Robot industrial

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Robot industrial articulado operando en una fundición

Un robot industrial es un sistema de robot utilizado para la fabricación . Los robots industriales son automáticos, programables y capaces de moverse en tres o más ejes. [1]

Las aplicaciones típicas de los robots incluyen soldadura , pintura, montaje, desmontaje , [2] recogida y colocación de placas de circuito impreso , embalaje y etiquetado , paletización , inspección y prueba de productos; todo logrado con alta resistencia, velocidad y precisión. Pueden ayudar en el manejo de materiales .

En el año 2020, se estima que 1,64 millones de robots industriales estaban en funcionamiento en todo el mundo según la Federación Internacional de Robótica (IFR) . [3]

Tipos y características

Un conjunto de robots de seis ejes utilizados para soldar.
Automatización de fábrica con robots industriales para paletizar productos alimenticios como pan y tostadas en una panadería en Alemania

Hay seis tipos de robots industriales. [4]

Robots articulados

Los robots articulados [4] son ​​los robots industriales más comunes. [5] Parecen un brazo humano , por lo que también se les llama brazo robótico o brazo manipulador . [6] Sus articulaciones con varios grados de libertad permiten a los brazos articulados una amplia gama de movimientos.

Robots de coordenadas cartesianas

Los robots cartesianos, [4] también llamados robots rectilíneos, pórtico y robots xyz [5] tienen tres articulaciones prismáticas para el movimiento de la herramienta y tres articulaciones rotativas para su orientación en el espacio.

Para poder mover y orientar el órgano efector en todas las direcciones, dicho robot necesita 6 ejes (o grados de libertad). En un entorno bidimensional, tres ejes son suficientes, dos para el desplazamiento y uno para la orientación. [7]

Robots de coordenadas cilíndricas

Los robots de coordenadas cilíndricas [4] se caracterizan por tener una junta rotatoria en la base y al menos una junta prismática que conecta sus eslabones. [5] Pueden moverse vertical y horizontalmente deslizándose. El diseño compacto del efector permite que el robot alcance espacios de trabajo reducidos sin pérdida de velocidad. [5]

Robots de coordenadas esféricas

Los robots de coordenadas esféricas solo tienen juntas rotativas. [4] Son uno de los primeros robots que se han utilizado en aplicaciones industriales. [5] Se utilizan comúnmente para el mantenimiento de máquinas en fundición a presión, inyección y extrusión de plástico, y para soldadura. [5]

Robots SCARA

SCARA [4] es un acrónimo de Selective Compliance Assembly Robot Arm. [8] Los robots SCARA se reconocen por sus dos articulaciones paralelas que proporcionan movimiento en el plano XY. [4] Los ejes giratorios se colocan verticalmente en el efector. Los robots SCARA se utilizan para trabajos que requieren movimientos laterales precisos. Son ideales para aplicaciones de montaje. [5]

Robots Delta

Los robots delta [4] también se conocen como robots de enlace paralelo. [5] Consisten en enlaces paralelos conectados a una base común. Los robots Delta son especialmente útiles para tareas de control directo y operaciones de gran maniobrabilidad (como tareas rápidas de recoger y colocar). Los robots Delta aprovechan los sistemas de articulación de cuatro barras o paralelogramos.

Además, los robots industriales pueden tener una arquitectura en serie o en paralelo.

Manipuladores en serie

Las arquitecturas en serie, también conocidas como manipuladores en serie, son los robots industriales más comunes y están diseñados como una serie de enlaces conectados por articulaciones accionadas por motores que se extienden desde una base hasta un efector final. SCARA, los manipuladores de Stanford son ejemplos típicos de esta categoría.

Arquitectura Paralela

Un manipulador paralelo está diseñado para que cada cadena sea generalmente corta, simple y, por lo tanto, pueda ser rígida contra movimientos no deseados, en comparación con un manipulador en serie . Los errores en el posicionamiento de una cadena se promedian junto con los demás, en lugar de ser acumulativos. Cada actuador aún debe moverse dentro de su propio grado de libertad , como para un robot en serie; sin embargo, en el robot paralelo, la flexibilidad fuera del eje de una articulación también está limitada por el efecto de las otras cadenas. Es esta rigidez de bucle cerrado lo que hace que el manipulador paralelo general sea rígido en relación con sus componentes, a diferencia de la cadena en serie que se vuelve progresivamente menos rígida con más componentes.

