M7_UF1_Configuració de Robots Industrials

M7: Robòtica industrial CFGS: Automatització i Robòtica Industrial

1

CFGS Automatització i Robòtica Industrial

M7: Robòtica industrial

UF1: Configuració de robots industrials

IES-SEP Comte de Rius


2

1. RECONEIXEMENT DE DIFERENTS TIPUS DE ROBOTS I SISTEMES DE CONTROL DE

MOVIMENT.

1.1 Què es un robot industrial? La definició més comunament acceptada és la de l’Associació

d’Indústries Robòtiques

(RIA), i que posteriorment també va incorporar la ISO (International Standards Organization),

segons les quals: un robot industrial és un manipulador multifuncional reprogramable, capaç de

moure matèries, peces, eines o dispositius especials, segons trajectòries variables,

programades per a realitzar tasques diverses.

Com que hi ha molta varietat de robots, és molt difícil concretar uns elements comuns a tots,

ara bé, la majoria disposa d’un esquelet o

xassís, que pot ser intern o extern,

motors, peces que permeten la seva

mobilitat, sistemes d’adherència i

manipulació i una font d’alimentació,

normalment elèctrica.

Com a curiositat cal dir que la paraula

robot deriva del txec “robota” i significa

treballador o treball forçat.

Una definició més completa és la que estableix l'Associació Francesa de Normalització

(AFNOR) que defineix primer el manipulador i després el robot:

Manipulador: mecanisme format generalment per elements en sèrie, articulats entre si,

destinat a l’adherència i desplaçament d'objectes. És multifuncional i pot ser governat

directament per un operador humà o mitjançant dispositiu lògic.

Robot: manipulador automàtic controlat, reprogramable, polivalent, capaç de posicionar i

orientar peces, útils o dispositius especials, seguint trajectòries variables reprogramables,

per a l'execució de tasques variades o trajectòries variables.

Finalment, la Federació Internacional de Robòtica (IFR) distingeix entre robot industrial de

manipulació i altres robots:

Per robot industrial de manipulació s'entén “una màquina de manipulació automàtica,

reprogramable i multifuncional amb tres o més eixos que poden posicionar i orientar matèries,

peces, eines o dispositius especials per l'execució de treballs diversos en les diferents etapes

de la producció industrial, ja sigui en una posició fixa o en moviment”.

Un sistema robotitzat és un concepte més ampli i engloba tots aquells dispositius que

realitzen tasques de forma automàtica en substitució d'un ésser humà, i que poden incorporar

un o diversos robots, essent això el més freqüent.

El robot no pot ser considerat com un element independent de la resta de elements amb els

quals interactua, i que al costat del propi robot formen el que s'anomena cèl·lula de treball.


3

1.2 Aplicacions dels robots industrials i sistemes de control de moviment. Els robots

poden substituir l’home en tasques repetitives i hostils, adaptant-se immediatament als canvis

de producció sol·licitats per la variabilitat de les demandes.

La major part dels robots actuals s’utilitzen en aplicacions industrials i es pot distingir entre

mòbils i amb base estàtica.

Base estàtica. Són els més abundants i s’utilitzen en aplicacions d’acoblat, soldadura,

alimentació de màquines eines...

Mòbils. Robots bombers per patrullar fàbriques, robots bibliotecaris...

També es poden dividir els robots manipuladors i de procés.

Manipuladors:

o Acoblament i desacoblament.

o Paletitzat.

o Empaquetatge.

o Manipulació i atenció a màquines. Desplaçament de materials, productes...

Procés:

o Soldadura per punts o per arc.

o Aplicació d’esprais.

o Mecanitzat.

o Tallament per laser.

1.3 Classificació dels robots industrials. La maquinària per a l’automatització va donar pas al robot amb el desenvolupament de controladors ràpids basats en un microprocessador, així com la incorporació de servos que permeten establir amb exactitud la posició real dels elements del robot. Aquesta evolució ha donat origen a una sèrie de tipus de robots. Segons la norma JIS (Japanese Industrial Standard), hi ha cinc tipus diferents de robots en funció de les seves característiques, sistema de control i programació.

Telerobots. Robots governats directament per un operari.

Robots de seqüència. Robot que executa les tasques de manera seqüencial en funció de la

informació que rep en cada moment. A l’hora de programar aquest tipus de robots, l’operari

utilitza elements de programació amb diversos polsadors o tecles, joysticks, o fins i tot, es pot

desplaçar directament la mà del robot.

Robots controlats per ordinador. Són manipuladors o sistemes mecànics multifuncionals,

controlats per un ordinador. En aquest tipus de robots, el programador no necessita moure

realment l’element de la màquina quan la prepara per realitzar un treball. El control per

ordinador disposa d’un llenguatge específic format per diverses instruccions adaptades al propi


4

robot, amb el qual es pot confeccionar un programa d’aplicació utilitzant només el terminal del

computador, no el braç. A aquesta programació se la denomina "textual" i es crea sense la

intervenció del manipulador.

Robot guiat. Robot que reprodueix una seqüència (trajectòria) que ha estat guiada prèviament por un operari.

Robots intel·ligents. Són similars als del grup anterior però, a més, són capaços de relacionar-se amb el món que els envolta a través de sensors, i prendre decisions en temps real (autoprogramable). De moment, són molt poc coneguts en el mercat i es troben en fase experimental.

1.4 Morfologia dels robots. Elements constitutius. Graus de llibertat.

Tots els robots són sistemes formats per una entrada i una sortida, els quals disposen de

diversos components. L’entrada genuïna del robot està constituïda per les ordres humanes, i la

sortida està formada per diversos tipus de treball realitzat automàticament.

Per analitzar els robots es poden agrupar els components que els integren en subsistemes o

unitats funcionals. Cada unitat funcional realitza una funció específica i té la seva pròpia

entrada i sortida. Els robots tenen les següents unitats funcionals principals:

Estructura mecànica.

Transmissions.

Sistema d’accionament (actuadors).

Sistema sensorial (sensors).

Elements terminals.

Sistema de control (controladors).

Encara que els elements utilitzats en els robots no són exclusius d’aquestos (hi ha màquines

eines i altres que empren tecnologies semblants), les altes prestacions que s’exigeixen als

robots han motivat que en ells s’utilitzin elements amb característiques específiques.

1.4.1 Estructura mecànica. Els components que integren el robot són:

Manipulador.

Control.

Dispositius d’entrada i sortida de dades.

1.4.1.1 Manipulador. La constitució física de la majoria dels robots industrials té certa similitud

amb l’anatomia del braç humà, per aquest motiu, per fer referència als diferents elements que

componen el manipulador s’utilitzen termes com ara cos, maluc, braç, colze i canell.


5

Mecànicament el manipulador és el component principal. Està format per una sèrie d’elements

estructurals sòlids units mitjançant articulacions que permeten un moviment relatiu entre cada

dues baules (eslabones) consecutives.

Les articulacions permeten al manipulador realitzar determinats moviments que es descriuen a

continuació:

o Lineals, que poden ser horitzontals o verticals.

o Angulars (per articulació).

El moviment de cada articulació pot ser de desplaçament, de gir, o una combinació d’ambdues.

Cadascun dels moviments independents que pot realitzar cada articulació del robot, s’anomena

grau de llibertat (GDL).

El nombre de graus de llibertat del robot ve donat per la suma de GDL de les articulacions que

el componen. Donat que les articulacions emprades són únicament la de rotació i prismàtica

(lineal) amb un sol GDL cadascuna, el nombre de GDLs del robot coincideix normalment amb

el nombre d’articulacions de què es composa.


6

Per a posicionar i orientar un cos de qualsevol manera a l’espai, són necessaris sis paràmetres,

tres per definir la posició i tres per l’orientació, si es pretén que un robot posicioni i orienti

lliurement el seu extrem a l’espai, amb la peça o eina manipulada, es necessitaran almenys sis

GDLs.

