Fundamentos generales de la robotica Guillermo Almeida

UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA

UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL

MODULO DE ROBOTICA INDUSTRIAL

2009

UNIDAD I

FUNDAMENTOS

GENERALES DE LA

ROBOTICA Definiciones, clasificación, historia, evolución y

estructura de robots industriales

Autor: Ing. Guillermo Almeida

D E R E C H O S R E S E R V A D O S D E A U T O R F I S E I U T A


Ing. Guillermo Almeida G. 2009 2

INDICE GENERAL

OBJETIVOS DE UNIDAD: ................................................................................................................... 3

INTRODUCCION A LA ROBOTICA ...................................................................................................... 3

HISTORIA DE LA ROBOTICA .............................................................................................................. 4

CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA ................................................................................................ 5

HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA ....................................................................................... 6

ROBOTS MOVILES ......................................................................................................................... 6

ROBOTS INDUSTRIALES ................................................................................................................ 7

ROBOTS HUMANOIDES ................................................................................................................ 9

DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL .............................................................................. 10

CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS ..................................... 13

CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES .............................................................. 13

ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS MANIPULADORES .......................................................... 14

CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT ................................................... 15

CLASIFICACION DE ROBOTS.................................................................................................... 16

CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA ............................................................. 16

CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL ................................................................. 18

CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN: ..................................................................................... 18

MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS ............................................................ 18

TRABAJO INDIVIDUAL DE APLICACIÓN .................................. ¡Error! Marcador no definido.

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 19



OBJETIVOS DE UNIDAD:

RESUMIR LA HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA ROBÓTICA INDUSTRIAL

INTERPRETAR CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ROBOTICA

CLASIFICAR A LOS ROBOTS INDUSTRIALES

DISTINGUIR LA ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES

INVESTIGAR ALGUNOS PROYECTOS ROBOTICOS ACTUALES

INTRODUCCION A LA ROBOTICA

La Robótica es una disciplina dedicada al estudio, diseño, realización y manejo de los robots.

El primer requisito en la conceptualización de la robótica, parece entonces claro: la definición

contextualizada de robot en todos los ámbitos bajo una perspectiva actual.

El análisis de la evolución histórica, merecerá un tratamiento específico en un apartado

posterior. La robótica está caracterizada por cierta dispersión conceptual, que ha propiciado

algunas definiciones a lo largo de la historia, por una parte el diccionario Webster define un

robot como: ”Un dispositivo automático que ejecuta funciones normalmente atribuídas a los

seres humanos, o una máquina con la forma de un ser humano”

El término robot, procede de la palabra checa robota, que significa 'trabajo obligatorio' y fue

empleado por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots Universales de Rossum)

por el novelista y dramaturgo checo Karel Capek.

Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que realiza

trabajos para ayudar a las personas o efectuar tareas difíciles o desagradables para los

humanos, siendo la robótica un área de la mecatrónica aplicada, esta representa por lo tanto la

confluencia de varias áreas: mecánica, electricidad, electrónica, automatización e informática,

que hacen que el estudio de un robot resulte enormemente atractivo para especialistas en

cualquiera de ellas.

Incorporando nuevos argumentos relacionados con la robótica y algunas nuevas areas

científicas importantes desarrolladas en la actualidad como la Inteligencia Artificial, es

posible entonces considerar un nuevo concepto de robot como el más aproximado a nuestra

realidad: “Robot es todo aquel dispositivo que actúa en un entorno real y que es capaz de

establecer algún tipo de conexión inteligente entre percepción y acción”, el cual integra todos

los tipos de robots desarrollados en todos los ámbitos como son: exploración científica,

industriales y humanoides.



