ARI Tema 1 Introducción a la Robotica.pdf

Ampliación de Robótica Industrial4º curso del Grado en Ingeniería Electrónica Industrial

Tema 1: Introducción a la Robótica

Índice

• Historia de la automática y la robótica

• Desarrollo y evolución de la robótica industrial

• Definición de robot

• Clasificación de robots

• Aplicaciones

• Evolución e implantación de robots

Ampliación de Robótica Industrial Introducción a la Robótica 2

Historia de la automática y la robótica (i)


esculturas animadasegipcias (2000 a.C)

Reloj, Piazza San Marco, Italia (s. XV)

Gallo de Estrasburgo (s. XIV)

Historia de la automática y la robótica (ii)


Relojes, cajasde música(s. XVII-XVIII).

Historia de la automática y la robótica (iii)


Mecanismos coordinados. Ej. bailarinas, acróbatas,

Mecanismos especializados.Ej. dibujantes, músicos, escritores.

Autómatas (siglo XVIII).

http://www.youtube.com/v/75CXFwgslsY


Historia de la automática y la robótica (iv)

• http://www.youtube.com/v/75CXFwgslsY

Ampliación de Robótica IndustrialPresentación de la asignatura 6


Historia de la automática y la robótica (v)


Pato de Vaucanson.

Historia de la automática y la robótica (vi)


La cibernética (años 50)

• Tortugas de Grey Walter(1950's).– Burden Neurological Institute (UK)

– 8 tortugas

– Un foto-tubo como ojo

– Comportamientos tropistas:

• Baile alrededor de una luz

– Recarga al detectar descarga

– Filosofía de sistema “vivo”

– 3 leyes de la robótica de Asimov

1. Un robot no puede hacer daño a un ser humano o, por inacción, permitir que un ser humano sufra daño.

2. Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto si estas órdenes entrasen en conflicto con la 1ª Ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia en la medida en que esta protección no entre en conflicto con la 1ª o la 2ª Ley.1

Historia de la automática y la robótica (vii)


• La electrónica (años 60)

– Transistores

– Centrado con sonar

– Brazo para recarga eléctrica

– Células fotoeléctricas (enchufes negros)

– Tarea: patrullar pasillos

Historia de la automática y la robótica (viii)


• Los ordenadores (años 70)

Shakey– Stanford University (USA)

– Ordenador externo planificación

– Ordenador interno control

– Cámara de TV

– Encuentra objetos regulares

– Entorno altamente controlado

– Tarea: planificar movimientos

Historia de la automática y la robótica (ix)


• Los ordenadores empotrados (años 80)– Stanford University (USA)

– Dos cámaras de TV (visión estereoscópica)

– Reconstrucción 3D limitada

– Ordenador empotrado

– Entorno estructurado:• Reconoce objetos regulares

– Tarea: navegación

– Muy lento (30 m 5 h)

Historia de la automática y la robótica (x)


• Navegación en entornos reales• Spirit, Opportunity

– “Cuerpo”: Protege los “órganos vitales”

– “Cerebros”: Ordenadores para procesar la información

– Controles de temperatura: Calentadores internos, capa de aislamiento, etc.

– Un “cuello y cabeza”: Un poste para las cámaras que dan al robot una vista a escala humana

– “Ojos” y otros sentidos: cámaras e instrumentos que dan información del entorno

– Brazo: Extensión del alcance– Ruedas y “piernas”: Dotan de

movilidad– Energía: Baterías y paneles solares– Comunicaciones: Antenas para

“hablar” y “escuchar”

Historia de la automática y la robótica (xi)


• El futuro– 2015 Robots controlados con

técnicas de IA

– 2020 Robots de propósito general

– 2030 Primates robóticos

– Nanotecnología

– IA: Inteligencia Artificial• Interacción con humanos,

• Aprendizaje

• Adaptación, etc.http://www.youtube.com/v/ZToSae4QCl0http://www.youtube.com/v/n8-SSwKMGnY

http://www.youtube.com/v/ZToSae4QCl0

http://www.youtube.com/v/n8-SSwKMGnY

Historia de la automática y la robótica (xiii)

• http://www.youtube.com/v/ZToSae4QCl0


http://www.youtube.com/v/ZToSae4QCl0

Historia de la automática y la robótica (xiii)

• http://www.youtube.com/v/n8-SSwKMGnY


http://www.youtube.com/v/n8-SSwKMGnY

Historia Robots Industriales (i)

• 1948: R.C.Goertz (Argonne National Lab.): Robots maestro-esclavo (unión mecánica). Manejo elementos radiactivos

• 1954: Goertz: Idem pero transmisión eléctrica.

