resumen de automatizacion

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL INTRODUCCIN ALA ROBTICA La robtica es relevante en el plan de estudios de ingenieras hoy en da debido ala capacidad de los robots para realizar trabajos incesantes y peligrosos. Un robot solo tiene sentido cuando su intencin es de relevar a un trabajador humano de una labor aburrida, desagradable o demasiado precisa. Un robot es diseado para que asista a un trabajador humano. En realidad no es ms rpido que los humanos. En realidad no es ms rpido que los humanos en la mayora de las aplicaciones, pero es capaz de mantener su velocidad durante un largo periodo. Adems la inteligencia de los robots mas avanzados de la actualidad no se acerca ala humana. Aunque la idea de los robots se remonta a tiempos antiguos, hace mas de 3000 aos en la leyenda hind de los elefantes mecnicos, la palabra robot se uso por primera vez en 1921, en la obre de teatro rossums universal robots, escrita por el checo karel capek (1890-1938). Se pensaba al principio que estos robots eran mejores que las personas, puesto que hacan lo que se les ordenaba sin preguntar. Al final, los robots se volvieron contra sus amos. Desgraciadamente, la formula se habra perdido en la destruccin causada por los robots. Sin embargo, Isaac Asimov, en sus historias de ciencia friccin de los aos cuarenta, se imaginaba al robot como ayudante de la humanidad y postulaba tres reglas bsicas para robots. Por lo general,

Estas se conocen como las leyes de la robtica:1. un robot no debe daar a un ser humano ni, por si inaccin, dejar que un ser humano sufra dao. 2. Un robot debe obedecer las ordenes que le son dadas por un ser humano, sin excepto si estas entran en conflicto con la primera ley. 3. Un robot debe proteger su propia existencia, a menos que esta entre conflicto con las dos primeras leyes.

Mas tarde, fuller (1999) introdujo una cuarta ley.

4. Un robot podr tomar el trabajo de un ser humano, pero no debe dejar a esta persona sin empleo.

Manual de prcticas de laboratorio

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DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL La mayora de los robots industriales de la actualidad estn diseados para trabajar en ambientes que son peligrosos y muy difciles para trabajadores humanos. Por ejemplo, la mano de un robot puede disearse para la manipulacin de un objeto muy caliente o muy frio, que la mano humana no podra manipular de manera segura. El primer robot fue instalado hasta 1961, en la compaa automotriz de general motors en nueva jersey, estados unidos. Se trataba de un molde automatizado de fundicin para dados (o matrices) que arrojaban manijas de puertas al rojo vivo, as como otras partes de autos dentro de tanques con refrigerantes en una lnea que las transportaba hacia los trabajadores para su corte y pulido. Desde entonces, la robtica ha evolucionado en un sinnmero de aplicaciones, desde su uso en soldadura, pintura, ensamble, carga y descarga de herramentales de maquina, inspeccin, agricultura, enfermera, ciruga medica, usos militares y seguridad hasta las exploraciones subacuticas y del espacio. El robot se define, de manera formal en la organizacin internacional para la estandarizacin (ISO), como un manipulador multifuncional reprogramable, capas de mover materiales, pieza, herramientas o dispositivos especiales, a travs de movimientos variables programados, para el desempeo de tareas diversas. En trminos generales, los robots son clasificados como industriales, no industriales o para usos especiales. Un tpico robot industrial fabricado por la compaa Cincinnati Milacron de estados unidos y un robot indio apropiado para aplicaciones industriales ligeras . Un robot es un manipulador controlado por una computadora. En el estudio de la robtica, sin embargo, siempre se supone que un manipulador, es controlado por computadora. Por lo tanto, puede ser considerado un robot. El objetivo de los robots industriales es el de servir a un propsito universal y de mano de obra no calificada o semicalificada, por ejemplo. Para soldar, pintar realizar mecanizados, etc. Por otro lado, un robot de uso especial es el que se emplea en ambientes distintos del entorno normal de una fbrica. Otros robots de uso especial se clasifican como sigue:

1.

Vehculos guiados automticamente (AGV)

Son sistemas robticos mviles que se usan comnmente para el manejo de materiales en fbrica. Respectivamente muestran un AVG de este tipo y su aplicacin en el manejo de materiales. Tambin existen AGV autnomos que no necesitan unaManual de prcticas de laboratorio Pgina 2

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL trayectoria cableada, as mismo, hay caractersticas adicionales, por ejemplo, la capacidad de movimiento omnidireccional.

