MODULODEROBOTICAPorFreddyF.ValderramaGutierrezPrimeraversioncreadaporING.LUISENRIQUECAMARGOenlaESCUELADECIENCIASBASICASTECNOLOGIAEINGENIERIAUNIVERSIDADNACIONALABIERTAYADISTANCIACEADDUITAMAJulio,2008Aprobadopor:PedroTorresSilva FechaC.CGustavoVelasquez, FechaC.CTABLADECONTENIDOPaginaLISTADETABLAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vLISTADEFIGURAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vi1 PROTOCOLO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.1 Introduccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Justicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.3 Intencionalidadesformativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.1 Propositos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.2 Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.3 Metas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.3.4 Competencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4 Unidadesdidacticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.5 MapaConceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 UnidadIConceptosgenerales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1 Antecedenteshistoricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.1.1 BreveHistoriadelarobotica . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.1.2 Automatizacionyrobotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.3 Clasicaciondelosrobots . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2 Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1 Industria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.2 Transferenciadematerial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.3 Cargaydescargademaquinas . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.4 Operacionesdeprocesamiento . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.5 Otrasoperacionesdeprocesamiento . . . . . . . . . . . . . 262.2.6 Procesosdelaboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.7 Manipuladorescinematicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.2.8 Agricultura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282.2.9 Espaciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292.2.10Vehiculossubmarinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302.2.11Educacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312.3 Elmercadodelaroboticaylasperspectivasfuturas . . . . . . . . 312.4 Subsistemasdelrobot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332.5 RobotIndustrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.1 Denicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352.5.2 Clasicacionderobotsindustriales. . . . . . . . . . . . . . 37ii2.6 MorfologadelRobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 402.6.1 GradosdeLibertad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412.6.2 Zonasdetrabajoydimensionesdelmanipulador . . . . . . 412.6.3 Capacidaddecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.6.4 Problemasaenfrentar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.6.5 ExactitudyRepetibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.6.6 Resolucion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432.6.7 Precisionenlarepetibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.8 Laresoluciondelmando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.9 Velocidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 452.6.10Coordenadasdelosmovimientos . . . . . . . . . . . . . . . 462.6.11Brazosdelrobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 472.6.12Programabilidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482.6.13Estructuramecanicadeunrobot. . . . . . . . . . . . . . . 482.6.14Transmisionesyreductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522.6.15Actuadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552.6.16Neumaticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 562.6.17Hidraulicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582.6.18Electricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592.6.19Sensoresinternos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642.6.20Sensoresexternos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663 UNIDADII.Cinematicaydinamicadelrobot . . . . . . . . . . . . . . . 713.1 Conceptosbasicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723.1.1 Posicionyorientacionenelplano . . . . . . . . . . . . . . 723.1.2 Posicionyorientacionenelespacio . . . . . . . . . . . . . 793.1.3 Transformacionescompuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . 833.2 LosparametrosdeDenavit-Hartenberg(D-H) . . . . . . . . . . . 873.3 Elproblemacinematicodirecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.3.1 Ejemplo1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.3.2 Ejemplo2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923.4 Elproblemacinematicoinverso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933.4.1 Ejemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 953.5 Velocidadesyjacobiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 994 UNIDADIII.ACTUALIDADENROBOTICA . . . . . . . . . . . . . . 1004.1 Introduccion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.1.1 Sistemademedicion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1014.1.2 Laexploraciondeimagenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.1.3 La Retroalimentacion visual para el funcionamiento delTelerobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034.1.4 La retroalimentacion visual y de fuerza para ayudar al neu-rocirujanoduranteunateleciruga. . . . . . . . . . . . . 1054.1.5 Lacirugadetele-presencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . 105iii4.2 Procesamientodeimagenes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1064.2.1 Estructurayjerarquaenelprocesodeimagenes . . . . . . 1094.2.2 ElvideoEstereoscopicoylaRealidadVirtual . . . . . . . . 1104.3 Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.3.1 Clasicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1144.3.2 Aplicacionesindustriales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1164.3.3 NuevosSectoresdeAplicacion . . . . . . . . . . . . . . . . 128APENDICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134ivLISTADETABLASTabla PaginavLISTADEFIGURASFigura Pagina11 Protocolodelcurso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Unidad1yUnidad2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713 Unidad3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 814 Mapaconceptualdelcurso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921 Robotdise nadoporRalphMosher. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1122 Mu necadibujantedise nadaporHenriMaillardert. . . . . . . . . . . . 1523 CyrilWalterKenwardyGeorgeC.Devol. . . . . . . . . . . . . . . . 1924 Robottranasportadordematerial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2425 Robotusadoenlaboratorios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2726 Robotusadoparaexplorartuberias.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2827 Robotusadoparaesquilarovejas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2928 Robotusadoparaexploracionesespaciales. . . . . . . . . . . . . . . . 3029 Robotmanipulador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37210 Diagramadebloquedeunrobot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41211 Esquemadeunrobotindustrialcon6gradosdelibertad. . . . . . . . 41212 Mallademovimientoposibleparaunrobotdedosgradosdelibertad. 43213 Esquemaparadenirlaresoluciondeunrobotindustrial.. . . . . . . 44214 Esquemaparavisualizarelerrordeposicion. . . . . . . . . . . . . . . 44215 Conguracionesbasicasycoordenadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 46216 Tiposdejunturasusadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47217 Analogiaentreunbrazohumanoyunorobotico. . . . . . . . . . . . . 49218 Puntodecentrodelaherramienta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50219 Espaciodetrabajo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51vi220 Tiposdetransmisiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53221 EngranajesCircular-Circular. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53222 Caracteristicasdelosreductores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54223 Cilindroneumatico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57224 Motorneumaticodepaleta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58225 MotorDC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60226 MotorDCvistaderotoryestator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60227 Motorespasoapaso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62228 Paraleloentreactuadoresusadosenrobotica . . . . . . . . . . . . . . 63229 Resolver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6631 RobotPUMA,indicandosusarticulacionesymovimientosposibles. . 7232 Vectordecoordenadasenelplano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7333 Coordenadaspolares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7334 localizaciondeunobjetoenposicionyorientacion. . . . . . . . . . . 7435 Traslaciondelsistemadecoordenadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 7536 Rotaciondelsistemadecoordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7637 Detecciondeunobstaculodesdeunrobotmovil . . . . . . . . . . . . 7738 Cambiodesistemadereferenciaennavegacionderobotsm oviles . . . 7739 Cambiodesistemadereferenciaenunmanipuladorplano . . . . . . 78310 Posicionenelespacio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79311 Posicionenelespacioconcoordenadascilndricas . . . . . . . . . . . 80312 Posicionenelespacioconcoordenadasesfericas . . . . . . . . . . . . 80313 Posicionyorientacionenelespacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81314 Cambiodesistemasdereferenciaenelespacio . . . . . . . . . . . . . 82315 Transformacionescompuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84316 Manipuladorplanocondosarticulacionesderotacion . . . . . . . . . 84317 Representaciondeecuacionesdetransforamcion . . . . . . . . . . . . 86vii318 Asignaciondeejesdereferenciaaarticulacionesconsecutivas . . . . . 87319 Manipuladorplanocontresarticulacionesderotacion. . . . . . . . . 90320 Esquemadelrobotdelejemplo2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92321 Espacio de trabajo de un manipulador plano con dos grados de liber-tadderotacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95322 Solucionpormetodosgeometricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9841 Robottelecontroladodelauniversidaddeaustralia . . . . . . . . . . 10442Anguloelegidoparalacamara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10443 Telecirujia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10544 Cirugadetele-presencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10645 Conguracionesdecamaradeestereoscopica. . . . . . . . . . . . . . . 11446 Robotssoldadores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11847 Robotalimentador. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12248 Robotdecorte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12449 RobottipoSCARA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126410 ElvagabundodeMarte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132411 ElRocky7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133viiiPARTE1PROTOCOLOIdenticaciondelcursoacademico,vease11.Figure11: Protocolodelcurso.121.1 IntroduccionEste curso es de 3 creditos academicos, se ofrece como asignatura del plan academicodeIngenieraElectronicaycomocursoelectivodeIngenieradesistemas, Tiene3unidades, lascualessetrabajanporcaptulos. Enlaprimeraunidadseiniciaha-ciendo una introduccion a la robotica, en la doble vertiente de su signicacion socialydesuimportanciatecnologica. Laroboticaesuncomponenteesencial delaau-tomatizacion de la fabricacion, que afectara a la mano de obra humana en todos losniveles, desdelostrabajadoresnoespecializadoshastalostecnicosprofesionalesydirectoresdeproduccion. Estaobratieneelobjetivoambiciosodeproporcionarladocumentaciontecnicaenestefascinantecampo.ElsegundocapitulodelaunidadIpresentalaroboticacomotecnologainterdisci-plinar,deniendoalrobotindustrialycomentandosudesarrollohistoricoyestadoactual. El tercercapituloestadedicadoal estudiodeloselementosquecomponenunrobot: estructuramecanica, transmisionesyreductores, actuadores, elementosterminalesysensores. Nosepretendeenelmismohacerunestudioexhaustivodeestoscomponentes,puesnoesesteobjetivopropiodelarobotica,sinodestacarlascaractersticasqueloshacenadecuadosparasuempleoenrobots.Paraqueunrobotpuedamoverseymanipularobjetos, esnecesariounaadecuadalocalizaciondelasconguracionesespacialesporlasquesepretendequeel robotpase. Tantoparael usuariodel robotcomoparasudise nadoresnecesariomane-jaradecuadamenteunaseriedeherramientasmatematicasquepermitansituarenposicion y orientacion un objeto (en particular el extremo del robot) existentes paratal n. Enconcordanciaconloanteriorel estudiodelacinem aticadel robothacepartedelaUnidadII, loanteriorpermiterelacionarlaposiciondesusactuadoresconlaposicionyorientaciondelextremo. Estarelacionnotrivial, esfundamentalpara desarrollar el control del robot. Enseguida se aborda el modelado dinamico deunrobot. Comosistemadinamico,elrobotesunodelossistemasmasfascinantes3paraelcontrol,porincorporarmuchasdeaquellasdicultadesqueclasicamenteseobvianenelestudiodecontroldesistemas.LaunidadIII presentael temadel sistemade visionarticial demaquinas, susbenecios para trabajos que requieren reconocimiento y precision de objetos, cong-uracion, etc. Al nal de esta unidad se muestra la utilizacion del robot en diferentestiposdeaplicaciones, tantolasmashabituales, comosoldaduradecarroceras, ylas mas novedosas enlos sectores deconstruccion, espacio, ciruga, etc. Es evi-dentequelaroboticaestasiendoaplicadaaungrannumerodesectoresdispares,siendo imposible pretender que el estudiante conozca todas las caractersticas de losmismos.41.2 JusticacionPorquelaRobotica?Benecioinmediatoparael estudiante:Seinvolucraactivamenteensupropioprocesodeaprendizaje.Desarrollalaintuicioncientcaydeingeniera.Desarrollasusinteresesenmatematicasytecnologacientca.Potenciasushabilidadesdeinvestigacionyresoluciondeproblemas,ascomolec-tura,escritura,habilidadesdepresentacionycreatividad.Beneciosalargoplazo:Construye auto-pensadores que ademas son capaces de apreciar el valor de la auto-motivacionydesentirseconrecursos.Permitequeconseguirsusmetassetransformeenunhabito.Convertirseenunautodidactaactivo.Fomenta la habilidad para resolver los problemas mediante estrategias centrandoseenel razonamientologico, analtico, ypensamientocrtico. Estahabilidadeslabasedemuchoscamposcientcosascomodeotrasareasprofesionales.51.3 Intencionalidadesformativas1.3.1 PropositosFundamentarlaconcepciondelaroboticadentrodelaingenierayenespecialdelosprocesosdeautomatizacion.Capacitaralosestudiantesparalacomprensionyaprehensiondelosconceptospropiosdelarobotica.Fomentar enel estudiante las caractersticas que debenidenticarlo ensude-sempe noyactuacionalahoradetrabajarconrobots.Desarrollar habilidades para determinar el analisis, dise no, programacion y manip-ulacionderobots.1.3.2 ObjetivosFundamentarteoricamentelaconcepciondelarobotica.Generar espacios de reexionpermanente sobre sucapacidadparaentender laestructura y el funcionamiento de un robot atendiendo a los modelos matematicosparasufundamentoy/oexplicacion.Aplicarlaestrategiaadecuadaalahoradedise nareimplementarunrobotPotenciarhabilidades, destrezasquepermitaqueel estudianteseacompetentealahorademanipularrobotsoseaproponentedeunasoluciondeautomatizacion.1.3.3 MetasAlterminarelcursoelestudiante:Identicaralaestructuraylaformadefuncionamientodeunrobot..Reconoceralafundamentacionteoricayconceptual delarobotica. Distinguiraydeterminaralosmodelosmatematicosquelasoportanyexplican6Alconocerelcontextoactualdelarobotica,podraproponer,argumentareinter-pretar soluciones aproblemas de lavidarealque requierande procesos de autom-atizacion1.3.4 CompetenciasEstecursopretendeofrecerlassiguientescompetenciasanuestrosestudiantes:Cognitiva: El estudiantepodraidenticar, analizar yproponer soluciones querequierandeRobotsindustrialesquepermitanautomatizar procesos. Haciendousodemodelosytecnologasvigentes.Comunicativa: El uso intensivo de las TICs permitira al estudiante comunicarseefectivamente usando las medios electronicos tales como: foros, correo, blogs, entreotros.Contextual: Elestudianteseapropiadeproblemasdesuentornodesdeelpuntodevistasocial,economicoypoltico,paraplantearsolucionesingenierilesenben-eciodesucomunidad.Valorativa: El estudiante asume una actitudpositiva ante la adquisiciondeconocimientos ingenieriles, teniendopresentes los valoreseticos ymorales comoson: elrespeto,laconciencia,eltrabajoenequipo,eltemperamento,laautodisci-plinayelsentidodepertinencia.71.4 UnidadesdidacticasLasguras12y13muestranloscontenidosdelpresentecurso.Figure12: Unidad1yUnidad2.8Figure13: Unidad3.91.5 MapaConceptualLosconceptostratadosenelpresentemodulosepuedenorganizarcomoseobservaenlaFigura14.Figure14: Mapaconceptualdelcurso.PARTE2UNIDADICONCEPTOSGENERALES2.1 AntecedenteshistoricosLa palabra robot fue usada por primera vez en el a no 1921, cuando el escritor checoKarel Capek(1890- 1938)estrena enel teatro nacional de Pragasu obra RossumsUniversal Robot (R.U.R.). Su origen es de la palabra eslava robota, que se reere altrabajorealizadodemaneraforzada. Conelobjetivodedise narunamaquinaex-ible,adaptablealentornoydefacilmanejo,GeorgeDevol,pionerodelaRoboticaIndustrial, patentoen1948, unmanipuladorprogramablequeindustrial. En1948R.C. Goertz del Argonne National Laboratory desarrollo, con el objetivo de manip-ularelementosradioactivossinriesgoparaeloperador,elprimertelemanipulador.Este consista en un dispositivo mecanico maestro-esclavo. El manipulador maestro,reproduca elmente los movimientos de este. El operador ademas de poder observaratraves de un gruesocristalel resultado de sus acciones,senta atraves del dispos-itivomaestro, lasfuerzasqueel esclavoejerca. A nosmastarde, en1954, Goertzhizousodelatecnologaelectronicaydelservocontrolsustituyendolatransmisionmecanicapor electricaydesarrollandoas el primer telemanipulador conservo-control bilateral. OtrodelospionerosdelatelemanipulacionfueRalphMosher,ingenierodelaGeneral Electricqueen1958desarrolloundispositivodenominadoHandy-Man, consistente en dos brazos mecanicos teleoperados mediante un maestrodel tipodenominadoexoesqueleto, posteriormentedise noel GEveaseFigura21.Juntoalaindustrianuclear, alolargodelosa nossesentalaindustriasubmarinacomenzoainteresarseporelusodelostelemanipuladores. Aesteinteressesumo1011la industria espacial en los a nos setenta. La evolucion de los tele manipuladores a lolargo de los ultimos a nos no ha sido tan espectacular como la de los robots. Reclui-dosenunmercadoselectoylimitado(industrianuclear,militar,espacial,etc.) sonengeneraldesconocidosycomparativamentepocoatendidosporlosinvestigadoresyusuariosderobots.Figure21: Robotdise nadoporRalphMosher.Por supropiaconcepcion, untelemanipulador precisael mandocontinuodeunoperador,ysalvoporlasaportacionesincorporadasconelconceptodelcontrolsu-pervisado y la mejora de la tele presencia promovida hoy da por la realidad virtual,sus capacidades no han variado mucho respecto a las de sus orgenes. La sustituciondel operador por unprogramade ordenador que controlase los movimientos delmanipuladorrobot. Laprimerapatentedeundispositivoroboticofuesolicitadaenmarzo de 1954 por el inventor britanico C.W. Kenward. Dicha patente fue emitida en12el Reino Unido en 1957, sin embargo fue Geoge C. Devol, ingeniero norteamericano,inventor y autor de varias patentes, el establecio las bases del robot industrial mod-erno. En 1954 Devol concibio la idea de un dispositivo de tr ansferencia de artculosprogramadaquesepatentodioenpasoal Estados conceptoUnidos ende1961.En1956JosephF. Engelberger, directordeingenieradeladivisionaeroespacialdelaempresaManningMaxwellyMooreenStanford,Conneticut. JuntosDevolyEngelberger comenzaron a trabajar en la utilizacion industrial de sus maquinas, fun-dando la Consolidated Controls Corporation, que mas tarde se convierte en Unima-tion(Universal Automation), e instalando su primera maquina Unimate (1960), en lafabrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicacion de fundicionpor inyeccion. Otras grandes empresas como AMF, emprendieron la construccion demaquinas similares (Versatran- 1963. En 1968 J.F. Engelberger visito Japon y pocomastardesermaronacuerdosconKawasaki paralaconstrucci onderobotstipoUnimate. El crecimientodelaroboticaenJaponaventajaenbrevealosEstadosUnidosgraciasaNissan, queformolaprimeraasociacionroboticadel mundo, laAsociacion de Robotica industrial de Japon (JIRA) en 1972. Dos a nos mas tarde seformoel InstitutodeRoboticadeAmerica(RIA), queen1984cambiosunombreporeldeAsociaciondeIndustriasRoboticas,manteniendolasmismassiglas(RIA.PorsuparteEuropatuvoundespertarmastardo. En1973larmasuecaASEAconstruyoelprimerrobotconaccionamientototalmenteelectrico,en1980sefundolaFederacionInternacionaldeRoboticaconsedeenEstocolmoSuecia. Lacongu-raciondelosprimerosrobotsrespondaalasdenominadasconguracionesesfericayantropomorca, deusoespecialmentevalidoparalamanipulacion. En1982, elprofesorMakinodelaUniversidadYamanashi deJapon, desarrollael conceptoderobot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) que busca un robot conunnumeroreducidoengradosdelibertad(3o4), uncostelimitadoyunacong-uracionorientadaalensambladodepiezasLadeniciondelrobotindustrial,como13unamaquinaquepuedeefectuarunnumerodiversodetrabajos,automaticamente,mediantelaprogramacionprevia,noesvalida,porqueexistenbastantesmaquinasdecontrolnumericoquecumplenesosrequisitos. Unapeculiaridaddelosrobotsessuestructuradebrazomecanicoyotrasuadaptabilidadadiferentesaprehensoreso herramientas. Otra caracterstica especica del robot, es la posibilidad de llevar acabotrabajoscompletamentediferentes, einclusotomardecisionesseg unlainfor-macionprocedentedel mundoexterior, medianteel adecuadoprogramaoperativoensusistemainformatico.Se pueden distinguir cinco fases relevantes en el desarrollo de la Robotica Industrial:1. El laboratorio ARGONNE dise na, en 1950, manipuladores amo-esclavo para mane-jarmaterialradioactivo2. Unimation, fundada en 1958 por Engelberger y hoy absorbida por Whestinghouse,realizalosprimerosproyectosderobotsaprincipiosdeladecadadelossesentasde nuestrosiglo, instalandoel primeroen1961yposteriormente, en1967, unconjunto de ellos en una factora de general motors. Tres a nos despues, se inicia laimplantaciondelosrobotsenEuropa, especialmenteenel areadefabricaciondeautomoviles. Japoncomienzaaimplementarestatecnologahasta1968.3. LoslaboratoriosdelaUniversidaddeStanfordydel MITacometen, en1970, latareadecontrolarunrobotmediantecomputador4. Enel a node1975, laaplicaciondel microprocesador, transformalaimagenylascaractersticasdelrobot,hastaentoncesgrandeycostoso5. Apartirde1980, elfuerteimpulsoenlainvestigacion, porpartedelasempresasfabricantesderobots,otrosauxiliaresydiversosdepartamentosdeUniversidadesdetodoel mundo, sobrelainformaticaaplicadaylaexperimentaciondelossen-sores, cada vez mas perfeccionados, potencian la conguracion del robot inteligentecapaz de adaptarse al ambiente y tomar decisiones en tiempo real, adecuarlas paracadasituacion.14Laevoluciondelosrobotsindustrialesdesdesusprincipioshasidovertiginosa. Enpocomasde30a noslasinvestigacionesydesarrollossobreroboticaindustrialhanpermitido que los robots tomen posiciones en casi todas las areas productivas y tiposde industria. En peque nas o grandes fabricas, los robots pueden sustituir al hombreenaquellasareasrepetitivasyhostiles,adaptandoseinmediatamentealoscambiosdeproduccionsolicitadosporlademandavariable.2.1.1 BreveHistoriadelaroboticaPorsiglosel serhumanohaconstruidomaquinasqueimitanlaspartesdel cuerpohumano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecanicos a las estatuas de sus dioses.Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento deestoserainspiraciondesusdioses. Losgriegosconstruyeronestatuasqueoperabancon sistemas hidraulicos, las cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de lostemplos. DurantelossiglosXVIIyXVIIIenEuropafueronconstruidosmu necosmecanicos muyingeniosos quetenanalgunas caractersticas derobots. JacquesdeVauncansosconstruyovariosm usicosdetama nohumanoamediadosdel sigloXVIII. Esencialmentesetratabaderobotsmecanicosdise nadosparaunpropositoespecco: ladiversion.En 1805, Henri Maillardert construyo una mu neca mecanica que era capaz de hacerdibujos, veaseFigura22. Unaseriedelevasseutilizabancomo el programaparael dispositivoenel procesodeescribirydibujar.Estascreacionesmecanicasde forma humana deben considerarse como inversiones aisladas que reejan el geniodehombresqueseanticiparonasu epoca.Hubo otras invenciones mecanicas durante la revolucionindustrial, creadas pormentesdeigual genio, muchasdelascualesestabandirigidasal sectordelapro-duccion textil. Entre ellas se puede citar la hiladora giratoria de Hargreaves (1770),lahiladoramecanicadeCrompton(1779), eltelarmecanicodeCartwright(1785),15Figure22: Mu necadibujantedise nadaporHenriMaillardert.eltelar de Jacquard (1801), y otros. El desarrollo en la tecnologa, donde se incluyenlaspoderosascomputadoraselectronicas, losactuadoresdecontrol retroalimenta-dos, transmisiondepotenciaatravesdeengranes, ylatecnologaensensoreshancontribuidoaexibilizarlosmecanismosautomatasparadesempe nartareasdentrode la industria. Son varios los factores que intervienen para que se desarrollaran losprimerosrobotsenladecadadelos50s. Lainvestigacioneninteligenciaarticialdesarrollo maneras de emular el procesamiento de informaci on humana con computa-doras electronicas e invento una variedad de mecanismos para probar sus teoras. Noobstante las limitaciones de las maquinas roboticas actuales, el concepto popular deunrobotesquetieneunaaparienciahumanayqueact uacomotal. Esteconceptohumanoidehasidoinspiradoyestimuladoporvariasnarracionesdecienciaccion.Unaobrachecoslovacapublicadaen1917porKarelKapek, denominadaRossumsUniversal Robots, diolugaral terminorobot. LapalabrachecaRobota signicaservidumbreotrabajadorforzado, ycuandosetradujoal inglesseconvirtioenel16terminorobot. DichanarracionsereereaunbrillantecientcollamadoRossumysuhijo,quienesdesarrollanunasustanciaqumicaqueessimilaralprotoplasma.Utilizan esta sustancia para fabricar robots, y sus planes consisten en que los robotssirvan a la clase humana de forma obediente para realizar todos los trabajos fsicos.Rossum sigue realizando mejoras en el dise no de los robots, elimina organos y otroselementos in necesarios, y nalmente desarrolla un ser perfecto. El argumento ex-perimenta un giro desagradable cuando los robots perfectos comienzan a no cumplircon su papel de servidores y se rebelan contra sus due nos, destruyendo toda la vidahumana. Entrelosescritoresdecienciaccion,IsaacAsimovcontribuyoconvariasnarraciones relativas arobots, comenzoen1939, ael seatribuyeel acu namientodel terminoRobotica. Laimagenderobot queapareceensuobraes el deunamaquinabiendise nadayconunaseguridadgarantizadaqueact uadeacuerdocontresprincipios. EstosprincipiosfuerondenominadosporAsimovlasTresLeyesdelaRobotica,yson:1. Unrobotnopuedeactuarcontraunserhumanoo, mediantelainaccion, queunserhumanosufrada nos2. Unrobot debedeobedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvoqueestenenconictosconlaprimeraley.3. Unrobotdebeprotegersupropiaexistencia,anoserqueesteen conictoconlasdosprimerasleyes.ConsecuentementetodoslosrobotsdeAsimovsonelessirvientesdelserhumano,de estaformasuactitudcontravienealadeKapek.Enelsiguientelink,sepuedeprofundizarenestetema:2.1.2 AutomatizacionyroboticaLahistoriadelaautomatizacionindustrialestacaracterizadaporperodosdecon-stantes innovaciones tecnologicas. Esto se debe a que las tecnicas de automatizacion17estan muy ligadas a los sucesos economicos mundiales. El uso de robots industrialesjuntoconlossistemasdedise noasistidosporcomputadora(CAD), ylossistemasdefabricacionasistidosporcomputadora(CAM), sonla ultimatendenciadeau-tomatizaciondelosprocesosdefabricacion.Estastecnologasconducenalaau-tomatizacionindustrialaotratransicion,dealcancesa undesconocidos. AunqueelcrecimientodelmercadodelaindustriaRoboticahasidolentoencomparacionconlosprimerosa nosdeladecadadelos80s, deacuerdoaalgunaspredicciones, laindustria de la robotica esta en su infancia. Ya sea que estas predicciones se realicencompletamente, ono, esclaroquelaindustriarobotica, enunaformaoenotra,permanecera.Enlaactualidadel usodelosrobotsindustrialesestaconcentradoenoperacionesmuysimples,comotareasrepetitivasquenorequierentantaprecision. Losanalisisdemercadoencuantoafabricacionpredicenqueenestadecadayenlas poste-riores los robots industriales incrementaransucampode aplicacion, estodebidoalos avances tecnologicos ensensorica, los cuales permitirantareas mas sosti-cadas comoel ensamble de materiales. laautomatizacionylaroboticasondostecnologasestrechamenterelacionadas. Enuncontextoindustrialsepuededenirlaautomatizacioncomounatecnologaqueestarelacionadaconel empleodesis-temas mecanicos-electricos basados en computadoras para la operacion y control delaproduccion. Enconsecuencialaroboticaesunaformadeautomatizacionindus-trial.Haytresclasesmuyampliasdeautomatizacionindustrial: automatizacionja,au-tomatizacionprogramable, yautomatizacionexible. Laautomatizacionjaseutiliza cuando el volumen de produccion es muy alto, y por tanto se puede justicareconomicamenteel altocostodel dise nodeequipoespecializadoparaprocesarelproducto, con un rendimiento alto y tasas de produccion elevadas. Ademas de esto,18otroinconvenientedelaautomatizacionjaessuciclodevidaquevadeacuerdoalavigenciadelproductoenelmercado. Laautomatizacionprogramableseempleacuando el volumen de produccion es relativamente bajo y hay una diversidad de pro-duccion a obtener. En este caso el equipo de produccion es dise nado para adaptarsea la variaciones de conguracion del producto; esta adaptacion se realiza por mediode un programa (Software). Por su parte la automatizacion exible es mas adecuadaparaunrangodeproduccionmedio. Estossistemasexiblesposeencaractersticasde la automatizacion ja y de la automatizacion programada. Los sistemas exiblessuelen estar constituidos por una serie de estaciones de trabajo interconectadas entres,yporsistemasdealmacenamientoymanipulaciondemateriales,controladosensuconjuntoporunacomputadora. Delostrestiposdeautomatizacion,laroboticacoincidemasestrechamenteconlaautomatizacionprogramable.Entiemposmasrecientes, el control numericoylatelequericasondostecnologasimportantes enel desarrollodelarobotica. El control numerico(NC) sedesar-rolloparamaquinasherramientaanalesdelosa nos40yprincipiosdelos50s.Comosunombreloindica,elcontrolnumericoimplicaelcontroldeaccionesdeunmaquina-herramientapormedioden umeros. EstabasadoeneltrabajooriginaldeJhon Parsons, que concibio el empleo de tarjetas perforadas, que contienen datos deposiciones,paracontrolarlosejesdeunamaquina-herramienta.Elcampodelatelequericaabarcalautilizaciondeunmanipuladorremotocontro-ladoporunserhumano.Avecesdenominadoteleoperador, el operadorremotoesundispositivomecanicoque traduce los movimientos del operador humano en movimientos correspondientesenunaposicionremota. AGoertzseleacreditaeldesarrollodelatelequerica. En1948 construyo un mecanismo manipulador bilateral maestro-esclavo en el Argonne19Figure23: CyrilWalterKenwardyGeorgeC.Devol.National Laboratory. El empleo mas frecuente de los teleoperadores se encuentra enlamanipulaciondesustanciasradiactivas,opeligrosasparaelserhumano.Lacombinaciondel control numericoylatelequericaeslabasequeconstituyealrobot modelo. Hay dos individuos (vease Figura 23) que merecen el reconocimientodelaconuenciadeestas dos tecnologas yel personal quepodaofrecer enlasaplicaciones industriales. El primero fue un inventor britanico llamado Cyril WalterKenward,quesolicitounapatentebritanicaparaundispositivoroboticoenmarzode 1954. La segunda persona citada es George C. Devol, inventor americano, al quedebe atribuirse dos invenciones que llevaron al desarrollo de los robots hasta nuestrosdas. Laprimerainvencionconsistaenundispositivoparagrabarmagneticamentese naleselectricasyreproducirlasparacontrolarunmaquina. LasegundainvencionsedenominabaTransferenciadeArtculosProgramada.Enelcontextodelaautomatizacionunrobotindustrialsepuededenircomouna maquina programable de uso general que tiene algunas caractersticas antropomorcas20o humanoides. La mas relevante es la de sus brazos moviles, los que se desplazaranpormediodesecuenciasdemovimientosquesonprogramadosparalaejecuciondetareasdeutilidad. Ladenicionocial deunrobotindustrial seproporcionaporlaRobotics Industries Association(RIA), anteriormente el Robotics Institute ofAmerica. Unrobotindustrial esunmanipuladormultifuncional reprogramabledise nadoparadesplazarmateriales, piezas, herramientasodispositivosespeciales,mediantemovimientosvariablesprogramadosparalaejecuciondeunadiversidaddetareas. Seesperaenunfuturonomuylejanoquelatecnologaenroboticasedesplaceenunadireccionqueseacapazdeproporcionaraestasmaquinascapaci-dadesmassimilaresalashumanas.2.1.3 ClasicaciondelosrobotsLapotenciadel softwareenel controladordeterminalautilidadyexibilidaddelrobotdentrodelaslimitantesdel dise nomecanicoylacapacidaddelossensores.Los robots han sido clasicados de acuerdo a su generacion, a su nivel de inteligencia,a su nivel de control, y a su nivel de lenguaje de programacion.Estas clasicacionesreejan la potencia del software en el controlador, en particular, la sosticada inter-accion de los sensores. La generacion de un robot se determina por el orden