PROGRAMACION DE ROBOTS EN OPERACIONES DE ACABADO

La palabra “Robot”
Dept. Ingeniería Mecánica y Fabricación. E.T.S.I.I. de Madrid
• Del Checo Robota
• Se introduce en lengua inglesa en 1921 con el drama
satírico “Rossum Universal Robots” del checo Karel
Capek
• “Metrópolis”.1926
Definición de robot industrial
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• Diccionario American Heritage
º <<A mechanical device that sometimes resembles a human being
and is capable of performing a variety of often complex human
tasks on command or by being programmed in advance>>
º “Dispositivo mecánico a veces con aspecto humano capaz de
efectuar tareas complejas asignadas a los seres humanos bajo
ordenes o previamente programado”
• ROBOT INSTITUTE OF AMERICA
º “REPROGRAMABLE MULTIFUNCTIONAL MANIPULATOR”
Breve Historia (I)
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• Manipuladores mecánicos de control remoto
(maestro-esclavo) para manejo de materiales
radioactivos en Argonne National Laboratories en los
años 40
• Maestro-esclavo con realimentación de fuerza
• En los 50 se sustituyo el accionamiento mecánico
por accionamiento eléctrico o hidráulico
Breve Historia (II)
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• A mediados de los 50 se hace el primer desarrollo de
manipulador programable
• El Unimation Inc. de 1959
• En los sesenta empieza la preocupación por la
realimentación sensorial
• 1962 mano mecánica con sensores táctiles
• Pieper 1968 estudió el problema cinemático
controlado por computadora
• Kahn y Roth analizan en 1971 la dinámica y control
de un brazo restringido.
Breve Historia (III)
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• En 1968 Kawasaki negocia una licencia con
Unimation
• En el 1969 se desarrollan el manipulador Stanford y
el Boston en los que ya comienzan estudios sobre
aplicaciones de manipulación
• En los 70 se produce un enorme esfuerzo de
investigación en el empleo de sensores externos
para operaciones manipulativas, y se desarrollan los
primeros controles basados en realimentación por
visión y por fuerza
La Robótica hoy
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• A partir de la década de los 80 se produce una gran
apertura del ámbito de influencia de la robótica
• Se comienzan a tratar como investigación y
desarrollo gran número de áreas interdisciplinarias
• Cinemática, dinámica, planificación de sistemas,
control, sensores, lenguajes de programación e
inteligencia artificial
Parque de Robots. AER
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EVOLUCION DEL PARQUE DE ROBOTS EN ESPAÑA
5.346
18,4
4.516
1996
1.133
6.479
21,2
4.913
1997
1.203
7.682
18,6
5.954
1998
1.810
9.492
23,6
6.994
1999
2.112
11.604
22,3
8.633
2000
2.941
14.545
25,3
10.473
2001
3.584
18.129
24,6
16.378
2002
2.420
20.549
14,8
18.352
2003
2.031
22.580
11,1
19.847
2004
2005
2.826
2.599
25.406
28.005
14,2
11,7
22.212
24.031
15.000
10.000
5.000
0
Nº de unidades
TOTAL REAL
2005
830
2004
1995
2003
3.974
2002
13,6
2001
4.516
2000
542
1999
1994
20.000
1998
TOTAL REAL
*
1997
%
1996
Nº de unidades Total acumulado
historico
1995
AÑOS
1994
>
25.000
Parque de automoción
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18.000
16.000
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
2005
2004
2003
1999
1997
1996
1998
2000
2002
Auto
2001
No Auto
1995
1994
0
Distribución por aplicaciones
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Montaje
4%
Materiales
4%
Formación
investigación
2%
Medición
Inspección
1%
Otros Procesos
1%
Otros
1%
Mecanización
8%
Manipulación
26%
Soldadura
53%
Distribución por sectores
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Sin sector
5%
Educación e
Investigación
3%
Metal, maquinaria
y equipo eléctrico
23%
Otros
10%
Automoción
59%
Censo mundial
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Relación Robots/10K operarios
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Agentes del mercado
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º Fabricantes
º Fabricantes de componentes
º Integradores
º Mantenimiento
º Reconstrucción
Elementos básicos.Control
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•
•
•
Memoria de almacenamiento
de datos
Soporte físico de la lógica de
control (Hardware)
Logica de control (Software)
Elem. Básicos. Manipulador
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•
•
•
Brazo mecánico
Accionamientos
Decodificadores
Elem. Básicos. Herramienta
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•
Extremo activo o pasivo del
manipulador
Perirrobótica
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Coste Robot/Periferia
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Campo de aplicación Valor robot/periferia
Soldadura
50%
Pintura
75%
Manipulación
65%
Mecanizado
45%