2. Robots caminantes Estos robots caminan como seres humanos, se usan en los ejrcitos, en la exploracin subacutica y en lugares de terreno accidentado.

3. Robots paralelos Estos robots tienen una configuracin paralela, en contraste con la estructura de tipo serial de un robot industrial. Tambin se utiliza una estructura paralela con seis patas para controlar la plataforma mvil. Estos robot tambin se usan como maquinaherramientas y como robots mdicos para reducir el temblor de la mano del cirujano durante una operacin.

EL USO DE ROBOTSLos robots de cualquier tipo, industrial o no industrial, no son tan rpidos ni tan eficientes como maquias automatizadas de uso especial, sin embargo, estos robots pueden fcilmente reentrenarse o reprogramarse para realizar un sinfn de tareas, mientras que una maquina automatizada de uso o propsito especial, incluso una maquina CNC, solo puede realizar una serie de labores muy limitadas. Algunas normas generales pueden servir para proponer factores significativos que deben tenerse presente. Reglas generales para la decisin sobre el uso de un robot 1. La primera regla por considerar se refiere a lo que se conoce como las cuatro D de la robtica, es decir, si la tarea es sucia, aburrida, peligrosa o difcil. 2. La segunda regla es que un robot no debe dejar a un ser humano sin trabajo o desempleado. La robtica y la automatizacin deben servir para hacer nuestra vida ms placentera, no ms desagradable. 3. La tercera regla implica cuestionarse si es posible o no encontrar personas dispuestas a realizar el trabajo. De no ser as, dicho trabajo es candidato para la automatizacin o la robtica.Manual de prcticas de laboratorio Pgina 3

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL 4. La cuarta regla

general es que el uso de robots o de auto matizacin debe tener beneficios econmicos a corto y largo plazo.

AplicacionesEn todo el mundo, los robots se usan ms extensivos y ampliamente en la industria automotriz. En los ltimos tiempos, sin embargo, adems de este sector, una fuente demanda de la industria de componentes electrnicos, de la industria de equipos de comunicacin y de la de computadora estn reforzando el incremento de la participacin en el mercado. La fig. 1 muestra la distribucin estimada de aplicaciones de robots en diferentes sectores en los aos 2004 y 2005.

PoblacinLa figura 2 muestra la poblacin estimada de robots industriales en diferentes continentes, y las aplicaciones de otros robots pueden verse en la figura 3.


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EconomaLos robots industriales son cada vez mas y mas econmicos, lo que se refleja en los precios para robots industriales usados. Tome en cuenta que en ABB IRB 6000, que estaManual de prcticas de laboratorio Pgina 5

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL valorado en aproximadamente 7000 dlares costaba mas de 157 515 dlares cuando era nuevo, en 1993.

SeguridadLos robots industriales pueden ser peligrosos. Son dispositivos extraordinariamente potentes especialmente aquellos modelos que tienen gran capacidad y alcance. Esto significa que la seguridad es de suma importancia, tanto en la instalacin como durante la produccin. La seguridad se refiere principalmente a mantener al personal fuera del alance de trabajo de robot y sirve para asegurar que los movimientos puedan detenerse fcilmente en caso de una emergencia.

ROBOTS SERIALESUn robot industrial es serial por naturaleza, cualquier robot serial o de otro tipo, consiste en varios subsistemas, por ejemplo, subsistemas de movimiento, subsistemas de reconocimiento, etc. La especificacin de uno de estos robots seriales, el Cincinnati Milacron es para el manejo de materiales; es decir, el robot el robot es el mas apropiado para este propsito. Por lo tanto, este robot debe clasificarse como un robot de manejo de materiales. Ahora considere el espacio de operacin del brazo. Donde se muestra el alcance y la ubicacin en la que el brazo puede moverse, lo que define una forma geomtrica, esto requiere decir que otra manera de clasificar especificaciones de un robot se vasa en su volumen geomtrico de trabajo, o bien en la configuracin del brazo o en sistema de coordenadas. De manera similar. Un sistema robtico consiste por lo general en tres subsistemas: subsistema de movimiento, subsistema de reconocimiento y subsistema de control. 1. Subsistema de movimiento Es la estructura fsica del robot que realiza un movimiento deseado parecido al delos brazos humanos.Manual de prcticas de laboratorio Pgina 6

