Criterios de Implantación de un robot industrial Criterios de

Criterios de
Implantación de un
robot industrial
Diseño y control de una célula robotizada
Características a considerar en la selección
Seguridad en instalaciones robotizadas
Mercado de robots
Robotica Industrial- Criterios de
Implantación
1
Lay-out de la célula
robotizada
UPM-DISAM
 Selección, definición, situación (y diseño) de
elementos de la célula
 Elementos activos (robots, máquinas CNC, etc.)
 Elementos pasivos (mesas, alimentadores, utillajes,
etc.)
 Definición y selección de la arquitectura de control
 Definición del lay-out
proceso iterativo
 Ayuda de sistemas CAD
 Utilización de simuladores gráficos para robots
 Utilización de simuladores de FMS
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
2
UPM-DISAM
Ejemplo de lay-out de una célula flexible
robotizada para la fabricación de calzado
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
3
UPM-DISAM
Disposición del robot en
la célula de trabajo (I)
 Robot en el centro de la célula
 Máximo aprovechamiento del campo de acción
 Robots articulares, SCARA, polares y cilíndricos
 Aplicaciones: carga/descarga, soldadura,
paletización, ensamblado
 Robot en línea
 Trabajo sobre líneas de transporte
 Transporte intermitente o continuo
 Aplicaciones: líneas de soldadura de automóviles
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
4
UPM-DISAM
Robot en el centro de la célula.
Robot en línea
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
5
UPM-DISAM
Disposición del robot en
la célula de trabajo (II)
 Robot móvil
 Desplazamiento lineal del robot sobre una vía
 Aplicaciones: trabajo sobre piezas móviles, elevado campo
de acción, carga/descarga de varias máquinas
 Robot suspendido
 Intrínseca de robots tipo pórtico. También en articulares
 Mejor aprovechamiento del área de trabajo
 Aplicaciones: proyección de material, aplicación de
adhesivos, corte, soldadura al arco
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
6
UPM-DISAM
Robot móvil.
Robot suspendido
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
7
UPM-DISAM
Características a considerar
en la selección de un robot (I)
 Area de trabajo
 Especificada por un dibujo acotado
 Tener en cuenta orientaciones y puntos singulares
 Grados de libertad
 Dependiente de la aplicación
 Típicamente entre 3 (paletizado) y 6 (pintura,
soldadura al arco)
 Coste del robot proporcional al número de GDL
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
8
Características a considerar
en la selección de un robot (II)
UPM-DISAM
 Resolución: Mínimo incremento que puede aceptar la unidad de
control del robot. Su valor está limitado por la resolución de los
captadores de posición y convertidores A/D y D/A, por el número de bits
con los que se realizan las operaciones aritméticas en la CPU y por los
elementos motrices, si son discretos
 Precisión: Distancia entre el punto programado y el valor medio de
los puntos realmente alcanzados al repetir el movimiento varias veces con
carga y temperatura nominales. Su origen se debe a errores en la
calibración del robot (punto de sincronismo por ejemplo), deformaciones
por origen térmico y dinámico, errores de redondeo en el cálculo de la
transformación cinemática , errores entre las dimensiones reales y
teóricas del robot, etc.
 Repetibilidad: Radio de la esfera que abarca los puntos alcanzados
por el robot tras suficientes movimientos, al ordenarle ir al mismo punto de
destino programado, con condiciones de carga, temperatura, etc..,
iguales. El error de repetibilidad es debido fundamentalmente a problemas
en el sistema mecánico de transmisión como rozamientos, histéresis,
zonas muertas (backlash).
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
9
UPM-DISAM
Conceptos de resolución,
precisión y repetibilidad
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
10
Características a considerar en la
selección de un robot (III)
UPM-DISAM
 Velocidad
 Inversamente proporcional a la carga
 Puede suministrarse la velocidad de cada articulación o el valor medio
del extremo
 Util para calcular tiempos de ciclo
 Se suministra la velocidad nominal
 Capacidad de carga
 Depende del tipo de accionamiento, tamaño y configuración del robot
 Se puede superar con pérdida de prestaciones dinámicas
 Sistema de control
 Control punto a punto (PTP) o trayectoria continua
 Control en cadena abierta o en cadena cerrada
 Programación textual o por guiado
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
11
Tabla de características para
la selección de un robot
UPM-DISAM
Caract. geométricas
Caract. cinemáticas
Caract. dinámicas
Tipo movimientos
Modo programación
Tipo accionamiento
Comunicaciones
Servicio proveedor
· Área de trabajo
· Grados de libertad
· Errores de posicionamiento
· Distancia tras emergencia
· Repetibilidad
· Resolución
· Errores en el seguimiento de trayectorias
· Calidad de una línea recta, arco,...