A la pràctica, molts robots industrials compten amb quatre o cinc GDLs, per ser aquests

suficients per a dur a terme les tasques que se’ls encomanen. Existeixen també casos en què

es necessiten sis GDLs, per tal que el robot pugui tenir accés a tots els punts del seu entorn.

Una altra situació freqüent és dotar al robot d'un GDL addicional que li permeti desplaçar-se al

llarg d’un carril, augmentant així el volum d’espai al qual pot accedir.

Quan el nombre de graus de llibertat del robot és més gran que els necessaris per realitzar una

determinada tasca, es diu que el robot és redundant.

1.4.1.2 Controlador. Com el seu nom indica, és qui controla cada un dels moviments del

manipulador, les accions, càlculs i processament de la informació. El controlador rep i envia

senyals a altres màquines eines (per mitjà de senyals d’entrada / sortida) i emmagatzema

programes.

Hi ha diversos graus de control en funció dels tipus de paràmetres que es regulen, la qual cosa

dóna lloc als següents tipus de controladors:

De posició: el controlador intervé únicament en el control de la posició de l’element terminal.

Cinemàtic: en aquest cas el control es realitza sobre la posició i la velocitat.

Dinàmic: a més de regular la velocitat i la posició, controla les propietats dinàmiques del

manipulador i dels elements associats a ell.

Adaptatiu: engloba totes les regulacions anteriors i, a més, s’ocupa de controlar la variació

de les característiques del manipulador en variar la posició.

Una altra classificació de control és la que distingeix entre control en llaç obert i control

en llaç tancat.


7

Control en llaç obert. El funcionament en llaç obert, no contempla la utilització de sensors

ni elements que puguin detectar les desviacions o errors en el moviment del robot. És simple i

econòmic, encara que no s’admet en aplicacions industrials en les quals l’exactitud és una

qualitat imprescindible.

Control en llaç tancat. Estan formats per un llaç de realimentació. Aquest control es porta

a terme amb la utilització de sensors de la posició real de l’element terminal del manipulador.

La informació rebuda des dels sensors es compara amb el valor inicial desitjat i s’actua en

funció de l’error obtingut, de manera que la posició real del braç coincideixi amb la que

s’havia establert inicialment.

L’objectiu d’aquest sistema de control és minimitzar les interferències que condueixen a

errors i inexactituds, per exemple el fregament, deteriorament d’engranatges, fins i tot canvis

de temperatura...

1.4.1.3 Dispositius d’entrada i sortida. Els més comuns són teclat, monitor i caixa de

comandaments. En la figura es pot veure un controlador (computer module) que envia senyals

als motors de cadascun dels eixos del robot, i també es pot observar la consola (teach pendant

o teach-in) la qual serveix per a definir manualment les posicions al manipulador del robot.


8

1.4.1.4 Tipus de configuracions morfològiques. La utilització de diferents combinacions

d’articulacions en un robot dóna lloc a diferents configuracions. A continuació es mostren les

combinacions més freqüents atenent únicament a les tres primeres articulacions del robot, que

són les més importants a l’hora de posicionar el seu extrem en un punt de l’espai. Així, el braç

del manipulador pot presentar quatre configuracions clàssiques:

Cartesiana / Rectilínia. El posicionament es fa amb les articulacions prismàtiques. Aquesta

configuració es fa servir quan l’espai de treball que s’ha de cobrir és gran. Posseeix tres

moviments lineals, és a dir, té tres graus de llibertat, els quals corresponen als moviments

localitzats en els eixos X (horitzontal), Y (horitzontal), Z (vertical).

Cilíndrica. El robot té un moviment de rotació sobre una base (), una articulació prismàtica

per l’alçada (z) , i una prismàtica per al radi (). Aquest robot s’ajusta bé als espais de treball

circulars. Com es dedueix, realitza dos moviments lineals i un de rotacional, o sigui, que

presenta tres graus de llibertat.

SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm). Similar al de configuració cilíndrica, però

el radi () i la rotació () s’obté per una o dues baules (eslavones). Aquest braç pot realitzar

moviments horitzontals de més abast a causa de les seves dues articulacions rotacionals,

malgrat que també pot fer un moviment lineal.


9

Els robots SCARA tenen un reduït nombre de graus de llibertat (3 o 4), un cost limitat i una

configuració orientada a l’acoblament de peces. Normalment són molt àgils en els eixos X (→

←) i Y (↑ ↓) , i robusts en el Z; tenen possibilitats notables quant a velocitat i precisió en tasques

de manipulació (Peek and place ) i inserció de peces.

Esfèrica / Polar. Dues juntes de rotació i una prismàtica permeten al robot apuntar a moltes

adreces, i estendre la mà a una mica de distància radial. Els moviments són rotacional (),

angular () i lineal ().

Antropomòrfica / Angular / de Braç articulat. També rep el nom d’articulació esfèrica o

articulació coordinada. El robot fa servir tres juntes de rotació per a posicionar-se.

Generalment, el volum de treball és esfèric. Aquest tipus de robot s’assembla al braç humà,

amb maluc, espatlla, colze i canell. Presenta una articulació amb moviment rotacional () i dos

d’angulars ( i α).

Tot i que el braç articulat pot realitzar moviments lineals (per la qual cosa requereix moure

simultàniament dues o tres de les seves articulacions), els moviment naturals són el rotacional i

l’angular.


10

1.5 Sistemes mecànics i de transmissió. Transformació de moviments i reductors.

1.5.1 Transmissions. Les transmissions són els elements encarregats de transmetre el

moviment des dels actuadors (elèctrics o pneumàtics) fins les articulacions.

Atès que un robot mou el seu extrem amb acceleracions relativament elevades, es procura que

els actuadors estiguin el més a prop possible de la base del robot. Tanmateix, les transmissions

mecàniques també són utilitzades per a convertir moviments circulars en lineals o a l’inrevés.

És d’esperar que un bon sistema de transmissió compleixi amb una sèrie de característiques

bàsiques:

Ha de tenir una mida i pes reduïts.

S’ha d’evitar que presenti jocs o folgances considerables.

S’han de buscar transmissions amb gran rendiment.

Encara que no existeix un sistema de transmissió específic per als robots, sí que n’hi ha alguns

utilitzats amb més freqüència, i que es mencionen a la taula següent. La classificació s’ha

realitzat en base al tipus de moviments possibles a l’entrada i la sortida: lineal o circular.

SISTEMES DE TRANSMISSIÓ PER A ROBOTS

Entrada-Sortida Denominació Avantatges Inconvenients

Circular-Circular

Engranatge

Corretja dentada

Cadena

Parells de força alts

Distàncies grans

Distàncies grans

Folgances

Soroll

Gir limitat

Circular-Linial

Cargol sense fi

Cremallera

Poca folgança

Folgança mitja

Fregament

Fregament

Linial-Circular Paral·lelogram articulat

Cremallera

----------

Folgança mitja

Control difícil

Fregament

Maluc

Espatlla

Colze

Canell


11

Les transmissions més habituals són aquelles que compten amb moviment circular tant a

l’entrada com a la sortida. Incloses en aquestes es troben els engranatges, les corretges

dentades i les cadenes.

1.5.2 Reductors. Els reductors són els elements encarregats d’adaptar el parell de força i la

velocitat de la sortida de l'actuador als valors adequats per al moviment dels elements del

robot.

A causa de les altes prestacions que es demanen als robots en quant a precisió i velocitat de

posicionament, existeixen determinats sistemes utilitzats de manera preferent en els robots

industrials. Es busquen reductors de baix pes, mida reduïda, baix fregament i que siguin

capaços de realitzar la reducció de velocitat en un únic pas.