Montaje
Menos de 40%
Características de un robot
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•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Número de ejes
Capacidad de carga
Rango de cada eje
Campo de trabajo
Repetibilidad
Velocidad de los ejes
Velocidad combinada
Diagrama de cargas
Número de E/S
Control
Programación
Grados de libertad
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•
•
D
A
•
E
B
F
•
C
Número de parámetros para
determinar la posición
Movimientos básicos
independientes
Asociados a articulaciones,
rotaciones
Asociados a guías rectas,
traslaciones
Zona de trabajo
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•
•
•
•
•
Áreas de trabajo
Dimensiones de los
elementos
Grados de libertad
Volumen de trabajo
Limites de giro y
desplazamiento
Capacidad de carga
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•
•
•
•
Carga máxima a la que se
puede someter el extremo
del manipulador
Ejemplo. Peso que puede
mover la pinza
Dato del fabricante
Soldadura y mecanizado
hasta 50 daN
Precisión de repetibilidad
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• Grado de exactitud en la repetición de movimientos
de un manipulador al efectuar una tarea programada
• Montaje < 0.1 mm
• Soldadura, pintura y paletización 1-3 mm
• Mecanizado < 1 mm
Velocidad
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•
•
•
•
•
•
Velocidad de desplazamiento del maniulador
Velocidad máxima de control
Velocidad máxima del manipulador
Aumento de velocidad = Mejora rendimiento
Manipulación
Montaje o mecanizado
Coordenadas de movimientos
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•
•
Parámetros conocidos para
definir la posición y
orientación del elemento
terminal
Estructuras clásicas
Coordenadas robot
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•
•
•
•
Coordenadas referidas a
cada una de las
articulaciones del robot
Normalmente se expresan
en pasos de decodificador
Las referencias se realizan
de diferentes formas y por lo
general son tomadas al
inicio de la sesión
Coordenadas máquina o
físicas
Coordenadas Cartesianas
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•
•
•
•
Coordenadas respecto un
triedro trirectángulo en la
base del Robot
Se expresan en dimensiones
geométricas lineales o
angulares
Las referencias las fija el
fabricante aunque existe un
intento de normalización
Coordenadas rectangulares
Tipos de actuadores
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• Dependen de la energía puesta en juego
• Actuadores hidraúlicos. Gran capacidad de carga
• Actuadores neumáticos. Velocidad de respuesta y
bajo coste
• Actuadores eléctricos. Gama media y baja de
potencia
Programabilidad
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• Se debe a la introducción de un control basado en
microprocesadores
• Formas de programación:
º
º
º
º
º
Programación por aprendizaje
Programación textual
Programación por macros
Programación gráfica 3D
Programación automática
Capacidades del control
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• Las aplicaciones pueden imponer necesidades
adicionales en el control del robot
• Capacidad de conexión Analógica/digital
º
º
º
º
º
Sensores analógicos o digitales
Maquinas del entorno
Autómatas del entorno
Sistemas de visión
Otros equipos del entorno
Diseño de robots
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•
•
•
•
Problemas básicos. Cinemático y dinámico
Tecnología de elementos
Consideraciones generales
Consideraciones económicas
El problema básico
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• “ Colocar una pinza o herramienta del extremo de un
manipulador de n grados de libertad en una
determinada posición y orientación del espacio ”
• ¿ Tipo de problema ?
El problema básico (II)
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• “ Aplicar fuerzas y momentos en los accionamientos,
para mover el manipulador hasta la posición buscada
manteniendo la estabilidad del sistema “
• ¿ Tipo de problema ?
Tecnología de elementos
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•
•
•
•
•
•
Tipos de motores en los accionamientos
Tipos de reductores y decodificadores
Sistemas de control. Hardware y software
Lenguaje de programación
Sensores empleados
Procesado de imagenes
Antes de robotizar
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• Estudio detallado del proceso. Adecuación y
oportunidad
• Experiencia y visión global sobre campo de
aplicaciones
• Conocimientos sobre como efectuarlas y llevar a
cabo su explotación
Estudio y evaluación
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• Mejoras de condiciones de trabajo aumentando
seguridad y eliminando riesgos para aumentar la
productividad
• Norma de seguridad. UNE-EN 775 (ISO 10218)
• ¿ Robots con máquinas convencionales ?