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL 2. Subsistema de reconocimiento Utiliza diferentes sensores para recabar informacin sobre el propio robot, sobre cualquier objeto que va ser manipulado y sobre el ambiente de trabajo. Basndose en los datos de lo sensores, este subsistema reconoce el estado del robot, el de los objetos y el del ambiente de trabajo. 3. Subsistema de control Regula el movimiento del robot con el fin de lograr una determinada tarea, usando la informacin proporcionada por el subsistema de reconocimiento. La robtica, sin embargo, es un campo interdisciplinario, y el conocimiento detallado de las tres disciplinas sin duda ayudara en el diseo y desarrollo de un mejor sistema robtico. Se ve con frecuencia que un especialista en ingeniera mecnica trabaja en el rea de inteligencia artificial, mientras que alguien con formacin en ingeniera elctrica o ciencias de la computacin se ocupa de la simulacin dinmica y el diseo de robots.

El subsistema de movimiento1.

Manipulador.

Se trata de la estructura fisca, la parte que se esta moviendo. Esta incluye eslabones (tambin llamados cuerpos) y articulaciones (que tambin se denominan pares cinticos), normalmente conectadas en serie. Los eslabones estn hechos de acero o de aluminio. Tambin pueden usarse otros materiales, dependiendo de los requerimientos. Las articulaciones son por lo general del tipo rotatorio o de traslacin.

En el estudio de robtica y de mecanismos, a estas articulaciones se les conoce respectivamente como revolutas y prismticas. Un ejemplo de una articulacin revoluta es la bisagra de una puerta, una articulacin prismtica es el arreglo pistn/cilindro del motor de combustin interna que se utiliza en automviles.


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DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL A semejanza del conjunto que forman el brazo, la mueca y la mano del ser humano. El manipulador robot tambin tiene tres partes. Las primeras dos, el brazo y la mueca respectivamente, mientras que la tercera parte, la mano.

La funcin de un brazo es la de colocar un objeto en una determinada ubicacin en el espacio cartesiano tridimensional.

2. Efector final

Un efector final podra ser una mano mecnica que manipula un objeto o que lo sostiene antes de que sea movido por el brazo del robot. Tambin se consideran como efectores finales algunas herramientas especializadas, como un electrodo de soldadura, un soplete oxiacetilnico, una brocha de pintura o una muela abrasiva montada en el extremo de un brazo manipulador para la ejecucin de tareas especficas.

3. Actuador

Los actuadores de un robot proporcionan el movimiento para el manipulador y para el efecto final. Se clasifican como neumticos, hidrulicos o elctricos, segn su principio de operacin. Por ejemplo un motor elctrico de CD o CA, que se acople a los elementos mviles de transmisin, es decir, engranajes.etc.es llamado actuador, sin embargo, un sistema neumtico o hidrulico que proporciona movimiento para los eslabones del robot, con o sin elemento de transmisin, se llamara actuador y no motor.

4. TransmisinManual de prcticas de laboratorio Pgina 8


Como lo sugiere el trmino, estos elementos transmiten el movimiento de motores y de actuadores a los eslabones del manipulador. En el caso de motores elctricos, estos elementos, junto con el motor elctrico, forman un actuador. Los siguientes son los elementos de transmisin tpicos:

a) Transmisin por banda y cadena Los accionamientos por banda se utilizan mucho en la robtica, especialmente la banda sncrona, su vida til es breve, ya que depende de la tensin de la banda para producir agarre a travs de la polea. Las cadenas, por otro lado, tiene una mayor capacidad de carga y una vida til mas larga en comparacin con las transmisiones por banda, aunque menor en comparacin con los engranajes.

b) Engranaje Entre todas las transmisiones mecnicas, los diferentes tipos de engranaje, son los mas confiables y duraderos, aunque el juego entre los dientes tendr que tomarse en cuenta cuidadosamente durante la fase de diseo.

c) Mecanismos de eslabones Al fin de reducir el peso y exceso de flexibilidad de los elementos de transmisin arriba mencionados, se emplean los mecanismos de eslabones como se utiliza un gato de husillo con un arreglo de cuatro barras para transmitir movimientos.

