODUCCIÓN

2.2. LENGUAJES Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS

2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN USADA EN ROBÓTICA

2.2.2. PROGRAMACIÓN GESTUAL O DIRECTA

2.2.3. PROGRAMACIÓN TEXTUAL EXPLICITA

2.2.4. PROGRAMACIÓN TEXTUAL ESPECIFICATIVA

2.2.5. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN GESTUAL PUNTO A PUNTO

2.2.6. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN A NIVEL DE MOVIMIENTOS

ELEMENTALES.

2.2.7. LENGUAJES ESTRUCTURADOS DE PROGRAMACIÓN EXPLÍCITA

2.2.8. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ESPECIFICATIVA A NIVEL

OBJETO.

2.2.9. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN EN FUNCIÓN DE LOS OBJETIVOS.

2.2.10. CARACTERÍSTICAS DE UN LENGUAJE IDEAL PARA LA ROBÓTICA

2.3. PROGRAMACION DEL ROBOT

2.4. METODOS DE PROGRAMACION DEL ROBOT

2.5. METODOS DE PROGRAMACION DE APRENDIZAJE DIRECTO

2.6. UN PROGRAMA DE ROBOT COMO UNA TRAYECTORIA EN ESPACIO

2.7. INTERPOLACIÓN DE MOVIMIENTOS.

2.8. BIFURCACIÓN.

2.9. CAPACIDADES Y LIMITACIONES DE LOS MÉTODOS DE APRENDIZAJE

DIRECTO.



2.1. INTRODUCCIÓN

En las máquinas controladas por sistemas informáticos, el lenguaje es el medio que utiliza el

hombre para gobernar su funcionamiento, por lo que su correcta adaptación con la tarea a realizar

y la sencillez de manejo, son factores determinantes del rendimiento obtenido en los robots

industriales.

Hay varias maneras de comunicarse con un robot, y tres soluciones generales para

lograrlo, que son:

1. Reconocimiento de palabras separadas: Los sistemas de reconocimiento de la voz en la

tecnología moderna son bastante primitivos y suelen depender de quien habla.

2. Enseñanza y repetición: Este método implica enseñar al robot dirigiéndole los

movimientos que el usuario desea que realice. La enseñanza y repetición se lleva a cabo

normalmente con los siguientes pasos:

a) dirigiendo al robot con un movimiento lento utilizando el control manual para

realizar la tarea completa y grabando los ángulos del movimiento del robot en los

lugares adecuados para que vuelva a repetir el movimiento;

b) reproduciendo y repitiendo el movimiento enseñado;

c) si el movimiento enseñado es correcto, entonces se hace funcionar al robot a la

velocidad correcta en el modo repetitivo.

3. Lenguajes de programación de alto nivel. Estas suministran una solución más general

para resolver el problema de comunicación hombre-robot.

Estas tareas no requieren interacción entre el robot y su entorno y pueden ser programadas

fácilmente por guiado. Sin embargo, la utilización de robots para llevar a cabo las tareas

requieren técnicas de programación en lenguajes de alto nivel ya que el robot de la línea

de producción suele confiar en la realimentación de los sensores y este tipo de interacción



sólo puede solo puede ser mantenida por métodos de programación que contengan

condiciones.



2.2. LENGUAJES Y PROGRAMACIÓN DE ROBOTS

Los lenguajes clásicos empleados en informática, como el FORTRAN, BASIC, PASCAL, etc.,

no disponen de las instrucciones y comandos específicos que necesitan los robots, para

aproximarse a su configuración y a los trabajos que han de realizar.

Esta circunstancia, ha obligado a los constructores de robots e investigadores a diseñar lenguajes

propios de la Robótica. Sin embargo, los lenguajes desarrollados hasta el momento, se han

dirigido a un determinado modelo de manipulador y a una tarea concreta, lo que ha impedido la

aparición de lenguajes transportables entre máquinas y por lo tanto de carácter universal.

La estructura del sistema informático del robot varía notablemente, según el nivel y complejidad

del lenguaje y de la base de datos que requiera

2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LA PROGRAMACIÓN USADA EN ROBÓTICA

La programación empleada en Robótica puede tener un carácter explícito, en el que el operador

es el responsable de las acciones de control y de las instrucciones adecuadas que las

implementan, o estar basada en la modelación del mundo exterior, cuando se describe la tarea y

el entorno y el propio sistema toma las decisiones.

La programación explícita es la utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos técnicas

fundamentales:

A) Programación Gestual: consiste en guiar el brazo del robot directamente a lo largo

de la trayectoria que debe seguir. Los puntos del camino se graban en memoria y

luego se repiten. Este tipo de programación, exige el empleo del manipulador en la

fase de enseñanza, o sea, trabaja "on-line".



B) Programación Textual: las acciones que ha de realizar el brazo se especifican

mediante las instrucciones de un lenguaje. En esta labor no participa la máquina (off-

line). Las trayectorias del manipulador se calculan matemáticamente con gran

precisión y se evita el posicionamiento a ojo, muy corriente en la programación

gestual

Los lenguajes de programación textual se encuadran en varios niveles, según se realice la

descripción del trabajo del robot. Se relacionan a continuación, en orden creciente de

complejidad:

1. Lenguajes elementales, que controlan directamente el movimiento de las

articulaciones del manipulador

2. Lenguajes dirigidos a posicionar el elemento terminal del manipulador.

3. Lenguajes orientados hacia el objeto sobre el que opera el sistema.

4. Lenguajes enfocados a la tarea que realiza el robot.

2.2.2. PROGRAMACIÓN GESTUAL O DIRECTA

En este tipo de programación, el propio brazo interviene en el trazado del camino y en las

acciones a desarrollar en la tarea de la aplicación. Esta característica determina,

inexcusablemente, la programación "on-line".

La programación gestual se subdivide en dos clases:

- Programación por aprendizaje directo.

- Programación mediante un dispositivo de enseñanza.

En el aprendizaje directo, el punto final del brazo se traslada con ayuda de un dispositivo

especial colocado en su muñeca, o utilizando un brazo maestro o maniquí, sobre el que se

efectúan los desplazamientos que, tras ser memorizados, serán repetidos por el manipulador.