HISTORIA DE LA ROBOTICA

El concepto de máquinas automatizadas se remonta a la antigüedad, con mitos de seres

mecánicos vivientes. Los primeros precursores de la robótica

móvil aparecieron en el siglo XIII y se les denominó autómatas

pues consistían en máquinas semejantes a figuras humanas

fundidas en metal y diseñadas para funciones específicas así

tenemos por ejemplo los Jaquemarts o muñecos tocacampanas,

los Papamoscas de la catedral de Burgos en España,

posteriormente se desarrollaron diseños un poco mas

evolucionados y que funcionaban en base a mecanismos de

relojería como por ejemplo el concertista de tímpano que podía

cambiar de melodía, y el autómata de Maillardet al que se podía

programar para realizar cuatro dibujos y tres poemas(dos en

francés y uno en inglés).

Mas tarde comenzaron a desarrollarse prototipos de robots

móviles un poco más avanzados, así tenemos el caso de Walterbot

o Tortuga de Walter, desarrollado por Grey Walter en Inglaterra

en el año de 1941 en el Burden Neurological Institute que era un

dispositivo compuesto por un fototubo como ojo, tenía una serie

de comportamientos tropistas como por ejemplo bailar o moverse

alrededor de una luz, y recargarse una vez descargado.

Luego y gracias al desarrollo de la electrónica se construyeron prototipos como el robot

Shakey en la Standford University de los Estados Unidos, constituído por un computador

externo de planificación, un computador interno de control, una cámara de televisión, que le

permitía buscar y encontrar objetos regulares y cuya tarea principal era la planificación de

movimientos. Mas adelante, el mismo vehículo fué optimizado con dos cámaras de televisión

para obtener una visión artificial estereoscópica para navegación en entornos estructurados, la

principal dificultad en los dos diseños era la lentitud, debido al incipiente desarrollo en

sistemas de procesamiento de señales.

Años más tarde se construyeron dos prototipos de robots móviles usados hasta la actualidad

en la simulación de comportamientos de insectos como son el Robot Koala y el Khepera en el

Massachussets Institute of Technology (MIT) de los Estados Unidos.

Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregir

errores, mecanismos que siguen empleándose actualmente. Un ejemplo de control por

realimentación es un tanque cisterna que emplea un flotador para determinar el nivel del

agua. Cuando el agua cae por debajo de un nivel determinado, el flotador baja, abre una

válvula y deja entrar más agua en el bebedero. Al subir el agua, el flotador también sube, y al

llegar a cierta altura se cierra la válvula y se corta el paso del agua.



El primer auténtico controlador realimentado fue el regulador de Watt, inventado en 1788 por

el ingeniero británico James Watt. Este dispositivo constaba de dos bolas metálicas unidas al

eje motor de una máquina de vapor y conectadas con una válvula que regulaba el flujo de

vapor. A medida que aumentaba la velocidad de la máquina de vapor, las bolas se alejaban

del eje debido a la fuerza centrífuga, con lo que cerraban la válvula. Esto hacía que

disminuyera el flujo de vapor a la máquina y por tanto la velocidad.

El control por realimentación, el desarrollo de herramientas especializadas y la división del

trabajo en tareas más pequeñas que pudieran realizar obreros o máquinas fueron ingredientes

esenciales en la automatización de las fábricas en el siglo XVIII. A medida que mejoraba la

tecnología se desarrollaron máquinas especializadas para tareas como poner tapones a las

botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas

máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podían alcanzar objetos alejados y

colocarlos en la posición deseada.

CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA

ROBOTS

HUMANOIDES

ROBOTS MOVILES

ROBOTS INDUSTRIALES



HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA

Para detallar la historia y evolución de la robótica, es necesario distinguir inicialmente sus

categorías y detallarlas en forma independiente

ROBOTS MOVILES

Los robots móviles son dispositivos que puede usan como medio

de locomoción ruedas o patas, según sea su aplicación, y a lo

largo de la historia han venido siendo desarrollados con fines

netamente científicos y/o de investigación.