Manipuladores paralelos de baja movilidad y movimiento concomitante

Un manipulador completamente paralelo puede mover un objeto con hasta 6 grados de libertad (DoF), determinados por 3 coordenadas de traslación 3T y 3 de rotación 3R para una movilidad 3T3R completa . Sin embargo, cuando una tarea de manipulación requiere menos de 6 DoF, el uso de manipuladores de menor movilidad, con menos de 6 DoF, puede traer ventajas en términos de arquitectura más simple, control más fácil, movimiento más rápido y menor costo. Por ejemplo, el robot 3 DoF Delta tiene un 3T más bajomovilidad y ha demostrado ser muy exitoso para aplicaciones de posicionamiento de traslación rápidas de recoger y colocar. El espacio de trabajo de los manipuladores de menor movilidad se puede descomponer en subespacios de "movimiento" y "restricción". Por ejemplo, 3 coordenadas de posición constituyen el subespacio de movimiento del robot 3 DoF Delta y las 3 coordenadas de orientación están en el subespacio de restricción. El subespacio de movimiento de los manipuladores de menor movilidad se puede descomponer aún más en subespacios independientes (deseados) y dependientes (concomitantes): que consisten en un movimiento 'concomitante' o 'parásito' que es un movimiento no deseado del manipulador. [9] Los efectos debilitantes del movimiento concomitante deben mitigarse o eliminarse en el diseño exitoso de manipuladores de menor movilidad. Por ejemplo, el robot Delta no tiene movimiento parásito ya que su efector final no gira.

Autonomía

Los robots exhiben diversos grados de autonomía . Algunos robots están programados para realizar fielmente acciones específicas una y otra vez (acciones repetitivas) sin variación y con un alto grado de precisión. Estas acciones están determinadas por rutinas programadas que especifican la dirección, aceleración, velocidad, desaceleración y distancia de una serie de movimientos coordinados.

Otros robots son mucho más flexibles en cuanto a la orientación del objeto en el que están operando o incluso en la tarea que se debe realizar en el objeto mismo, que el robot incluso puede necesitar identificar. Por ejemplo, para una orientación más precisa, los robots suelen contener subsistemas de visión artificial que actúan como sus sensores visuales, vinculados a potentes ordenadores o controladores. [10] La inteligencia artificial se está convirtiendo en un factor cada vez más importante en el robot industrial moderno.

Historia

El primer robot industrial conocido, conforme a la definición ISO, fue completado por "Bill" Griffith P. Taylor en 1937 y publicado en Meccano Magazine , marzo de 1938. [11] [12] El dispositivo con forma de grúa se construyó casi en su totalidad con piezas de Meccano . , y accionado por un solo motor eléctrico. Eran posibles cinco ejes de movimiento, incluido agarre y rotación de agarre . La automatización se logró utilizando cinta de papel perforada para energizar los solenoides, lo que facilitaría el movimiento de las palancas de control de la grúa. el robotpodría apilar bloques de madera en patrones preprogramados. Primero se trazó en papel cuadriculado el número de revoluciones del motor requeridas para cada movimiento deseado. Esta información luego se transfirió a la cinta de papel, que también fue impulsada por el motor único del robot. Chris Shute construyó una réplica completa del robot en 1997.

Jorge Devol, c. mil novecientos ochenta y dos

George Devol solicitó las primeras patentes de robótica en 1954 (concedidas en 1961). La primera empresa en producir un robot fue Unimation , fundada por Devol y Joseph F. Engelberger en 1956. Los robots de Unimation también fueron llamados máquinas de transferencia programables ya que su uso principal al principio era transferir objetos de un punto a otro, a menos de una docena de pies. más o menos aparte. Utilizaron actuadores hidráulicos y se programaron en coordenadas articulares , es decir, los ángulos de las diversas articulaciones se almacenaron durante una fase de aprendizaje y se reprodujeron en funcionamiento. Tenían una precisión de 1/10 000 de pulgada [13] (nota: aunque la precisión no es una medida apropiada para los robots, generalmente se evalúa en términos de repetibilidad, ver más adelante). Posteriormente, Unimation licenció su tecnología a Kawasaki Heavy Industries y GKN , fabricando Unimates en Japón e Inglaterra, respectivamente. Durante algún tiempo, el único competidor de Unimation fue Cincinnati Milacron Inc. de Ohio . Esto cambió radicalmente a fines de la década de 1970, cuando varios grandes conglomerados japoneses comenzaron a producir robots industriales similares.