Subsistemas de reconocimiento

El elemento mas importante en el subsistema de reconocimiento es el sensor, el cual puede compararse con nuestros ojos o nuestra nariz.


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DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL A fin de procesar la seal detectada, en su mayora anloga, por medio de controlador digital, de esta manera, un subsistema de reconocimiento consiste normalmente en los siguientes dos elementos.

1.

Sensores La mayora de los sensores son esencialmente transductores, que convierten la forma de una seal en otra. Por ejemplo, el ojo humano convierte patrones de luz en seales elctricas. Los sensores forman parte de una de varias reas generales: visin, tacto, deteccin de rango y proximidad, navegacin, reconocimiento del habla, etc.

2. Convertidor anlogo digital (ADC) Este dispositivo electrnico se comunica con los sensores y con el controlador del robot. Por ejemplo, el ADC convierte el voltaje creado por una deformacin unitaria en una galga extensa mtrica en una seal digital. Es decir 0 o1, de manera que el controlador digital del robot pueda procesar esta informacin.

Subsistema de control

El papel de un sistema de control en un mando de robot, principalmente consiste en los siguientes dispositivos:

a) Controlador digital Es un dispositivo electrnico especial que tiene un CPU, memoria y, a veces un disco duro para almacenar los datos programados. Estos datos se mantienen dentro de una caja sellada que se denomina controlador y se usa para controlar los movimientos del manipulador y del efecto final. Un controlador de robot es como un supervisor en una fabrica. Un controlador procesa los comandos programados por el usuario y transmite seales apropiadas a los actuadores a travs de los convertidores analgicos digitales (DAC).Manual de prcticas de laboratorio Pgina 10


b)

Convertidor digital analgico (DAC)

Un DAC convierte la seal digital del controlador del robot en una seal anloga para accionar los actuadores; por ejemplo, un motor elctrico de DC. El controlador digital tambin esta acoplado a un DAC para reconvertir su seal anloga equivalente, es decir, el voltaje elctrico para el motor de CD.

c)

Amplificador

Puesto que los comandos de control del controlador digital convertidos en seales anlogas por el ADC son muy dbiles, requieren de amplificacin para realmente accionar los motores elctricos del manipulador de robot.

Clasificacin de robots por aplicacin

Este mtodo de clasificacin se vuelve ms relevante, pues cada vez ms robots se estn diseando para servir en tareas especificas. Por ejemplo, muchos robots estn diseados para trabajos de ensamble y no sern muy fcilmente adaptables para otras aplicaciones. Esto se denomina robots de ensamble. Clasificacin de robots por sistemas de coordenadas A esta clasificacin tambin se le conoce como clasificacin por la configuracin del brazo y por el volumen geomtrico del trabajo. Este mtodo clasifica al robot sin tomar en cuenta al efecto final. Existen cuatro tipos fundamentales: cartesiano, cilndrico, esfrico o polar y articulado o de revoltura. a) Cartesiano

Cuando el brazo de un robot se mueve de modo rectilneo, es decir, en las direcciones de las coordenadas X, Y y Z del sistema de coordenadascartesianas rectangulares diestras, se llama tipo cartesiano o rectangular. Manual de prcticas de laboratorio Pgina 11

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIALEl robot asociado se conoce entonces como robot cartesiano. Se llama a los movimientos desplazamiento X, altura o elevacin Y y alcance Z del brazo. Un robot cartesiano necesita un espacio de gran volumen para si operacin. Sin embargo, este robot tiene una estructura rgida y ofrece una posicin precisa para el efecto final. El mantenimiento de estos robots es difcil, puesto que los movimientos rectilneos se obtienen por lo general a travs de conjuntos de actuadores elctricos giratorio acoplados a tuercas y tornillo esfricos. Adems, mantener la alineacin de los tornillos requiere una mayor rigidez en estos componentes, por ende, estos robots tienden a ser ms caros.