Con la venida de nuevas tecnologías de planificación y

razonamiento automático, de 1966 a 1972 se desarrolló en el SRI el primer robot móvil

llamado Shakey1, que era una plataforma móvil independiente controlada por visión mediante

una cámara y dotada con un detector táctil. A partir de ese momento, la investigación y

diseño de robots móviles (que contaron con características muy diferentes entre ellos) creció

de manera exponencial. A principios de la década del setenta, el robot Newt2 fue desarrollado por Hollis. El robot

Hilare3 desarrollado en el LAAS en Francia. En el Jet Propulsion Laboratory (JPL) se

desarrolló el Lunar rover 4, diseñado particularmente para la exploración planetaria.

A finales de esa década, Moravec desarrolló el robot Stanford cart5 , capaz de seguir una

trayectoria delimitada por una línea establecida en una superficie, en el SAIL. En 1983, el

robot Raibert6, fue desarrollado en el MIT, un robot de una sola pata diseñado para estudiar la

estabilidad de éstos sistemas. A principios de la década del noventa, Vos et al. desarrollaron

un robot “uniciclo”7 (una sola rueda, similar a la de una bicicleta) en el MIT.

Años más tarde, en 1994, el Instituto de robótica CMU desarrolló el robot Dante II8 , un

sistema de seis patas. En 1996 también en el CMU, se desarrolló el robot Gyrover9 , un

mecanismo ausente de ruedas y patas basado en el funcionamiento del giroscopio.

1 Nilsson Nills, Artificial Intelligence, 1984

2 Hollis, Robotics, 1977

3 Giralt, Nuevos desafios en la Robotica Movil,1979

4 Thompson, Robots de exploracion especial,1977

5 Movarec, 1979

6 Raibert, 1986

7 Vos et al., 1990

8 Bares et al., 1999

9 Brown et al., 1997



ROBOTS INDUSTRIALES

La robótica industrial se puede definir como el estudio, diseño y uso de robots para la

ejecución de procesos industriales. También conocido como

un manipulador programable multifuncional, diseñado para

mover piezas, herramientas, dispositivos especiales mediante

movimientos variados, programados para la ejecución de diversas tareas.

Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra

y dotado de varias articulaciones, fácilmente programable

para cumplir operaciones y destinado a sustituir la actividad

física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas y peligrosas.

La sucesión de los movimientos se ordena con el fin de que

se quiere hacer, siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a los

diversos movimientos. Los desplazamientos rectilíneos y giratorios son neumáticos, hidráulicos o eléctricos.

El desarrollo del brazo artificial multiarticulado, o manipulador, llevó al moderno robot. El

inventor estadounidense George Devol desarrolló en 1954 un brazo primitivo que se podía

programar para realizar tareas específicas.

EVOLUCION ROBOTICA

MOVIL

ROBOT SHAKEY

ROBOT NEWT

ROBOT HYLARE

LUNAR ROVER

SOJOURNER



En 1956 Joseph F. Engelberger, director de ingeniería de la división aeroespacial de la

empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, Conneticut. Juntos Devol y Engelberger

comenzaron a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated

Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation(Universal Automation), e

instalando su primera máquina Unimate (1960), en la fábrica de General Motors de Trenton,

Nueva Jersey, en una aplicación de fundición por inyección. Otras grandes empresas como

AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares.

En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con Kawasaki

para la construcción de robots tipo Unimate. El crecimiento de la robótica en Japón aventaja

en breve a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formó la primera asociación robótica del

mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos años más tarde se

formo el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de

Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA.

Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío.

En 1973 la firma sueca ASEA construyó el primer robot con accionamiento totalmente

eléctrico, en 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo

Suecia.

En 1975, el ingeniero mecánico estadounidense Victor Scheinman, cuando estudiaba la

carrera en la Universidad de Stanford, en California, desarrolló un manipulador polivalente

realmente flexible conocido como Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA, siglas

en inglés).