En 1969, Victor Scheinman, de la Universidad de Stanford , inventó el brazo de Stanford , un robot articulado de 6 ejes totalmente eléctrico diseñado para permitir una solución de brazo . Esto le permitió seguir con precisión caminos arbitrarios en el espacio y amplió el uso potencial del robot a aplicaciones más sofisticadas como el ensamblaje y la soldadura. Scheinman luego diseñó un segundo brazo para el MIT AI Lab, llamado "brazo MIT". Scheinman, después de recibir una beca de Unimation para desarrollar sus diseños, vendió esos diseños a Unimation, quien los desarrolló aún más con el apoyo de General Motors y luego los comercializó como la Máquina universal programable para ensamblaje.(PUMA).

La robótica industrial despegó con bastante rapidez en Europa, con ABB Robotics y KUKA Robotics lanzando robots al mercado en 1973. ABB Robotics (anteriormente ASEA) presentó el IRB 6, uno de los primeros robots controlados por microprocesador completamente eléctricos disponibles en el mercado . Los dos primeros robots IRB 6 se vendieron a Magnusson en Suecia para esmerilar y pulir codos de tubería y se pusieron en producción en enero de 1974. También en 1973, KUKA Robotics construyó su primer robot, conocido como FAMULUS, [14] [ 15 ] también uno de los primeros robots articulados en tener seis ejes accionados electromecánicamente.

El interés en la robótica aumentó a fines de la década de 1970 y muchas empresas estadounidenses ingresaron al campo, incluidas grandes empresas como General Electric y General Motors (que formó una empresa conjunta FANUC Robotics con FANUC LTD de Japón). Las nuevas empresas estadounidenses incluyen Automatix y Adept Technology , Inc. En el apogeo del auge de los robots en 1984, Westinghouse Electric Corporation adquirió Unimation por 107 millones de dólares estadounidenses. Westinghouse vendió Unimation a Stäubli Faverges SCA de Francia en 1988, que todavía fabrica robots articulados para uso industrial y general.aplicaciones de salas limpias e incluso compró la división de robótica de Bosch a finales de 2004.

Solo unas pocas empresas no japonesas finalmente lograron sobrevivir en este mercado, siendo las más importantes: Adept Technology , Stäubli , la empresa sueco - suiza ABB Asea Brown Boveri , la empresa alemana KUKA Robotics y la empresa italiana Comau .

Descripción técnica

Definición de parámetros

  • Número de ejes : se requieren dos ejes para llegar a cualquier punto en un plano; se requieren tres ejes para llegar a cualquier punto en el espacio. Para controlar completamente la orientación del extremo del brazo (es decir, la muñeca ) se requieren tres ejes más ( guiñada, cabeceo y balanceo ). Algunos diseños (por ejemplo, el robot SCARA) intercambian limitaciones en las posibilidades de movimiento por costo, velocidad y precisión.
  • Grados de libertad : suele ser el mismo que el número de ejes.
  • Envolvente de trabajo : la región del espacio que un robot puede alcanzar.
  • Cinemática : la disposición real de los miembros rígidos y las juntas en el robot, que determina los posibles movimientos del robot. Las clases de cinemática de robots incluyen articulada, cartesiana, paralela y SCARA.
  • Capacidad de carga o carga útil : cuánto peso puede levantar un robot.
  • Velocidad : qué tan rápido el robot puede posicionar el extremo de su brazo. Esto se puede definir en términos de la velocidad angular o lineal de cada eje o como una velocidad compuesta, es decir, la velocidad del extremo del brazo cuando todos los ejes se están moviendo.
  • Aceleración : qué tan rápido puede acelerar un eje. Dado que este es un factor limitante, es posible que un robot no pueda alcanzar su velocidad máxima especificada para movimientos en una distancia corta o una ruta compleja que requiera cambios frecuentes de dirección.
  • Precisión : qué tan cerca puede llegar un robot a una posición comandada. Cuando se mide la posición absoluta del robot y se compara con la posición comandada, el error es una medida de precisión. La precisión se puede mejorar con detección externa, por ejemplo, un sistema de visión o infrarrojos. Ver calibración del robot . La precisión puede variar con la velocidad y la posición dentro del entorno de trabajo y con la carga útil (ver cumplimiento).
  • Repetibilidad : qué tan bien regresará el robot a una posición programada. Esto no es lo mismo que precisión. Puede ser que cuando se le dice que vaya a una cierta posición XYZ, solo llega a 1 mm de esa posición. Esta sería su precisión que puede mejorarse mediante la calibración. Pero si esa posición se enseña en la memoria del controlador y cada vez que se envía allí vuelve a estar dentro de los 0,1 mm de la posición enseñada, entonces la repetibilidad estará dentro de los 0,1 mm.