La técnica de aprendizaje directo se utiliza, extensamente, en labores de pintura. El

operario conduce la muñeca del manipulador o del brazo maestro, determinando los tramos a

recorrer y aquellos en los que la pistola debe expulsar una cierta cantidad de pintura. Con esta

programación, los operarios sin conocimientos de "software", pero con experiencia en el trabajo a

desarrollar, pueden preparar los programas eficazmente.

La programación por aprendizaje directo tiene pocas posibilidades de edición, ya que, para

generar una trayectoria continua, es preciso almacenar o definir una gran cantidad de puntos,

cuya reducción origina discontinuidades. El "software" se organiza, aquí, en forma de intérprete.

La programación, usando un dispositivo de enseñanza, consiste en determinar las acciones y

movimientos del brazo manipulador, a través de un elemento especial para este cometido. En este

caso, las operaciones ordenadas se sincronizan para conformar el programa de trabajo.

El dispositivo de enseñanza suele estar constituido por botones, teclas, pulsadores, luces

indicadoras, ejes giratorios o "joystick".

Dependiendo del algoritmo de control que se utilice, el robot pasa por los puntos finales de la

trayectoria enseñada. Hay que tener en cuenta que los dispositivos de enseñanza modernos no

sólo permiten controlar los movimientos de las articulaciones del manipulador, sino que pueden,

también, generar funciones auxiliares, como:

- Selección de velocidades

- Generación de retardos

- Señalización del estado de los sensores

- Borrado y modificación de los puntos de trabajo

- Funciones especiales

Al igual que con la programación directa, en la que se emplea un elemento de enseñanza, el

usuario no necesita conocer ningún lenguaje de programación. Simplemente, debe habituarse al



empleo de los elementos que constituyen el dispositivo de enseñanza. De esta forma, se pueden

editar programas, aunque como es lógico, muy simples.

La estructura del "software" es del tipo intérprete; sin embargo, el sistema operativo que controla

el procesador puede poseer rutinas específicas, que suponen la posibilidad de realizar operaciones

muy eficientes.

Los lenguajes de programación gestual, además de necesitar al propio robot en la confección del

programa, carecen de adaptabilidad en tiempo real con el entorno y no pueden tratar, con

facilidad, interaciones de emergencia.

2.2.3. PROGRAMACIÓN TEXTUAL EXPLICITA

El programa queda constituido por un texto de instrucciones o sentencias, cuya confección no

requiere de la intervención del robot; es decir, se efectúan "off-line". Con este tipo de

programación, el operador no define, prácticamente, las acciones del brazo manipulado, sino que

se calculan, en el programa, mediante el empleo de las instrucciones textuales adecuadas.

En una aplicación tal como el ensamblaje de piezas, en la que se requiere una gran precisión, los

posicionamientos seleccionados mediante la programación gestual no son suficientes, debiendo

ser sustituidos por cálculos más perfectos y por una comunicación con el entorno que rodea al

sistema.

En la programación textual, la posibilidad de edición es total. El robot debe intervenir, sólo, en la

puesta a punto final.

Según las características del lenguaje, pueden confeccionarse programas de trabajo complejos,

con inclusión de saltos condicionales, empleo de bases de datos, posibilidad de creación de

módulos operativos intercambiables, capacidad de adaptación a las condiciones del mundo

exterior, etc.



Dentro de la programación textual, existen dos grandes grupos, de características netamente

diferentes:

1. Programación textual explícita.

2. Programación textual especificativa.

En la programación textual explícita, el programa consta de una secuencia de órdenes o

instrucciones concretas, que van definiendo con rigor las operaciones necesarias para llevar a

cabo la aplicación. Se puede decir que la programación explícita engloba a los lenguajes que

definen los movimientos punto por punto, similares a los de la programación gestual, pero bajo la

forma de un lenguaje formal. Con este tipo de programación, la labor del tratamiento de las

situaciones anormales, colisiones, etc., queda a cargo del programador.

Dentro de la programación explícita, hay dos niveles:

1º. Nivel de movimiento elemental

Comprende los lenguajes dirigidos a controlar los movimientos del brazo manipulador.

Existen dos tipos:

a) Articular, cuando el lenguaje se dirige al control de los movimientos de las diversas

articulaciones del brazo.

b) Cartesiano, cuando el lenguaje define los movimientos relacionados con el sistema de

manufactura, es decir, los del punto final del trabajo (TCP).

Los lenguajes del tipo cartesiano utilizan transformaciones homogéneas. Este hecho

confiere "popularidad" al programa, independizando a la programación del modelo particular del

robot, puesto que un programa confeccionado para uno, en coordenadas cartesianas, puede

utilizarse en otro, con diferentes coordenadas, mediante el sistema de transformación



correspondiente. Son lenguajes que se parecen al BASIC, sin poseer una unidad formal y

careciendo de estructuras a nivel de datos y de control.

Por el contrario, los lenguajes del tipo articular indican los incrementos angulares de las

articulaciones. Aunque esta acción es bastante simple para motores de paso a paso y corriente

continua, al no tener una referencia general de la posición de las articulaciones con relación al

entorno, es difícil relacionar al sistema con piezas móviles, obstáculos, cámaras de TV, etc.

Los lenguajes correspondientes al nivel de movimientos elementales aventaja,

principalmente, a los de punto a punto, en la posibilidad de realizar bifurcaciones simples y saltos

a subrutinas, así como de tratar informaciones sensoriales.

2º. Nivel estructurado

Intenta introducir relaciones entre el objeto y el sistema del robot, para que los lenguajes se

desarrollen sobre una estructura formal.

Se puede decir que los lenguajes correspondientes a este tipo de programación adoptan la

filosofía del PASCAL. Describen objetos y transformaciones con objetos, disponiendo, muchos

de ellos, de una estructura de datos arborescente.

El uso de lenguajes con programación explícita estructurada aumenta la comprensión del

programa, reduce el tiempo de edición y simplifica las acciones encaminadas a la consecución de

tareas determinadas.