· Precisión cuando se mueve el mínimo incremento posible
· Velocidad nominal máxima
· Aceleración y deceleración
· Fuerza
· De agarre
· Carga máxima
· Control de fuerza-par
· Frecuencia de resonancia
· Movimientos punto a punto
· Movimientos coordinados
· Trayectorias continuas (CP)
· Enseñanza (guiado)
· Textual
· Eléctrico (c. alterna o c. continua)
· Neumático
· Hidráulico
· E/S Digitales/Anal\gicas
· Comunicaciones lRnea serie
· Mantenimiento, Servicio TJcnico, Cursos de formaci\n
Coste
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
12
UPM-DISAM
Características deseables en
un robot según su aplicación
PIN T U R A
P A L E T IZ A C IÓ N
Program ación p or gu ia d o
C a m p o de acción sim ila r a l h um a n o
E stru ctu ra an tropom órfica
6 g ra dos d e liberta d
E levad a cap acida d d e ca rga
R ela ción gra n d e en tre área de tra ba jo y tam añ o d el robot
C on trol P T P
PR O C E SA D O
E N S A M BL A D O
Sistem a de p rog ra m a ción
5-6 g rad os de liberta d
C a m p o de acción sim ila r a l h um a n o
C on trol de tra yectoria con tin ua
E levad a p recisión y ra pid ez
C am po d e a cción sim ilar al h u m an o
P oten cia del sistem a d e p rogra m a ción
S istem a sen soria l
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
13
Causas y tipos de accidentes
en instalaciones robotizadas
UPM-DISAM
 Causas de accidentes
 Colisión entre robots y hombre.
 Aplastamiento al quedar atrapado el hombre entre robot y algún
elemento fijo.
 Proyección de una pieza o material transportada por el robot.
 Tipos de accidentes
 Un mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware,
potencia).
 Acceso indebido de personal a la zona de trabajo del robot.
 Errores humanos de los operarios en las etapas de mantenimiento,
programación, etc.
 Rotura de partes mecánicas por corrosión o fatiga.
 Liberación de energía almacenada (eléctrica, hidráulica, potencial, etc.).
 Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas).
 Medio ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de
agua, oxicorte, etc.).
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
14
UPM-DISAM
Comparación entre un robot industrial y
otras máquinas de control numérico
Robot industrial
Máquina convencional de control numérico
Movimiento simultáneo de varios ejes (seis o más).
Normalmente mueve simultaneamente sólo uno o
dos ejes.
Movimiento independiente de cada uno de los ejes.
Trayectorias complejas.
Movimientos limitados y con trayectorias simples.
Campo de acción fuera del volumen cubierto por la
propia máquina. Espacio de trabajo no reconocido
fácilmente.
Campo de acción dentro del volumen abarcado por
la máquina.
Campo de acción solapado con el de otras
máquinas y dispositivos.
Normalmente sin solapamiento del campo de
acción.
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
15
Medidas de seguridad
UPM-DISAM
 90% de accidentes en operaciones de
mantenimiento, ajuste, programación, etc.
 Normativa europea adoptada en España: UNE-EN
775:
 Determinación de los límites del sistema: intención de uso,
espacio y tiempos de trabajo, etc.
 Identificación y descripción de todos aquellos peligros que
pueda generar la máquina durante las fase de trabajo. Se
deben incluir los riesgos derivados de un trabajo conjunto
entre la máquina y el operador y los riesgos derivados de un
mal uso de la máquina.
 Definición del riesgo de que se produzca el accidente. Se
definirá probabilísticamente en función del daño físico que
pueda producir.
 Comprobar que las medidas de seguridad son adecuadas
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
16
Medidas de seguridad en la
fase de diseño del robot
UPM-DISAM
 Supervisión del sistema de control (bucles de
realimentación, accionamientos, watch-dog).
 Paradas de emergencia
 Velocidad máxima limitada (inferior a 0,3 m/s).