La precisión y la repetibilidad son medidas diferentes. La repetibilidad suele ser el criterio más importante para un robot y es similar al concepto de "precisión" en la medición; consulte exactitud y precisión . ISO 9283 [16] establece un método mediante el cual se pueden medir tanto la precisión como la repetibilidad. Por lo general, un robot se envía a una posición aprendida varias veces y el error se mide en cada regreso a la posición después de visitar otras 4 posiciones. Luego, la repetibilidad se cuantifica utilizando la desviación estándarde esas muestras en las tres dimensiones. Un robot típico puede, por supuesto, cometer un error de posición que exceda eso y eso podría ser un problema para el proceso. Además, la repetibilidad es diferente en diferentes partes del entorno de trabajo y también cambia con la velocidad y la carga útil. ISO 9283 especifica que la precisión y la repetibilidad deben medirse a la máxima velocidad y con la máxima carga útil. Pero esto da como resultado valores pesimistas, mientras que el robot podría ser mucho más preciso y repetible con cargas y velocidades ligeras. La repetibilidad en un proceso industrial también está sujeta a la precisión del efector final, por ejemplo, una pinza, e incluso al diseño de los 'dedos' que hacen coincidir la pinza con el objeto que se sujeta. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por la cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un orificio podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con 'entradas', por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero sea más estrecha.

  • Control de movimiento : para algunas aplicaciones, como el ensamblaje simple de recoger y colocar, el robot simplemente necesita regresar repetidamente a un número limitado de posiciones preaprendidas. Para aplicaciones más sofisticadas, como soldadura y acabado ( pintura en aerosol ), el movimiento debe controlarse continuamente para seguir un camino en el espacio, con orientación y velocidad controladas.
  • Fuente de energía : algunos robots usan motores eléctricos , otros usan actuadores hidráulicos . Los primeros son más rápidos, los segundos son más fuertes y ventajosos en aplicaciones como la pintura en aerosol, donde una chispa podría provocar una explosión ; sin embargo, la baja presurización interna del aire del brazo puede evitar la entrada de vapores inflamables y otros contaminantes. Hoy en día, es muy poco probable ver robots hidráulicos en el mercado. Los sellos adicionales, los motores eléctricos sin escobillas y la protección a prueba de chispas facilitaron la construcción de unidades que pueden trabajar en un ambiente con una atmósfera explosiva.
  • Accionamiento : algunos robots conectan motores eléctricos a las articulaciones a través de engranajes ; otros conectan el motor a la articulación directamente ( accionamiento directo ). El uso de engranajes da como resultado un "retroceso" medible, que es el movimiento libre en un eje. Los brazos robóticos más pequeños emplean con frecuencia motores de CC de alta velocidad y bajo par, que generalmente requieren relaciones de transmisión altas; esto tiene la desventaja de contragolpe. En tales casos, a menudo se usa la unidad armónica .
  • Cumplimiento : esta es una medida de la cantidad en ángulo o distancia que un eje de robot se moverá cuando se le aplique una fuerza. Debido a la conformidad, cuando un robot va a una posición con su carga útil máxima, estará en una posición ligeramente más baja que cuando no lleva carga útil. El cumplimiento también puede ser responsable del exceso cuando se transportan cargas útiles elevadas, en cuyo caso sería necesario reducir la aceleración.

Programación e interfaces de robots

Programación fuera de línea
Un colgante de enseñanza típico bien utilizado con ratón opcional

La configuración o programación de movimientos y secuencias para un robot industrial generalmente se enseña vinculando el controlador del robot a una computadora portátil , una computadora de escritorio o una red (interna o de Internet) .