El robot PUMA era capaz de mover un objeto y colocarlo en cualquier orientación en un

lugar deseado que estuviera a su alcance. El concepto básico multiarticulado del PUMA es la

base de la mayoría de los robots manipuladores actuales.

EVOLUCION ROBOTICA

INDUSTRIAL

BRAZO MECANICO PRIMITIVO DE

GEORGE DEVOL

BRAZO MANIPULADOR

UNIVERSAL PROGRAMABLE

VICTOR SCHEINMAN

ROBOT SCARA

UNIVERSIDAD DE YAMANASHI

ROBOT DE IMPULSION

DIRECTA

UNIVERSIDAD CARNEGIE MELLON



CUADRO RESUMEN DE EVOLUCION DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL

Actualmente, los principales beneficios del uso de los robots, se derivan de:

Eliminación de condiciones peligrosas o mejora de condiciones de trabajo

Reducción de costos

Aumento de la productividad

Mejora de la calidad de producción



ROBOTS HUMANOIDES

Se entiende como robot humanoide at tipo de robot que constructiva y

morfológicamente se asemeja a un ser humano y puede realizar casi las

mismas funciones que él .

En el año 1997, la empresa japonesa HONDA, dio a conocer el robot P3, el

primer humanoide capaz de imitar movimientos del cuerpo humano. Al

siguiente año, se desarrolla en la universidad Waseda en Japón, el

WABIAN R-III, un robot humanoide. En 1999 en el CMU, Zeglin propuso

un nuevo diseño de robot con una pata llamado Bow Leg Hopper, un

diseño que permite almacenar la energía potencial de la pata.

Un alto porcentaje de los robots humanoides que se implementan hoy en

día intentan imitar nuestro sistema motriz para desplazarse e interactuar con el medio que les

rodea. De todos los movimientos que realizamos, andar es, sin ninguna duda el más complejo

de todos ellos, ya que, aunque no nos demos cuenta, andar no es sólo desplazar nuestros pies

por el suelo, sino que nuestras rodillas, cadera, columna, brazos, cabeza… se unen para

conseguir mantener en todo momento el equilibrio.

DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL Y DEFINICIONES

Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con varias narraciones

relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuñamiento del término Robótica. La

imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una

seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios.

Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son:

P3 Wabian RIIIBog Leg Hopper



1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser

humano sufra daños.

2. Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén

en conflictos con la primera ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos

primeras leyes.

Uno de los primeros aspectos derivados del crecimiento rápido y descentralizado de la

robótica es la existencia de una variedad de definiciones para el término ROBOT.

De hecho, uno de los primeros usuarios, la Ford Motor Company, que jugó un importante

papel en el desarrollo de la robótica, se resitió a aceptar este nombre debido aconnotaciones

literiarias, denominándolos UTD (Universal Transfer Device).

Hoy en día, no existe una única definición formal de lo que es un robot industrial. La

existencia de múltiples definiciones, muchas de ellas diferenciadas en ligeros matices, resulta

confuso, en particular a la hora de estudiar el mercado japonés frente al occidental.

Esto es debido a que el Japón se considera una clasificación amplia de robot industrial,

englobando todo tipo de dispositivos manipuladores, mientras que en el mercado occidental

el robot industrial tiene una aceptación más restrictiva en cuanto a las capacidades de control

del manipulador.

En la primera mitad de los años setenta, se crean las primeras asociaciones nacionales de

robótica, siendo las más importantes la JIRA(Japan Industrial Robot Association), la

RIA(Robot Institute of America) y la AFRI(Association Francaise de Robotique Industrielle)

Según la RIA la definición de Robot industrial es:

¨UN MANIPULADOR REPROGRAMABLE CON VARIOS GRADOS DE LIBERTAD,

CAPAZ DE MANIPULAR CARGAS, PIEZAS, HERRAMIENTAS O DISPOSITIVOS

ESPECIALES SEGÚN TRAYECTORIAS VARIABLES PROGRAMADAS PARA

REALIZAR TAREAS DIVERSAS¨

Dentro de las muchas definiciones formales para un robot industrial propuestas o establecidas

por diferentes organizaciones internacionales relacionadas con la robótica, la ISO