• 1954: Kenward(GB) 1ª patente “sistema Robótico”

• 1954: George C. Devol: Robot para mover artículos

• 1956: Devol conoce a Joseph F. Engelberger: nace la empresa Unimation: 1º robot “UNIMATE” (1960). Para fábrica General Motors.


Historia Robots Industriales (ii)

• 1958: Exosqueleto para el maestro.

• 1964: Se crean los laboratorios de IA en MIT, en la Universidad de Stanford y Edimburgo.

• 1971: Se funda la Japanese Industrial Robot Association. Avance rápido.

• 1973: Primer robot europeo ASEA IRb6.

• 1979: Sankyo e IBM comercializan el primer SCARA: simple, barato


Historia Robots Industriales (iii)


Robot Puma de UNIMATE

Robot Irb6 de ASESA

Definición de Robot

• Robot: término acuñado por Karel Capek en Rossum’sUniversal Robots (1921).

• “Robota”, palabra eslava que significa “trabajo de maneraforzada”.

• Definición amplia: Una máquina programable (computador)con capacidad de movimiento y de acción variados.

• Diccionario RAE: Máquina o ingenio electrónico programable,capaz de manipular objetos y realizar operaciones antesreservadas sólo a las personas.

• Robótica: ciencia interdisciplinar:– electrónica, informática (programación + inteligencia artificial),

electricidad/neumática/hidráulica, mecánica, álgebra, regulaciónautomática, gestión de procesos, etc.


Definición de Robot Industrial

• Es una manipulador multifuncional reprogramable,capaz de mover materias, pieza, herramientas odispositivos especiales, según trayectorias variables,programadas para realizar tareas diversas.

• Manipulador de 3 o más ejes, con controlautomático, reprogramable, móvil o no, destinado aser utilizado en aplicaciones de automatizaciónindustrial. Incluye al manipulador (sistema mecánicoy accionadores) y al sistema de control (software yhardware de control y potencia)


Organismos reguladores

• Robotic Industries Association (Antes, Robot Institute ofAmerica), http://www.robotics.org/

• JIRA: Japan Industrial Robot Association (1972). PrimeraAsociación robótica del mundo. Hoy: JARA (Japan RobotAssociation) http://www.jara.jp

• IFR International Federation of Robotics,http://www.ifr.org

• AER-ATP: Asociación Española de Robótica (AER) y de laAutomatización Tecnologías de la Producción (ATP)http://www.aeratp.com


http://www.robotics.org/

http://www.jara.jp/

http://www.ifr.org/

http://www.aeratp.com/

Otros tipos de robots

• Robots de servicio (procesos no automatizados) – Asistencia médica, centrales nucleares, agricultura, exploración,

minería, transporte, etc.

– Otros: entretenimiento (Hispabot-AlcaBot) (www.alcabot.com).

• Robot doméstico• Robot móvil• Robots teleoperados

– El hombre realiza su percepción, planificación y control.

• Telerrobots. – Los que pueden ser monitorizados y reprogramados a distancia

• No son robots: – autómatas monopropósito: cadena montaje (máquinas de control

numérico), Plotter, etc.


http://www.alcabot.com/

Clasificación de los robots atendiendo a la generación (i)


Clasificación de los robots atendiendo a la generación (ii)


Clasificación atendiendo al tipo de Actuadores

• Robot Neumático

• Robot Hidráulico

• Robot Eléctrico


Clasificación atendiendo la configuración

• Robot Cartesiano

• Robot Cilíndrico

• Robot Polar o esférico

• Robot Articular

• Robot SCARA

• Robot Paralelo

Clasificación atendiendo al tipo de control (i)

• Robot secuencial

– Robot con un sistema de control en el que un conjunto de movimiento se efectúa eje a eje en un orden dado, de tal forma que la finalización de una movimiento inicia el siguiente

• Robot controlado por trayectorias

– Robot que ejecuta un procedimiento controlado por el cual los movimientos de tres o más ejes controlados, se desarrollan según instrucciones que especifican en el tiempo la trayectoria requerida para alcanzar la siguiente posición (obtenida normalmente por interpolación


Clasificación atendiendo al tipo de control (ii)

• Robot adaptativo

– Robot que tiene funciones de control con sensores, control adaptativo, o funciones de control de aprendizaje.

• Robot teleoperado

– Robot que puede ser controlado remotamente por un operador humano, extendiendo las capacidades sensoriales y motoras de éste a localizaciones remotas


Clasificación atendiendo al medio en el que se desenvuelvan

• Terrestres (vehículos, robots con patas, manipuladores industriales)

• Aéreos (dirigibles, helicópteros)

• Acuáticos (nadadores, submarinos)

• Híbridos (trepadores)


Clasificación atendiendo a la aplicación. Aplicaciones industriales de robots


La Federación Internacional de la Robótica (IFR) estableció en 1998 una

clasificación de las aplicaciones de la Robótica

•Manipulación en fundición

•Moldes

•Otros

•Manipulación en moldeado

de plásticos

•Manipulación en

tratamientos térmicos

•Manipulación en la forja y

estampación

•Soldadura.

