c) AUTOMATIZACIQN y ROBOTICA

6.d Automatización y robótica
Automatización
La automatización es la palabra que en la actualidad tiene muchos significados
en la industria. El término fue empleado poco después de la segunda guerra en
la Ford Motor Co., para descubrir la manipulación automática de materiales y
portes entre las operaciones de proceso. Una definición concisa es que la
automatización representa producción automática continua, en efecto, la
programación es fija y existe en las líneas de moldeo en las fundiciones, líneas
de prensas punzonadoras, colado en dados y para operaciones de soldadura,
ensamble e inspección, lo mismo que para maquinado con corte que deja
residuos de viruta. Esta bastante avanzada en las industrias de proceso, como
las industrias químicas y petroquímicas, donde la producción es alta, los
procesos son simples, no cambian con frecuencia, el flujo es directo hacia
adelante y el proceso se mueva con facilidad.
Existieron maquinas de todas clases, con mucha anticipación a la concepción
del termino automatización. Algunas personas distinguen maquinas
automáticas de todas las clases dentro del reino de la automatización. La
programación variable es otro aspecto de la automatización enfocado a la
salida de una nueva variedad de portes o ensambles, cada uno producido en
cantidades pequeñas o moderadas en una unidad de maquina o sistema. Esto
se lleva a cabo en los sistemas flexibles de manufactura.
Robótica
Una gran porte de la manufactura implica la manipulación de materiales, piezas
y herramientas. Esto se hace en las líneas de transferencia y otra por
manipuladores de propósitos especiales, mecanismos de transferencias,
transportadores y posicionadores de propósito particular. Cuando las portes o
el trabajo que se hacían eran variados, pero el volumen todavía era grande, se
utilizaba mano de obra. En años recientes el uso del robot se ha aplicado a la
carga de piezas de trabajo y para manipular herramientas. En la manufactura
un robot se ha definido como un dispositivo programable capaz de realizar
acciones complejas en una amplia variedad de operaciones. Es un manipulador
que normalmente puede programarse para ejecutar diversas acciones
respectivas sin intervención humana. Los robots pueden clasificarse desde el
punto de vista de capacidades como colocar y tomar, transferir de punto a
punto de robots de trayectoria continua.
Los robots de colocar y tomar son los más simples y típicamente capaces de
tomar pequeñas cargas y moverlas con rapidez de un punto a otro. Sus
movimientos están limitados en número y sus sistemas de control son
rudimentarios y pueden constar tan solo de una serie de interruptores o
válvulas disparadas por perros de arrastre. La longitud de movimiento puede
determinarse por topes fijos.
La programación puede hacerse colocando puntas en un tambor o pasadores
en un tablero de clavijas, haciendo conexiones neumáticas conforme se
necesitan o mediante botones de presión para establecer controles binarios. La
programación es lenta y no se espera que se haga con frecuencia.
Importancia de la robótica
Se producen bienes menos caros y de mejor calidad, se eliminan actividades
tediosas aburridas, permitiendo que los operadores se puedan dedicar a otras
actividades de mayor interés incrementando el placer de trabajo dentro de una
organización, con lo cual se aumentara el desarrollo de esta.
Según el Instituto Norteamericano de Robótica un robot es un manipulador
multifuncional y reprogramable, diseñado para mover materiales, piezas,
herramientas o dispositivos especiales mediante movimientos programables y
variables que permitan llevara cabo tareas diversas y complicadas para el ser
humano.
La automatización es una tecnología que esta relacionada con el empleo de
sistemas mecánicos, electrónicos y basados en computadoras en la producción
y control de la producción.
Clasificación de la automatización industrial
Automatización fija
Se usa cuando el volumen de producción es muy alto, y por lo mismo es
adecuada para diseñar equipos especializados para procesar el producto con
alto rendimiento y con elevadas tasas de producción.
Automatización programable
Se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una
diversidad de producción a obtener.
Automatización flexible
Se explica cuando el volumen de producción es medio.
De los tres tipos de automatización, la robótica coincide más con la
automatización programable. Un robot industrial es una máquina programable
de uso general que tiene algunas características antropomórficas o
humanoides. La característica humanoide mas típica de los robots actuales es
la de sus brazos móviles. El robot puede programarse para desplazar su brazo
a través de una secuencia de movimientos con el fin de realizar alguna tarea de
utilidad.
Clasificación general de los robots
La diferencia fundamental entre un robot y una maquina herramienta
automática estriba que esta ultima esta especializada en su trabajo, mientras
que el robot es enormemente versátil y puede utilizarse como porte
fundamental de una línea de producción flexible. La clasificación de los robots
atendiendo a su complejidad de esto es la siguiente:
Robots inteligentes
Son manipuladores o sistemas mecánicos multifuncionales controlados por
computadora capaz de relacionarse con su entorno a través de sensores y de
tomar decisiones en tiempo real.
Robots con control por computadora
Son similares a los del grupo anterior, pero carecen de capacidad de
relacionarse con entorno que los rodea.
Robots de aprendizaje
Se limitan a repetir una secuencia de movimientos, realizada con la
intervención de un operador y memorizada.
Manipuladores
Son sistemas mecánicos multifuncionales, cuyo sencillo sistema gobernar el
movimiento de sus elementos de forma manual o en secuencia.
Clasificación de los robots de acuerdo con el control de sus
movimientos
Sin servocontrol: El programa que controla el movimiento de los diferentes
componentes del robot se realiza en una posición "punto a punto" en el
espacio.
Con servocontrol: Este tipo de control permite, a su vez, dos formas de trabajo:

Gobierno de los movimientos de los elementos del robot en función de
sus ejes.

Los movimientos se establecen en función de la posición respecto a los
ejes de coordenadas (x, y, z) y de la orientación de la mano o
herramienta de robot.
Características generales de los robots industriales
Grado de libertad: Es el numero de parámetros que es preciso conocer pora
determinar la posición del robot, es decir, los movimientos básicos
independientes que posesionan a los elementos de un robot en el espacio.
Precisión de la repetición de los movimientos: Es la respetabilidad del
posicionamiento de la mano de sujeción de un robot industrial, se establece un
mínimo de precisión aceptable de 0.3 mm., aunque es factible alcanzar valores
de orden de 0.05 mm. como el caso PUMA.
Capacidad de carga: Es el peso, generalmente en kg, que el robot puede
manipular.
Sistemas de coordinación para los movimientos de el robot: Son lo
movimientos y posiciones que se pueden especificar en coordenadas
cartesianas, cilíndricas y polares.
Programación: Pude ser manual. De aprendizaje (directa o mediante maqueta),
punto por punto y de trayectoria continua.
Anatomías del robot: La anatomía del robot es la construcción física del cuerpo,
brazo y muñeca de la maquina.
Partes de un robot
Manipulador: Constituye la parte mecánica del robot y esta formada por los
siguientes componentes.

Varios elementos relacionados entre si mediante uniones que permiten
su movimiento relativo.

Dispositivos de agarre y sujeción conocidos como "manos".

Sistemas motores, como motores eléctricos de paso a paso, dispositivos
neumáticos e hidráulicos, motores eléctricos de corriente continua.
Control: Es guiar el movimiento del mecanismo, producido por la variación en el
tiempo de los grados de libertad. Las técnicas pueden controlar la posición y la
velocidad. Si también se toman en cuenta las propiedades dinámicas del
manipulador y de los motores, aparece el denominado "control dinámico". En el
caso de considerar la variación de los parámetros del robot en la posición surge
"el control adaptativo".
Sistemas sensitivos: Solo existe en robots inteligentes, son aquellos
dispositivos que permiten la interacción del robot con su entorno. Son sensores
de fuerza, de visión y de sonido. Los sensores de primer grupo se conocen
como "de contacto directo", mientras que los otros se conocen como "remotos"
o de "no contacto". Los primeros se usan para la búsqueda de objetos
mediante peso, la medición de las fuerzas y momentos que se producen al
realizar determinadas tareas, y los segundos consisten en la identificación de
objetos mediante sus entornos, localización, etc.
Volumen de trabajo de un robot
Es el espacio dentro del cual el robot puede manipular el extremo de su
muñeca y viene determinada por:

La configuración física del robot.