En los lenguajes estructurados, es típico el empleo de las transformaciones de coordenadas, que

exigen un cierto nivel de conocimientos. Por este motivo dichos lenguajes no son populares hoy

en día.

2.2.4. PROGRAMACIÓN TEXTUAL ESPECIFICATIVA



Se trata de una programación del tipo no procesal, en la que el usuario describe las

especificaciones de los productos mediante una modelización, al igual que las tareas que hay que

realizar sobre ellos.

El sistema informático para la programación textual especificativa ha de disponer del modelo del

universo, o mundo donde se encuentra el robot. Este modelo será, normalmente, una base de

datos más o menos compleja, según la clase de aplicación, pero que requiere, siempre ,

computadoras potentes para el procesado de una abundante información.

El trabajo de la programación consistirá, simplemente, en la descripción de las tareas a realizar,

lo que supone poder llevar a cabo trabajos complicados.

Actualmente, los modelos del universo son del tipo geométrico, no físico.

Dentro de la programación textual especificativa, hay dos clases, según que la orientación del

modelo se refiera a los objetos a los objetivos.

Si el modelo se orienta al nivel de los objetos, el lenguaje trabaja con ellos y establece las

relaciones entre ellos. La programación se realiza "off-line" y la conexión CAM es posible.

Dada la inevitable imprecisión de los cálculos del ordenador y de las medidas de las piezas, se

precisa de una ejecución previa, para ajustar el programa al entorno del robot.

Los lenguajes con un modelo del universo orientado a los objetos son de alto nivel,

permitiendo expresar las sentencias en un lenguaje similar al usado comúnmente.

Por otra parte, cuando el modelo se orienta hacia los objetivos, se define el producto final.

La creación de lenguajes de muy alto nivel transferirá una gran parte del trabajo de

programación, desde el usuario hasta el sistema informático; éste resolverá la mayoría de los

problemas, combinando la Automática y la Inteligencia Artificial.



2.2.5. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN GESTUAL PUNTO A PUNTO

Se aplican con el robot "in situ", recordando a las normas de funcionamiento de un

magnetofón doméstico, ya que disponen de unas instrucciones similares: PLAY (reproducir),

RECORD (grabar), FF (adelantar), FR (atrasar), PAUSE, STOP, etc. Además, puede disponer de

instrucciones auxiliares, como INSERT (insertar un punto o una operación de trabajo) y

DELETE (borrar).

Conceptualmente, ala estar el manipulador en línea funciona como un digitalizador de posiciones.

Los lenguajes más conocidos en programación gestual punto a punto son el FUNKY, creado por

IBM para uno de sus robots, y el T3, original de CINCINNATI MILACROM para su robot T3.

En el lenguaje FUNKY se usa un mando del tipo "joystick" para el control de los movimientos,

mientras que el T3 dispone de un dispositivo de enseñanza ("teach pendant").

Como en un grabador de cassettes, y en los dos lenguajes mencionados, los movimientos pueden

tener lugar en sistemas de coordenadas cartesianas, cilíndricas o de unión, siendo posible insertar

y borrar las instrucciones que se desee. Es posible, también, implementar funciones relacionadas

con sensores externos, así como revisar el programa paso a paso, hacia delante y hacia atrás.

El lenguaje FUNKY dispone de un comando especial para centrar a la pinza sobre el objeto.

El procesador usado en T3 es el AMD 2900 ("bit slice"), mientras que en el FUNKY está

constituido por el IBM SYSTEM-7.

2.2.6. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN A NIVEL DE MOVIMIENTOS

ELEMENTALES.



Como ya menciono, se tratan los movimientos de punto a punto, expresados en forma de

lenguaje. Se citan, entre los más importantes:

ANORAD

EMILY

RCL

RPL

SIGLA

VAL

MAL

Todos ellos mantienen el énfasis en los movimientos primitivos, ya sea en coordenadas

articulares, o cartesianas. En comparación, tienen, como ventajas destacables, los saltos

condicionales y a subrutina, además de un aumento de las operaciones con sensores, aunque

siguen manteniendo pocas posibilidades de programación "off-line".

Estos lenguajes son, por lo general, del tipo intérprete, con excepción del RPL, que tiene un

compilador. La mayoría dispone de comandos de tratamiento a sensores básicos: tacto, fuerza,

movimiento, proximidad y presencia. El RPL dispone de un sistema complejo de visión, capaz de

seleccionar una pintura y reconocer objetos presentes en su base de datos.

Los lenguajes EMILY y SIGLA son transportables y admiten el proceso en paralelo simple.

Otros datos interesantes de este grupo de lenguajes son los siguientes:

a) ANORAD.- Se trata de una transformación de un lenguaje de control numérico de la casa

ANORAD CORPORATION, utilizado para robot ANOMATIC. Utiliza, como

procesador, al microprocesador 68000 de Motorola de 16/32 bits.



FIG. 1

b) VAL.- Fue diseñado por UNIMATION INC para sus robots UNIMATE y PUMA. (FIG.

1) Emplea, como CPU, un LSI-II, que se comunica con procesadores individuales que

regulan el servocontrol de cada articulación. Las instrucciones, en idioma inglés, son

sencillas e intuitivas, como se puede apreciar por el programa siguiente:

LISPT

PROGRAM PICKUP

1. APRO PART, 25.0

2. MOVES PART

3. CLOSE, 0.0.0

4. APRO PART, -50.0

5. APRO DROP, 100.0

6. MOVES DROP

7. OPEN, 0.0.0

8. APRO DROP, -100.0

.END

c) RPL.- Dotado con un LSI-II como procesador central, y aplicado a los robots PUMA, ha

sido diseñado por SRI INTERNATIONAL.

d) EMILY.- Es un lenguaje creado por IBM para el control de uno de sus robots. Usa el

procesador IBM 370/145 SYSTEM 7 y está escrito en Ensamblador.

e) SIGLA.- Desarrollado por OLIVETTI para su robot SUPER SIGMA, emplea un mini-

ordenador con 8 K de memoria. Escrito en Ensamblador, es del tipo intérprete.

f) MAL.- Se ha creado en el Politécnico de Milán para el robot SIGMA, con un Mini-

multiprocesador. Es un lenguaje del tipo intérprete, escrito en FORTRAN.

g) RCL.- Aplicado al robot PACS y desarrollado por RPI, emplea, como CPU, un PDP

11/03. Es del tipo intérprete y está escrito en Ensamblador.