•Por arco

•Por puntos

•Por gas

•Por láser

•Otros

•Aplicación de materiales

•Pintura

•Adhesivos y secantes

•Otros

•Mecanización

•Carga y descarga de

máquinas

•Corte mecánico,

rectificado, desbardado

y pulido

•Otros

•Otros procesos

•Láser

•Chorro de agua

•Otros

•Montaje.

•Montaje mecánico

•Inserción

•Unión por adhesivos

•Unión por soldadura

•Manipulación para

montaje

•Otros

•Paletización

•Medición, inspección,

control de calidad

•Manipulación de materiales

•Formación, enseñanza e

investigación

•Otros

http://www.robots.com/applications.php

http://www.robots.com/applications.php

Aplicaciones industriales de robots (i)

• Fundición:

– Fundición por inyección a presión• Extracción de las piezas del molde

• Limpieza y mantenimiento de los moldes

• Colocación de las piezas en el interior de los moldes

• No hace falta mucha precisión

• Campo de acción grande

• Configuración polar o articular

• Colocación en el centro de la célula o suspendido

• http://www.youtube.com/watch?v=OHi1SaTTcvQ

• http://www.youtube.com/watch?v=BW_ceweJYgA

– Fundición a la cera• http://www.youtube.com/watch?v=pTTap4WiEAU

• http://www.youtube.com/watch?v=Bj7dlCYhSk0&feature=related

– Características• Ambiente hostil: Suciedad y temperaturas superiores a los 1000ºC

• Capacidad de carga: entre 10Kg y 250Kg


http://www.youtube.com/watch?v=OHi1SaTTcvQ

http://www.youtube.com/watch?v=BW_ceweJYgA

http://www.youtube.com/watch?v=pTTap4WiEAU

http://www.youtube.com/watch?v=Bj7dlCYhSk0&feature=related

Aplicaciones industriales de robots (ii)

• Soldadura:

– Por puntos• Control del tiempo, tensión e intensidad

• Dos posible configuración: el robot porta lo electrodos o la pieza

• Capacidad de carga 50-100 Kg

• Estructura articula con 5 o 6 grados de libertad

• Control punto a punto

• http://www.youtube.com/watch?v=IBhswxGTu20

• http://www.youtube.com/watch?v=1-J_EzKm_70

• http://www.youtube.com/watch?v=7HWpldiFefg

• http://www.youtube.com/watch?v=CGzcK0JiV3c

– Por arco• Capacidad de carga de unos 10 Kg

• Gran espacio de trabajo 2 m

• Capacidad de control por trayectorias

• Con 5 o 6 grados de libertad con uno externo: mesa orbital.

• http://www.youtube.com/watch?v=HUU3HdxOqZs

• http://www.youtube.com/watch?v=HUU3HdxOqZs


http://www.youtube.com/watch?v=IBhswxGTu20

http://www.youtube.com/watch?v=1-J_EzKm_70

http://www.youtube.com/watch?v=7HWpldiFefg

http://www.youtube.com/watch?v=CGzcK0JiV3c

http://www.youtube.com/watch?v=HUU3HdxOqZs

http://www.youtube.com/watch?v=HUU3HdxOqZs

Aplicaciones industriales de robots (iii)

• Aplicación de materiales:

– Pintura

• Entorno desagradable para las personas: espacio reducido y ambiente tóxico

• Robot consigue homogeneidad en la aplicación, reducción del coste y mayo productividad

• Control por aprendizaje o guiado

• Precisión para el reparto homogéneo de la pintura

• Estructura articular con 6 o más grados de libertad

• Protecciones especiales contra incendios, partículas en suspensión.

• http://www.youtube.com/watch?v=nIKcbZD6_hM

– Adhesivos y sellantes

• Control preciso de la trayectoria, de la velocidad y de la cantidad de material suministrado.

• Colocación suspendido sobre la pieza


http://www.youtube.com/watch?v=nIKcbZD6_hM

Aplicaciones industriales de robots (iv)

• Mecanización– Alimentación de máquinas

• Trabajo repetitivo o peligroso a las personas.

• Baja complejidad, precisión media y pocos grados de libertad + externo: p.e. rail de desplazamiento

• Control sencillo y secuencial

• Gran campo de acción y poca capacidad de carga

• Configuración cartesiana, esférica o articular.