Un robot y un conjunto de máquinas o periféricos se denomina celda de trabajo o celda. Una celda típica puede contener un alimentador de piezas, una máquina de moldeo y un robot. Las diversas máquinas están 'integradas' y controladas por una sola computadora o PLC . Se debe programar cómo interactúa el robot con otras máquinas en la celda, tanto con respecto a sus posiciones en la celda como sincronizando con ellas.

Software: La computadora está instalada con el software de interfaz correspondiente . El uso de una computadora simplifica enormemente el proceso de programación. El software de robot especializado se ejecuta en el controlador del robot, en la computadora o en ambos, según el diseño del sistema.

Hay dos entidades básicas que necesitan ser enseñadas (o programadas): datos posicionales y procedimiento. Por ejemplo, en una tarea para mover un tornillo de un alimentador a un orificio, primero se deben enseñar o programar las posiciones del alimentador y el orificio. En segundo lugar, se debe programar el procedimiento para llevar el tornillo desde el alimentador hasta el orificio junto con cualquier E/S involucrada, por ejemplo, una señal para indicar cuando el tornillo está en el alimentador listo para ser recogido. El propósito del software del robot es facilitar ambas tareas de programación.

Enseñar las posiciones del robot se puede lograr de varias maneras:

Comandos posicionales El robot se puede dirigir a la posición requerida usando una GUI o comandos basados ​​en texto en los que se puede especificar y editar la posición XYZ requerida.

Teach Pendant: las posiciones del robot se pueden enseñar a través de Teach Pendant . Esta es una unidad de programación y control portátil. Las características comunes de tales unidades son la capacidad de enviar manualmente el robot a una posición deseada, o "pulgadas" o "movidas" para ajustar una posición. También tienen un medio para cambiar la velocidad, ya que generalmente se requiere una velocidad baja para un posicionamiento cuidadoso o durante la prueba de funcionamiento a través de una rutina nueva o modificada. Por lo general, también se incluye un gran botón de parada de emergencia . Por lo general, una vez que se ha programado el robot, ya no se utiliza la consola portátil. Todos los colgantes de enseñanza están equipados con un interruptor de hombre muerto de 3 posiciones. En el modo manual, permite que el robot se mueva solo cuando está en la posición media (parcialmente presionado). Si se presiona por completo o se libera por completo, el robot se detiene. Este principio de funcionamiento permite utilizar los reflejos naturales para aumentar la seguridad.

Lead-by-the-nose: esta es una técnica que ofrecen muchos fabricantes de robots. En este método, un usuario sostiene el manipulador del robot, mientras que otra persona ingresa un comando que desactiva el robot y hace que se afloje. Luego, el usuario mueve el robot a mano a las posiciones requeridas y/o a lo largo de una ruta requerida mientras el software registra estas posiciones en la memoria. Posteriormente, el programa puede ejecutar el robot en estas posiciones o a lo largo de la ruta enseñada. Esta técnica es popular para tareas como la pulverización de pintura .

La programación fuera de línea es donde se mapean gráficamente toda la celda, el robot y todas las máquinas o instrumentos en el espacio de trabajo. Luego, el robot se puede mover en la pantalla y simular el proceso. Un simulador de robótica se utiliza para crear aplicaciones integradas para un robot, sin depender de la operación física del brazo del robot y el efector final. Las ventajas de la simulación robótica es que ahorra tiempo en el diseño de aplicaciones robóticas. También puede aumentar el nivel de seguridad asociado con el equipo robótico, ya que se pueden probar varios escenarios hipotéticos antes de que se active el sistema.[8] El software de simulación de robots proporciona una plataforma para enseñar, probar, ejecutar y depurar programas que se han escrito en una variedad de lenguajes de programación.

Simulador de robótica

Las herramientas de simulación de robots permiten que los programas de robótica se escriban y depuren convenientemente fuera de línea con la versión final del programa probada en un robot real. La capacidad de obtener una vista previa del comportamiento de un sistema robótico en un mundo virtual permite probar una variedad de mecanismos, dispositivos, configuraciones y controladores antes de aplicarlos a un sistema del "mundo real". Los simuladores de robótica tienen la capacidad de proporcionar computación en tiempo real del movimiento simulado de un robot industrial utilizando modelos geométricos y cinemáticos.