2.2.7. LENGUAJES ESTRUCTURADOS DE PROGRAMACIÓN EXPLÍCITA

Teniendo en cuenta las importantísimas características que presenta este tipo de programación,

merecen destacarse los siguientes lenguajes:

AL

HELP

MAPLE

PAL

MCL

MAL EXTENDIDO

Un sencillo ejemplo, de carácter didáctico, utilizando el lenguaje AL, puede mostrar el interés del

control estructurado. Partiendo de la definición de unos objetos, se puede lograr una estructura

superior que los relacione.

Supongamos que se dispone de los objetos 01 y 02, y se intenta colocar al primero encima del

segundo. En la siguiente figura se muestra la configuración del sistema de este ejemplo.



Con referencia en la figura, 01T y 01B señalan, respectivamente, la parte superior e inferior del

objeto 01, mientras que 01AS indica su posición de asimiento. Las partes del objeto 02 se

denominan de la misma forma.

Un programa "orientativo", en AL, que coloque 01 sobre 02, podría ser:

MOVE ARM TO 01AS El brazo se desplaza hasta la posición de asimiento

de 01.

GRASP Aprehende a 01.

AFFIX 01B TO ARM Fija el sistema de coordenadas de 01 con el de la

pinza

del brazo.

MOVE 01B TO 02T Mueve la parte inferior de 01 hasta la parte superior de 02.

RELEASE Suelta 01 sobre 02.

UNIFIX 01 Destruye la relación entre el sistema de coordenadas del

brazo y 01.

Con excepción de HELP, todos los lenguajes de este grupo están provistos de estructuras de datos

del tipo complejo. Así, el AL utiliza vectores, posiciones y transformaciones; el PAL usa,

fundamentalmente, transformaciones y el MAPLE permite la definición de puntos, líneas, planos

y posiciones.

Sólo el PAL, y el HELP carecen de capacidad de adaptación sensorial. Los lenguajes AL,

MAPLE y MCL, tienen comandos para el control de la sensibilidad del tacto de los dedos

(fuerza, movimiento, proximidad, etc.). Además, el MCL posee comandos de visión para

identificar e inspeccionar objetos.

A continuación, se exponen las características más representativas de los lenguajes dedicados a la

programación estructurada.



AL.- Trata de proporcionar definiciones acerca de los movimientos relacionados con los

elementos sobre los que el brazo trabaja. Fue diseñado por el laboratorio de Inteligencia Artificial

de la Universidad de Stanford, con estructuras de bloques y de control similares al ALGOL,

lenguaje en el que se escribió. Está dedicado al manipulador de Stanford, utilizando como

procesadores centrales, a un PDP 11/45 y un PDP KL-10.

HELP.- Creado por GENERAL ELECTRIC para su robot ALLEGRO y escrito en

PASCAL/FORTRAN, permite el movimiento simultáneo de varios brazos. Dispone, asimismo,

de un conjunto especial de subrutinas para la ejecución de cualquier tarea. Utilizando como CPU,

a un PDP 11.

MAPLE.- Escrito, como intérprete, en lenguaje PL-1, por IBM para el robot de la misma

empresa, tiene capacidad para soportar informaciones de sensores externos. Utiliza, como CPU a

un IBM 370/145 SYSTEM 7.

PAL.- Desarrollado por la Universidad de Purdure para el manipulador de Stanford, es un

intérprete escrito en FORTRAN y Ensamblador, capaz de aceptar sensores de fuerza y de visión.

Cada una de sus instrucciones, para mover el brazo del robot en coordenadas cartesianas, es

procesada para que satisfaga la ecuación del procesamiento. Como CPU, usan un PDP 11/70.

MCL.- Lo creó la compañía MC DONALL DOUGLAS, como ampliación de su lenguaje

de control numérico APT. Es un lenguaje compilable que se puede considerar apto para la

programación de robots "off-line".

MAL EXTENDIDO.- Procede del Politécnico de Milán, al igual que el MAL, al que

incorpora elementos de programación estructurada que lo potencian notablemente. Se aplica,

también, al robot SIGMA.

2.2.8. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ESPECIFICATIVA A NIVEL OBJETO.

En este grupo se encuentran tres lenguajes interesantes:



RAPT

AUTOPASS

LAMA

RAPT.- Su filosofía se basa en definir una serie de planos, cilindros y esferas, que dan

lugar a otros cuerpos derivados. Para modelar a un cuerpo, se confecciona una biblioteca con sus

rasgos más representativos. Seguidamente, se define los movimientos que ligan a los cuerpos a

ensamblar (alinear planos, encajar cilindros, etc.).

Así, si se desea definir un cuerpo C1, se comienza definiendo sus puntos más importantes,

por ejemplo:

P1 = < x, 0, 0 >

P2 = < 0, y, 0 >

P3 = < x/2, y, 0 >

P4 = < 0, 0, z >

Si, en el cuerpo, existen círculos de interés, se especifican seguidamente:

C1 = CIRCLE/P2, R;

C2 = CIRCLE/P4, R;

A continuación, se determinan sus aristas:

L1 = L/P1, P2;

L2 = L/P3, P4;

Si, análogamente al cuerpo C1, se define otro, como el C2, una acción entre ambos podría

consistir en colocar la cara inferior de C1 alineada con la superior de C2. Esto se escribiría.



AGAINST / BOT / OF C1, TOP / OF C2;

El lenguaje RAPT fue creado en la Universidad de Edimburgo, departamento de

Inteligencia Artificial; está orientado, en especial, al ensamblaje de piezas. Destinado al robot

FREDY, utiliza, como procesador central, a un PDP 10. Es un intérprete y está escrito en

lenguaje APT.

AUTOPASS.- Creado por IBM para el ensamblaje de piezas; utiliza instrucciones, muy

comunes, en el idioma inglés. Precisa de un ordenador de varios Megabytes de capacidad de

memoria y, además de indicar, como el RAPT, puntos específicos, prevé, también, colisiones y

genera acciones a partir de las situaciones reales.

