SR T7 CriteriosImplantacionRobotIndustrial

Grado en Ingeniera Electrnica y Automtica Industrial

Tema . Criterios implantacin de un robot industrial

SistemasRobotizados

RafaelBareaNavarro/ElenaLpezGuillnCurso2013/14

ndice

1. Diseo y control de una clula robotizada

2. Caractersticas a considerar en la seleccin de un robot

3. Seguridad en instalaciones robotizadas

4. Normativa

SistemasRobotizados.Criterios 2

Introduccin

En este tema se estudiarn los conceptos necesarios para implantar un robot enun sistema productivo.

Estudio de la normativa de seguridad.

Objetivos:

Conocer las caractersticas tcnicas para la implantacin de un robot en un sistema deproduccin automatizado.

Un robot industrial generalmente no trabaja como un elemento aislado, sinoque forma parte de un proceso de fabricacin que incluye muchos otros equipos.

El robot es considerado la parte principal de la denominada clula de trabajorobotizada.

Diseo del lay-out (disposicin de los equipos, mquinas y dems elementos dela planta)

Arquitectura de control (hardware + software) Ser capaz de seleccionar un robot comercial para una determinada aplicacin.


Diseo y control de una clula robotizadaLay-Out. Plano del sistema


Lay-Out plano del sistema

Seleccin, definicin y situacin (y diseo) de elementos de la clula

Elementos activos (robots, mquinas CN, etc.) Elementos pasivos (mesas, alimentadores, utillajes, etc.)

Definicin y seleccin de la arquitectura de control

Hardware + software

Definicin del lay-out proceso iterativo

Ayuda de sistemas CAD Utilizacin de simuladores grficos para robots Utilizacin de simuladores de FMS (sistemas fabricacin flexibles)

Diseo y control de una clula robotizadaLay-Out. Simuladores


Un simulador de sistemas robotizados permite de manera rpida yeficiente evaluar las diferentes alternativas en cuanto al robot a utilizar yla disposicin fsica de todo el sistema.

Utilizando la interaccin grfica, se puede analizar qu robot de losexistentes en la librera del programa se adapta mejor a la tareaprogramada, detectando posibles colisiones y verificando el alcance.

Los sistemas de manufactura flexibles (FMS) son capaces de adaptarse alas fluctuaciones de la demanda del mercado.

Los robots industriales han demostrado ser una de las herramientascentrales de dichos sistemas debido a la capacidad de trabajo,adaptabilidad, robustez.

Consecuentemente, el robot es el centro de atencin a la hora deplanificar el Lay-Out de la clula con el fin de optimizar su rendimiento.

Diseo y control de una clula robotizadaLay-Out. Disposicin del robot


Robot en el centro de la clula

Robot en lnea

Robot mvil

Robot suspendido

Lay-Out. Disposicin del robot



El robot se sita de modo que quede rodeado por el resto de los elementos queintervienen en la clula

Se trata de una disposicin tpica para robots de estructura articular polar,cilndrica o SCARA, en la que se puede aprovechar al mximo su campo deaccin, que presenta una forma bsica de esfera.

Utilizada en aplicaciones donde el robot sirve a una o varias mquinas.

Aplicaciones de soldadura al arco, paletizacin o ensamblado, en las que el robotdebe alcanzar diversos puntos de su rea de trabajo.



Robot en lnea

Utilizada cuando uno o mas robots deben trabajar sobre elementos que lleganen un sistema de transporte.

Ejemplos son las lneas de soldadura de carroceras de vehculos en la que estaspasan vehculos, por sucesivos robots alineados.

Lneas de transporte intermitente o continuas.



Robot en lnea



Robot mvil

Se le aade un grado de libertad adicional al robot ubicndolo sobre una va quepermita su desplazamiento de manera controlada.

Permite cubrir un mayor campo de accin (pintura en carroceras)

Seguir el movimiento de la pieza en el caso que sta se desplace de formacontinua.

Dar servicio a varias mquinas (carga-descarga).



Robot mvil



Robot suspendido (prtico)

Robot tipo prtico en la que queda situado sobre el rea de trabajo.

Invertido sobre la clula.

Mejor aprovechamiento del rea de trabajo, permitiendo alcanzar puntos sobresu propio eje.

Aplicacin de adhesivos, proyeccin de material (pintura), corte (lser, chorro) ysoldadura arco.

Robot suspendido (prtico)



Diseo y control de una clula robotizadaLay-Out. Disposicin del robot


El espacio de trabajo del robot dentro de una clula de produccinqueda determinado por las restricciones espaciales impuestas por :

1. Forma de la/s mquinas.

2. Puntos de carga y descarga de la mquina, no necesariamenteubicado en su centro geomtrico. Esto implica considerar laorientacin de la mquina como una variable de diseo.