Las herramientas de programación de robots independientes de fabricación son una forma relativamente nueva pero flexible de programar aplicaciones de robots. Utilizando una interfaz gráfica de usuario, la programación se realiza arrastrando y soltando plantillas/bloques de construcción predefinidos. A menudo presentan la ejecución de simulaciones para evaluar la viabilidad y la programación fuera de línea en combinación. Si el sistema puede compilar y cargar código de robot nativo al controlador de robot, el usuario ya no tiene que aprender el lenguaje de propiedad de cada fabricante . Por lo tanto, este enfoque puede ser un paso importante para estandarizar los métodos de programación.

Otros , además, los operadores de máquinas suelen utilizar dispositivos de interfaz de usuario , normalmente unidades de pantalla táctil , que sirven como panel de control del operador. El operador puede cambiar de programa a programa, hacer ajustes dentro de un programa y también operar una gran cantidad de dispositivos periféricos que pueden integrarse dentro del mismo sistema robótico. Estos incluyen efectores finales , alimentadores que suministran componentes al robot, cintas transportadoras , controles de parada de emergencia, sistemas de visión artificial, sistemas de enclavamiento de seguridad , impresoras de códigos de barras y una variedad casi infinita de otros dispositivos industriales a los que se accede y controla a través del panel de control del operador.

El dispositivo de enseñanza o la PC generalmente se desconectan después de la programación y el robot luego se ejecuta en el programa que se ha instalado en su controlador . Sin embargo, a menudo se usa una computadora para 'supervisar' el robot y cualquier periférico, o para proporcionar almacenamiento adicional para acceder a numerosas rutas y rutinas complejas.

Herramientas de final de brazo

El periférico de robot más esencial es el efector final , o herramientas de fin de brazo (EOAT). Los ejemplos comunes de efectores finales incluyen dispositivos de soldadura (como pistolas de soldadura MIG, soldadoras por puntos, etc.), pistolas rociadoras y también dispositivos de esmerilado y desbarbado (como esmeriladoras neumáticas de disco o correa, rebabas, etc.) y pinzas ( dispositivos que pueden agarrar un objeto, generalmente electromecánicos o neumáticos ). Otro medio común de recoger objetos es mediante vacío o imanes . Los efectores finales suelen ser muy complejos, están hechos para coincidir con el producto manipulado y, a menudo, son capaces de recoger una variedad de productos a la vez. Pueden utilizar varios sensores para ayudar al sistema de robot a localizar, manipular y posicionar productos.

Controlando el movimiento

Para un robot dado, los únicos parámetros necesarios para ubicar completamente el efector final (pinza, soplete de soldadura, etc.) del robot son los ángulos de cada una de las articulaciones o los desplazamientos de los ejes lineales (o combinaciones de los dos para formatos de robot como como SCARA). Sin embargo, hay muchas maneras diferentes de definir los puntos. La forma más común y conveniente de definir un punto es especificar una coordenada cartesiana para él, es decir, la posición del 'efector final' en mm en las direcciones X, Y y Z relativas al origen del robot. Además, dependiendo de los tipos de articulaciones que pueda tener un robot en particular, también se debe especificar la orientación del efector final en guiñada, cabeceo y balanceo y la ubicación del punto de la herramienta en relación con la placa frontal del robot. Para un brazo articuladoel controlador del robot debe convertir estas coordenadas en ángulos de unión y dichas conversiones se conocen como transformaciones cartesianas, que pueden necesitar realizarse de forma iterativa o recursiva para un robot de múltiples ejes. La matemática de la relación entre los ángulos de las articulaciones y las coordenadas espaciales reales se denomina cinemática. Ver control de robots

El posicionamiento por coordenadas cartesianas se puede realizar introduciendo las coordenadas en el sistema o utilizando una consola portátil que mueve el robot en direcciones XYZ. Es mucho más fácil para un operador humano visualizar los movimientos arriba/abajo, izquierda/derecha, etc. que mover cada articulación de una en una. Cuando se alcanza la posición deseada, se define de alguna manera particular para el software del robot en uso, por ejemplo, P1 - P5 a continuación.