Un pequeño ejemplo, que puede proporcionar una idea de la facilidad de relacionar

objetos, es el programa siguiente, que coloca la parte inferior del cuerpo C1 alineada con la parte

superior del cuerpo C2. Asimismo, alinea los orificios A1 y A2 de C1, con los correspondientes

de C2.

PLACE C1

SUCH THAT C1 BOT CONTACTS C2TOP

AND B1 A1 IS ALIGNED WITH C2A1

AND B1 A2 IS ALIGNED WITH C2A2

El AUTOPASS realiza todos sus cálculos sobre una base de datos, que define a los

objetos como poliedros de un máximo de 20,000 caras. Está escrito en PL/1 y es intérprete y

compilable.

LAMA.- Procede del laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT, para el robot

SILVER, orientándose hacia el ajuste de conjuntos mecánicos.

Aporta más inteligencia que el AUTOPASS y permite una buena adaptación al entorno.



La operatividad del LAMA se basa en tres funciones principales:

1º Creación de la función de trabajo. Operación inteligente.

2º Generación de la función de manipulación.

3º Interpretación y desarrollo, de una forma interactiva, de una estrategia de

realimentación para la adaptación al entorno de trabajo.

2.2.9. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN EN FUNCIÓN DE LOS OBJETIVOS.

La filosofía de estos lenguajes consiste en definir la situación final del producto a fabricar,

a partir de la cual se generan los planes de acción tendentes a conseguirla, obteniéndose,

finalmente, el programa de trabajo.

Estos lenguajes, de tipo natural, suponiendo una potenciación extraordinaria de la

Inteligencia Artificial, para descargar al usuario de las labores de programación. Prevén, incluso,

la comunicación hombre-máquina a través de la voz.

Los lenguajes más conocidos de este grupo son:

STRIPS

HILAIRE

STRIPS.- Fue diseñado, en la Universidad de Stanford, para el robot móvil SHAKEY. Se

basa en un modelo del universo ligado a un conjunto de planteamientos aritmético-lógicos que se

encargan de obtener las subrutinas que conforman el programa final.

Es intérprete y compilable, utilizando, como procesadores, a un PDP-10 y un PDP-15.

HILAIRE.- Procedente del laboratorio de Automática Y Análisis de Sistemas (LAAS) de

Toulouse, está escrito en lenguaje LISP. Es uno de los lenguajes naturales más interesantes, por

sus posibilidades de ampliación e investigación.



2.2.10. CARACTERÍSTICAS DE UN LENGUAJE IDEAL PARA LA ROBÓTICA

Las seis características básicas de un lenguaje ideal, expuestas por Pratt, son:

1. Claridad y sencillez.

2. Claridad de la estructura del programa.

3. Sencillez de aplicación.

4. Facilidad de ampliación.

5. Facilidad de corrección y mantenimiento.

6. Eficacia.

Estas características son insuficientes para la creación de un lenguaje "universal" de

programación en la robótica, por lo que es preciso añadir las siguientes:

- Transportabilidad sobre cualquier equipo mecánico o informático.

- Adaptabilidad a sensores (tacto, visión, etc.).

- Posibilidad de descripción de todo tipo de herramientas acoplables al manipulador.

- Interacción con otros sistemas.

En el aspecto de claridad y sencillez, la programación gestual es la más eficaz, pero impide la

confección de programas propiamente dichos. Los lenguajes a nivel de movimientos elementales,

como el VAL, disponen de bastantes comandos para definir acciones muy parecidas que fueron

surgiendo según las necesidades y que, en gran medida, oscurecen su comprensión y

conocimiento.

Aunque, inicialmente, las técnicas de programación estructurada son más difíciles de dominar,

facilitan, extraordinariamente, la comprensión y corrección de los programas.



Respecto a la sencillez de aplicación, hay algunos lenguajes (como el MCL) dedicados a las

máquinas herramienta (APT), que pueden ser valorados, positivamente, por los usuarios

conocedores de este campo. El PAL, estructurado sobre la matemática matricial, sólo es

adecuado para quienes están familiarizados con el empleo de este tipo de transformaciones.

Uno de los lenguajes más fáciles de utilizar es el AUTOPASS, que posee un juego de comandos

con una sintaxis similar a la del ingles corriente.

Es imprescindible que los lenguajes para los robots sean fácilmente ampliables, por lo que se les

debe dotar de una estructura modular, con inclusión de subrutinas definidas por el mismo usuario.

La adaptabilidad a sensores externos implica la posibilidad de una toma de decisiones, algo muy

interesante en las labores de ensamblaje. Esta facultad precisa de un modelo dinámico del

entorno, así como de una buena dosis de Inteligencia Artificial, como es el caso del AUTOPASS.

Aunque los intérpretes son más lentos que los compiladores, a la hora de la ejecución de un

programa, resultan más adecuados para las aplicaciones de la robótica. Las razones son las

siguientes:

1a. El intérprete ejecuta el código como lo encuentra, mientras que el compilador recorre

el programa varias veces, antes de generar el código ejecutable.

2a. Los intérpretes permiten una ejecución parcial del programa.

3a. La modificación de alguna instrucción es más rápida con intérpretes, ya que un

cambio en una de ellas no supone la compilación de las demás.

Finalmente, el camino para la superación de los problemas propios de los lenguajes

actuales ha de pesar, necesariamente, por la potenciación de los modelos dinámicos del entorno

que rodea al robot, acompañado de un aumento sustancial de la Inteligencia Artificial.



2.3. PROGRAMACION DEL ROBOT

La programación del robot se realiza para enseñarle su ciclo de trabajo. Una gran parte del

programa se refiere a la trayectoria del movimiento que el robot debe ejecutar para mover piezas

o herramientas desde una posición del espacio de trabajo a otra.