historicodedesarrollosenlarobotica. Cincogeneracionessonnormalmenteasignadasalosrobotsindustriales. Latercerageneracionesutilizadaenlaindustria, lacuartasedesarrollaenlos laboratorios deinvestigacion, ylaquintageneraciones ungransue no.1. RobotsPlay-back, loscualesregeneranunasecuenciadeinstruccionesgrabadas,comounrobotutilizadoenrecubrimientoporsprayosoldaduraporarco. Estosrobotscom unmentetienenuncontroldelazoabierto.2. Robots controlados por sensores, estos tienen un control en lazo cerrado de movimien-tosmanipulados,yhacendecisionesbasadosendatosobtenidosporsensores213. Robotscontroladosporvision, dondelosrobotspuedenmanipularunobjetoalutilizarinformaciondesdeunsistemadevision.4. Robotscontroladosquepuedenautomaticamentereprogramarsusaccionessobrelabasedelosdatosobtenidosporlossensores.5. Robots con inteligencia articial, donde las robots utilizan las tecnicas de inteligen-ciaarticialparahacersuspropiasdecisionesyresolverproblemas.La Asociacion de Robots Japonesa (JIRA) ha clasicado a los robots dentro de seisclasessobrelabasedesuniveldeinteligencia:1. Dispositivosdemanejomanual,controladosporunapersona.2. Robotsdesecuenciaarreglada3. Robots de secuenciavariable, donde unoperador puede modicar lasecuenciafacilmente.4. Robotsregeneradores,dondeeloperadorhumanoconduceelrobotatravesdelatarea.5. Robots de control numerico, donde el operador alimenta la programacion delmovimiento,hastaqueseense nemanualmentelatarea6. Robots inteligentes, los cuales puedenentender einteractuar concambios enelmedioambiente.Los programas en el controlador del robot pueden ser agrupados de acuerdo al niveldecontrolquerealizan:1. Nivel de inteligencia articial, donde el programa aceptara un comando como lev-antar el producto y descomponerlo dentro de una secuencia de comandos de bajonivelbasadosenunmodeloestrategicodelastareas.222. Nivel de modo de control, donde los movimientos del sistema son modelados, para loque se incluye la interaccion dinamica entre los diferentes mecanismos, trayectoriasplaneadas,ylospuntosdeasignacionseleccionados.3. Niveles de servosistemas, donde los actuadores controlanlos parametros de losmecanismos con el uso de una retroalimentacion interna de los datos obtenidos porlossensores,ylarutaesmodicadasobrelabasedelosdatosqueseobtienendesensoresexternos. Todaslasdeteccionesdefallasymecanismosdecorreccionsonimplementadosenestenivel.En la clasicacion nal se considerara el nivel del lenguaje de programacion. La claveparaunaaplicacionefectivadelosrobotsparaunaampliavariedaddetareas,eseldesarrollodelenguajesdealtonivel. Existenmuchossistemasdeprogramacionderobots, aunque la mayora del software mas avanzado se encuentra en los laboratoriosde investigacion. Los sistemas de programacion de robots caen dentro de tres clases:1. Sistemas guiados, en el cual el usuario conduce el robot a traves de los movimientosaserrealizados2. Sistemasdeprogramaciondenivel-robot, enloscualeselusuarioescribeunpro-gramadecomputadoraalespecicarelmovimiento.3. Sistemas deprogramaciondenivel-tarea, enel cual el usuarioespecicalaop-eracionporsusaccionessobrelosobjetosqueelrobotmanipula2.2 AplicacionesLosrobotssonutilizadosenunadiversidaddeaplicaciones, desderobotstortugasenlossalonesdeclases,robotssoldadoresenlaindustriaautomotriz,hastabrazosteleoperados en el transbordador espacial. Cada robot lleva consigo su problematicapropia y sus soluciones anes; no obstante que mucha gente considera que la autom-atizacion de procesos a traves de robots esta en sus inicios, es un hecho innegable que23la introduccion de la tecnologarobotica en la industria,ya ha causado un gran im-pacto. En este sentido la industria Automotriz desempe na un papel preponderante.Esnecesariohacermenciondelosproblemasdetiposocial, economicoseinclusopoltico, quepuedegenerarunamalaorientacionderobotizaciondelaindustria.Sehaceindispensablequelaplanicaciondelosrecursoshumanos, tecnologicosynancierosserealicedeunamanerainteligente. LaRoboticacontribuiraengranmedida al incremento del empleo. Pero, como se puede hacer esto?al automatizarlos procesos en maquinas mas exibles, reduce el costo de maquinaria, y se produceuna variedad de productos sin necesidad de realizar cambios importantes en la formadefabricaciondelosmismos. Estopuedeoriginarunagrancantidaddeempresasfamiliares (Micro y peque nas empresas ) lo que provocara la descentralizacion de laindustria.2.2.1 IndustriaLosrobotssonutilizadosporunadiversidaddeprocesosindustrialescomoloson:lasoldaduradepuntoysoldaduradearco, pinturas despray, transportaciondemateriales, moliendademateriales, moldeadoenlaindustriaplastica, maquinas-herramientas, y otras mas. A continuacion se hara una breve explicacion de algunasdeellas.2.2.2 TransferenciadematerialLasaplicacionesdetransferenciadematerial (veaseFigura24) sedenencomooperacionesenlascualeselobjetivoprimarioesmoverunapiezadeunaposicionaotra. Sesuelenconsiderarentrelasoperacionesmassencillasodirectasderealizarporlosrobots. Lasaplicacionesnormalmentenecesitanunrobotpocososticado,ylosrequisitosdeenclavamientoconotrosequipossontpicamentesimples24Figure24: Robottranasportadordematerial.2.2.3 CargaydescargademaquinasEstasaplicacionessondemanejosdematerial enlasqueel robotseutilizaparaserviraunamaquinadeproducciontransriendopiezasa/odesdelasmaquinas.Existentrescasosquecaendentrode estacategoradeaplicacion:Carga/DescargadeMaquinas. El robotcargaunapiezadetrabajoenbrutoenelproceso y descarga una pieza acabada. Una operacion de mecanizado es un ejemplodeestecaso. Cargademaquinas. El robotdebedecargarlapiezadetrabajoenbrutoalosmaterialesenlasmaquinas,perolapiezaseextraemediantealg unotromedio. Enunaoperaciondeprensado, el robot sepuedeprogramar paracargarlaminas de metal en la prensa, pero las piezas acabadas se permite que caigan fueradelaprensapor gravedad. Descargademaquinas. Lamaquinaproducepiezasacabadas a partir de materiales en bruto que se cargandirectamente en la maquinasinlaayudaderobots. El robot descargalapiezadelamaquina. Ejemplos deesta categora incluyen aplicaciones de fundicion de troquel y moldeado plastico. Laaplicacion se tipica mejor mediante una celula de trabajo con el robot en el centroqueconstadelamaquinadeproduccion, el robot yalgunaformadeentregadepiezas.252.2.4 OperacionesdeprocesamientoAdemas de las aplicaciones de manejo de piezas, existe una gran clase de aplicacionesenlas cuales el robot realmenteefect uatrabajos sobrepiezas. Estetrabajocasisiemprenecesitaqueelefectornaldelrobotseaunaherramientaenlugardeunapinza. Portantolautilizaciondeunaherramientaparaefectuarel trabajoesunacaracterstica distinta de este grupo de aplicaciones. El tipo de herramienta dependedelaoperaciondeprocesamientoqueserealiza.Soldaduraporpuntos: Comoelterminolosugiere,lasoldaduraporpuntosesunproceso en el que dos piezas de metal se soldan en puntos localizados, al hacer pasarunagrancorrienteelectricaatravesdelaspiezasdondeseefect ualasoldadura.Soldaduraporarcocontinua: Lasoldaduraporarcoesunprocesodesoldaduracontinuaenoposicionalasoldaduraporpuntoquepodrallamarseunprocesodiscontinuo. Seutilizaparaobtenerunioneslargasograndesunionessoldadasenlascuales,amenudo,senecesitauncierrehermeticoentrelasdospiezasdemetalquesevanaunir. Elprocesoutilizaunelectrodoenformadebarraoalambredemetalparasuministrarlaaltacorrienteelectricade100a300amperesRecubrimientoconspray: Lamayoradelosproductosfabricadosdematerialesmetalicosrequierendealgunaformadeacabadodepinturaantesdelaentregaalcliente. Latecnologaparaaplicarestosacabadosvariaenlacomplejidaddesdemetodosmanualessimplesatecnicasautomaticasaltamentesosticadas. Sedivi-denlosmetodosderecubrimientoindustrialendoscategoras:Metodosderecubrimientodeujoeinmersion.Metodosderecubrimientoalspray.Losmetodosderecubrimientomedianteujodeinmersionsesuelenconsiderarquesonmetodosdeaplicarpinturaal productodebajatecnologa. Lainmersionsim-plementerequieresumergirlapiezaoproductoenuntanquedepinturaliquida.262.2.5 OtrasoperacionesdeprocesamientoAdemas delasoldadurapor punto, lasoldadurapor arco, yel recubrimientoalsprayexisteunaseriedeotrasaplicacionesderobotsqueutilizanalgunaformadeherramientaespecializadacomoefectornal. Operacionesqueestanenestacate-gora incluyen: Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado. Recticado,pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares. Remachado, Corte por chorrodeagua. Taladroycorteporlaser.2.2.6 ProcesosdelaboratorioLosrobotsestanencontrandoungrann umerodeaplicacionesenloslaboratorios(veaseFigura25). Llevanacaboconefectividadtareasrepetitivascomolacolo-caciondetubosdepruebasdentrodelosinstrumentosdemedicion. Enestaetapade su desarrollo los robots son utilizados para realizar procedimientos manuales au-tomatizados. Untpicosistemadepreparaciondemuestrasconsistedeunrobotyunaestaciondelaboratorio, lacual contienebalanzas, dispensarios, centrifugados,racksdetubosdepruebas,etc. Lasmuestrassonmovidasdesdelaestaciondelab-oratoriosporelrobotbajoelcontroldeprocedimientosdeunprograma.Losfabricantesdeestossistemasmencionantenertresventajassobrelaoperacionmanual: incrementanlaproductividad,mejoranlacalidadyreducenlaexposiciondelserhumanoasustanciasqumicasnocivas.Las aplicaciones subsecuentes incluyenlamediciondel pH, viscosidad, yel por-centajedesolidos enpolmeros, preparaciondeplasmahumanoparamuestras ,calor,ujo,pesoydisoluciondemuestrasparaespectrometras.27Figure25: Robotusadoenlaboratorios.2.2.7 ManipuladorescinematicosLatecnologaroboticaencontrosuprimeraplicacionenlaindustrianuclearconeldesarrollodeteleoperadoresparamanejarmaterial radiactivo. Losrobotsmasre-cienteshansidoutilizadosparasoldaracontrolremotoylainspecciondetuberas(veaseFigura26)enareasdealtaradiacion. ElaccidenteenlaplantanucleardeThreeMileIslandenPennsylvaniaen1979estimuloel desarrolloyaplicaciondelosrobotsenlaindustrianuclear. El reactor numero2(TMI-2) perdiosuenfri-amiento, yprovocoladestrucciondelamayoradel reactor, ydejograndesareasdel reactor contaminadas, inaccesible para el ser humano. Debido a los altos nivelesderadiacionlastareasdelimpiezasoloeranposiblespormediosremotos.Variosrobotsyvehculoscontroladosremotamentehansidoutilizadosparatalnenloslugaresdondehaocurridounacatastrofedeestetipo.28Esta clase de robots son equipados en su mayora con sosticados equipos para detec-tar niveles de radiacion, camaras, e incluso llegan a traer a bordo un minilaboratorioparahacerpruebas.Figure26: Robotusadoparaexplorartuberias.2.2.8 AgriculturaParamuchoslaideadetenerunrobotagricultorescienciaccion,perolarealidadesmuydiferente; oal menosas pareceserparael InstitutodeInvestigacionAus-traliano,elcualhainvertidounagrancantidaddedineroytiempoeneldesarrollodeestetipoderobots. Entresusproyectosseencuentraunamaquinaqueesquilaovejas(veaseFigura27.) Latrayectoriadelcortadorsobreelcuerpodelasovejasseplaneaconunmodelogeometricodelaoveja.Paracompensareltama noentrelaovejarealyelmodelo,setieneunconjuntodesensores que registran la informacion de la respiracion del animal como de su mismotama no, estaesmandadaaunacomputadoraquerealizalascompensacionesnece-sariasymodicalatrayectoriadelcortadorentiemporeal.Debidoalaescasezdetrabajadoresenlosobradores, sedesarrollaotroproyecto,que consiste en hacer un sistema automatizado de un obrador, el prototipo requiereun alto nivel de coordinacion entre una camara