Programación típica

La mayoría de los robots articulados funcionan almacenando una serie de posiciones en la memoria y moviéndose hacia ellas en varios momentos de su secuencia de programación. Por ejemplo, un robot que está moviendo elementos de un lugar (contenedor A) a otro (contenedor B) podría tener un programa simple de 'recoger y colocar' similar al siguiente:

Defina los puntos P1–P5:

  1. Con seguridad por encima de la pieza de trabajo (definida como P1)
  2. 10 cm por encima del contenedor A (definido como P2)
  3. En la posición para participar del contenedor A (definido como P3)
  4. 10 cm por encima del contenedor B (definido como P4)
  5. En la posición para participar del bin B. (definido como P5)

Definir programa:

  1. Mover a P1
  2. Mover a P2
  3. Mover a P3
  4. Cerrar pinza
  5. Mover a P2
  6. Mover a P4
  7. Mover a P5
  8. Pinza abierta
  9. Mover a P4
  10. Mover a P1 y terminar

Para ver ejemplos de cómo se vería esto en lenguajes de robots populares, consulte Programación de robots industriales .

Singularidades

El Estándar Nacional Estadounidense para Robots Industriales y Sistemas de Robots — Requisitos de Seguridad (ANSI/RIA R15.06-1999) define una singularidad como “una condición causada por la alineación colineal de dos o más ejes del robot que resulta en un movimiento y velocidades impredecibles del robot”. Es más común en brazos robóticos que utilizan una "muñeca de triple giro". Esta es una muñeca en la que los tres ejes de la muñeca, que controlan la guiñada, el cabeceo y el balanceo, pasan por un punto común. Un ejemplo de una singularidad de muñeca es cuando la trayectoria por la que se desplaza el robot hace que se alineen los ejes primero y tercero de la muñeca del robot (es decir, los ejes 4 y 6 del robot). El segundo eje de la muñeca luego intenta girar 180° en tiempo cero para mantener la orientación del efector final. Otro término común para esta singularidad es "giro de muñeca". El resultado de una singularidad puede ser bastante dramático y puede tener efectos adversos en el brazo del robot, el efector final y el proceso. Algunos fabricantes de robots industriales han intentado eludir la situación alterando ligeramente la trayectoria del robot para evitar esta condición. Otro método consiste en disminuir la velocidad de desplazamiento del robot, reduciendo así la velocidad requerida por la muñeca para realizar la transición. El ANSI/RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema está siendo manipulado manualmente. reduciendo así la velocidad requerida por la muñeca para hacer la transición. El ANSI/RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema está siendo manipulado manualmente. reduciendo así la velocidad requerida por la muñeca para hacer la transición. El ANSI/RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema está siendo manipulado manualmente.

Un segundo tipo de singularidad en los robots de seis ejes articulados verticalmente con partición de muñeca ocurre cuando el centro de la muñeca se encuentra en un cilindro que está centrado alrededor del eje 1 y con un radio igual a la distancia entre los ejes 1 y 4. Esto se denomina singularidad de hombro. Algunos fabricantes de robots también mencionan singularidades de alineación, donde los ejes 1 y 6 se vuelven coincidentes. Este es simplemente un subcaso de las singularidades de los hombros. Cuando el robot pasa cerca de una singularidad del hombro, la articulación 1 gira muy rápido.

El tercer y último tipo de singularidad en los robots de seis ejes articulados verticalmente con particiones de muñeca se produce cuando el centro de la muñeca se encuentra en el mismo plano que los ejes 2 y 3.

Las singularidades están estrechamente relacionadas con el fenómeno del bloqueo del cardán , que tiene una causa raíz similar de que los ejes se alinean.

Estructura del mercado

Según el estudio World Robotics 2020 de la Federación Internacional de Robótica (IFR) , había alrededor de 2 722 077 robots industriales operativos a fines de 2019. [17] Se estima que este número llegará a 3 788 000 a fines de 2021. [18] Para el año 2018 la IFR estima las ventas mundiales de robots industriales en US$16.500 millones. Incluyendo el costo del software, los periféricos y la ingeniería de sistemas, la facturación anual de los sistemas robóticos se estima en 48 000 millones de USD en 2018. [18]

China es el mercado de robots industriales más grande, con 154 032 unidades vendidas en 2018. [18] China tenía el stock operativo más grande de robots industriales, con 649 447 a fines de 2018. [19] Los fabricantes de robots industriales de Estados Unidos enviaron 35 880 robots a fábricas en los EE. UU. en 2018 y esto fue un 7% más que en 2017. [20]