• http://www.youtube.com/watch?v=FBIb2OTSTWY&feature=BFa&list=UU1FuphciagC13Oz__5UPSYw&lf=plcp

• http://www.youtube.com/watch?v=wdihUI2iROo


http://www.youtube.com/watch?v=FBIb2OTSTWY&feature=BFa&list=UU1FuphciagC13Oz__5UPSYw&lf=plcp

http://www.youtube.com/watch?v=wdihUI2iROo

Aplicaciones industriales de robots (v)

• Mecanización– Procesado y corte

• Modificación de la forma de piezas o cortes (desbarbado de plástico o metal)

• Control complejo

• Elevada precisión en velocidad y trayectoria (control de trayectorias contínuas)

• Necesidad de sensores especiales para detectar las irregularidades de la pieza

• Herramientas adaptables

• Colocación suspendido.

• http://www.youtube.com/watch?v=gda7KdetHc4

• http://www.youtube.com/watch?v=QBAwfq3FFwU&feature=related

• http://www.youtube.com/watch?v=t98aRt8hS2c&feature=results_main&playnext=1&list=PLE348671D02EEE3BD

• http://www.youtube.com/watch?v=Ze9r58eHnoc&feature=related


http://www.youtube.com/watch?v=gda7KdetHc4

http://www.youtube.com/watch?v=QBAwfq3FFwU&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=t98aRt8hS2c&feature=results_main&playnext=1&list=PLE348671D02EEE3BD

http://www.youtube.com/watch?v=Ze9r58eHnoc&feature=related

Aplicaciones industriales de robots (vi)

• Montaje– Tareas de gran precisión y habilidad

– Precisión y alta repetitividad.

– Suspendido sobre la pieza

– http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=MsliNZoanNM&feature=endscreen

• Paletización– Capacidad de carga entre 10 y 100 Kg

– 4 grados de libertad

– Configuración cartesiana o SCARA (aunque lo articulares también se usa gracias a su gran versatilidad)

– http://www.youtube.com/watch?v=GpXtjDJdkq0

– http://www.youtube.com/watch?v=VWB6xd8ZQEM

– http://www.youtube.com/watch?v=Cgdssu5cJ1o


http://www.youtube.com/watch?NR=1&v=MsliNZoanNM&feature=endscreen

http://www.youtube.com/watch?v=GpXtjDJdkq0

http://www.youtube.com/watch?v=VWB6xd8ZQEM

http://www.youtube.com/watch?v=Cgdssu5cJ1o

Aplicaciones industriales de robots (vii)

• Control de calidad– Usando rayos X, ultrasonidos, visión artificial, palpadores etc.

– Prueba de productos (Se usan robots ya que no es necesario el diseño de una máquina específica)

– http://www.youtube.com/watch?v=269NttJrZQA

– http://www.youtube.com/watch?v=-8mcLLtkUKg

• Manipulación en salas limpias y blancas– Lugares muy controlados: alimentación, farmacéuticas y fabricación de

circuitos integrados

– Manipulación de productos peligrosos

– http://www.youtube.com/watch?v=aPTd8XDZOEk&feature=related

– http://www.youtube.com/watch?v=iDoCV39zqAY&feature=related


http://www.youtube.com/watch?v=269NttJrZQA

http://www.youtube.com/watch?v=-8mcLLtkUKg

http://www.youtube.com/watch?v=aPTd8XDZOEk&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=iDoCV39zqAY&feature=related

Aplicaciones industriales de robots (viii)

• Cirugía – http://www.youtube.com/watch?v=KNHgeykDXFw&feature=related

• Lúdicas– http://www.youtube.com/watch?v=vCKiRcp-97k


http://www.youtube.com/watch?v=KNHgeykDXFw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=vCKiRcp-97k

Evolución Robots Industriales (i)

• Proliferación en últimos 30 años vertiginosa.

• España: 15%-25% más cada año.– Épocas de Crisis

– Épocas de bonanza

• Mercado sin agotar (se aplica cada vez a más áreas)...

• ¡Nuevas aplicaciones! – Pero coste implantación y mantenimiento

– El robot modifica generalmente los diseños y dispositivos (ej. tornillos en coches)

• ESPAÑA: Informes de AER ATP (http://www.aeratp.com)


http://www.aeratp.com/

Evolución Robots Industriales en España (i)


Evolución Robots Industriales en España (ii)


Robots por aplicaciones y sectores en España

Ampliación de Robótica Industrial Introducción a la Robótica

41

Ventas de Robots a nivel mundial


Robots por sectores a nivel mundial


Densidad de Robots nivel mundial


Cantidad de robots por cada 10000 trabajadores

Tendencia 2013-2016


Robot de servicio


Coste Implantación de Robots


Trabajo Manual

Automatización Rígida

Robotización

Volumen de producción donde

la robotización conveniente

v1 v2

Volumen Producción

(artículos/h)

Coste

por

unidad

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