Los tamaños de los componentes del cuerpo, del brazo y de la muñeca.

Los limites de los movimientos de las articulaciones del robot
Configuraciones básicas de robots comunes

Configuración polar.

Configuración cilíndrica.

Configuración de coordenadas cartesianas.

Configuración de brazo articulado
Movimientos de un robot

Movimientos de brazo y cuerpo.

Movimientos de la muñeca.
Los movimientos de articulaciones individuales, asociados con estas dos
categorías, se denominan, a veces por el termino "grado de libertad". Los
movimientos del robot se realizan por medio de articulaciones que son
asociadas. Las articulaciones utilizadas en el diseño de robots industriales
suelen implicar un movimiento relativo de las uniones contiguas, movimientos
que son lineales o rotacionales. Las articulaciones líneas implican un
movimiento deslizante o de traslación de las uniones de conexión.
Tipos de articulaciones giratorias

Articulación de eje de rotación perpendicular a los ejes de las dos
uniones.

Articulación giratoria que implica un movimiento de torsión entre las
uniones de entrada y salida.

Articulación e revolución en la que la unión de entrada es paralela al eje
de rotación y la salida gira alrededor de la entrada como si estuviera en
orbita.
Para los robots de configuración polar, cilíndrica o de brazo articulado, los tres
grados de libertad asociados con los movimientos del brazo y del cuerpo son:
Transversal vertical: Es la capacidad para desplazar la muñeca hacia arriba o
abajo para proporcionar la postura vertical deseada.
Transversal radial: Implica la extensión o retroacción del brazo desde el centro
vertical del robot.
Transversal rotacional: Es la rotación del brazo alrededor del eje vertical.
Sistemas de control y rendimiento de los robots industriales
Secuencia limitada: No utiliza servo control para indicar las posiciones relativas
de articulaciones, se controlan por interruptores de fin de carrera y/o topes
mecánicos.
Reproducción con control punto a punto: Usan una unidad de control mas
sofisticada en la que una serie de posiciones o movimientos son "enseñados",
al robot, registrados en memoria y luego repetidos por el robot bajo su propio
control.
Reproducción con control de recorrido continuo: Son capaces de realizar ciclos
de movimientos, en los que se controla la trayectoria seguida por el robot.
Robots inteligentes: Tienen capacidad no solo para reproducir un ciclo de
movimiento programado sino para interaccionar con su entorno de una manera
que parece inteligente. El controlador consiste en una computadora digital o un
dispositivo similar, pueden modificar su ciclo de trabajo, pueden tomar
decisiones lógica, basados en los datos del sensor, tienen la capacidad para
comunicarse durante el ciclo de trabajo con los operadores humanos o con
sistemas basados en computadora, se programan por lenguaje ingles,
simbólico o de programación.
Sistema de impulsión de un robot
Impulsión hidráulica: Proporciona al robot una mayor velocidad y resistencia
mecánica, los inconvenientes son que suelen añadir mas necesidades de
espacio y en que un sistema hidráulico es propenso a las fugas de aceite, lo
que resulta enojoso.
Impulsión eléctrica: No suelen proporcionar tanta velocidad o potencia como los
anteriores, pero la exactitud y la repetibilidad de los robots de impulsión
eléctrica suelen ser mejores, son más pequeños con menos exigencias de
espacio y sus aplicaciones tienden hacia trabajos más precisos.
Impulsión neumática: Son robots mas pequeños que contienen menos grados
de libertad, están limitados a operaciones de "coger y situar" con ciclos rápidos.
La potencia puede adaptarse a la actuación de dispositivos de pistón para
proporcionar un movimiento de translación de articulaciones deslizantes.