 Detectores de sobreesfuerzo (caso de colisión o de
atrapar a una persona contra una parte fija).
 Pulsador de seguridad: (pulsador de hombre
muerto)
 Códigos de acceso (llaves, códigos de seguridad
etc.)
 Frenos mecánicos adicionales
 Comprobación de señales de autodiagnóstico
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
17
Medidas de seguridad en la fase
de diseño de la célula robotizada
UPM-DISAM
 Barreras de acceso a la célula (parada
inmediata al entrar en la zona de trabajo).
 Dispositivos de intercambio de piezas
 Movimientos condicionados
 Zonas de reparación
 Condiciones adecuadas en la instalación
auxiliar (protecciones, aislamientos, etc.)
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
18
Medidas de seguridad en la fase de
instalación y explotación del sistema
 Abstenerse de entrar en la zona de trabajo
UPM-DISAM
 Señalización adecuada (señales luminosas
y acústicas)
 Prueba progresiva del programa del robot
(ejecución a velocidad lenta y paso a paso)
 Formación adecuada del personal que
manejará la planta
19
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
Densidad de robots frente al
índice de paro
UPM-DISAM
P a ís e s
Ja p ón
S u e cia
A lem a n ia
Ita lia
E s ta d o s U n id o s
F r a n cia
E spañ a
D e n sid a d d e r o b o ts
Ín d ice d e p a r o
N ú m er o d e r o b o ts
250
60
58
55
35
33
22
3 %
9 %
9 %
12 %
7 %
12 %
22 %
4 1 3 .5 7 8
5 .9 1 1
5 6 .1 7 5
2 5 .0 9 6
6 5 .1 9 8
1 4 .3 7 6
5 .3 4 6
D e n s id a d d e ro b o ts = n º d e ro b o ts c a d a 1 0 .0 0 0 tra b a ja d o re s d e la in d u s tria
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
20
Evolución del parque de
robots en España (AER)
11000
10000
T otal
9000
Excepto Automóvil
UPM-DISAM
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
21
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
Parque mundial de robots
(AER-2002)
Japo n
Rusia
UPM-DISAM
USA
Suecia
Singapur
Rep. Checa
Reino Unido
Ko rea
Italia
Francia
España
B enelux
A lem ania
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
350000
400000
22
UPM-DISAM
Distribución de robots en España
por sectores (AER-1996) (I)
Ind. no
manufacturera
4%
Otros
5%
Ind.
manufacturera
31%
Vehículos a
motor
60%
23
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
Distribución de robots en España
por sectores (AER-1996) (II)
UPM-DISAM
Sector
Hasta
1995
Alt. 95
Baj. 95
Total
Alimentación y bebidas
Cerámica
Educación
Equipos eléctricos
Industrias manufactureras
Investigacion y desarrollo
Madera y muebles
Papel, impresión y edición
Química, plásticos
Textil
Transformados metálicos
Vehículos a motor
Varios
18
62
82
162
47
81
2
1
227
12
904
2641
277
6
5
9
14
1
9
1
0
115
0
112
483
75
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
24
67
91
176
48
90
3
1
342
12
1016
3124
352
Total
4516
830
0
5346
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
24
UPM-DISAM
Distribución de robots en España
por aplicaciones (AER-1996) (I)
Mecanización
7%
Aplic.
materiales
8%
Montaje Otros
6%
6%
Manipulación
18%
Soldadura
55%
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
25
UPM-DISAM
Distribución de robots en España
por aplicaciones (AER-1996) (II)
Aplicación
Hast
a
1994
Alt.
95
Baj.
95
Tota
l
Aplicación adhesivos
Apliacación materiales
Carga y descarga de
máquinas
Corte mecánico,
desbarbado
Corte por láser
Corte por chorro de agua
Desmoldeo en plástico
Enseñanza, investigación
Inserción y montaje
Manipulación de materiales
Manipulación en fundición
Manipulación para
paletización
Medición e inspección
Montaje mecánico
Pintura
Soldadura al arco
152
80
282
40
1
50
175
108
24
379
13
99
26
183
128
1004
1480
63
229
28
0
32
7
1
9
114
19
0
71
28
23
0
0
29
156
244
0
69
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
180
80
314
47
2
59
289
127
24
450
41
122
26
183
157
1160
1724
63
298
Robotica Industrial- Criterios de Implantación
26