(International Standards Organization) ha adoptado con ligeras modificaciones la definición

anterior así un robot industrial es:

“UN MANIPULADOR DE TRES O MAS EJES, CON CONTROL AUTOMATICO

REPROGRAMABLE , MULTIPLICACION, MOVIL O NO DESTINADO A SER

UTILIZADO EN APLICACIONES DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL. INCLUYE

AL MANIPULADOR (SISTEMA MECANICO Y ACCIONADORES) Y AL SISTEMA DE

CONTROL(SOFTWARE Y HARDWARE DE CONTROL Y POTENCIA)”



Ambas definiciones coinciden en indicar que el robot debe ser reprogramable y

multifuncional o multi-aplicación, pero mientras que en la definición original de la RIA,

asume que todo robot industrial debe ser manipulador, no cuestionando la existencia de

robots que no lo sean, la definición de ISO acota su alcance solo a los robots manipuladores,

mostrando así que considera la existencia de otros tipos de robots, no incluidos en la

definición, que no están destinados a manipular o incluso que no tienen esta capacidad.

Por otro lado, la ISO exige que el robot tenga al menos 3 grados de libertad, dejando de lado

aquellos tipos de robot constructivamente mas simples y de capacidades mas limitadas.

Otras definiciones importantes en relación a diferentes tipos de robots son las siguientes:

ROBOT DE SERVICIO (IFR) “ES UN TIPO DE ROBOT QUE OPERA DE MANERA

SEMI O TOTALMENTE AUTONOMA PARA REALIZAR SERVICIOS UTILES A LOS

HUMANOS Y EQUIPOS, EXCLUIDAS LAS OPERACIONES DE MANUFACTURA”

ROBOT DOMESTICO (IFR) “AQUEL ROBOT DESTINADO A SER USADO POR

HUMANOS SIN FORMACION TECNICA ESPECIFICA, AL OBJETO DE SERVIRLE

COMO AYUDANTE O COLABORADOR EN SUS QUEHACERES O ACTIVIDADES

DIARIAS”

ROBOT MOVIL (ISO) “ROBOT QUE CONTIENE TODO LO NECESARIO PARA SU

PILOTAJE Y MOVIMIENTO(POTENCIA, CONTROL Y SISTEMA DE

NAVEGACION)”

ROBOTS TELEOPERADOS (NASA) “DISPOSITIVOS ROBOTICOS CON BRAZOS

MANIPULADORES Y SENSORES Y CIERTO GRADO DE MOVILIDAD,

CONTROLADOS REMOTAMENTE POR UN OPERADOR HUMANO DE MANERA

DIRECTA O A TRAVES DE UN ORDENADOR”

ROBOT TELEOPERADO (ISO) “UN ROBOT QUE PUEDE SER CONTROLADO

REMOTAMENTE POR UN OPERADOR HUMANO, EXTENDIENDO LAS

CAPACIDADES SENSORIALES Y MOTORAS DE ESTE A LOCALIZACIONES

REMOTAS”



CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS

CARACTERISTICAS ROBOTS MOVILES

CARACTERISTICAS ROBOTS INDUSTRIALES

CARACTERISTICAS DE ROBOTS HUMANOIDES

Son cadenas cinemáticas abiertas y alternativamente abiertas y cerradas en el caso de robots con patas

Son generalmente cadenas cinemáticas abiertas provistos de una base y un efector final, sin embargo, actualmente se desarrollan cadenas cinemáticas cerradas llamadas robots paralelos

Son cadenas cinemáticas que combinan las caracteriscas de robots móviles con patas y manipuladores