La relació de reducció de velocitats (w1/w2) varia entre 50 i 300. Donat que els robots treballen

en cicles curts, que impliquen continues arrencades i aturades, és de gran importància que el

reductor sigui capaç de suportar, de forma puntual, parells de força elevats.

Accionament directe. Es diu que robot disposa d’accionament directe quan l’eix de

l’actuador es connecta directament a la càrrega o articulació, sense la utilització d’un reductor

entremig. Aquest tipus d’accionament apareix davant la necessitat d’utilitzar robots en

aplicacions que exigeixen combinar gran precisió amb alta velocitat. Per aquest motiu, els

robots d’accionament directe són generalment de tipus SCARA, donat que el disseny es

correspon amb les necessitats que l’accionament directe implica.

1.6 Actuadors: elèctrics, pneumàtics i hidràulics.

Els actuadors tenen per missió generar el moviment dels elements del robot segons les ordres

donades per la unitat de control. Els actuadors utilitzats en robòtica poden emprar energia

pneumàtica, hidràulica o elèctrica.


12

1.6.1 Actuadors pneumàtics. En aquests actuadors, la font d’energia és aire a pressió entre 5

i 10 bar. En general i degut a la compressibilitat de l’aire, els actuadors pneumàtics no

aconsegueixen una bona precisió de posicionament. Tanmateix, la seva senzillesa i robustesa

fan adequat el seu ús en aquells casos en què sigui suficient un posicionament en dues

situacions diferents (tot o res). Per exemple, són utilitzats en manipuladors senzills, en obertura

i tancament de pinces o en determinades articulacions d’algun robot (com el moviment vertical

del tercer grau de llibertat d’alguns robots tipus SCARA).

Existeixen dos tipus d’actuadors pneumàtics:

Cilindres pneumàtics: en els quals s’aconsegueix el desplaçament d’un èmbol tancat en un

cilindre com a conseqüència de la diferència de pressió a banda i banda d’aquell.

Els cilindres pneumàtics poden ser de simple o de doble efecte. En els de simple efecte la

pressió d’aire entra i surt pel mateix orifici, mentre que en els de doble efecte l’aire a pressió

és l’encarregat d’empènyer l’èmbol en les dues direccions, al poder ser introduït de forma

arbitrària en qualsevol de les dues cambres.

Motors pneumàtics. En els motors pneumàtics s’aconsegueix el moviment de rotació d’un

eix mitjançant aire a pressió. Els dos tipus més utilitzats són els motors d’aletes rotatives i els

motors de pistons axials.

Actuadors elèctrics. Les característiques de control, simplicitat i precisió dels

accionaments elèctrics han fet que siguin els més utilitzats en els robots industrials actuals.

Poden distingir-se diferents tipus de motors:

- Motors de c.c. (corrent continu).

- Servomotors.

- Motors pas a pas.

- Motors de c.a. (corrent altern).


13

Motors de corrent continu. Són els més utilitzats en l’actualitat a causa de la seva

facilitat de funcionament. En el propi motor hi ha un sensor de posició (encòder) per poder

realitzar el seu control.

Els motors de c.c. estan constituïts per dos bobinats: l’inductor i l’induït.

L'inductor, també anomenat bobinat d’excitació, està situat a l’estator i crea un camp

magnètic de direcció fixa, gràcies al corrent elèctric que arriba als seus borns. L’induït,

situat al rotor, fa girar el mateix a causa de la força que apareix com a combinació del

corrent circulant per ell i del camp magnètic creat a l’inductor. El bobinat induït, rep el

corrent elèctric a través del col·lector de delgues, en el qual es recolzen unes

escombretes de grafit.

Parts principals d’un motor de cc.

Servo motors. Un servo és un dispositiu que, mitjançant un motor elèctric amb reductor i

un circuit electrònic, aconsegueix girar el seu eix de sortida un cert angle en base a un

senyal que es pot generar mitjançant un circuit de control. El servo motor rep un tren de

polsos que es correspon amb el moviment a realitzar. Estan generalment formats per un

amplificador, un motor, un sistema reductor format per rodes dentades i un circuit de

realimentació, tot en una mateixa caixa de petites dimensions. El resultat és un servo de

posició amb un marge d’operació de 180° aproximadament.


14

Motors pas a pas. És un motor elèctric síncron sense escombretes, que pot dividir una

rotació sencera en un gran nombre de passos, per exemple, 200 passos. Així el motor es

pot fer girar un angle precís.

Típicament, totes les bobines del motor estan a l’estator i el rotor és, normalment, un

imant permanent. Tota la commutació de funcionament es fa externament pel controlador

del motor, per tal que es pugui mantenir en una posició o rotar en un o altre sentit.

En els motors pas a pas el senyal de control consisteix en trens de polsos que van

actuant rotacionalment sobre una sèrie d’electroimants disposats a l’estator. Per cada

pols rebut, el rotor del motor gira un determinat nombre discret de graus.

Per aconseguir el gir del rotor en un determinat nombre de graus, les bobines de l’estator

han de ser excitats seqüencialment a una freqüència que determinarà la velocitat de

girament.

Circuit electrònic d’un pas a pas

1.7 Sensors interns i externs. Els sensors tenen unes propietats que s’han de tenir en compte

en qualsevol desenvolupament robòtic, i són:

• La velocitat d’operació: es refereix a la velocitat a la qual el sensor genera noves mesures.

Això fa que uns sensors siguin apropiats per a treballar en temps real i en continu, i altres

només es facin servir en moments molt específics.

• El cost: és una barrera a l’hora de fabricar un robot, ja que el cost dels sensors repercuteix

molt directament en el cost total. Hi ha sensors que poden arribar a més de 3000 euros, com

l’escàner làser, mentre que d’altres no sobrepassen els 18 euros, com ara els sensors

d’ultrasò. Generalment, com més informació de qualitat es tingui en les mesures, més car serà

el sensor.

• Taxa d’error: inclou el nombre de mesures errònies que dóna un sensor, l’error mitjà de

mesura i el nombre mitjà de mesures perdudes.

Robustesa: es refereix a la tolerància que té un sensor als canvis en el medi de

funcionament, humitat, calor...

• Potència, pes i mida: són aspectes molt importants a tenir en compte, ja que influeixen en

l’autonomia i la mida del robot.

1.7.1 Classificació dels sensors. Per aconseguir que un robot realitzi la seva tasca amb

l’adequada precisió, velocitat i intel·ligència, cal que tingui coneixement tant del seu propi estat

com de l’estat del seu entorn. La informació relacionada amb el seu estat (fonamentalment la

http://ca.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A8ctric

http://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Sincr%C3%B2nic&action=edit&redlink=1


15

posició del robot, la posició de les seves articulacions, l’estat de càrrega de bateries, etc),

l’aconsegueix amb els anomenats sensors interns, mentre que la que es refereix al seu

entorn (temperatura, pressió, localització d’objectes, etc) s’adquireix amb els sensors externs.

1.7.1.1 Sensors interns. Entre els sensors interns es troben els següents: de posició, de

velocitat i de presència.

Sensors de posició.

GPS (d’aplicació en robots mòbils). El GPS, encara que no és un sensor intern ja que

necessita rebre el senyal de satèl·lits, tampoc és un sensor extern, però com que és un

sistema que proporciona una mesura de la posició del robot es tracta en aquesta secció.

El GPS té l’avantatge de ser l’únic sensor que dóna una mesura de la posició absoluta del

robot quan aquest funciona en qualsevol entorn exterior.

D’altra banda té diversos inconvenients:

No s’aconsegueixen precisions de posició.

Necessita una estació base.

No es pot fer servir en edificis, ja que bloquegen el senyal dels satèl·lits.

És car, tot i que els preus estan baixant de forma espectacular.