de vdeo y el efector nal que realizaenmenosde30segundosochocortesalcuerpodelcerdo.Por su parte en Francia se hacen aplicaciones de tipo experimental para incluir a los29robotsenlasiembra,ypodadelosvi nedos,comoenlapizcadelamanzana.Figure27: Robotusadoparaesquilarovejas.2.2.9 EspacialesLaexploracionespacial posee problemas especiales parael usode robots (veaseFigura28). El medioambienteeshostil parael ser humano, quienrequiereunequipodeproteccionmuycostosotantoenlaTierracomoenel Espacio. Muchoscientcos han hecho la sugerencia de que es necesario el uso de Robots para contin-uarconlosavancesenlaexploracionespacial; perocomotodavanosellegaaungradodeautomatizaciontanprecisapara estaaplicacion,elserhumanoa unnohapodidoserreemplazadoporestos. Porsuparte,sonlosteleoperadoreslosquehanencontradoaplicacionenlostransbordadoresespaciales.EnMarzode1982el transbordadorColumbiafueel primeroenutilizarestetipoderobots,aunqueelserhumanoparticipaenlarealizaciondelcontroldelazocer-rado. Algunasinvestigacionesestanencaminadasal dise no, construccionycontrolde vehculos autonomos, los cuales llevaran a bordo complejos laboratorios y camarasmuysosticadasparalaexploraciondeotrosplanetas.EnNoviembrede1970losRusosconsiguieronelalunizajedelLunokhod1, elcual30poseacamarasdetelevision,sensoresyunpeque nolaboratorio,eracontroladore-motamentedesdelatierra. EnJuliode1976, losNorteamericanosaterrizaronenMarteelViking1,llevabaabordounbrazorobotizado,elcualrecogamuestrasdepiedra,tierrayotroselementoslascualeserananalizadosenellaboratorioquefueacondicionado en el interior del robot. Por supuesto tambien contaba con un equipomuysosticadodecamarasdevdeo.Figure28: Robotusadoparaexploracionesespaciales.2.2.10 VehiculossubmarinosDoseventosduranteel veranode1985provocaronel incrementoporel interesdelosvehculossubmarinos. Enel primero-UnaviondelaAirIndianseestrelloenel OceanoAtlanticocercadelascostasdeIrlandaunvehculosubmarinoguiadoremotamente, normalmenteutilizadoparael tendidodecable, fueutilizadoparaencontraryrecobrarlacajanegradelavion. ElsegundofueeldescubrimientodelTitanicenelfondodeunca non,dondehabapermanecidodespuesdelchoqueconun iceberg en 1912, cuatro kilometros abajo de la supercie. Un vehculo submarinofueutilizadoparaencontrar,explorarylmarelhallazgo.Enlaactualidadmuchosdeestosvehculossubmarinosseutilizanenlainspecciony mantenimiento de tuberas que conducen petroleo, gas o aceite en las plataformasoceanicas;eneltendidoeinspecciondelcableadoparacomunicaciones,parainves-tigacionesgeologicasygeofsicasenelsuelomarino.31Latendenciahaciaelestudioeinvestigaciondeestetipoderobotsseincrementaraamedidaquelaindustriaseinteresea unmasenlautilizaciondelosrobots,sobramencionar los benecios que se obtendran si se consigue una tecnologa segura paralaexploraciondelsuelomarinoylaexplotaciondelmismo.2.2.11 EducacionLos robots estan apareciendo en los salones de clases de tres distintas formas.Primero, los programas educacionales utilizanlasimulaci ondecontrol derobotscomounmediodeense nanza. Unejemplopalpableeslautilizaciondellenguajedeprogramacion del robot Karel, el cual es un subconjunto de Pascal; este es utilizadoporlaintroduccionalaense nanzadelaprogramacion.El segundoydeusomascom unesel usodel robottortugaenconjuncionconellenguajeLOGOparaense narcienciascomputacionales. LOGOfuecreadoconlaintenciondeproporcionaral estudianteunmedionatural ydivertidoenel apren-dizajedelasmatematicas.En tercer lugar esta el uso de los robots en los salones de clases. Una serie de manip-uladores de bajocosto,robots moviles,y sistemas completos han sido desarrolladosparasuutilizacionenloslaboratorioseducacionales. Debidoasubajocostomu-chos de estos sistemas no poseen una abilidad en su sistema mecanico, tienen pocaexactitud,notienensensoresyensumayoracarecendesoftware.2.3 ElmercadodelaroboticaylasperspectivasfuturasLasventasanualespararobotsindustrialeshanidocreciendoenEstadosUnidosarazondel 25%deacuerdoaestadsticasdel a no1981a1992. El incrementodeestatasasedebeafactoresmuydiversos. Enprimerlugar, haymaspersonasenlaindustriaquetienenconocimientodelatecnologaydesupotencial parasusaplicaciones de utilidad. En segundo lugar,la tecnologa de la robotica mejorara en32losproximosa nosdemaneraqueharaalosrobotsmasamistososconel usuario,masfacilesdeinterconectarconotrohardwareymassencillosdeinstalar.Entercer lugar, quecreceel mercado, sonprevisibles economas deescalaenlaproduccionderobotsparaproporcionarunareduccionenelpreciounitario,loqueharalosproyectosdeaplicacionesderobotsmasfacilesdejusticar. Encuartolugarseesperaqueel mercadodelaroboticasufraunaexpansionmasalladelasgrandesempresas, quehasidoel clientetradicional paraestatecnologa, ylleguealasempresasdetama nomediano, peque noyporqueno?; lasmicroempresas.Estascircunstanciasdaranunnotableincrementoenlasbasesdeclientesparalosrobots.Laroboticaesunatecnologaconfuturoytambienparael futuro. Sicontin uanlastendenciasactuales, ysi algunosdelosestudiosdeinvestigacionenel laboratorioactualmente en curso se convierten nalmente en una tecnologafactible,los robotsdel futuroseranunidadesmovilesconunoomasbrazos, capacidadesdesensoresm ultiplesyconlamismapotenciadeprocesamientodedatosydecalculoquelasgrandes computadoras actuales. Seran capaces de responder a ordenes dadas con vozhumana. As mismoserancapacesderecibirinstruccionesgeneralesytraducirlas,conelusodelainteligenciaarticialenunconjuntoespeccodeaccionesrequeri-dasparallevarlasacabo. Podranver, or, palpar, aplicar unafuerzamediaconprecision a un objeto y desplazarse por sus propios medios. En resumen, los futurosrobots tendranmuchos delos atributos delos seres humanos. Es difcil pensarquelosrobotsllegaranasustituiralossereshumanosenel sentidodelaobradeCarel Kapek, RobotsUniversalesdeRossum. Porel contrario, laroboticaesunatecnologaquesolopuededestinarseal beneciodelahumanidad. Sinembargo,comootras tecnologas, haypeligros potenciales implicados ydebenestablecersesalvaguardasparanopermitirsuusopernicioso.33El pasodel presenteal futuroexigiramuchotrabajodeingenieramecanica, inge-nieraelectronica,informatica,ingenieraindustrial,tecnologademateriales,inge-nierasdesistemasdefabricacionycienciassociales.2.4 SubsistemasdelrobotUnrobotpuedeservistoendiferentesnivelesdesosticacion, dependedelaper-spectivaconquesemire. Untecnicoenmantenimientopuedeverunrobotcomounacolecciondecomponentesmecanicosyelectronicos; porsuparteuningenieroensistemaspuedepensarqueunrobotesunacolecciondesubsistemasinterrela-cionados; unprogramadorencambio, simplementelovecomounamaquinaparaserprogramada; porotroladoparauningenierodemanufacturaesunamaquinacapaz de realizar un tarea especca. En contraste, un cientco puede pensar que unrobot es un mecanismo que el construye para probar una hipotesis. Un robot puedeserdescompuestoenunconjuntodesubsistemasfuncionales: procesos,planeacion,control,sensores,sistemaselectricos,ysistemasmecanicos.El subsistemadeSoftware es una parte implcita de los subsistemas de sensores,planeacion,ycontrol;queintegratodoslossubsistemascomountodo. Enlaactu-alidad, muchasdelasfuncionesllevadasacaboporlossubsistemassonrealizadasmanualmente, o de una forma o-line, pero en un futuro las investigaciones en estoscampospermitiranlaautomatizaciondedichastareas.El Subsistemade Procesos incluye las tareas que llevaacaboel robot, el medioambienteenel cual escolocado, ylainteraccionentreesteyel robot. Esteeseldominiodelaingenieraaplicada. Antesdequeunrobotpuedarealizarunatarea,esta debe ser buscada dentro de una secuencia de pasos que el robot pueda ejecutar.Latareadeb usquedaesllevadaacaboporelSubsistemadePlaneacion,elcualincluye los modelos de procesos inteligente s, percepcion y planeacion. En el modelodeprocesos, losdatosqueseobtienendeunavariedaddesensoressonfusionados34(Integracion Sensorial) con modelos matematicos de las tareas para formar un mod-elodelmundo. Alusarestemodelodemundo,elprocesodepercepcionseleccionalaestrategiaparaejecutarlatarea. Estasestrategiassonconvertidasdentrodelosprogramasdecontroldeelrobotduranteelprocesodeplaneacion.Estosprogramassonejecutadosporel SubsistemadeControl; enestesubsis-tema, los comandos dealtonivel sonconvertidos enreferencias paraactuadoresfsicos, losvaloresretroalimentadossoncomparadoscontraestasreferencias, ylosalgoritmosdecontrolestabilizanelmovimientodeloselementosfsicos.Al realizarestatarealos mecanismos sonmodelados, el procesoes modelado, lagananciadelazocerradopuedeseradaptada, ylosvaloresmedidossonutilizadosparaactualizarlosprocesosylosmodelosdelosmecanismos.Desde el subsistemade control se alimentanlas referencias de los actuadores alSubsistemaElectricoel cual incluyetodos los controles electricos delos actu-adores. Los actuadores hidraulicos yneumaticos sonusualmentemanejados porelectrovalvulascontroladas. Tambien, estesubsistemacontienecomputadoras, in-terfaces, yfuentesdealimentacion. LosactuadoresmanejanlosmecanismosenelSubsistemaMecanicoparaoperar enel medioambiente, estoes, realizar unatareadeterminada. Los parametros dentrodel robot ydel medioambiente sonmonitoreadosporel SubsistemadeSensores; estainformacionseutilizacomoretroalimentacion en las ganancias de lazo cerrado para detectar potencialmente lassituaciones peligrosas, para vericar que las tareas se realizan correctamente, y paraconstruirunmodelodelmundo.352.5 RobotIndustrial2.5.1 DenicionExistenciertasdicultadesalahoradeestablecerunadenicionformal deloqueesunrobotindustrial. Laprimeradeellassurgedeladiferenciaconceptual en-treel mercadojaponesyel euroamericanodeloqueesunrobotyloqueesunmanipulador. As,mientrasqueparalosjaponesesunrobotindustrialescualquierdispositivomecanicodotadodearticulacionesmovilesdestinadoalamanipulacion,el mercadooccidental esmasrestrictivo, exigiendounamayorcomplejidad, sobretodoenlorelativoalcontrol.Ensegundolugar, ycentrandoseyaenel conceptooccidental, aunqueexisteunaideacom unacercadeloqueesunrobotindustrial, noesfacil ponersedeacuerdoalahoradeestablecerunadenicionformal. Ademas,laevoluciondelaroboticahaidoobligandoadiferentes actualizaciones desudenici on. Ladenicionmascom unmente aceptada posiblemente sea la de la Asociacion de Industrias Roboticas(RIA),seg unlacual: Unrobotindustrialesunmanipuladormultifuncionalrepro-gramable,capazdemovermaterias,piezas,herramientas,odispositivosespeciales,seg untrayectoriasvariables, programadaspararealizar diversas. Estadenicion,ligeramente modicada, hasidoadoptadapor laOrganizacionInternacional deEstandares(ISO)quedenealrobotindustrialcomo: Manipuladormultifuncionalreprogramableconvariosgradosdelibertad, capazdemanipularmaterias, piezas,herramientas odispositivos especiales seg untrayectorias tareas variables progra-madaspararealizartareasdiversas.Se incluye en esta denicion la necesidad de que e l robot tenga varios grados de lib-ertad. UnadenicionmascompletaeslaestablecidaporlaAsociacionFrancesadeNormalizacion(AFNOR)quedeneprimeroelmanipuladory,bas andoseendichadenicionelrobot:36Manipulador: mecanismoformadogeneralmenteporelementosenserie,articula-dosentres, destinadoal agarreydesplazamientodeobjetos. Esmultifuncional ypuedesergobernadodirectamenteporunoperadorhumanoomediantedispositivologico.Robot: manipuladorautomaticoservocontrolado,reprogramable,polivalente,ca-paz de posicionar y orientar piezas, utiles o dispositivos