Estos movimientos se suelen enseñar mostrando el movimiento al robot y registrándolo dentro de

su memoria. Sin embargo, existen otras partes del programa que no se refieren a ningún

movimiento del brazo. Entre éstas se incluyen la interpretación de los datos de los sensores, la

actuación del efecto final, el envío de señales a otros elementos del equipo dentro de la célula, la

recepción de datos a partir de otros dispositivos y la realización de cálculos y toma de decisiones

acerca del ciclo de trabajo. Algunas de estas otras actividades se enseñan mejor mediante la

programación del robot utilizando un lenguaje de computadora.

En el futuro, los robots de tecnología avanzada con efectores finales versátiles y sofisticados

sensores serán ’capaces de responder a órdenes de muy alto nivel, órdenes más generales de las

que tenemos con los lenguajes actuales comercialmente disponibles. Los robots tendrán que

interpretar estas órdenes de alto nivel y actuar en consecuencia. Para hacer esto, los robots del

futuro deberán poseer más inteligencia que las máquinas de nuestros días. En el Capítulo 10

examinaremos el campo de la inteligencia artificial para ver qué es lo que esta tecnología promete

a la robótica.

Un robot hoy en día puede hacer mucho más que mover su brazo a lo largo de una serie de puntos

dentro de un espacio. Los robots de tecnología actual pueden aceptar datos de entrada

procedentes de sensores y otros dispositivos. Pueden enviar señales a elementos del equipo que

operan con ellos dentro de la célula. Pueden tomar decisiones. Pueden comunicarse con otras

computadoras para recibir instrucciones y para informar sobre los datos de producción y los

problemas. Todas estas capacidades necesitan de la programación.



2.4. METODOS DE PROGRAMACION DEL ROBOT

Un programa de robot puede definirse como una trayectoria en el espacio a través de la cual se

ordena al manipulador que se desplace. Existen varios métodos usados para programar robots.

Las dos categorías básicas de mayor importancia comercial actual son:

• la programación gestual y

• la programación de lenguaje textual.

La programación gestual consiste en forzar al brazo del robot a desplazarse a través de la

secuencia de movimiento requerida y registrar los movimientos de la memoria del controlador.

Los métodos de programación textual utilizan un lenguaje similar al ingles para establecer la

lógica y la secuencia del ciclo de trabajo. Una terminal de computadora se utiliza para introducir

las instrucciones del programa en el controlador, pero también se emplea una caja de control para

definir las posiciones de los diversos puntos en el espacio de trabajo.

La programación del robot se realiza de varias formas. En coherencia con la práctica industrial

actual, dividiremos los métodos de programación en dos tipos básicos:

1. Métodos de aprendizaje directo.

2. Lenguajes textuales del robot.

LOS MÉTODOS DE APRENDIZAJE DIRECTO requieren que el programador mueva el

manipulador a lo largo del camino del movimiento que se desea almacenar en la memoria por

medio del controlador del robot. Los métodos de aprendizaje directo hacen referencia, algunas

veces, a los métodos de «enseñar mostrando». Cronológicamente, los métodos de aprendizaje

directo representan los primeros métodos reales de programación de robots utilizados en la

industria. Tienen sus comienzos en los primeros años 60 cuando se utilizaron los primeros robots

para aplicaciones industriales.



LA PROGRAMACIÓN DE ROBOT CON LENGUAJES TEXTUALES se realiza, en cierto

modo, lo mismo que la programación de computadora. El programador introduce por teclado el

programa en un monitor TRC (tubo de rayos catódicos) utilizando un lenguaje de alto nivel

similar al inglés. Este procedimiento se suele completar con la utilización de técnicas de

aprendizaje directo para señalar al robot la posición de los puntos dentro del espacio de trabajo.

Los lenguajes textuales comenzaron a desarrollarse en la década de los 70 con la primera

aparición de un lenguaje comercial hacia el año 1979. Además de los lenguajes de programación

de aprendizaje directo y textual, se utiliza otro método para simplificar la programación de los

robots de baja tecnología.

Nos referimos a estos tipos de máquinas como robots de secuencia limitada, que se controlan por

medio de topes mecánicos e interruptores de fin de carrera para definir los puntos extremos de los

movimientos de sus articulaciones. Al posicionamiento de estos topes mecánicos e interruptores

se le podría denominar método de programación. Preferimos pensar en este tipo de programación

como en un procedimiento de preparación manual. Ahora examinaremos los métodos de

aprendizaje directo. También examinaremos las capacidades y características básicas de estos

métodos de programación. Qué funciones debe ser capaz de ejecutar un robot típico? Cómo se le

enseña a realizar estas funciones utilizando la programación de aprendizaje directo?



2.5. METODOS DE PROGRAMACION DE APRENDIZAJE DIRECTO

En la programación de aprendizaje directo se mueve el robot a lo largo de la trayectoria del

movimiento deseado con el objeto de almacenar esta información en la memoria del controlador.

Existen dos modos de realizar la programación de aprendizaje directo:

l. Aprendizaje directo motorizado.

2. Aprendizaje directo manual.

EL MÉTODO DE APRENDIZAJE DIRECTO MOTORIZADO hace uso de un control de

mandos para controlar los distintos motores de las articulaciones y la potencia de impulsión del

brazo del robot y la muñeca a través de una serie de puntos en el espacio. Cada punto se

almacena dentro de la memoria para su posterior reproducción durante el ciclo de trabajo.

El dispositivo suspendido de enseñanza (control de mandos) suele ser una pequeña caja de ayuda

de control manual con combinaciones de conmutadores basculantes, cuadrantes y teclas para

regular los movimientos I del robot y las capacidades de programación. Entre los diversos

métodos de programación del robot, el método de aprendizaje directo motor es posiblemente el

más utilizado en la actualidad.

Este método se limita en gran medida a los movimientos punto a punto en vez de a los

impedimentos continuos a causa de la dificultad en la utilización de los sitios suspendidos de

enseñanza (control de mandos) para regular movimientos geométricos complejos en el espacio.

Gran cantidad de acciones industriales de robots constan de movimientos punto a punto

manipulador. En éstas se incluyen las tareas de transferencia de piezas, carga y descarga de

máquina y soldadura por puntos.