Inclinòmetre i brúixola. D’aplicació en robots mòbils. Són sensors de posicionament i

acostumen a funcionar de forma conjunta per a mesurar de forma absoluta l’orientació del

robot.

L’inclinòmetre és un dispositiu molt simple i barat (uns pocs euros) que mesura la inclinació

del pla en respecte de la horitzontal (superfície terrestre). Per a poder mesurar la inclinació

necessita estar en una plataforma que no estigui sotmesa a acceleració, ja que sinó la

mesura és errònia. És molt sensible a les vibracions, però és fonamental si el robot va a

treballar en un entorn que no sigui pla, ja que pot evitar que bolqui o que es faci malbé la

càrrega que porta.

La brúixola fa servir el camp magnètic de la terra per conèixer la seva orientació.

L’avantatge fonamental radica en que és l’únic sensor de mesura absoluta, i és pot

utilitzar pràcticament en qualsevol lloc del món. Un petit error en l’orientació suposa

cometre constantment errors en la posició segons avança el robot, per això, tenir un

sensor que ajudi a corregir de forma immediata aquests petits errors, permet al robot

moure’s de forma més precisa.


16

Giroscopi. D’aplicació en robots mòbils, són brúixoles de mesura incremental, és a dir,

mesuren canvis en l’orientació del robot.

El giroscopi és un dispositiu mecànic format essencialment per un cos amb simetria de

rotació que gira al voltant del seu eix de simetria. Quan el giroscopi és sotmès a un toc

que tendeix a canviar l’orientació de l’eix de rotació, el seu comportament és aparentment

paradoxal, ja que l’eix de rotació, en lloc de canviar de direcció com ho faria un cos que

no girés, canvia d’orientació en una direcció perpendicular a la direcció "intuïtiva".

Encóder angular. Són sensors que generen senyals digitals per tal de controlar els motors que realitzen els moviments de les articulacions dels robots, també es coneix com a codificador rotatori.

Un codificador rotatori és un dispositiu electromecànic que converteix la posició angular

d’un eix directament a un codi digital, la qual cosa el converteix en un transductor.

Quan el robot es mou, el disc realitza un moviment rotatori, i el feix de llum passa a través

dels forats que s’interposen en el seu camí. El fotoreceptor generarà un senyal elèctric

cada vegada que incideixi llum sobre ell. Aquesta informació és enviada al

microprocessador, que convertirà el senyal elèctric en informació digital, la qual, al seu

temps, donarà les pautes d’aturada del motor en funció del moviment a realitzar.

Hi ha dos tipus d'encòders angulars: incremental i absolut.

Encòder incremental o relatiu, genera un pols elèctric cada vegada que una de les línies

passa a través del seu camp visual. Un circuit de control electrònic compta els polsos per

a determinar l'angle amb al qual l’eix dóna voltes. Aquest sistema, en la seva forma més

simple, no pot mesurar l'angle absolut de l'eix, només pot fer-ho en el canvi de l’angle

concernent a una sola dada determinada, és a dir, va sumant valors.

Gyroscope frame → Marc del

giroscopi

Spin axis → Gir de l’eix

Gimbal → Cardan (permet unir

dos eixos no colineals).

Rotor → Rotor


17

Encòder absolut. El tipus «absolut» produeix un codi digital únic per a cada angle

diferent de l’eix. És un sensor que té una escala graduada per a determinar la posició. Els

sensors llegeixen l’escala per a després codificar la seva posició en un senyal digital.

Sensors de velocitat. La captació de la velocitat es fa necessària per a millorar el

comportament dinàmic dels actuadors del robot. La velocitat de gir de cada actuador és

portada fins a la unitat de control del robot.

Sensors de presència. Aquest tipus de sensor és capaç de detectar la presència d'un

objecte dins d'un radi d'acció determinat. Els detectors de presència s'utilitzen en robòtica

com a auxiliars dels detectors de posició, per indicar els límits de les articulacions i

permetre localitzar la posició de referència zero.

Hi ha sensors de presència amb contacte, els quals actuen de forma mecànica, com ara

un interruptor o un polsador.

Un altre tipus són els sensors de presència sense contacte. En aquest cas s'utilitzen diferents principis físics per a detectar la presència.

Sensors inductius. Permeten detectar la

presència o comptar el nombre d'objectes

metàl·lics sense necessitat de contacte. Són

els sensors de proximitat industrials més

freqüentment utilitzats. Estan basats en

l’alteració d’un camp electromagnètic quan

s’acosta un objecte sensible al magnetisme.


18

Sensors capacitius: en aquest cas els objectes a detectar no necessiten ser metàl·lics.

Hi ha diversos mètodes electrònics per a detectar la proximitat basats en canvis de

capacitat. Un dels més simples inclou un condensador com a part d'un circuit oscil·lador

dissenyat de manera que l'oscil·lació s'iniciï només quan la capacitat del sensor sigui

superior a un valor preestablert. La iniciació de l'oscil·lació es tradueix després en una

tensió de sortida, que indica la presència d'un objecte.

Sensors òptics: detecten la reflexió d’un feix de llum procedent de l'emissor sobre l'objecte. Poden ser dels tres tipus següents:

Sensors/commutadors Reed de proximitat: són sensors magnètics molt tolerants al desalineament i s'ajusten bé a entorns contaminats per pols i líquid. Consten de dues parts, el commutador reed i l'actuador magnètic. El commutador reed canvia el seu estat quan l'actuador magnètic s'apropa a ell, sense necessitat que hi hagi contacte físic entre ambdós.

1.7.1.2 Sensors externs. La utilització de mecanismes de detecció exteriors permet a un robot

interaccionar amb el seu ambient d'una manera flexible.


19

Diferència entre sensors intern i externs. Els sensors interns operen amb la detecció de

variables, com ara la posició de l'articulació del braç, que s'utilitzen per al control del robot. En

canvi, els sensors d'estat extern operen amb la detecció de variables com ara: l'abast, la

proximitat, el contacte, força i torsió.

La detecció externa s'utilitza per al guiat del robot, així com per a la manipulació i identificació

d'objectes. Els sensors d'estat extern es poden classificar també com a sensors de contacte i

no contacte.

Detecció d'abast (alcance). Un sensor d'abast mesura la distància des d'un punt de

referència (que sol estar en el propi sensor) fins a objectes en el camp d'operació del sensor.

Els sensors d'abast s'utilitzen per a la navegació de robots i per evitar obstacles en el seu

moviment o desplaçament.

N’hi ha de triangulació, els quals projecten un feix de llum sobre la superfície a mesurar,

aquest feix és reflectit en el fotodetector de l'aparell amb un cert angle d'inclinació, que

variarà en funció de la distància a mesurar.

També hi ha els sensors de proximitat esmentats anteriorment, inductius, capacitius i reed.

Detecció de contacte. També es pot dir detector de col·lisió. Aquests sensors s'utilitzen en

robòtica per obtenir informació associada amb el contacte entre una mà manipuladora i

objectes en l'espai de treball (en cas de contacte perillós es desconnecta el robot i s’activa

una alarma sonora).

Qualsevol informació es pot utilitzar, per exemple, per a la localització i el reconeixement de

l'objecte, així com per controlar la força exercida per un manipulador sobre un objecte donat.

Els sensors de contacte es poden subdividir en dues categories principals: binaris i analògics.

Els sensors binaris són dispositius de contacte com ara els microinterruptors. En la disposició

més simple, l’interruptor està situat a la superfície interior de cada dit d'una mà de

manipulació. Aquest tipus de detecció és d'utilitat per a determinar si una peça està present

entre els dits. Desplaçant la mà sobre un objecte i establint contacte amb la superfície, també

és possible centrar la mà sobre l'objecte per a la seva adherència i manipulació.