especiales, siguiendo trayec-toriavariablesreprogramables, paralaejecuciondetareasvariadas. Normalmentetienelaformadeunoovariosbrazosterminadosenunamu neca. Suunidaddecontrol incluyeundispositivodememoriayocasionalmentedepercepciondel en-torno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cclica, pudiendoseadaptaraotrasincambiospermanentesensumaterialPor ultimo, laFederacionInternacional deRobotica(IFR) distingueentrerobotindustrialdemanipulacionyotrosrobots:Porrobotindustrial demanipulacionseentiendeaunamaquinademanipulacionautomatica, reprogramableymultifuncional contresomasejesquepuedenposi-cionar yorientar materias, piezas, herramientas odispositivos especiales paralaejecuciondetrabajosdiversosenlasdiferentesetapasdelaproduccionindustrial,yaseaenunaposicionjaoenmovimiento.Enestadenicionse debe entender que lareprogramabilidadymultifuncionseconsiguesinmodicacionesfsicasdelrobot. Com unentodaslasdenicionesante-rioreseslaaceptaciondelrobotindustrialcomounbrazomecanicoconcapacidaddemanipulacionyqueincorporauncontrol masomenoscomplejo. Unsistemarobotizado,encambio,esunconceptomasamplio. Englobatodosaquellosdispos-itivosquerealizantareasdeformaautomaticaensustituci ondeunserhumanoyque pueden incorporar o no a uno o varios robots, siendo esto ultimo lo mas frecuente.37Figure29: Robotmanipulador.2.5.2 ClasicacionderobotsindustrialesLamaquinariaparalaautomatizacionrgidadiopasoalrobotconeldesarrollodecontroladoresrapidos, basadosenel microprocesador, as comounempleodeser-vosenbuclecerrado, quepermitenestablecerconexactitudlaposicionreal deloselementos del robot y establecer el error con la posicion deseada. Esta evolucion hadadoorigenaunaseriedetiposderobots,quesecitanacontinuacion:Manipuladores: Sonsistemas mecanicos multifuncionales (veaseFigura29),conunsencillosistemadecontrol, quepermitegobernar el movimientodesuselementos,delossiguientesmodos:Manual: Cuandoeloperariocontroladirectamentelatareadelmanipulador.De secuencia ja: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajopreparadopreviamente.Desecuenciavariable: Sepuedenalteraralgunascaractersticasdelosciclosdetrabajo.Existen muchas operaciones basicas que pueden ser realizadas optimamente medi-antemanipuladores, porloquesedebeconsiderarseriamenteel empleodeestosdispositivos,cuandolasfuncionesdetrabajoseansencillasyrepetitivas.Robots de aprendizaje: Son manipuladores que se limitan a repetir una secuen-cia de movimientos, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso38deuncontroladormanualoundispositivoauxiliar. Enestetipoderobots,elop-erario en la fase de ense nanza, se vale de una pistola de programacion con diversospulsadores o teclas, o bien, de joystics, o bien utiliza un maniqu, o a veces, desplazadirectamentelamanodelrobot.Losrobotsdeaprendizajesonlosmasconocidos,hoyda, enlosambientesindustrialesyel tipodeprogramacionqueincorporan,recibeelnombredegestual.Robots computador: Son manipuladores o sistemas mecanicos multifuncionales,controladosporuncomputador, quehabitualmentesueleserunmicroordenador.En este tipo de robots, el programador no necesita mover realmente el elemento dela maquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computadordisponedeunlenguajeespecico, compuestoporvariasinstruccionesadaptadasal robot, conlasquesepuedeconfeccionarunprogramadeaplicacionutilizandosolo el terminal del computador,no el brazo. A esta programacion se le denominatextualysecreasinlaintervencionconcontrolpordelmanipulador. Las grandesventajas queofrecenestetipoderobots, hacenquesevayanimponiendoenelmercadorapidamente,loque exigelapreparacionurgente de personalcualicado,capazdedesarrollarprogramassimilaresalosdetipoinform atico.Robotsinteligentes: Sonsimilaresalosdel grupoanterior, pero, ademas, soncapacesderelacionarseconel mundoquelesrodeaatravesdesensoresytomardecisiones en tiempo real (auto programable). De momento, son muy poco conoci-dosenelmercadoyseencuentranenfaseexperimental,enlaque seesfuerzanlosgruposinvestigadoresporpotenciarlesyhacerlesmasefectivos, al mismotiempoquemasasequibles. Lavisionarticial,elsonidodemaquinaylainteligenciaar-ticial,sonlascienciasquemasestanestudiandoparasuaplicacionenlosrobotsinteligentes.39Micro-robots: Conneseducacionales, deentretenimientooinvestigacion, ex-istennumerososrobotsdeformacionomicro-robotsaunpreciomuyasequibley,cuyaestructurayfuncionamientosonsimilaresalosdeaplicacionindustrial.PorotrapartelaAFRI,sostienequehaycuatrotiposderobots:1. TipoA:Manipuladorconcontrolmanualotelemando.2. TipoB: Manipulador automaticoconciclos preajustados; regulacionmediantenesdecarreraotopes; control porPLC; accionamientoneum atico, electricoohidraulico.3. TipoC: Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece deconocimientosobresuentorno.4. TipoD: Robotcapazdeadquirirdatosdesuentorno, readaptandosutareaenfunciondeestos.OtraformadeclasicarlosrobotsespropuestaporlaIFR:1. Robotsecuencial2. Robotdetrayectoriacontrolable3. RobotAdaptativo4. RobotManipuladoPor ultimo y con el n de dar una vision del posible futuro, se presentaron en formaclasicada, buena parte de los diversos tipos de robots que se puedan encontrar hoyen da. Todos los robots representados existen en la actualidad, aunque los casos masfuturistasestanenestadodedesarrolloenloscentrosdeinvestigacionderobotica.RobotsdeservicioyteleoperadosEncuantoalosrobotsdeservicio,sepuedendenircomo:Dispositivos o estacionarios, dotados normalmente de uno o varios brazos mecanicosindependientes, controladospor unprogramaordenador yquerealizantareasnoindustrialesdeservicio.40Enestadenicionentraranentreotroslosrobotsdedicadosacuidadosmedicos,educacion, domesticos, uso en ocinas, intervencion en ambientes peligrosos, aplica-ciones aplicaciones submarinas y agricultura. Sin embargo, esta denicion de robotsde servicio excluye los tele espaciales, manipuladores, pues estos no se mueven medi-anteelcontroldeunprogramaordenador,sinoqueestancontroladosdirectamenteporeloperadorhumano.Losrobotsteleoperadossondispositivosroboticosconbrazosmanipuladoresysen-soresconciertogradodemovilidad,controladosremotamenteporunoperadorhu-manodemaneradirectaoatravesdeunordenador. DenidosporlaNASAcomoTelerobots. El dise no de Telerobots y los Grupos de Aplicaciones desarrollan y apli-canlastecnologasparaelfuncionamientodirigidodetelerobotsenelespacioylasaplicacionesterrestres. Lasareasactualesdeinvestigaci onydesarrolloincluyen:ElmanipuladoryelmandodelrobotmovilLasarquitecturasdeltelerobotremotasProcesado,integracion,yfusion,delsistemasensorial.TareasinteractivasqueplaneayejecutaLavisualizaciongracadelasimagenessobrepuestasMultisensor-elmandoequilibrado.Micromecanismos-controlparaeldesplieguedelosinstrumentos2.6 MorfologadelRobotEngeneral,unrobotinteractuaconsuentornotalycomosemuestraenlaFigura210, Acontinuacionse describenlas caractersticas mofologicas mas relevantespropias de los robots y se proporcionan valores concretos de las mismas, para deter-minadosmodelosyaplicaciones.41Figure210: Diagramadebloquedeunrobot.2.6.1 GradosdeLibertadEl numero de grados de libertad que tiene un brazo robot es el numero de magnitudesquepuedenvariarseindependientemente-porlogeneralcoincideconelnumerodearticulaciones moviles- Se necesitan tres grados de libertad para posicionar el efectorterminal dentrodeunentornodetrabajotridimensional. Senecesitanotrostresparadirigir el efector terminal haciacualquier direccion. Enlagura211, semuestraunrobotcon6gradosdelibertadq1, q2, q3, q4, q5yq6, estenumeroeselquegeneralmenteposeeunrobotindustrial.Figure211: Esquemadeunrobotindustrialcon6gradosdelibertad.2.6.2 ZonasdetrabajoydimensionesdelmanipuladorLasdimensionesdeloselementosdel manipulador, juntoalosgradosdelibertad,denenlazonadetrabajodelrobot, caractersticafundamentalenlasfasesdese-leccioneimplantaciondel modeloadecuado. Lazonadetrabajosesubdivideen42areas diferenciadas entres, por laaccesibilidadespecicadel elementoterminal(aprehensoroherramienta), esdiferentealaquepermiteorientarloverticalmenteoconeldeterminadoangulodeinclinacion. Tambienquedarestringidalazonadetrabajoporloslimitesdegiroydesplazamientoqueexistenenlasarticulaciones.2.6.3 CapacidaddecargaEl peso, enkilogramos, quepuedetransportarlagarradel manipuladorrecibeelnombredecapacidaddecarga. Aveces, estedatoloproporcionanlosfabricantes,incluyendoelpesode lapropiagarra. Enmodelosde robotsind ustriales,lacapaci-daddecargadelagarra, puedeoscilardeentre205kg. y0.9Kg. Lacapacidaddecargaesunadelascaractersticasquemassetienenencuentaenlaselecciondeunrobot,seg unlatareaalaquesedestine. Ensoldaduraymecanizadoescom unprecisarcapacidadesdecargasuperioresalos50kg.2.6.4 ProblemasaenfrentarAlgunosaspectosatenerencuentaeneldise noyprogramacionderobotsson:Resolucionel usodesistemasdigitales, yotrosfactoresquesolosonunn umerolimitadodeposicionesqueestandisponibles. As el usuarioajustaamenudolascoordenadasalaposiciondiscretamascercana.Lacinematicaelerrormodelado elmodelode lacinematicadelrobotnoem-pareja al robot exactamente. Como resultado los calculos de angulos de la junturarequeridoscontienenunerrorpeque no.LoserroresdelacalibracionLa posicion determinada durante la calibracionpuede estar apagadaligeramente, mientras se estaproduciendounerror enlaposicioncalculada.Loserroresdelazar - los problemas seincrementanconformeel robot opera.Por ejemplo, friccion, torcimiento estructural, la expansion termica, la repercusion43negativa/lafallaenlastransmisiones, etc. puedencausarlasvariacionesenlaposicion.2.6.5 ExactitudyRepetibilidadExactituddeunpuntoMide la distancia entre la posicion especicada, y laposicionrealdelefectordeextremoderobot.Comoelrobotconsiguellegaralpuntodeseado?Cobramayorimportanciacuandoserealizao-line(programando), porqueseusanlascoordenadasabsolutas.RepetibilidadEsunamedidadel errorovariabilidadal alcanzarrepetidamenteparaunasolaposicion.Comoel movimientodel robotpermitellegaralamismaposicion, conelmismomovimientohechoenocasionesanteriores?Larepetibilidaddepuntoesamenudomaspeque naquelaexactitud.EnlaFigura212si quisieramos mover el efector nal aciertopuntodonde seencuentra la pieza de trabajo, entonces el robot solamente podra acercarse al objetoposicionandose en el punto direccionable mas proximo. En otras palabras, no podracolocarseexactamenteenlaposicionrequerida.Figure 212: Mallade movimientoposible para un robot de dos grados de libertad.2.6.6 ResolucionLaResoluciondepuntoestabasadaenunn umerolimitadodepuntosqueelrobotpuede alcanzar,por ejemplo en la Figura 213 se muestran como los puntos negros.44Estospuntosestantpicamenteseparadosporunmilmetroomenos, dependiendodel tipo de robot. Por ejemplo si un usuario solicitara una posicion como 456.4mm,y el sistema solo puede mover al milmetro mas cercano,456mm,el error resultantedeexactitudesde0.4mm.Figure213: Esquemaparadenirlaresoluciondeunrobotindustrial.LaCinematicadepuntoyerroresdelacalibracionsonbasicamenteel cambioenlospuntosenel espaciodetrabajoqueproducenunerrore(veaseFigura214).Tpicamentelascaractersticastecnicasdel vendedorasumenesacalibracionyloserroresmodeladossoncero.Figure214: Esquemaparavisualizarelerrordeposicion.Lospuntosal azarsonerroresqueimpediranal robotvolveralamismasituacionexactacadatiempo, yestopuedemodelarseconunadistribuciondeprobabilidadnormalsobrecadapunto.452.6.7 PrecisionenlarepetibilidadEsta