Empleados mayormente en ambientes académicos y de investigación

Empleados en ambientes industriales y de producción

Empleados en ambientes sociales como guias turísticos, asistente de niños y ancianos etc

Disponen de sistemas sensoriales mas sofisticados

Su sistema sensorial se limita al control de precisión del movimiento de sus articulaciones

El sistema sensorial utiliza sistemas avanzados de Inteligencia Artificial, como visión y reconocimiento de voz

Su cinematica y dinámica suele ser simple y limitada a cuatro tipos de configuracion

Su cinematica y dinámica puede ser compleja dependiendo de sus articulaciones

La cinemática y dinámica de estos robots se concentra en la estabilidad y equilibrio al caminar, correr o saltar

Emplean sistemas electrónicos en su sistema de actuadores

Pueden emplear electrónica, neumática, hidráulica en su sistema de actuadores.

Emplean una combinación de actuadores electrónicos neumáticos e hidraulicos en su sistema de actuación.

CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES

Generación Nombre Tipo de Control

Grado de Movilidad

Uso mas frecuente

Primera Pick & Place Fines de carrera Ninguno Manipulacion y Sevicio de máquinas

Segunda Servo Servocontrol Desplazamiento por via

Soldadura y Pintura

Tercera Ensamblado Servo de precisión

AGV, Guiado por via

Ensamblado

Cuarta Móvil Sensores inteligentes

Patas, ruedas Construccion, mantenimiento y exploracion

Quinta Especiales Tecnicas de I.A. Andante,saltarín Uso militar y especial



ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES

Un manipulador robótico consiste en una secuencia de cuerpos rígidos, llamados eslabones

(links) que se conectan unos a otros mediante articulaciones (joints). Todos juntos forman

una cadena cinemática abierta. Se dice que una cadena cinemática es abierta si,numerando

secuencialmente los enlaces desde el primero, cada enlace está conectado mediante

articulaciones exclusivamente al enlace anterior, y al siguiente, excepto el primero, que se

suele fijar al suelo y se denomina base, y el último, uno de cuyos extremos queda libre y

generalmente suele ser conectado a un efector final.

El numero de grados de libertad de una cadena cinemática puede ser obtenido mediante la

fórmula de Grübler , según la cual:

NGDL = 𝐺𝐷𝐿. 𝑛 − 𝑗 − 1 + fi

𝑗

𝑖=1

GDL = Grados de Libertad del espacio de trabajo (típicamente tres en el plano y seis en el espacio)

n = Numero de eslabones

j = Numero de articulaciones

fi = Grados de libertad permitidos a la articulación i

Ejemplos cadena cinemática a) abierta y b) cerrada

Aplicación de la Formula de Grübler

Figura a Figura b

GDL 3

n 4

j 3

fi f1=1; f2=1; f3=1

NGDL 3

Una parte de las características del robot quedan determinadas por su estructura, tales como

su configuración, espacio en planta y volumen de trabajo o de alcance del robot. Otras

características, como por ejemplo, la velocidad y la capacidad de carga, dependen de los

sistemas de accionamiento de sus articulaciones.



Un brazo robot mecánico generalmente consta de los siguientes elementos:

1. Carcasa o chasis, generalmente formada por elementos de acero o aluminio

2. Sistema de accionamiento de los ejes: actuadores, transmisiones, sensores de

posición y velocidad

3. Cableado, conectores, fines de carrera y otros elementos, como topes mecánicos

y compensadores.

CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT

Las articulaciones son los elementos de unión entre los ejes del robot y es en ella donde se

origina el movimiento del mismo. El movimiento de cada articulación puede ser de

desplazamiento o de giro o, de una combinación de los dos tipos de movimiento.

En general se distinguen seis tipos de articulaciones: prismática, de revoluta, cilíndrica,

esférica o rótula, planar y de tornillo.