• “ Gran error de servicios de tiempos y métodos es
considerar sólo tiempos máquina “
º Preparación
º Inter-operación
º Manipulación
Aplicaciones industriales
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• Procesos industriales robotizados
• Automatización de procesos discontinuos en grandes
series. Líneas Transfer
• Automatización de producción de series pequeñas
con gamas variables
• División de procesos robotizados
º Procesado
º Manipulación
Aplicaciones. Procesado
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• Soldadura
º Por puntos
º Arco
º Oxiacetilénica
• Tratamiento de superficies
º Pintura
º Adhesivos
• Mecanizado
º
º
º
º
Taladrado
Desbarbado
Rectificado
Pulido
Pintura
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Mecanizado
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Aplicaciones. Manipulación
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•
•
•
•
•
Montaje
Carga y descarga
Transporte
Paletización
Embalaje
Carga y descarga
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Aplicaciones. Soldadura
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•
•
•
•
•
•
•
50% del parque de robots instalados
Desde 1962
Por puntos y por arco
Por puntos 3 de cada 5 robots. Automoción
Calidad y uniformidad superior al hombre
6 grados de libertad y gran capacidad de carga
Control continuo de posición y velocidad así como
ángulo de ataque y tensión de alimentación del arco
Coste soldadura robotizada
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Instalación
15%
Herramienta y
accesorios
30%
Robot
55%
Aplicaciones. Paletización (I)
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• Colocación de productos elaborados sobre
plataformas normalizadas
• Reducir costes, optimizando el llenado de cajas
según diferentes orientaciones
• Optimización del transporte y gestión de almacenes
• Computador de gestión, carretillas de transporte
dirigidas y robots de carga
Aplicaciones. Paletización (II)
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• La utilización de robot-ordenador permite:
º
º
º
º
º
Llenado parcial de plataformas
Llenado con productos diferentes
Equilibrio uniforme durante el transporte
Galibo determinado
Permite conocer al usuario como está la plataforma, donde está y
como se ha orientado la carga
• Ladrillos refractarios
º Hasta 36 Kg. Endurecen fuera del horno
º El manejo es delicado y complicado debido a las altas
temperaturas
º Empleo de robot con elemento terminal específicamente diseñado
Aplicaciones. Desbarbado
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• Piezas de forja, moldeado, mecanizado y otros
procesos de fabricación
• Desagradable y peligroso además de depender de
las irregularidades que no son uniformes
• Adaptación del elemento terminal y movimiento para
cada pieza en particular
• Sensores de fuerza u ópticos
• Implica restricciónes sobre el tipo de piezas
• En moldeo de plástico y calzado tan importante como
el robot son herramienta y sensores
Aplicaciones. Desbarbado
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Instalación
20%
Robot
45%
Elemento
terminal y otros
35%
Beneficios del empleo de robots
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•
•
•
•
•
Incremento de la productividad
Mejora de la calidad del producto
Liberación de tareas penosas y reiterativas
Adaptabilidad a funciones distintas
Flexibilidad en ciertas aplicaciones
Incremento de la productividad
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• Mejoras del 10% al 70%
• Sin caídas de producción 2 o 3 turnos
• Rendimiento del 98%. Mejor aprovechamiento del
capital invertido
• Permiten sacar el máximo provecho de las máquinas
a las que asisten
Mejora de la calidad
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• Una vez programado para una tarea el robot puede
realizarla de forma continua y homogénea
• Menos rechazos para reprocesos o inservibles
• Mejoras del control de calidad por encima del 70%
• Calidad uniforme y suficiente siempre que la
precisión de posicionamiento lo permita
Adaptabilidad y Flexibilidad
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• Al contrario que la automatización “Hard” que
requiere enormes modificaciones ante cambios del
producto,
el
robot
puede
ser
fácilmente
reprogramado y reasignado a muchas y variadas
tareas
• Una pinza o herramienta puede ser cambiada rápida
y fácilmente
• La capacidad de cambiar de trabajo (flexibilidad) sólo
se pone de manifiesto en algunas aplicaciones
• La soldadura es una de las aplicaciones de la
robótica con más flexibilidad
Precisión de posicionamiento
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• Los robots se mueven rápido pero la precisión de
posicionamiento es inferior a la de las MHCN
• Repetibilidades de 0.1 mm son alcanzables en
algunas aplicaciones e incluso un robot cartesiano
puede alcanzar precisiones de 0.01 mm. De 10 a 100
veces el orden de precisión en una MHCN