magnitud establece el grado de exactitud en la repeticion de los movimientos deunmanipuladoralrealizarunatareaprogramada. Dependiendodeltrabajoquesedebarealizar,laprecisionenlarepetibilidaddelosmovimientosesmayoromenor.Asporejemplo,enlaboresdeensamblajedepiezas,dichacaractersticahadesermenora+-0.1mm. Ensoldadura,pinturaymanipulaciondepiezas,laprecisionenla repetibilidad esta comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado,laprecisionhadesermenorde1mm.2.6.8 LaresoluciondelmandoLa resolucion espacial es el incremento mas peque no de movimiento en que el robotpuede dividir su volumen de trabajo. La resolucion espacial depende de dos factores:los sistemas que controlan la resolucion y las inexactitudes mecanicas de los robots.Controldelaresolucion es determinado por el sistema de mando de posicion delrobot y su sistema de medida de regeneracion. Es la habilidad de los controladores dedividir el rango total de movimiento en incrementos individuales que pueden dirigirseen el controlador. Los incrementos a veces son llamados el direccionamiento parteestodepende de lacapacidadde almacenamientoenlamemoriade mando. Eln umerodeincrementosseparados, identicablesparaunejeparticularsemuestraen(2.2):#incrementos= 2n(2.1)Porejemplo-Paraunrobotcon8bits, laresoluciondemandodeextremopuededividirunrangodelmovimientoen256posicionesdiscretas.2.6.9 VelocidadEnmuchasocasiones, aumentaextraordinariamenteel rendimientodel robot, porloqueestamagnitudsevaloraconsiderablementeenunavelocidadladeelecciontrabajoelevada, del mismo. Entareasdesoldaduraymanipulaciondepiezases46muyaconsejablequelavelocidaddetrabajoseaalta. Enpintura, mecanizadoyensamblaje,lavelocidaddebesermediaeinclusobaja2.6.10 CoordenadasdelosmovimientosLaestructuradel manipuladorylarelacionentresuselementosproporcionanunaconguracion mecanica, que da origen al establecimiento de los parametros que hayque conocer para denir la posicion y orientacion del elemento terminal. Fundamen-talmente, existen cuatro estructuras clasicas en los manipuladores, que se relacionancon los correspondientes modelos de coordenadas (vease Figura 215), en el espacioyquesecitanacontinuacion:CartesianasCilindricasPolaresAngularesFigure215: Conguracionesbasicasycoordenadas.472.6.11 BrazosdelrobotTiposdejunturaslostiposdejunturasbasicossemuestranenlaFigura216Figure216: Tiposdejunturasusadas.TiposdeactuadoresLos elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser,seg unlaenergaqueconsuman, detipohidraulico, neumaticooelectrico. Losac-tuadoresdetipohidraulicosedestinanatareasquerequierenunagranpotenciaygrandescapacidadesdecarga. Dadoeltipodeenergaqueemplean,seconstruyenconmecanicadeprecisionysucosteeselevado. Losrobotshidraulicos,sedise nanformandounconjuntocompactoconformadopor lacentral hidraulica, lacabinaelectronicadecontrolyelbrazodelmanipulador.Laenerganeumaticadotaasusactuadoresdeunagranvelocidadderespuesta,junto a un bajo coste, pero su empleo esta siendo sustituido por elementos electricos.Losmotoreselectricos, quecubrenlagamademediaybajapotencia, acaparanelcampodelaRobotica, porsugranprecisionenel control desumovimientoylas48ventajasinherentesalaenergaelectricaqueconsumen.2.6.12 ProgramabilidadLa inclusion del controlador de tipo microelectronico en los robots industriales, per-mitelaprogramaciondel robot demuydiversas formas. Engeneral, los moder-nossistemasderobotsadmitenlaprogramacionmanual, medianteunmodulodeprogramacion. Laprogramaciongestual ytextual, controlandiversosaspectosdelfuncionamientodelmanipulador:ControldelavelocidadylaaceleracionSaltosdeprogramacondicionalesTemporizacionesypausasEdicion,modicacion,depuracionyampliaciondeprogramasFuncionesdeseguridadFuncionesdesincronizacionconotrasmaquinas.UsodelenguajesespeccosdeRobotica2.6.13 EstructuramecanicadeunrobotUnrobotestaformadoporlossiguienteselementos: estructuramecanica,transmi-siones,sistemadeaccionamiento,sistemasensorial,sistemadecontrolyelementosterminales. Aunquelos elementos empleados enlos robots nosonexclusivos deestos(maquinasherramientasyotrasmuchasmaquinasempleantecnologasseme-jantes),lasaltasprestacionesqueseexigenalosrobotshanmotivadoqueenellosseempleenelementosconcaractersticasespecicas. Mecanicamente,unrobotestaformado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones (jun-turas)quepermitenunmovimientorelativoentrecadadoseslabonesconsecutivos.Laconstitucionfsicade lamayor partede los robots industriales guardaciertasimilitudconlaanatomadel brazohumano, porloqueenocasiones, parahacer49referenciaalosdistintoselementosquecomponenelrobot,seusanterminoscomocuerpo,brazo,codoymu neca(veaseFigura217).Figure217: Analogiaentreunbrazohumanoyunorobotico.El empleodediferentes combinaciones dearticulaciones enunrobot, dalugar adiferentesconguraciones, concaractersticasatenerencuentatantoenel dise noyconstrucciondelrobotcomoensuaplicacion. Lascombinacionesmasfrecuentesson con tres articulaciones y que son las mas importantes a la hora de posicionar suextremoenunpuntoenelespacio.Puestoqueparaposicionaryorientaruncuerpodecualquiermaneraenelespacioson necesarios seis parametros, tres para denir la posicion y tres para la orientacion,si sepretendequeunrobot posicione yoriente suextremo(yconel lapiezaoherramientamanipulada) decualquier modoenel espacio, seprecisaraal menosseis grados delibertad. Enlapractica, apesar deser necesarios los seis gradosdelibertadcomentados paratener total libertadenel posicionadoyorientaciondel extremodel robot, muchosrobotsindustrialescuentanconsolocuatroocincogrados delibertad, por ser estos sucientes parallevar acabolas tareas que seencomiendan.Existen tambien casos opuestos, en los que se precisan mas de seis grados de libertadparaqueel robot puedatener accesoatodos los puntos desuentorno. As, sisetrabajaenunentornoconobstaculos, el dotar al robot degrados delibertad50adicionales lepermitiraacceder aposiciones yorientaciones desuextremoalasque, comoconsecuenciadelosobstaculos, nohubieranllegadoconseisgradosdelibertad. Otra situacion frecuente es dotar al robot de un grado de libertad adicionalquelepermitadesplazarsealolargodeuncarrilaumentandoaselvolumendesuespaciodetrabajo.Cuandoelnumerodegradosdelibertaddelrobotesmayorquelosnecesariospararealizarunadeterminadatareasedicenqueelrobotesredundante.LoseslabonesyJunturas-losEslabonessonlosmiembrosestructuralessolidosdeunrobot,ylasjunturassonlosacoplamientosmoviblesentreellos.TCPEl PuntodeCentrodeherramienta(TCP)comoenlaFigura218, localizaenelrobotlaherramienta. Tpicamenteel TCPseusaal referirsealaposiciondelosrobots, as comoel puntofocal delaherramienta. (Por ejemploel TCPpodraestarenlapuntadeunaantorchadelasoldadura)El TCPpuedeespecicarseenelcartesiano,cilndrico,esferico,etc.,coordenadasquedependendelrobot.Figure218: Puntodecentrodelaherramienta.ElespaciodetrabajoEl robottiendeatenerunageometraja, ylimitada. El espaciodetrabajoesellmite de posiciones en espacio que el robot puede alcanzar. Para un robot cartesianocomounagr uamostradaenlaFigura219losespaciosdetrabajopodranserun51cuadrado, paralosrobotsmassosticadoslosespaciospodranserdeunaformaesferica.Figure219: Espaciodetrabajo.Lavelocidadse reere a la velocidad maxima que es lograble por el TCP, o por las junturas indi-viduales. Este n umero no es exacto en la mayora de los robots, y variara encima delespacio de trabajo como la geometra del robot cambia (y de los efectos dinamicos).Lacarga utilLa carga util indica la masa maxima que el robot puede alcanzar antes de cualquierfracaso de los robots, o perdida dramatica de exactitud. Es posible exceder la carga util maxima, y todava tiene el robot, que operar, pero esto no se aconseja. Cuandoel robot estaacelerandorapidamente, lacarga util debeestar menos delamasamaxima. Esto es afectado por la habilidad de agarrar la parte rmemente, as comolaestructuradel robot, yel actuador. El extremodebrazoal laborar conher-ramientadebeserconsideradopartedelacarga util.TiempodeestablecimientoDurante un movimiento, el robot se mueve rapidamente, pero como los acercamien-tos del robot la posicion nal se reduce la velocidad, y los acercamientos. El tiempo52deestablecimientoesel tiemporequeridoparael robot, paraestardentrodeunadistanciadadadela ultimaposicion.2.6.14 TransmisionesyreductoresLastransmisionessonloselementosencargadosdetransmitirelmovimientodesdelosactuadoreshastalasarticulaciones. Seincluiranjuntoconlastransmisionesalos reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuadoralosvaloresadecuadosparaelmovimientodeloselementosdelrobot.TransmisionesLas transmisiones (vease Figura 220 y 221)son los elementos encargados de trans-mitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Se incluiran juntoconlastransmisionesalosreductores,encargadosdeadaptarelparylavelocidadde la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementosdelrobot. Transmisiones. Dadoqueunrobotmuevesuextremoconaceleracioneselevadas, esdegranimportanciareduciral maximosumomentodeinercia. Delmismomodo,losparesestaticosquedebenvencerlosactuadoresdependendirecta-mentedeladistanciadelasmasasal actuador. Porestosmotivosseprocuraquelos actuadores, por logeneral pesados, estenlomas cercaposibledelabasedelrobot. Estacircunstanciaobligaautilizarsistemasdetransmisionquetrasladenelmovimientohastalasarticulaciones,especialmentealassituadasenelextremodelrobot.As mismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circu-lar en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario. Existen actualmenteen el mercado robots industriales con acoplamiento directo entre accionamiento y ar-ticulacion. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de la generalidad queenlosrobotsindustrialesactualessuponelaexistenciadesistemasdetransmision53juntoconreductoresparael acoplamientoentreactuadoresyarticulacionesEsdeesperar que un buen sistema de transmision cumpla con una serie de caractersticasbasicas: debeteneruntama noypesoreducido,sehadeevitarquepresentejuegosuholgurasconsiderablesysedebenbuscartransmisionescongranrendimiento.Figure220: Tiposdetransmisiones.Figure221: EngranajesCircular-Circular.Las transmisiones mas habituales son aquellas que cuentan con movimiento circulartantoalaentradacomoalasalida. Incluidasen estasseencuentranlosengranajes(veaseFigura221),lascorreasdentadasylascadenas.ReductoresEn cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, s existen determi-nados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe54aquealosreductoresutilizadosenroboticaselesexigenunascondicionesdefun-cionamientomuyrestrictivas. Laexigenciadeestascaractersticasvienemotivadaporlasaltasprestacionesqueselepidenalrobotencuantoaprecisionyvelocidaddeposicionamiento. LaFigura222muestravalorestpicosdelosreductorespararoboticaactualmenteempleados.Figure222: Caracteristicasdelosreductores.Se buscanreductores de bajopeso, reducidotama no, bajorozamientoyque almismotiemposeancapacesderealizarunareduccionelevadadevelocidadenun unico paso. Se tiende tambien a minimizar su momento de inercia, de negativa inu-encia en el funcionamiento del motor, especialmente crtico en el caso de motores debajainercia. Losreductores, pormotivosdedise no, tienenunavelocidadmaximaadmisible, quecomoreglageneralaumentaamedidaquedisminuyeeltama nodelmotor. Tambien existe una limitacion en cuanto al par de entrada nominal permisi-ble (T2) que depende del par de entrada (T1) y de la relacion de transmision a travesdelarelacion:T2= T1_21_(2.2)Donde el rendimiento, , puede llegar a ser cerca del 100%, y la relacion de reduccionde velocidades (1= velocidad de entrada;2= velocidad de salida) vara entre 5055y300.Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos,que implican continuos arranques yparadas,esdegranimportanciaquelereductorseacapazdesoportarpareseleva-dos puntuales. Tambien se busca que el juego angular sea lo menor posible.Este sedenecomoelanguloquegiraalejedesalidacuandosecambiasusentidodegirosin que llegue a girar al eje de entrada. Por ultimo, es importante que los reductorespara robotica posean una rigidez torsional, denida como el par que hay que aplicarsobreelejedesalidaparaque,manteniendobloqueadoeldeentrada,aquelgireunangulounidad.2.6.15 ActuadoresLos actuadores tienen como mision generar el movimiento de los elementos del robotseg unlas ordenes dadas por launidadde control. Se clasicanentres grandesgrupos,seg unlaenergaqueutilizan:HidraulicosNeumaticosElectricosLos actuadores neumaticos utilizanel airecomprimidocomofuentedeenergayson muy indicados en el control de movimientos rapidos, pero de precision limitada.Los motores hidraulicos sonrecomendables enlos manipuladores quetienenunagrancapacidaddecarga,juntoaunaprecisaregulaciondevelocidad. Losmotoreselectricossonlosmasutilizados, porsufacil yprecisocontrol, as comoporotraspropiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del em-pleodelaenergaelectrica.56Cada uno de estos sistemas presenta caractersticas diferentes, siendo preciso evalu-arlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador mas conveniente. Las caractersticasaconsiderarson,entreotras:PotenciaControlabilidadPesoVolumenPrecisionVelocidadMantenimientoCosto2.6.16 NeumaticosEn ellos la fuente de energa es aire a presion entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos deactuadoresneumaticos:Cilindros El movimiento se consigue con el desplazamiento de un embolo encerradoen un cilindro como consecuencia de la diferencia de presion a ambos lados de aquel.Loscilindrosneumaticospuedenserdesimpleodedobleefecto. Enlosprimeros,el embolo se desplaza en un sentido como resultado del empuje ejercido por el aire apresion, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto deun muelle (que recupera al embolo a su posicion en reposo) vease Figura 223. Enlos cilindros de doble efecto el aire a presion es el encargado de empujar al emboloenlasdosdirecciones, al poderserintroducidodeformaarbitrariaencualquieradelasdoscamaras. Normalmente, conloscilindrosneumaticossolosepersigueunposicionamientoenlosextremosdelmismoynounposicionamientocontinuo.Esto ultimosepuedeconseguirconunavalvuladedistribucion(generalmentedeaccionamientodirecto)quecanalizael aireapresionhaciaunadelasdoscarasdel emboloalternativamente. Existen, noobstante, sistemasdeposicionamiento57continuo de accionamiento neumatico,aunque debido a su coste y calidad todavanoresultancompetitivos.Motores (veaseFigura224). El movimientoderotaciondeunejeseconsiguemedianteaireapresion. Losdostiposmasutilizadossonlosmotoresdealetasrotativasylosmotoresdepistonesaxiales. Losmotoresdepistonesaxialestienenunejedegirosolidarioauntamborqueseveobligadoagirarentelasfuerzasque ejercen varios cilindros,que se apoyan sobre un plano inclinado. Otro metodocom unmas sencillodeobtener movimientos derotacionapartir deactuadoresneumaticos,sebasaenelempleodecilindroscuyoemboloseencuentraacopladoaunsistemadepi non-cremallera.En general y debido a la compresibilidad del aire, los actuadores neumaticos no con-siguen una buena precision de posicionamiento. Sin embargo, su sencillez y robustezhacen adecuado su uso en aquellos casos en los que sea suciente un posicionamientoen dos situaciones diferentes (todo o nada). Por ejemplo,son utilizados en manipu-ladores sencillos, en apertura y cierre de pinzas o en determinadas articulaciones dealg unrobot. Siempredebetenerseencuentaqueelempleodeunrobotconalg untipodeaccionamientoneumaticodeberadisponerdeunainstalaciondeairecom-primido, incluyendo: compresor, sistema de distribucion (tuberas, electro valvulas),ltros,secadores,etc. Noobstante,estasinstalacionesneumaticassonfrecuentesyexistenenmuchasdelasfabricasdondesedaciertogradodeautomatizacion.Figure223: Cilindroneumatico.58Figure224: Motorneumaticodepaleta.2.6.17 HidraulicosEstetipodeactuadoresnosediferenciamuchodelosneumaticos. Enellos,envezdeaireseutilizanaceitesmineralesaunapresioncomprendidanormalmenteentrelos50y100bar,llegandoseenocasionesasuperar los300bar. Existen,comoenelcasodelosneumaticos, actuadoresdel tipocilindroydel tipomotoresdealetasypistones.Sinembargo, las caractersticas del uidoutilizadoenlos actuadores hidraulicosmarcanciertasdiferenciasconlosneumaticos. Enprimerlugar, el gradodecom-presibilidad de los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo quelaprecisionobtenidaenestecasoesmayor. Pormotivossimilares, esmasfacilenellosrealizaruncontrol continuo, pudiendoposicionarsuejeentodounintervalodevalores(haciendousodel servocontrol)connotableprecision. Ademas, lasele-vadas presiones de trabajo, diez veces superiores a las de los actuadores neumaticos,permitendesarrollarelevadasfuerzasypares.Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estaticas.Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presionejercidasobreunasupercie, sinaportedeenerga(paramover el embolodeuncilindro sera preciso vaciar este de aceite). Tambien es destacable su eleva capacidadde carga y relacion potencia-peso, as como sus caractersticas de auto lubricacion yrobustez.59Frenteaestas ventajas existenciertos inconvenientes. Por ejemplo, las elevadaspresionesalasquesetrabajapropicianlaexistenciadefugasdeaceitealolargodelainstalacion. Asimismo, estainstalacionesmascomplicadaquelanecesariaparalosactuadoresneumaticosymuchomasqueparaloselectricos, necesitandodeequiposdeltradodepartculas,eliminaciondeaire,sistemasderefrigeracionyunidadesdecontroldedistribucion.Los accionamientos hidraulicos se usan con frecuencia en aquellos robots que debenmanejargrandescargas(de70a205kg).2.6.18 ElectricosLascaractersticasdecontrol, sencillezyprecisiondelosaccionamientoselectricoshanhechoqueseanlosmasusadosenlosrobotsindustrialesactuales.Dentrodelosactuadoreselectricospuedendistinguirsetrestiposdiferentes:Motoresdecorrientecontinua(DC).ServomotoresMotorespasoapasoMotoresdecorrientealterna(AC)MotoresdecorrientecontinuaSonlos mas usados enlaactualidaddebidoasufacilidadde control. Enestecaso, se utilizaenel propiomotor unsensor de posicion(Encoder) parapoderrealizar sucontrol. Los motores de DC(vease Figura225) estanconstituidospor dos devanados internos, inductor einducido, quesealimentanconcorrientecontinua: El inductor, tambien denominado devanado de excitacion, esta situado enelestatorycreauncampomagneticodedireccionja, denominadoexcitacion. Elinducido, situado en el rotor,hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz queaparececomocombinaciondelacorrientecirculanteporelydelcampomagneticodeexcitacion. Recibelacorrientedelexterioratravesdelcolectordedelgas,enelqueseapoyanunasescobillasdegrato.60Figure225: MotorDC.Para que se pueda dar la conversion de energa electrica en energa mecanica de formacontinua es necesario que los campos magneticos del estator y del rotor (vease Figura226) permanezcan estaticos entre s. Esta transformacion es m axima cuando amboscamposseencuentranencuadratura.Figure226: MotorDCvistaderotoryestator.Al aumentar la tension del inducido aumenta la velocidad de la maquina. Si el motorestaalimentadoatensionconstante,sepuedeaumentarlavelocidaddisminuyendoel ujodeexcitacion. Perocuantomasdebil seael ujo, menorserael parmotorque se puede desarrollar para una intensidad de inducido constante, mientras que latensiondelinducidoseutilizaparacontrolarlavelocidaddegiro.Enloscontroladospor excitacionseact uaal contrario. Ademas, enlosmotorescontroladosporinducidoseproduceunefectoestabilizadordelavelocidaddegiro61originado por la realimentacion intrnseca que posee a traves de la fuerza contraelec-tromotriz. Porestosmotivos, delosdostiposdemotoresDCesel controladoporinducidoelqueseusaenelaccionamientoconrobots.Paramejorarelcomportamientodeestetipodemotores,elcampodeexcitacionsegenera mediante imanes permanentes, con lo que se evitan uctuaciones del mismo.Estos imanes sonde aleaciones especiales comosumario-cobalto. Ademas, paradisminuir la inercia que poseera un rotor bobinado, que es el inducido, se construyeeste mediante una serie de espiras serigraadas en un disco plano, este tipo de rotornoposeeapenasmasatermica,loqueaumentalosproblemasdecalentamientoporsobrecarga.Comosehaindicado, losmotoresDCsoncontroladosmediantereferenciasdeve-locidad.Estasnormalmentesonseguidasmedianteunbuclederetroalimentacionde velocidad analogica que se cierra mediante una electronica especca (accionadordelmotor). Sedenominanentoncesservomotores.Motorespasoapaso.A diferencia de los Motores-CC que giran a todo lo que dan cuando son conectados ala fuente de alimentacion, los Motores-PaP solamente giran un angulo determinado,los primeros solo disponen de dos terminales de conexion, mientras los otros puedentener4, 5o6, seg unel tipodemotorquesetrate, porotroladolosmotoresdecorrientecontinuanopuedenquedarenclavadosenunasolaposicion, mientraslosmotorespasoapasos.Los motores paso a paso son com unmente utilizados en situaciones en que se requiereunciertogradodeprecision, El angulodegirodeestos motores es muyvariadopasandodesdelos90ohastalos1.8oeincluso0.72o,cadaangulodegiro,(tambienllamadopaso)seefect uaenviandounpulsoenunodesusterminales, esdecirqueporejemploenmotoresquetienen90odegiroporpaso, serequiere4pulsospara62darunavueltacompleta, mientrasqueenlosde1,8osenecesitan200pulsos, yenlosotrossonnecesarios500.LosMotores-PaPsuelenserclasicadosendostipos,seg unsudise noyfabricacionpuedenserBipolaresoUnipolarescomosepuedeapreciarenlaFigura227Figure227: MotorespasoapasoMientras los unipolares disponen de dos bobinas independientes los Bipolares parecierantener 4 debido al terminal central que es el com un de cada par de bobinas. Su prin-cipal ventajaconrespectoalos servomotores tradicionales es sucapacidadparaasegurarunposicionamientosimpleyexacto. Puedengirarademasdeformacon-tinua, convelocidadvariable, comomotoressncronos, sersincronizadosentres,obedecerasecuenciascomplejasdefuncionamiento,etc. Setrataalmismotiempodemotoresmuyligeros, ables, yfacilesdecontrolar puesal ser cadaestadodeexcitaciondelestatorestable,elcontrolserealizaenbucleabierto,sinlanecesidaddesensoresderealimentacion. Entrelosinconvenientessepuedecitarquesufun-cionamientoabajasvelocidadesnoessuave, yqueexisteel peligrodeperdidadeunaposicionportrabajarenbucleabierto. Tiendenasobrecalentarsetrabajandoavelocidades elevadas ypresentanunlimiteenel tama noquepuedenalcanzar.Seempleanparael posicionadodeejesquenoprecisangrandespotencias(girodepinza) o para robots peque nos (educacionales ); Tambien son muy utilizados en dis-positivosperifericosdelrobot,comomesasdecoordenadas.63MotoresdecorrientealternaEstetipodemotoresnohatenidoaplicacionenlaroboticahastahaceunosa nos,debidofundamentalmentealadicultaddesucontrol. Sinembargo