Els sensors analògics de contacte són uns dispositius la sortida dels quals és proporcional a

una força local. En els últims anys s'ha dedicat un esforç considerable al desenvolupament de

conjunts de detecció tàctil, capaços de proporcionar una informació de contacte sobre una

àrea més àmplia que la proporcionada per un sensor únic. La utilització d'aquests dispositius

es pot veure a la figura, que mostra una mà de robot en la qual la superfície interior de cada

dit ha estat recoberta amb un arranjament tàctil de detecció.


20

Sensor de pressió. Es pot utilitzar un sensor de pressió per a la retroalimentació mecànica

d'una mà, per controlar la força d'adherència, indicació sensible quan la mà subjecta un

objecte.

Detecció de força i torsió. Els sensors de força i de torsió s'utilitzen principalment per

mesurar les forces de reacció desenvolupades en la superfície de separació entre conjunts

mecànics. Els mètodes principals per a realitzar aquesta operació són els de detecció

d'articulació i canell.

Sensors d'articulació. Mesuren els components cartesians de la força i de la torsió que actuen

sobre una articulació del robot i la suma de forma vectorial (si el moviment és inconvenient o

molt forçat, poden donar un senyal d’alarma).

El sensor de canell. Estan muntats entre l'extremitat del braç del robot i l'actuador final. Estan

constituïts per galgues de deformacions que mesuren la desviació de l'estructura mecànica

deguda a forces exteriors.

1.8 Elements terminals i de manipulació.

Per a les aplicacions industrials, les capacitats del robot bàsic s'han d'augmentar per mitjà de

dispositius addicionals. Podríem anomenar a aquests dispositius com els perifèrics del robot.

En robòtica, el terme d'actuador final s'utilitza per descriure la mà o eina que està unida al

canell.

Al canell d'un manipulador li corresponen els següents moviments o graus de llibertat: gir (hand

rotate), elevació (wrist flex) i desviació (wrist rotate), encara que cal fer notar que hi ha canells

que no poden realitzar els tres tipus de moviment.

L'actuador final és un dispositiu que s'uneix al canell del braç del robot amb la finalitat de

realitzar una aplicació particular, i s'ha de dissenyar específicament per a aquesta aplicació. La

raó per la qual existeixen diferents tipus d'elements terminals és, precisament, per les funcions

que realitzen.

S’anomena Punt de Centre de Eina (TCP, Tool Center Point) al punt focal de la pinça o eina.

Per exemple, el TCP podria estar en la punta d'una torxa de soldadura.


21

Els actuadors finals poden dividir-se en dues categories: pinces i eines.

Les pinces s’utilitzen per agafar un objecte, normalment una peça, i subjectar-la durant el cicle

de treball del robot. Hi ha una diversitat de mètodes de subjecció que es poden utilitzar, a més

dels mètodes mecànics obvis d'adherència de la peça entre dos o més dits. Aquests mètodes

suplementaris inclouen l'ocupació de casquets de subjecció, imants, ganxos, i culleres.

Les eines s’utilitzen com actuadors finals en aplicacions on s'exigeixi al robot realitzar alguna

operació sobre una peça de treball. Aquestes aplicacions inclouen la soldadura per punts, la

soldadura per arc, la pintura per polvorització i les operacions de trepant. En cada cas, l'eina

particular està unida al canell del robot per realitzar l'operació.

1.8.1 Pinces (gripper). Són elements de subjecció s'utilitzen per agafar i sostenir els objectes.

Es distingeix entre les que utilitzen dispositius d'adherència mecànic i les que utilitzen algun

altre tipus de dispositiu (ventoses, pinces magnètiques, adhesives, ganxos, etc.). Es poden

classificar segons el sistema de subjecció emprat.

L’accionament pneumàtic és el més utilitzat pel fet d’oferir més avantatges en simplicitat, preu i

fiabilitat, tot i que presenta dificultats de control de posicions intermèdies. En ocasions s'utilitzen

accionaments de tipus elèctric.

Sistemes de subjecció per a robots

Tipus Accionament Utilització

Pinça de pressió - desplaçament angular - desplaçament lineal

Pneumàtic o elèctric Transport i manipulació de peces sobre les que no importi el nivell de pressió.

Pinça d’enganxament Pneumàtic o elèctric Peces de grans dimensiones o sobre les quals no es poden exercir pressió

Ventosa de buit Pneumàtic Cossos amb superfície llisa poc porosa (vidre, plàstic etc.)

Electroimant Elèctric Peces ferromagnètiques


22

A la pinça se solen situar sensors per detectar l'estat de la mateixa (obert o tancat). També es

poden incorporar altres tipus de sensors per controlar l'estat de la peça, sistemes de visió que

incorporin dades geomètriques dels objectes, detectors de proximitat, sensors de parell força,

etc.

Els tipus de pinces més comunes pertanyen al tipus anomenat pivotant. Els dits de la pinça

giren en relació amb els punts fixos del pivot. D'aquesta manera, la pinça s'obre i es tanca.

Un altre tipus de pinces s'anomenen de moviment lineal. En aquest cas, els dits s'obren i es

tanquen executant un moviment paral·lel entre si.

En l’elecció o disseny d'una pinça, s'han de tenir en compte diversos factors. Entre els que

afecten al tipus d'objecte i de manipulació a realitzar destaquen el pes, la forma, la mida de

l'objecte i la força que cal exercir i mantenir per subjectar-ho. Entre els paràmetres de la pinça

cal destacar el seu pes (que afecta les inèrcies del robot), l'equip d'accionament i la capacitat

de control.

Una regla general diu que la pinça de subjectar la peça de treball s’ha d’agafar pel seu centre

de gravetat.

Per reduir els temps de cicle en operacions de càrrega i descàrrega de peces a màquines-

eines es poden dissenyar actuadors finals amb doble pinça.

Hi ha altres tipus de pinces com ventoses, pinces magnètiques i pinces adhesives.

1.9 Estris i eines del robot.

En moltes ocasions el robot ha de realitzar operacions que no consisteixen en manipular

objectes, sinó que implica la utilització d'una eina. A part d'aquests elements de subjecció i

eines més o menys convencionals, hi ha interessants desenvolupaments i investigacions, molts

d'ells orientats a la manipulació d'objectes complicats i delicats. Per exemple pinces dotades de

tacte.

Eines terminals per a robots

Tipus Comentaris

Pinça soldadura per punts

Dos elèctrodes que es tanquen sobre la peça de soldar

Bufador soldadura d’arc Aporten el flux d’elèctrode que es fon

Cullerot per a colada Per a treballs de fondre metalls


23

Caragolar Normalment inclouen l’alimentació de cargols

Fresa i polidora Per a perfilar, eliminar rebaves, polir, etc

Pistola de pintura Per a polvorització de la pintura

Canó làser Per a tallament de materials, soldadura o inspecció

Canó d’aigua a pressió Per a tallament de materials

1.10 Sistemes de control de moviments. Es pot definir un sistema de control com la

combinació de components que actuen de manera conjunta per tal de controlar un procés.

Aquest control es pot fer de forma continua, és a dir, en tot moment, o de forma discreta, és a

dir, cada cert temps.

1.10.1 Procediments de control.

No servo-controlats: també se’n diuen de seqüència limitada. Són aquells en els quals cada

part mòbil té un nombre fix de posicions amb topalls, normalment dues, i només es desplacen

fins a situar-se en ells. Solen ser de tipus pneumàtic i resulten considerablement ràpids i

precisos.

Servo-controlats: cada element mòbil compta amb un sensor de posició, lineal o angular. El

senyal d'aquest s'envia al sistema de control, que genera l'ordre de moviment adequada per

al motor. Es poden aturar en qualsevol punt.