EL MÉTODO DE APRENDIZAJE DIRECTO MANUAL (también denomina algunas

ocasiones método de «paso directo») se utiliza con más frecuencia para la programación de

caminos continuos en donde el ciclo de: movimientos lleva consigo complejos movimientos

curvilíneos uniforme brazo del robot.



El ejemplo más común de este tipo de aplicación robot es el de pintura por pulverización, en el

cual la muñeca del robot con una pistola de pintura pulverizada, unida como efector final,

efectuar un movimiento que sigue un patrón regular y uniforme, con objeto de aplicar la pintura

uniformemente sobre la superficie total a recubre soldadura de arco continuo es otro ejemplo en

el cual se requiere programación de trayectoria continua, realizándose algunas veces mediante el

método de aprendizaje directo manual.

En el método de aprendizaje directo manual, el programador a físicamente el brazo del robot (y el

efector final) y lo mueve manual a lo largo del ciclo de movimiento deseado. Si el robot es

demasiado g y torpe para un movimiento físico, se suele sustituir por un apara programación

especial para robots. Este aparato tiene básicamente misma geometría que el robot, pero es más

fácil de manipular dura programación.

La tecla de enseñanza se suele localizar cerca de la m del robot (o del aparato de programación

especial) y es pulsada de los movimientos del manipulador que llegarán a formar parte del

programado. Esto permite al programador la posibilidad de realizar movimientos extraños del

brazo, sin que se incluyan en el programa fin ciclo de movimiento se divide en cientos e incluso

miles de puntos cercanos a lo largo de la trayectoria y estos puntos son registrados memoria de la

computadora.

Los sistemas de control para los dos procedimientos de aprendizaje directo operan de dos modos

diferentes:

a) modo enseñanza y

b) modo trayectoria.

El modo enseñanza se utiliza para programar el robot y el trayectoria se utiliza para ejecutar el

programa.



Los dos métodos de aprendizaje directo son procedimientos realmente sencillos que se han

desarrollado y mejorado en los últimos años para enseñar a los robots a realizar operaciones

simples y repetitivas en entornos de fábrica.

-- Métodos de definición de posiciones en un espacio. Prescindiendo de la configuración del

robot, existen varios métodos que el programador puede utilizar durante el modo de aprendizaje

para mover el brazo del robot y la muñeca:

1).- Movimiento de articulación.

2).- Movimientos de coordenadas x-y-z (también denominadas coordenadas universales)

3).- Movimiento de coordenadas de herramientas

-- Razones para la definición de puntos. Existen buenas razones para definir puntos en el

espacio en un programa de robot, en vez de contar con el robot para que pase a través de puntos

indefinidos. Las dos razones principales son:

1).- Definir una posición de trabajo para el efecto final.- donde cada posición es un punto

definido del programa.

2).- Evitar obstáculos.- para evitar colisiones con otros elementos de la célula de trabajo

-- Control de velocidad. La mayoría de los robots permiten que su velocidad de movimiento sea

regulada durante la ejecución del programa. Se considera buena práctica que el robot funcione a

una velocidad relativamente baja cuando funciona próximo a obstáculos dentro de la célula de

trabajo y a velocidades más altas cuando se desplace en grandes distancias donde no haya

obstáculos.



2.6. UN PROGRAMA DE ROBOT COMO UNA TRAYECTORIA EN ESPACIO

Debemos iniciar con la definición previa de programa de robot como una trayectoria en el

espacio. El lugar geométrico de los puntos a lo largo de la trayectoria define la secuencia de

posiciones a lo largo de las cuales el robot moverá su muñeca.

En la mayoría de las aplicaciones, un efector final se une a la muñeca y se puede considerar que

el programa es la trayectoria en el espacio a lo largo de la cual el robot mueve al efector final.

Puesto que el robot consta de varias articulaciones (ejes) unidas, la definición de la trayectoria en

un espacio requiere que el robot mueva sus ejes hacia varias posiciones con el objeto de seguir

esa trayectoria.

Para un robot con seis ejes, cada punto de la trayectoria consta de seis valores de coordenadas.

Cada valor de coordenadas corresponde a la posición de una de las articulaciones. Existen cuatro

anatomías básicas de robot: polar, cilíndrica, cartesiana y de brazo articulado. Cada una tiene tres

ejes asociados al brazo y a la configuración corpórea y dos o tres articulaciones adicionales

asociadas a la muñeca.

El brazo y las articulaciones corpóreas determinan la posición general del efector final en un

espacio y la muñeca determina su orientación. Si pensamos en un punto de un espacio en el

programa del robot como en la posición y orientación del efector final, suele haber más de un

conjunto posible de valores de coordenadas de la articulación que se pueden utilizar para que el

robot alcance ese punto.



2.7. INTERPOLACIÓN DE MOVIMIENTOS.

En muchos robots el programador puede especificar el tipo de método de interpolación a utilizar.

Las posibilidades incluyen:

1. Interpolación de articulación: es el procedimiento que, por omisión, utiliza el

controlador. Es decir, el controlador seguirá el camino interpolado de la articulación entre

dos puntos, a no ser que el programador especifique la interpolación de línea recta (o

cualquier otro tipo).

2. Interpolación en línea recta:

3. Interpolación circular: exige que el programador defina un círculo en un espacio de

trabajo del robot. Esto es más conveniente hacerlo mediante la especificación de tres

puntos que se encuentren a lo largo del círculo. El controlador construirá una

aproximación del círculo mediante la selección de una serie de puntos direccionables, que

se encuentran lo más cerca posible del círculo definido. Los movimientos que se realizan

por el robot, en ese momento, consisten en segmentos cortos de línea recta. La

interpolación circular, por tanto, produce una aproximación lineal del círculo. Si la

cuadricula de trabajo de los puntos direccionables es lo suficiente densa, la aproximación

lineal se parece mucho a un círculo real. La interpolación circular es más fácil de

programar utilizando un lenguaje de programación textual que mediante técnicas de

aprendizaje directo

4. Movimientos suaves irregulares (programación manual de aprendizaje directo): En

la programación manual de aprendizaje directo, cuando el programador mueve la muñeca

del manipulador para enseñar un movimiento de pintura pulverizada o una soldadura por

arco, los movimientos suelen constar de combinaciones de segmentos de movimientos

suaves. Estos segmentos, algunas veces aproximadamente rectos o curvos (pero no

necesariamente circulares) y otras veces, son movimientos hacia delante y hacia atrás.