3. Evitar colisiones entre el robot y las mquinas implicadas en laclula.

4. Distancia de seguridad entre mquinas.

5. La propia topologa del robot (el propio espacio de trabajo delrobot)

Diseo y control de una clula robotizadaFunciones del sistema de control


Control individual de cada una de las mquinas, transportes y demsdispositivos, incluidos robots, que componen la clula.

Sincronizacin de los diferentes dispositivos entre s.

Deteccin, tratamiento y recuperacin si es posible de las situacionesanmalas de funcionamiento que puedan presentarse.

Optimizacin del funcionamiento conjunto de los dispositivos de la clula,para evitar paradas por espera o acciones innecesarias.

Interfaz con el usuario. Conocimiento del estado del sistema. Acceso alfuncionamiento del sistema.

Interfaz con otras clulas, para permitir la sincronizacin entre ellas,optimizando el funcionamiento de un sistema de fabricacin flexible compuestopor varias clulas.

Interfaz con un sistema de control superior que realiza basicamentefunciones de supervisin y actualizacion de programas cuando se diese uncambio en la produccin

Consideraciones para la seleccin del robot


Caractersticas geomtricas

rea de trabajoGrados de libertad

Errores de posicionamientoRepetividad

Resolucin

Caractersticas cinemticas

Velocidad nominal mximaAceleracin y deceleracin

Capacidad de carga

Caractersticas dinmicas

Fuerza

Tipos de movimiento

Movimientos punto a puntoMovimientos coordinados

Trayectorias continuas

Modo de programacin

GuiadoTextual

Tipos de accionamiento

Elctrico / Neumtico / Hidrulico

Servicio proveedor

MantenimientoServicio Tcnico

Cursos de formacin

Seleccin del robot



rea de trabajo

Especificada mediante un dibujoacotado.

El robot debe elegirse de modo que surea de trabajo le permita llegar a todoslos puntos necesarios para llevar acabosu tarea (puntos de recogida de piezas,mesa de trabajo, puntos de salida,intercambiador de herramientas, etc.)

Considerar que en los puntos msalejados y ms cercanos existenlimitaciones en la orientacin.

Considerar los puntos singulares.

Seleccin del robot



Grados de libertad

Cada uno de los movimientos independientes(giros y desplazamientos) que puede realizarcada articulacin con respecto a la anterior.

En general para los robots comerciales elnmero de grados de libertad coincide con elnmero de articulaciones

El nmero de GDL viene determinado por laaplicacin.

3-4 GDL Aplicaciones pick and place, paletizado 6 GDL Pintura, soldadura de arco y colocacin de

adhesivos, etc.

Coste del robot proporcional al nmero de GDL

Seleccin del robot



Errores de posicionamiento

Resolucin Es el mnimo incremento que puede aceptar la unidad de control del robot. Su

valor est limitado por la resolucin de los captadores de posicin y convertidoresA/D y D/A.

Precisin Distancia entre el punto programado (normalmente de manera textual) y el valor

medio de los puntos realmente alcanzados al repetir el movimiento varias vecescon carga y temperatura nominales.

Su origen se debe a errores de calibracin, errores de redondeo en el clculo de latransformacin cinemtica, trmicos, etc.

Repetibilidad Radio de la esfera que abarca los puntos alcanzados por el robot tras suficientes

movimientos, al ordenarle ir al mismo punto de destino programado, concondiciones de carga y temperatura iguales.

Seleccin del robot



Errores de posicionamiento

Seleccin del robot


Caractersticas Cinemticas

Velocidad

Inversamente proporcional a la carga. Puede suministrarse la velocidad de cada

articulacin o el valor medio del extremo.

til para calcular tiempos de ciclo,especialmente en aplicaciones deensamblaje o manipulacin.

Se suministra la velocidad nominal Hayque tener en cuenta la velocidad enarranque y parada que es diferente de lavelocidad nominal.

Aceleracin

Max TCP velocity: 6.2 m/s Max TCP accel: 28 m/s Acceleration 0-1 m/s: 0.07 s

Seleccin del robot


Caractersticas Cinemticas

Capacidad de carga

Depende del tipo de accionamiento, tamaoy configuracin del robot

Al evaluar la carga a manipular debeconsiderarse el peso de las piezas amanipular y el propio peso de la herramientao pinza que emplee el robot.

Se considera adems, el momento de inerciaque genera la pieza en el extremo del robot.

En general el fabricante proporciona lascargas para las cuales el robot no pierde susprestaciones dinmicas.

Se puede superar con prdida deprestaciones dinmicas

IRB120 LoaddiagramPayload:3kg

Seguridad en instalaciones robotizadasAccidentes - Riesgos


Riesgos tradicionales Electrocucin al instalar o reparar el equipo

Riesgos Especficos derivados de la instalacin de un robot

Riesgo de colisin entre hombre-maquina

Son riesgos provocados por golpes debidos al movimiento del robot, biensea producido por el propio brazo del robot, una pieza que este maneja o elextremo operativo que va unido al brazo.