Servo-controlats punt a punt: per controlar-los, únicament se’ls indiquen les posicions inicial

i final de la trajectòria. El sistema de control calcula la trajectòria necessària amb uns

algoritmes dissenyats a aquest efecte. Són capaços de memoritzar posicions.

1.10.2 Unitats de control. Es tracta del "cervell" del robot, l'òrgan de tractament de la

informació. És el responsable de determinar els moviments precisos de cada part del

mecanisme per què l'element terminal pugui ser mogut a la posició i orientació requerides en

l’espai. Pot tractar-se d'un PLC (Programmable Logic Controller), en els models menys

avançats, o d'un sistema basat en microprocessadors, en els més avançats.

En la seva memòria conté un model físic del propi robot, un model del seu entorn i

els programes necessaris per a desenvolupar els algoritmes de control.

Hi ha diversos graus de control que van en funció del tipus de paràmetres que es regulen,

el que dóna lloc als següents tipus d'unitats de control:

De posició: el controlador intervé únicament en el control de la posició de l’element terminal.

Cinemàtic: en aquest cas el control es realitza sobre la posició i la velocitat.


24

Dinàmic: a més de regular la velocitat i la posició, controla les propietats dinàmiques del

manipulador i dels elements associats a ell.

Adaptatiu: engloba totes les regulacions anteriors, i a més, s’ocupa de valorar la variació de

les característiques del manipulador al variar la posició.

Una altra classificació de control és la que distingeix entre control en llaç obert i control en llaç

tancat.

El control en llaç obert dóna lloc a molts errors, i encara que és més simple i econòmic que el

control en llaç tancat, no s'admet en aplicacions industrials en què l'exactitud és una qualitat

imprescindible.

La immensa majoria dels robots que avui dia s'utilitzen amb finalitats industrials, es controlen

mitjançant un procés en llaç tancat, és a dir, mitjançant un llaç de realimentació.

Aquest control es porta a terme amb La utilització d'un sensor de la posició real de l'element

terminal. La informació rebuda des del sensor es compara amb el valor inicial desitjat i s'actua

en funció de l'error obtingut, de manera que la posició real coincideixi amb la que s'havia

establert inicialment.

1.11 Sistemes de control de moviments.

La precisió de moviment en un robot industrial depèn de tres factors:

Resolució espacial.

Exactitud.

Repetibilitat.

Capacitat de càrrega.

Velocitat

1.11.1 Resolució espaial. Es defineix com l'increment més petit de moviment en qual el robot

pot dividir el seu volum de treball.

En el dibuix es mou el robot de P1 a P2. Aquest P1-P2 representa el menor increment amb el

qual es pot moure el robot a partir de P1. D'aquesta forma, la resolució espacial es pot definir

també com la distància entre dos punts adjacents. Aquests punts estan típicament separats per

un mil·límetre o menys, depenent del tipus de robot.


25

1.11.2 Exactitud. L’exactitud es refereix a la capacitat d'un robot per situar l'extrem del seu

canell en un punt dintre del volum de treball. Mesura la distància entre la posició especificada, i

la posició real de l'actuador terminal del robot. Manté una relació directa amb la resolució

espacial, és a dir, amb la capacitat del control del robot de dividir en increments molt petits el

volum de treball.

Un robot presenta una major exactitud quan el seu braç opera a prop de la base. A mesura que

el braç s'allunya de la base, l'exactitud s'anirà fent menor. Això es deu al fet que les

inexactituds mecàniques s'incrementen en ser estès el braç. Un altre factor que afecta

l'exactitud és el pes de la càrrega, a més pes, menys exactitud.

1.11.3 Repetibilitat. És la capacitat que té el robot de tornar al punt programat les vegades

que siguin necessàries sense que el valor inicial variï ostensiblement. Aquesta magnitud

estableix el grau d'exactitud en la repetició dels moviments d’un manipulador en realitzar una

tasca programada.

Depenent del treball que s'hagi de realitzar, la precisió en la repetibilitat dels moviments és

major o menor. Una classificació seria la següent:

En tasques d'acoblament de peces la repetibilitat serà menor a ± 0.1 mm.

En les operacions de mecanitzat es xifra en menys d'1 mm.

En soldadura, pintura i manipulació de peces, la precisió en la repetibilitat està compresa

entre 1 i 3 mm.

1.11.4 Capacitat de càrrega. El pes, en quilograms, que pot transportar la pinça del

manipulador rep el nom de capacitat de càrrega. A vegades, aquesta dada la proporcionen els

fabricants, incloent el pes de la pròpia pinça.

En models de robots industrials, la capacitat de càrrega de la pinça o mà, pot oscil·lar entre 205

Kg. i 0.9 Kg. La capacitat de càrrega és una de les característiques que més es tenen en

compte en la selecció d'un robot, segons la tasca a la qual es destini. En soldadura i mecanitzat

és comú precisar capacitats de càrrega superiors als 50 kg.

1.11.5 Velocitat. Es refereix a la velocitat màxima assolible pel TCP (Tool Center Point) o per

les articulacions. En moltes ocasions, una velocitat de treball elevada augmenta

extraordinàriament el rendiment del robot, per la qual cosa aquesta magnitud es valora

considerablement en l'elecció del mateix.

En tasques de soldadura i manipulació de peces és molt aconsellable que la velocitat de treball

sigui alta. En pintura, mecanitzat i ensamblatge, la velocitat ha de ser mitjana i fins i tot baixa.

1.12 Unitats de programació.

La programació d’un robot és el procés mitjançant el qual s’indica la seqüència d’accions ha

realitzar durant el funcionament automàtic en el procés productiu. La inclusió del controlador

tipus microelectrònic en els robots industrials, permet diverses formes de programació.

Posicionament en punts desitjats d'una trajectòria.

Manipulació d’objectes.

Diàleg i sincronització amb l'entorn.


26

En l'execució d'un programa d'un robot intervenen:

La memòria del sistema de control del robot: en ella es llegeixen i actualitzen els valors de

les diferents variables utilitzades en el programa.

Els algoritmes de control cinemàtic i dinàmic del robot: s'encarreguen de calcular les

trajectòries de l'element terminal del robot, i a partir d'elles, calculen i envien els senyals de

control a cadascun dels accionaments encarregats de moure cada eix del robot.

Les entrades i sortides digitals i/o analògiques, que permeten sincronitzar el robot amb la

resta de màquines i altres dispositius que intervenen en el procés productiu

No hi ha normalització en quant a llenguatges.

Tipus de programació:

ON-LINE: per aprenentatge o guiat. S'ha de moure el robot de tal manera que "realitzi

i aprengui" les trajectòries (punt a punt o contínues) que després haurà d'executar en

producció. Utilitza una consola de programació.

OFF-LINE: programació textual. Llenguatges de programació més coneguts:

l’'(Universitat de Stanford - 1974); AML (IBM - 1979); VAL II (Unimation - 1983): V +

(Adept - 1989).

Nosaltres utilitzarem el llenguatge Melfa Basic IV, que és un conjunt d’instruccions les quals es

realitzen en llenguatge BASIC estàndard.

2. CONFIGURACIÓ D’INSTAL·LACIONS DE ROBOTS I SISTEMES DE CONTROL DE

MOVIMENT EN EL SEU ENTORN.

El projecte i implantació d'un sistema robotitzat implica la consideració d'un gran nombre de

factors, que van des del possible redisseny del producte fins a la definició detallada del lay-out

o pla d'implantació del sistema.

Juntament amb la selecció més adequada del robot per a l'aplicació, caldrà definir, i fins i tot

dissenyar, els elements perifèrics passius (taules, alimentadors, utillatges, etc.) i / o actius

Exemple: La cèl·lula robotitzada que es descriu a l’esquema pretén solucionar l'embalatge de caixes que contenen un producte electrònic, i per a la venda, se n'han de posar quatre per cada caixa de cartró. D'una banda transportadora arriben les caixes del producte electrònic i per l’altra les tapes de la caixa de cartró. També hi ha una cinta transportadora per on arriben caixes de cartró buides.