Los tipos de rotación o revoluta y lineal o prismática, son los que se utilizan

mayoritariamente en los robots industriales. Las articulaciones prismáticas ofrecen un cálculo

sencillo para su posicionamiento, alta precisión y gran robustez, y las de rotación son mas

fáciles de construír y poseen envolventes de trabajo mayores con un menor espacio en planta.

A cada movimiento independiente que es capaz de realizar una articulación, se le denomina

grado de libertad (gdl). Puesto que en el caso de las articulaciones de rotación y

prismáticas, el gdl es uno, en los robots industriales el número de gdl del robot suele coincidir

con el de la suma de sus articulaciones. Estrictamente, el gdl de un manipulador es el número

de movimientos independientes que puede realizar. Considerando en un espacio 3D, el

máximo gdl es seis, tres desplazamientos y tres giros, de ahí que la mayor parte de los robots

industriales tenga seis articulaciones.

A pesar de que en la práctica es necesario tener estos seis grados gdl para tener total libertad

en el posicionado y orientación del extremo del robot, existen robots con menos de seis



articulaciones, puesto que puede ser suficiente para llegar a cabo las tareas que han de

realizar. Por el contrario, también se da la situación en la que se encuentran robots con más

articulaciones, con la intención de facilitar el sortear obstáculos o ampliar el campo de

trabajo del robot. En estos casos se dice que el robot es redundante.

Los ejes se subdividen comúnmente en dos grupos:

· Ejes Principales (1,2 y 3), mayoritariamente responsables de la posición del objeto.

· Ejes de la muñeca (del 4 en adelante), como los responsables de la orientación.

El empleo de combinaciones de los diferentes tipos de articulaciones en los primeros tres ejes

del robot da lugar a lo que se denomina configuración del robot. Se nombra a las

configuraciones encadenando las iniciales de sus articulaciones de la base a la muñeca, por

ejemplo, RPR(rotación, prismática, rotación), 3R(tres articulaciones rotacionales), 2RP(dos

articulaciones rotacionales seguidas de una prismática). El tipo de configuración determina,

entre otras características, el campo de trabajo del robot, es decir el volumen de espacio en el

que el robot puede posicionar su muñeca. El campo de trabajo, se obtiene de trazar las

envolventes de las posiciones alcanzadas por la muñeca del robot como combinación de los

movimientos en las articulaciones de sus ejes principales.

CLASIFICACION DE ROBOTS

Existen diferentes clasificaciones de robots, detalladas a continuación, que tienen relación

con tres aspectos fundamentales: geometría, tipo de control y función

CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA

Esta clasificación tiene relación directa con los manipuladores industriales y se basan en la

configuración de las articulaciones de los tres ejes principales.

· Robot Cartesiano

· Robot Angular

· Robot Polar

· Robot Cilíndrico

· Robot Scara

Robot Cartesiano, tiene tres ejes de movimiento lineal PPP, perpendiculares entre sí, este

tipo de configuración da lugar a robots de alta precisión, velocidad y

capacidad de carga constante en todo su alcance, amplia zona de

trabajo y simplificación del sistema de control. Presentan una mala

relación entre su volumen de trabajo y el espacio que ocupan en

planta. Se usan en aplicaciones que requieren movimientos lineales de

alta precisión y en los casos en que la zona de trabajo sea básicamente

un plano.

Gráfico 1



Robot Cilindrico, se trata de un robot RPP, con movimiento rotacional en la base y dos ejes

lineales perpendiculares, el segundo de ellos paralelo al de la base, tal

y como se ilustra en la figura respecti va. Su eje rotacional hace que

este robot presente una mejor maniobrabilidad y velocidad que el

robot cartesiano.

Su sistema de control es bastante sencillo y encuentra su aplicación en

instalaciones sin obstáculos, en las que las máquinas se distribuyan

radialmente y el acceso al punto deseado se realice horizontalmente.

Robot Esférico o Polar, este tipo de configuración se halla formada por dos ejes rotacionales

perpendiculares y uno lineal, su accesibilidad es mejor que la de los

robots cartesiano y cilíndrico, así como también su capacidad de carga.