Nos referiremos a estos movimientos con el nombre de movimientos suaves irregulares,

llevándose a cabo un proceso de interpolación con el objeto de conseguirlos. Para

aproximar el modelo suave irregular enseñado por el programador, el camino de

movimiento se divide en una secuencia de puntos espaciados de forma muy próxima, que

se almacenan dentro de la memoria del controlador. Estas posiciones constituyen los

puntos direccionables más cercanos al camino seguido durante la programación. La

trayectoria interpolada puede constar de miles de puntos individuales que el robot debe

reproducir durante la posterior ejecución del programa.



2.8. BIFURCACIÓN.

La mayoría de los controladores para robots industriales proporcionan un método para dividir un

programa en una o más ramas.

La bifurcación permite que el programa del robot se subdivida en segmentos adecuados que

puedan ejecutarse durante el programa. Una bifurcación se puede considerar como una subrutina

a la que se puede llamar una o más veces durante el programa.



2.9. CAPACIDADES Y LIMITACIONES DE LOS MÉTODOS DE APRENDIZAJE

DIRECTO.

Algunos de los controles de mandos poseen una amplia gama de capacidades.

La definición de puntos en un espacio o el establecimiento de la velocidad pueden ser fáciles de

hacer utilizando los interruptores basculantes y los mandos de un control de mandos sencillo. La

programación de bifurcaciones, también se puede realizar de varias formas con un control de

mandos.

Los controles tienen determinadas limitaciones inherentes a los métodos de enseñanza directa.

Estas limitaciones pueden resumirse de la siguiente forma.

1. El robot no puede utilizarse en la producción mientras se está programando.

2. A medida que la complejidad de los programas se hace cada vez mayor, llega a ser más

difícil realizar las programaciones de aprendizaje directo utilizando los métodos

disponibles.

3. La programación de aprendizaje directo no es fácilmente compatible con las modernas

tecnologías basadas en la computadora, tales como el CAD/CAM, gestión de redes de

comunicaciones de datos y los sistemas de información de fabricación integrada.



UNIDAD 3

DISEÑO Y CONTROL DE LA CÉLULA DE TRABAJO



3.1. DISEÑO Y CONTROL DE LA CÉLULA DE TRABAJO

El proyecto e implementación de un sistema robotizado implica la consideración de un gran

numero de factores, que van desde el posible rediseño del producto, hasta la definición detallada

del lay-out o plano de implantación del sistema. Junto con la selección mas adecuada del robot

para la aplicación, habrá que definir e incluso diseñar los elementos periféricos pasivos (mesas,

alimentadores, utillajes) o activos (manipuladores secuenciales, maquinas CN etc) que

intervienen en la cella y situarlos físicamente en el sistema.

Asi mismo será preciso definir y seleccionar la arquitectura de control, tanto hardware como

software que todo sistema flexible de fabricación debe incluir.

La difeinicion del layout del sistema es n proceso interactivo del que debe resultar la

especificación del tipo y numero de robots a utilizar, asi como de los elementos periféricos,

indicando la disposición relativa de los mismos.



La utilización de herramienta informaticas, como sistemas CAD, simuladores específicos para

robots y simuladores de sistemas de fabricación flexible facilitan enormemente esta tarea.



3.2. ESTRUCTURA DE CELULA DEL ROBOT

A la hora de decidir la disposición del robot en la célula, cabe plantearse cuatro situaciones

básicas:

1. Robot en el centro de la célula: el robot es situado de modo que quede rodeado por el

resto de elementos que intervienen en la célula. Se trata de una disposición típica para

robots de estructura articular, polar, cilíndrica o SCARA, en la que se puede aprovechar al

máximo su campo de acción que presenta una forma básica de esfera.

Este tipo de disposición se usa frecuentemente en aquellas aplicaciones en las que un

robot sirve a una o varias maquinas (carga-descarga de maquinas herramienta), así como en las

aplicaciones de soldadura de arco, paletizado o ensamblado, en las que el robot debe alcanzar

diversos puntos fijos dentro de su área de trabajo.

2. Robot en línea: Es cuando uno a varios robots deben trabajar sobre elementos que llegan

en un sismo sistema de transporte, la disposición de robots en línea es la mas adecuada.

Se encuentran en líneas de soldadura de carrocerías de vehículos.



3. Robot Móvil: En ocasiones es útil disponer al robot sobre una vía que permita su

desplazamiento lineal de manera controlada. Esta posibilidad permite, seguir el

movimiento de la pieza en el caso de que esta se desplace sobre un sistema de transporte

continuo, de modo que la posición relativa entre pieza y robot durante el tiempo que dura

el proceso se mantenga fija. Para ello es necesario una precisa sincronización de los dos

movimientos: transporte de la pieza y transporte del robot

4. Robot suspendido Esta posición hace que el robot quede situado invertido sobre el área

de trabajo, de éste modo puede acceder a puntos situados sobre su propio eje vertical,

obteniendo un aprovechamiento del área de trabajo.



3.3. CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE CONTROL DE LA CÉLULA DE

TRABAJO.

Una célula robotizada debe ser flexible en su utilización, para ello un buen sistema de control

debe realizar las siguientes funciones:

• Control individual de cada dispositivo.

• Sincronización del funcionamiento de cada uno de los dispositivos

• Detección tratamiento y recuperación de situaciones anómalas

• Optimización del funcionamiento

• Interfaz con el usuario

• Interfaz con otras células para permitir sincronización

• Interfaz con un sistema de control superior para supervisión y actualización de

programas.

Estas funciones se implementaran en hardware, o se encargará el propio robot si su controlador lo

permite. Si la célula está compuesta de varios dispositivos, será necesario crear una estructura

jerarquizada en el que un elemento central se encargue de la comunicación con el resto de los

controladores.



3.4. OTRAS CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE LA CELULA DE TRABAJO

3.4.1. CARACTERÍSTICAS A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE UN ROBOT.

apuntes celulas de manufactura

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