Riesgo de proyeccin

Los operarios pueden ser alcanzados por piezas que el robot deje caer oproyecte, as como producirse quemaduras por gotas de material fundido ocustico vertidos por una mala operacin realizada por l.

Riesgo de atrapamiento/Aplastamiento

El robot al moverse puede atrapar a un trabajador, entre el brazo yobstculos que se encuentren a su alrededor, ya sean estos obstculos fijoso mviles

Seguridad en instalaciones robotizadasAccidentes - Riesgos


Seguridad en instalaciones robotizadasAccidentes


Principales causas de accidentes - robots industriales

Mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware, sistemasde potencia)

Acceso indebido de personal a la zona de trabajo del robot.

Errores humanos de los operarios en las etapas de mantenimiento,programacin, etc.

Rotura de partes mecnicas por corrosin o fatiga.

Liberacin de energa almacenada (elctrica, hidrulica, potencial, etc.).

Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas).

Medio ambiente o herramienta peligrosa (laser, corte por chorro deagua, etc.).

Seguridad en instalaciones robotizadasNormativa


La normativa legar existente proporciona una gua para garantizar laseguridad en los sistemas de fabricacin automatizados que incorporanrobots manipuladores:

UNE-EN_ISO_10218-1:2012 Robot y dispositivos robticos. Requisitos deseguridad para robots industriales. Parte 1: Robots.

Norma Europea EN_ISO_10218-1:2011 Norma Internacional ISO_10218-1:2011

UNE-EN_ISO_10218-2:2011 Robot y dispositivos robticos. Requisitos deseguridad para robots industriales. Parte 2: Sistemas Robots e integracin.

Norma Europea EN_ISO_10218-2:2011 Norma Internacional ISO_10218-2:2011

Seguridad en instalaciones robotizadasMedidas de seguridad


El 90% de los accidentes en lneas robotizadas ocurren durante lasoperaciones de mantenimiento, ajuste, programacin, etc, mientras quesolo 10% ocurre durante el funcionamiento normal de la lnea.

La seguridad en sistemas robotizados presenta dos vertientes:

Seguridad intrnseca al robot y que es responsabilidad del fabricante Seguridad debida al diseo e implantacin del sistema y su posterior

utilizacin, programacin y mantenimiento, responsabilidad del usuario.

Medidas de seguridad

En la fase de diseo del robot En la fase de diseo de la clula robotizada En la fase de instalacin y explotacin del sistema



Medidas de seguridad en la fase de diseo del robot

En el diseo del robot y de su sistema de control se debe contar con unaserie de medidas internas encaminadas a evitar posibles accidentes.

Medidas de seguridad Supervisin del sistema de control Paradas de emergencia Velocidad mxima limitada Detectores de sobreesfuerzo Pulsador de seguridad (pulsador de hombre muerto) Cdigos de acceso Frenos mecnicos adicionales Comprobacin de seales de autodiagnstico



Medidas de seguridad en la fase de diseo de la clula

En el diseo del lay-out de la clula se ha de considerar la utilizacin debarreras de acceso y proteccin en general que intenten minimizar elriesgo de aparicin de un accidente.

Barreras de acceso a la clula: Se dispondrn barreras en torno a laclula, que impidan el acceso a personas (parada inmediata al entrar enla zona de trabajo).




Dispositivos de intercambio de piezas: En caso de que el operadordeba poner/recoger piezas situadas dentro del rea de trabajo del robot,se utilizarn dispositivos que permitan realizar estas acciones a distancia,utilizando, por ejemplo, mesas giratorias.

ReldeseguridaddedosmanosMSI2Hparacontroldealimentacinmanualenunprocesosemiautomtico




Dispositivos de intercambio de piezas:

Clulasautomatizadasparaunoovariosoperarios




Movimientos condicionados: En el caso de que durante elfuncionamiento de la clula el operario deba entrar en determinadosmomentos dentro del campo de accin del robot (para alimentar denuevas piezas al robot por ejemplo), se programar a ste de maneraque no efecte movimiento alguno durante estos instantes.

Zonas de reparacin: Se prever la existencia de zonas de reparaciny mantenimiento. Estas zonas, dentro del campo de accin del robot,estarn fuera de su zona de trabajo. En ellas se asegurar mediantediferentes dispositivos que el robot no realizar movimientos de maneraautomtica.

Condiciones adecuadas en la instalacin auxiliar: Sistema elctricocon protecciones, aislamientos, etc., sistemas neumticos o hidrulicoscorrectos.