27

(manipuladors seqüencials, màquines de control numèric, ...) que intervenen en la cèl·lula, i

situar-los físicament en el sistema.

Així mateix cal definir i seleccionar l'arquitectura de control, tant maquinari com programari.

La definició del lay-out del sistema és un procés interactiu del qual ha de resultar l'especificació

del tipus i nombre de robots a utilitzar, així com dels elements perifèrics, indicant la disposició

relativa dels mateixos.

En aquest procés és clau l’experiència de l'equip tècnic responsable del disseny. La utilització

d'eines informàtiques, com sistemes CAD, simuladors específics per a robots i simuladors de

sistemes de fabricació flexible, faciliten enormement aquesta tasca. Un simulador de sistemes

de fabricació flexible permet dimensionar adequadament la cèl·lula, informant sobre la seva

productivitat, rendiment i comportament davant canvis de la demanda o situacions imprevistes

(avaries, canvis en el producte, ...)

2.1 Disposició del robot a la cèl·lula de treball.

A l'hora de decidir la disposició del robot a la cèl·lula, cal plantejar quatre situacions bàsiques:

2.1.1 Robot en el centre de la cèl·lula. En aquesta disposició el robot se situa de manera que

quedi envoltat per la resta d'elements que intervenen en la cèl·lula.

Es tracta d'una disposició típica per robots d'estructura articular, polar, cilíndrica o SCARA, en

què es pot aprofitar al màxim el seu camp d'acció.

S'utilitza freqüentment en aplicacions en què un robot serveix a una o diverses màquines, així

com en les aplicacions de soldadura per arc, paletització o ensamblatge, en què el robot ha

d'assolir diversos punts fixos dins la seva àrea de treball.

2.1.2 Robot en línia. Quan un o diversos robots han de treballar sobre elements que arriben en

un sistema de transport, la disposició de robots en línia és la més adequada.

En aquest tipus de disposició cal diferenciar que el transport sigui de tipus intermitent o continu.

En el primer cas, en un moment determinat cada robot té davant una peça sobre la qual realitza

les operacions establertes. Un cop acabades aquestes, o bé s'espera que tots els robots

finalitzin les seves tasques, perquè aleshores el sistema de transport avanci un lloc, o bé, si el

sistema ho permet, dóna sortida a la peça següent, quedant disponible per rebre una nova. Si

el transport és continu (les peces no s'aturen davant del robot), aquest haurà de treballar sobre

la peça en moviment, per la qual cosa el transport de limitar la seva velocitat de manera que la

peça quedi dins dels abastos del robot durant almenys el temps del cicle.


28

2.1.3 Robot mòbil. A vegades és útil posar el robot sobre una via que permeti el seu

desplaçament lineal de manera controlada.

Aquesta possibilitat permet, per exemple, seguir el moviment de la peça en el cas que aquesta

es desplaci sobre un sistema de transport continu. Per a això és necessari una precisa

sincronització dels dos moviments (transport de la peça i moviment del robot), la qual cosa es

pot aconseguir mitjançant un adequat control d'ambdós transports. Un cop acabat el

processament de la peça, el robot ha de tornar a la posició inicial per rebre’n una de nova.

Una altra situació en què s'utilitza aquesta disposició és quan el robot ha de cobrir un elevat

camp d’acció, per exemple, en la pintura de carrosseries de cotxes. Aquesta disposició també

es pot utilitzar quan el robot hagi de donar servei a diverses màquines

2.1.4 Robot suspès. Aquesta disposició és la d'un robot tipus pòrtic, el qual està situat sobre

l'àrea de treball.

L'avantatge fonamental és la d'un millor aprofitament de l'àrea de treball, ja que el robot pot

accedir a punts situats sobre el seu eix vertical.

Les aplicacions típiques on s'utilitza el robot suspès són en aplicacions d'adhesius o segellants,

projecció de material (pintura, acabat superficial, ...), tall (raig d'aigua, làser, ...) i soldadura amb

arc.


29

2.2 Característiques del sistema de control de la cèl·lula de treball.

Una cèl·lula robotitzada ha de respondre a les premisses de flexibilitat i automatització que

justifiquen la seva utilització. Per això és imprescindible l'establiment d'un bon sistema de

control, el qual haurà de realitzar les següents funcions:

Control individual de cadascuna de les màquines, transports i altres dispositius, inclosos els

robots que formin part de la cèl·lula.

Sincronització del funcionament dels diferents dispositius entre si.

Detecció, tractament i recuperació, si és possible, de les situacions anòmales de

funcionament que es puguin presentar.

Optimització del funcionament conjunt dels dispositius de la cèl·lula, distribuint les funcions

de manera que es minimitzin les aturades per espera i s'evitin accions innecessàries.

Interfície amb l'usuari, mostrant la informació adequada perquè en tot moment es conegui

amb detall l'estat del sistema, així com permetent que l'operador accedeixi, amb les

restriccions pertinents, al funcionament del mateix.

Interfície amb altres cèl·lules, per permetre la sincronització entre elles, optimitzant el

funcionament del sistema de fabricació flexible format per diverses cèl·lules.

Interfície amb un sistema de control superior que realitza bàsicament funcions de supervisió

i actualització de programes quan es produeix un canvi en la producció.

Aquestes funcions s'implementaran en un maquinari que cal definir i dimensionar.

En aquelles ocasions en què la simplicitat de la cèl·lula ho permeti, el propi controlador del

robot podrà simultaniejar les funcions pròpies de control dels seus eixos amb el comandament

de la resta dels dispositius. Per a això utilitzarà les seves entrades/sortides o, si fos necessari,

hi ha la possibilitat d'incorporar eixos externs servocontrolats.

Si per contra la cèl·lula inclou un major nombre de dispositius, alguns dels quals fins i tot

disposen del seu propi controlador, cal disposar d'una estructura jerarquitzada en la qual un

element central (ordinador, PLC, etc.) mantingui una comunicació amb la resta de controladors.

2.3 Tipus d’automatització industrial.

2.3.1 Automatització fixa. S'utilitza quan el volum de producció és molt alt, i per tant és

adequada per dissenyar equips especialitzats per processar productes o components d'aquests

amb alt rendiment i elevades taxes de producció.


30

2.3.2 Automatització programable. S'empra quan el volum de producció és relativament baix i

hi ha una diversitat de productes a obtenir. En aquest cas, l'equip de producció està dissenyat

per ser adaptable a variacions en la configuració del producte. Aquesta característica

d'adaptabilitat s'aconsegueix fent funcionar l'equip sota el control d'un programa d'instruccions

per al producte donat. La producció s'obté per lots.

2.3.3 Automatització flexible. És una categoria situada entre les dues anteriors. S'ha

comprovat que és més adequada per al rang mitjà de producció. Amb aquest tipus

d'automatització es poden obtenir simultàniament diversos tipus de producte en el mateix

sistema de fabricació.

3 SEGURETAT I PREVENCIÓ DE RISCOS LABORALS EN SISTEMES ROBOTITZATS.

3.1 Riscos

3.1.1 Riscos dels processos automatitzats. La robòtica disminueix els riscos físics que es

deriven de treballar en contextos hostils, de difícil accés, o que impliquen que afectin la salut i

seguretat del treballador.

Els nous riscos van units a les estratègies d'aplicació dels sistemes automàtics i robotitzats.

Ens trobem amb una disminució dels riscos físics derivats de la manipulació d'objectes i amb

un augment derivat de les noves condicions de treball.