El principal cliente de los robots industriales es la industria automotriz con una participación de mercado del 30 %, luego la industria eléctrica/electrónica con un 25 %, la industria del metal y la maquinaria con un 10 %, la industria del caucho y los plásticos con un 5 % y la industria alimentaria con un 5 %. [18] En la industria textil, del vestido y del cuero, están operativas 1.580 unidades. [21]

Suministro mundial anual estimado de robots industriales (en unidades): [17]

Año Suministrar
1998 69,000
1999 79,000
2000 99,000
2001 78,000
2002 69,000
2003 81,000
2004 97,000
2005 120,000
2006 112,000
2007 114,000
2008 113,000
2009 60.000
2010 118,000 Archivado el 11 de febrero de 2017 en Wayback Machine.
2012 159,346
2013 178,132
2014 229,261
2015 253,748
2016 294,312
2017 381,335
2018 422,271
2019 373,240

Salud y seguridad

La Federación Internacional de Robótica predijo un aumento mundial en la adopción de robots industriales y estimó 1,7 millones de nuevas instalaciones de robots en fábricas de todo el mundo para 2020 [IFR 2017] Archivado el 11 de febrero de 2017 en Wayback Machine . Los rápidos avances en las tecnologías de automatización (por ejemplo, robots fijos, robots colaborativos y móviles y exoesqueletos) tienen el potencial de mejorar las condiciones de trabajo pero también de introducir riesgos en el lugar de trabajo en los lugares de trabajo de fabricación. [22] [1] A pesar de la falta de datos de vigilancia ocupacional sobre lesiones asociadas específicamente con robots, investigadores del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU.(NIOSH) identificó 61 muertes relacionadas con robots entre 1992 y 2015 mediante búsquedas de palabras clave de la base de datos de investigación del Censo de lesiones ocupacionales fatales de la Oficina de Estadísticas Laborales (BLS) (ver información del Centro de Investigación de Robótica Ocupacional ). Utilizando datos de la Oficina de Estadísticas Laborales, NIOSH y sus socios estatales han investigado 4 muertes relacionadas con robots en el marco del Programa de evaluación y evaluación de control de fatalidades . Además, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha investigado docenas de muertes y lesiones relacionadas con robots, que se pueden revisar en la página de búsqueda de accidentes de OSHA. Las lesiones y muertes podrían aumentar con el tiempo debido a la creciente cantidad de robots colaborativos y coexistentes, exoesqueletos motorizados y vehículos autónomos en el entorno de trabajo.

Los estándares de seguridad están siendo desarrollados por la Asociación de Industrias Robóticas (RIA) en conjunto con el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). [2] El 5 de octubre de 2017, OSHA, NIOSH y RIA firmaron una alianza para trabajar juntos para mejorar la experiencia técnica, identificar y ayudar a abordar los peligros potenciales en el lugar de trabajo asociados con los robots industriales tradicionales y la tecnología emergente de instalaciones y sistemas de colaboración humano-robot. y ayudar a identificar la investigación necesaria para reducir los riesgos en el lugar de trabajo. El 16 de octubre NIOSH inauguró el Centro de Investigación de Robótica Ocupacionalpara "proporcionar liderazgo científico para guiar el desarrollo y uso de robots ocupacionales que mejoren la seguridad, la salud y el bienestar de los trabajadores". Hasta el momento, las necesidades de investigación identificadas por NIOSH y sus socios incluyen: seguimiento y prevención de lesiones y muertes, estrategias de intervención y difusión para promover procedimientos seguros de control y mantenimiento de máquinas, y la traducción de intervenciones efectivas basadas en evidencia en prácticas en el lugar de trabajo.

Véase también

Referencias

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  2. ^ Desmontaje asistido por robot para el reciclaje de baterías de vehículos eléctricos
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Lectura adicional

  • Nof, Shimon Y. (editor). Manual de robótica industrial , 2ª ed. John Wiley & Sons. 1378 págs. ISBN 0-471-17783-0 _ 
  • Lars Westerlund (autor) (2000). El brazo extendido del hombre. ISBN 91-7736-467-8 . 
  • Michal Gurgul (autor) (2018). Robots industriales y cobots: Todo lo que necesitas saber sobre tu futuro compañero de trabajo. ISBN 978-83-952513-0-6 . 

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