Los primeros robots que aparecieron en e l mercado fueron polares,

también denominados esféricos, por el tipo de coordenadas espaciales

con las que se controlan. Presenta ciertos inconvenientes, como la

dificultad de controlar un simple movimiento de traslación o pérdida de

precisión producida al trabajar con cargas pesadas y con el brazo muy

extendido.

Se aplica en operaciones de manejo de cargas importantes que no precisen movimientos

complejos, tanto estos robots como los cilíndricos han sido sustituidos por los robots de

configuración angular.

Robot Angular o Antropomórfico, es un tipo de robot que está formado por tres ejes

rotacionales , con el primer eje perpendicular al suelo y los otros dos

perpendiculares a éste y paral elos entre sí. Los robots con

configuración angular presentan una gran maniobrabilidad y

accesibilidad a zonas con obstáculos, ocupan poco espacio con relación

a su alcance, son robots muy rápidos, que permiten trayectorias muy

complejas.

Robot Scara, se trata de dos ejes rotacionales paralelos y un eje lineal también paralelo a

ambos, de desplazamiento vertical, este tipo de configuración

produce robots muy rápidos y de muy alta precisión.

Generalmente encuentra aplicación en operaciones de

ensamblado o empaquetado, que requieran movimientos simples

para inserción o toma de piezas.

Gráfico 2

Gráfico 3

Gráfico 4



CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL

No servo-controlados, son aquellos en los que cada articulación tiene un número

(normalmente, dos) posiciones con topes y sólo se desplazan para fijarse en ellas. Suelen ser

neumáticos, bastante rápidos y precisos.

Servo-controlados, en ellos cada articulación lleva un sensor de posición (lineal o angular)

que es leído, y enviado al sistema de control, el cual genera la potencia para el motor. Se

pueden así detener en cualquier punto deseado.

Servo-controlados punto a punto, Para controlarlos sólo se les indican los puntos iniciales y

finales de la trayectoria, el ordenador calcula el resto siguiendo ciertos algoritmos que se

verán en el capitulo sobre cinemática y dinámica. Normalmente pueden memorizar

posiciones. Basan su funcionamiento en el control numérico computarizado o técnicamente

denominado CNC.

CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN:

De Producción, usados para la manufactura de bienes, pueden a su vez ser de manipulación,

de fabricación, de ensamblado y de prueba, aquí se destacan todos los tipos de robots

industriales implementados en ambientes industriales diversos como soldadura, ensamblaje,

pintura.

De Exploración, usados para obtener datos acerca de terreno desconocido, pueden ser

exploración terreste, minera, oceánica, espacial, se destacan en esta clasificación todos los

robos desarrollados para uso especial, militar o incorporados a sondas espaciales para la

investigación espacial.

De Rehabilitación, usados para ayudar a discapacitados, pueden ser una prolongación de la

anatomía, o sustituir completamente la función del órgano perdido, se diferencian de prótesis

médicas porque pueden ser integradas al control cerebral del individuo mediante un

procesador central.

MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS



BIBLIOGRAFIA 1. OLLERO BATURONE, A.: Robótica. Manipuladores y robots móviles. Marcombo,

2001.

2. ANGULO, José Robótica, tecnología y aplicaciones. Barcelona, 1995

3. FU, K. Robótica: Control, Detección, Visión e Inteligencia. México: McGraw Hill

1989

4. GROOVER, Mikell, WEISS, Mitchel NAGEL, Roger y ODREY Nicholls. Robótica

Industrial:Tecnología, Programación y Aplicaciones. McGraw Hill, 1990

5. KOREN, Yoran. Robotics For Engineers New York:McGraw Hill 1985

6. OLIER, Ivan, HERNANDEZ, Juan. Diseño e Implementación del Sistema de Control

de un Robot Industrial.

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