Medidas de seguridad en la fase de instalacin y explotacin

Durante la utilizacin del sistema y en especial durante las fases deinstalacin y puesta en marcha, deben respetarse rigurosamentedeterminadas normas que reducirn el riesgo de accidente.

Medidas:

Abstenerse de entrar en la zona de trabajo Sealizacin adecuada: seales luminosas y

acsticas que indiquen la puesta en marcha yfuncionamiento del sistema.

Prueba progresiva del programa del robot: Elprograma deber ejecutarse primero a velocidad lentay paso a paso y posteriormente se podr aumentarprogresivamente la velocidad.

Formacin adecuada del personal.




Barreras materiales Cerramiento mediante vallas




Barreras inmateriales Cortinas fotoelctricas




Barreras inmateriales Sistemas lser


Barreras inmateriales Alfombras sensibles






Accesos a la zona perimetral En las puertas de acceso se implementarn interruptores de seguridad

conexionados al circuito de seguridad de cerramientos general de tal formaque si se abre una de estas puertas se debera producir la parada de todoslos equipos que forman la clula robotizada.

Existen los siguientes tipos de interruptores de seguridad: Interruptor de seguridad con dispositivo de bloqueo Interruptor de seguridad sin dispositivo de bloqueo Interruptor de seguridad sin contacto

Ejemplos Restricciones de acceso



Mediante barrera de seguridad y distancia de seguridad. Mediante barrera fotoelctrica

Mediante suelo sensible a la presin Mediante lser

Ejemplos Restricciones de acceso - Lser


adhesive films AmodernsafetyzonehasbeensetupatMACtacBemisusingSICKsS3000safetylaserscanners

SistemasRobotizados.Criterios

Ejemplos Restricciones de acceso


SistemasRobotizados.Criterios



Ejemplo: Acceso a la zona perimetralCondiciones de operacin La puerta est cerrada y bloqueada con un

interruptor de seguridad El robot est funcionando. La cortina de luz GuardShield se encuentra con

muting cuando el robot se encuentra lejos de lamesa de montaje.

Comentarios Los tapetes de seguridad se encuentran en su

lugar para evitar que la mquina se reiniciecuando la puerta est cerrada y la persona demantenimiento an se encuentra en la zona depeligro. Una liberacin flexible sin los tapetes deseguridad puede instalarse dentro de la zona depeligro para desbloquear la puerta si estasituacin ocurriese.

Si se presiona cualquier botn pulsador de parode emergencia, el robot y el transportador sedetendrn inmediatamente (detencin inmediata)

Ejemplo: Acceso a la zona perimetral



Condiciones de mantenimiento Para limpiar el atasco de manera segura, el operador debe solicitar el desbloqueo de la puerta al activar el botn

pulsador Open (Abrir). El sistema de control (rel de seguridad MSR o SmartGuard 600) apaga el robot y el transportador cuando las

condiciones del proceso permiten que se detenga el robot y el transportador sin daar la mquina o losproductos (detencin controlada).

Cuando el robot y el transportador se detienen, el sistema de control permite que la puerta se desbloquee alaplicar alimentacin elctrica al solenoide en el interruptor de seguridad 440G-MT.

La persona encargada del mantenimiento abre la puerta y quita los atascos. Cuando ha finalizado la tarea, la persona de mantenimiento deja la zona, cierra la puerta y activa el botn

pulsador Restart (Reiniciar). El sistema de control reinicia el robot y el transportador.

Bibliografa

General

Barrientos, A., Pen, L. F., Balaguer, C., Aracil, R. Fundamentos de Robtica.McGraw-Hill. 1997.

Arturo Gil Aparicio. Robtica Industrial: Criterios de Implantacin. Control deRobots y Sistemas Sensoriales. Ingeniera Industrial. Universidad MiguelHernndez.

Cecilia Garca Cena. Robtica: Implantacin de un Robot Industrial. EscuelaUniversitaria de Ingeniera Tcnica Industrial. Universidad Politcnica de Madrid.

Gua tcnica de Seguridad en Robtica. Gabinete Tcnico de Prevencin ySeguridad Industrial en PYMES de la Confederacin de la Pequea y MedianaEmpresa Aragonesa (CEPYME /ARAGN).

Eladio Dapena Gonzalez. Unidad II: Robtica Industrial. Tema 5: Criterios deImplantacin. Universidad de Los Andes. Mrida Venezuela.

47SistemasRobotizados.Criterios

Google disposicion del robot en la celula de trabajo

http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Usuario:1485_8388

http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Tarea_3._Nueva_C%C3%A9lula_Automatizada

http://www.sickinsight-online.com/preventing-accidents-comprehensive-safety-policy-at-mactac-bemis/

http://www.sick.com/group/en/home/solutions/solution_tour/pages/solution_tour.aspx

http://www.ab.com/es/epub/catalogs/3377539/5866177/3377559/6388299/3378094/6537414/


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