b) Cilndrico

Cuando el brazo de un robot tiene una articulacin de revoltura y dos prismticas, es decir, si la primera articulacin prismtica del tipo cartesiano, es reemplazada por una articulacin de revoluta con su eje girado 90 respecto al eje Z, los puntos que puede alcanzar pueden ser convenientemente especificados con coordenadas cilndricas, es decir, ngulo , altura Y y radio Z. un robot con este tipo de brazo se denomina robot cilndrico, cuyo brazo se mueve por medio de , Y y Z, es decir, tiene una rotacin de base, una elevacin y un alcance, respectivamente. Puesto que las coordenadas del brazo pueden asumir cualquiera delos valores entre los limites superior e inferior especificados, su efector final puede moverse en un volumen limitado.

c) Esfrico o polar

Cuando el brazo de un robot es capaz de cambiar su configuracin moviendo sus dos articulaciones de revoluta y su articulacin prismtica, es decir, cuando la segunda articulacin prismtica a lo largo de la altura y del tipo cilndrico es reemplazada por una articulacin de revoluta con su eje girado 90 respecto al eje Z se denomina brazo de robot esfrico o polar, la posicin del brazo se describe convenientemente por medio de las coordenadas esfricas , y Z.Manual de prcticas de laboratorio Pgina 12


d) Articulado de revoluta Cuando un brazo de robot consiste en eslabones conectados por articulaciones de revoluta, es decir, cuando la tercera articulacin prismtica tambin es reemplazada por otra articulacin de revoluta con su eje girado 90 respecto al eje Z se le llama brazo unido articulado o de revoluta.

Tales robot son relativamente mas sencillos de fabricar y mantener, ya que los actuadores del robot estn directamente acoplados mediante transmisiones de engranes o bien por banda. Es bastante interesante observar que las cuatro arquitecturas fundamentales del brazo que se mencionan arriba pueden derivarse unas de otras.

Clasificacin de robots por su sistema de potencia

Los robots son accionados por energa elctrica o por energa de fluidos. Esta ultima categora esta subdividida en sistemas neumticos e hidrulicos. Los robots neumticos se utilizan en trabajos de ensamble ligero o embalaje, pero por lo regular no son convenientes para tareas pesadas o donde se necesiten control de velocidad. Por otro lado, los robots hidrulicos se utilizan en aplicaciones de caga pesadas debido a su alta proporcin potencia-tamao.

a) servo controlador/no servo controlado


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DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL Los robots son servo controlados (ciclo cerrado) o no servo controlados (ciclo abierto). Con el fin de aprovechar las ventajas completas del control digital o por microprocesador, lograr una buena precisin en condiciones de carga pesada y llevar a cabo tareas complejas con seguridad, se requiere el servo control completo. Los robots neumticos normalmente no son servo controlador. En este caso, se transmite una seal de comando y se supone que el brazo del robot alcanza su posicin deseada. El no servo control es apropiado cuando solo se requiere el control de posicin de cargas ligeras. Sin embargo, si se ha de controlar velocidad, aceleracin y par de torsin, o si el movimiento contra cargas pesadas es necesario, entonces el no servo control usualmente no es posible.

b) control de trayectoria

En un control de trayectoria punto a punto, el brazo del robot se mueve desde un punto deseado hasta el siguiente sin considerar la trayectoria que se toma entre ellos. La trayectoria real que se toma podr ser el resultado de una combinacin de movimiento de eslabones del brazo, calculada para proporcionar el tiempo mnimo de viaje entre los puntos. En un control de trayectoria continua, el robot se mueve a lo largo de una trayectoria continua con orientaciones especificas, por ejemplo, en soldadura, donde la seal de los sensores en las articulaciones es constantes monitoreada por el controlador del robot.

Clasificacin de robots por mtodo de programacin

Los robots industriales pueden ser programados por diferentes medios. Pueden programarse, por ejemplo, online u offline. Los mtodos online requieren el uso directo del robot y utilizan un teach pendant (caja de enseanza) para la programacin punto a punto, as como brazos deManual de prcticas de laboratorio Pgina 14

DIVISIN ACADMICA DE MECNICA INDUSTRIAL esclavo o un accesorio de empuadura de pistola para la programacin de trayectoria continua. Los robots mas recientes tienen la posibilidad de programacin offline, es decir, el robot puede seguir trabajando en una tarea particular. Utilizando el lenguaje de programacin del robot, por ejemplo, VAL, ALU u otros.


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