Els robots, per les seves especials característiques de treball, no necessiten la presència

humana per al seu funcionament. Aquest allunyament de l’operari comporta un menor risc

d’accident. Però aquest risc no és eliminat del tot, ja que no es pot garantir, que l'operari estigui

allunyat sempre i en tot moment l'entorn de treball del robot. La forma de garantir la no

presència de l'home, és instal·lar uns elements que impedeixin l'accés del treballador a la zona

de perill, o si no, mitjans destinats a aturar el robot quan l'operari entri en la zona de risc.

En l'àmbit dels llocs de treball i de les empreses que instal·len robots i sistemes automàtics de

treball, caldrà augmentar els nivells de capacitació, responsabilitat i nivell tècnic dels

treballadors, alhora que s'han d'establir programes de formació contínua i reciclatge.

L'automatització d'un nombre cada vegada més gran de tasques en més àrees d’activitat,

establirà noves exigències de formació que augmentaran les dificultats dels col·lectius amb

baixos nivells formatius per trobar llocs de treball.

3.1.2 Identificació de riscos.

Col·lisió entre home-màquina: són riscos provocats per cops deguts al moviment del robot, bé

sigui produït pel propi braç, una peça que aquest maneja o l’eina que va unit al braç.

Projecció: els operaris poden rebre cops de peces que el robot projecti, així com produir

cremades per gotes de material fos o càustic degut a una mala operació realitzada per ell.

Atrapament: el robot al moure’s pot atrapar un treballador, entre el braç i obstacles que es

troben al seu voltant, ja siguin aquests obstacles fixos o mòbils.

Soroll: en general serà necessària la utilització de protecció acústica per als treballadors que

es trobin en les proximitats de cèl·lules robotitzades en operació.

Risc elèctric: per contactes directes i indirectes.


31

Caigudes al mateix nivell: entrebancs.

Caigudes a diferent nivell: caigudes des d’alçades inferiors a 2m.

Caigudes d'alçada: caigudes des d’alçades superiors a 2 m.

Caiguda d'objectes: càrregues suspeses o transportades pel robot.

Estrès: a causa del ritme de producció imposat per sistemes robotitzats.

3.1.3 Avaluació de riscos. Per avaluar el nivell de risc cal tenir en compte dos factors:

- Probabilitat que passi.

- Severitat (gravetat).

PROBABILITAT

SEVERITAT BAIXA MIG ALTA

LLEU Molt baix Baix Moderat

MODERAT Baix Moderat Greu

GREU Moderat Greu Molt greu

NIVELL DE RISC

Quan el nivell de risc sigui "moderat" o superior caldrà adoptar mesures preventives.

3.1.4 Possibles causes.

Errors de control i comandament:

- Fallades produïdes per avaries en el material que componen els circuits integrats.

- Fallades produïdes pel creador del programa i que no han estat detectats durant els

períodes d'assaig i experimentació.

- Fallades del sistema hidràulic o pneumàtic del robot.

- Accés no autoritzat dins dels tancaments que contenen el robot.

- Fallades mecàniques que poden provenir com a conseqüència de la fatiga i de la

realització de treballs en ambients corrosius.

Pertorbacions:

- Físiques: produïdes per xocs, vibracions, temperatura, etc., Que poden afectar els caps

lectores dels sensors donant lloc a disfuncions.

- Químiques: produïdes per àcids, gasos, etc.

- Elèctriques: caigudes de tensió, sobretensions d'origen atmosfèric, interferències d'alta

freqüència.

3.2 Mesures de seguretat.

Cal determinar les mesures de seguretat que disminueixin el nivell de risc. És important

considerar que segons estudis realitzats per l’ Institut d'Investigacions de Seguretat en el

Treball de Tòquio, el 90% dels accidents en línies robotitzades tenen lloc durant les operacions

de manteniment, ajustament, programació, etc., mentre que només el 10% passa durant el

funcionament normal de la línia.


32

3.2.1 Mesures de seguretat a prendre en la fase de disseny del robot.

- Supervisió del sistema de control: el sistema de control ha de realitzar una contínua

supervisió del correcte funcionament de tots els subsistemes (llaç de realimentació,

accionaments, etc.)

- Aturades d'emergència: s'han de disposar aturades d'emergència que deixin completament

sense energia al robot.

- Velocitat màxima limitada: el sistema de control assegurarà que la velocitat màxima dels

moviments quan una persona es troba en les proximitats del robot (fase de programació per

exemple) sigui inferior a la nominal (com a referència ha de ser inferior a 0,3 m / s).

- Detectors de sobreesforç: s'inclouran detectors de sobreesforç en els accionaments, de

manera que els desactivin quan se sobrepassi un valor excessiu (cas de col·lisió o d'atrapar a

una persona contra una part fixa).

- Polsador de seguretat: les consoles de programació disposaran d'un dispositiu de seguretat

que impedeixi el moviment accidental del robot.

- Codis d'accés: l'accés a la unitat de control i l'arrencada, aturada i modificació del

programa, estaran limitades mitjançant la utilització de claus, codis de seguretat, etc.

- Frens mecànics addicionals: si el robot fa servir grans càrregues, s'hauran d’incloure frens

mecànics que entrin en funcionament quan es talli l’alimentació dels accionadors.

- Comprovació de senyals d'autodiagnòstic a la unitat de control abans de la posada en

marxa (leds indicadors, missatges d'error, ...)

3.2.2 Mesures de seguretat a prendre en la fase de disseny de la cèl·lula robotitzada.

En l'establiment del lay-out de la cèl·lula cal considerar la utilització de barreres d'accés i

proteccions en general per minimitzar el risc d'accident.

- Barreres d'accés a la cèl·lula: es disposaran barreres al voltant de la cèl·lula que impedeixin

l'accés a persones (aturada immediata a l’entrar a la zona de treball).

- Dispositius d'intercanvi de peces: en el cas que l'operador hagi de posar/recollir peces

situades dins l'àrea de treball del robot, s'utilitzaran dispositius que permetin realitzar

aquestes accions a distància, utilitzant, per exemple, taules giratòries.

- Moviments condicionats: en el cas que durant el funcionament de la cèl·lula l'operari hagi

d'entrar en determinats moments dins del camp d'acció del robot (per alimentar noves peces,

per exemple), es programarà aquest de manera que no efectuï cap moviment durant aquests

instants.

- Condicions adequades en la instal·lació auxiliar: sistema elèctric amb proteccions,

aïllaments, etc., Sistemes hidràulics i/o pneumàtics correctes.

3.2.3 Mesures de seguretat en la fase d'instal·lació i explotació del sistema. Durant la

utilització del sistema i especialment durant les fases d'instal·lació i posada en marxa, s'han de

respectar determinades normes que reduiran el risc d'accident:

- Durant la programació i implantació de l'aplicació: es procurarà romandre fora del camp

d'acció del robot. Aquest treballarà a velocitats lentes. En qualsevol cas, s'haurà de sortir fora

de l'àrea de treball quan el robot vagi a treballar de manera automàtica, tot i ser en fase de

proves. És també aconsellable que la fase de programació es realitzi amb dos operaris,

observant un d'ells la marxa del procés i estant disposat a accionar l'aturada d'emergència en

cas de necessitat.


33

- Prova progressiva del programa del robot: el desenvolupament i execució del programa del

robot i de tota la cèl·lula en si, s'ha de fer amb molta cura. El programa s'ha d'executar

primerament a velocitat lenta i pas a pas. A continuació es podrà executar de manera

contínua, podent augmentar progressivament la velocitat.

- Senyalització adequada: la cèl·lula estarà dotada d'una adequada senyalització de l'estat

del robot o línia robotitzada mitjançant senyals lluminosos i acústics.

- Formació adequada del personal que manejarà la planta.

M7_UF1_Configuració de Robots Industrials

Documents

Transcript of M7_UF1_Configuració de Robots Industrials