Projecte 27: Estudio de la morfología de robots de la casa japonesa

1. Morfología de los robots industriales.

1.1. Introducción a la morfología de los robots. La morfología es un concepto importante porque la forma y estructura de los robots condicionan en gran manera su funcionamiento y prestaciones así como su campo de aplicación. En el siguiente esquema podremos observar una sistematización de conceptos ligados con el factor morfología. Se puede observar que se contempla la morfología del robot en su conjunto – arquitectura – y en la de sus subsistemas constituyentes.

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1.1.1. Arquitectura. La arquitectura, definida por el tipo de configuración general del robot, puede ser fija o metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales – cambio de la herramienta o de la garra -, hasta los más complejos – cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica de robot, tal y como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismo que resista un análisis crítico riguroso. Como se puede observar en la tabla anterior podemos subdividir los robots, atendiendo a su arquitectura en cinco grupos: poliarticulados, móviles, androides, zoomórficos e híbridos. Poliarticulados. Bajo esta denominación agrupamos robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios – aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados – y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad. En este grupo se hallan los manipuladores, los robots industriales clásicos, los robots tipos pórtico, los robots repartidos y algunos robots de manutención, entre otros.

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Móviles. Los móviles son robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas de concepción diversa y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante o rulante. Siguen su camino por telemando o guiándose con la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Androides. Los androides son robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma – antropomorfismo – y el comportamiento cinemático del ser humano. Zoomórficos. Este tipo de robots, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluirse también a los androides, constituyen una amplia clase caracterizada fundamentalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los de diversos seres vivos. Híbridos. Los robots de arquitectura híbrida corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa a caballo de las ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas, desarrollado en una universidad japonesa, participa al mismo tiempo de los atributos de los robots móviles y de los robots zoomórficos. 1.1.2. Subsistemas. Para completar la visión sistematizada de la morfología de los robots – una vez contempla su configuración global o arquitectura – es conveniente considerar los dos grupos de subsistemas que reúnen a todos sus componentes estructurales y funcionales. Los subsistemas estructurales son el cuerpo, los brazos, el sistema locomotor y los elementos terminales. Con una combinación de los mismos se puede configurar cualquier tipo de robot desde el punto de vista de su “esqueleto” mecánico. Los subsistemas funcionales están constituidos por las unidades operativas que “animan” al robot, dotándole de movimiento, de percepción y de capacidad de actuación o “inteligencia”. Son el sistema de accionamiento, el sistema sensorial y el sistema de control.

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1.2. Morfología de los robots industriales. 1.2.1. Estructura mecánica de los robots industriales. A continuación se describen las características mecánicas más relevantes propias de los robots industriales y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones.

1.2.1.1. Grados de libertad. Son los parámetros que se precisan para determinar la posición y la orientación del elemento terminal del manipulador. También se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos básicos (giratorios y de desplazamiento) independientes. En la imagen se muestra el esquema de un robot de estructura moderna con 6 grados de libertad; tres de ellos determinan la posición en el espacio del aprehensor (q1, q2 y q3) y los otros 3, la orientación del mismo (q4, q5 y q6).

Ejemplo robot con 6 grados de libertad.

Un mayor número de grados de libertad conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requieren 6 grados de libertad, como las de la soldadura, mecanizado y paletización, otras más complejas reciben un numero mayor, tal es el caso en las labores de montaje. Tareas más sencillas y con movimientos mas limitados, como las de la pintura y paletizacion, suelen exigir 4 o 5 grados de libertad. 1.2.1.2. Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador. Las dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de libertad, definen la zona de trabajo del robot, característica fundamental en las fases de selección e implantación del modelo adecuado. La zona de trabajo se subdivide en áreas diferenciadas entre sí, por la accesibilidad especifica del elemento terminal (aprehensor o herramienta), es diferente a la que permite orientarlo verticalmente o con el determinado ángulo de inclinación. También queda restringida la zona de trabajo por los límites de giro y desplazamiento que existen en las articulaciones. 1.2.1.3. Capacidad de carga. El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de la propia garra. En modelos de robots indústriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección de un robot, según la tarea a la que se destine. En soldadura y mecanizado es común precisar capacidades de carga superiores a los 50kg.

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1.2.1.4. Exactitud y Repetibilidad. · Las funciones de la exactitud, o precisión, y la repetibilidad

1. - La resolución - el uso de sistemas digitales, y otros factores que sólo son un número limitado de posiciones que están disponibles. Así el usuario ajusta a menudo las coordenadas a la posición discreta más cercana.

2. - La cinemática el error modelado - el modelo de la cinemática del robot no empareja al robot exactamente. Como resultado los cálculos de ángulos de la juntura requeridos contienen un error pequeño.

3. - Los errores de la calibración - La posición determinada durante la calibración puede estar apagada ligeramente, mientras se esta produciendo un error en la posición calculada.

4. - Los errores del azar - los problemas se levantan conforme el robot opera. Por ejemplo, fricción, torcimiento estructural, la expansión termal, la repercusión negativa / la falla en las transmisiones, etc. pueden causar las variaciones en la posición.

La Exactitud de punto:

1. · "Cómo el robot consigue al punto deseado" 2. · Esto mide la distancia entre la posición especificada, y la posición real del efector de extremo de

robot. 3. La Exactitud de punto es más importante al realizar fuera de la línea programando, porque se usan

las coordenadas absolutas. · Repetibilidad:

1. · "Cómo el movimiento del robot es a la misma posición como el mismo movimiento hecho antes" 2. · Una medida del error o variabilidad al alcanzar repetidamente para una sola posición. 3. · Éste sólo es el resultado de errores del azar 4. La repetibilidad de punto es a menudo más pequeña que la exactitud.

La Resolución de punto esta basada en un número limitado de puntos que el robot puede alcanzar para éstos se muestran aquí como los puntos negros. Estos puntos están típicamente separados por un milímetro o menos, dependiendo del tipo de robot. Esto es más complicado por el hecho que el usuario podría pedir una posición como 456.4mm, y el sistema sólo puede mover al milímetro más cercano, 456mm, éste es el error de exactitud de 0.4mm. 1.2.1.5. Precisión en la repetibilidad. Esta magnitud establece el grado de exactitud en la repetición de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada. Dependiendo del trabajo que se deba realizar, la precisión en la repetibilidad de los movimientos es mayor o menor. Así por ejemplo, en labores de ensamblaje de piezas, dicha característica ha de ser menor a ±0.1mm. En soldadura, pintura y manipulación de piezas, la precisión en la repetibilidad está comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado, la precisión ha de ser menor de 1mm. 1.2.1.6. Velocidad. En muchas ocasiones, una velocidad de trabajo elevada, aumenta extraordinariamente el rendimiento del robot, por lo que esta magnitud se valora considerablemente en la elección del mismo. En tareas de soldadura y manipulación de piezas es muy aconsejable que la velocidad de trabajo sea alta. En pintura, mecanizado y ensamblaje, la velocidad debe ser media e incluso baja.

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1.2.1.7. Tipos de articulaciones.

ferencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan

stran en la figura anterior, aunque

laciones del robot, que son las más portantes a la hora de posicionar su extremo en un punto del espacio.

.2.1.8. Coordenadas de los movimientos.

an con los correspondientes modelos de coordenadas, en el spacio y que se citan a continuación:

b) Cilíndrica ( 2 desplazamientos y 1 giro )

Esférica o rótula Planar Tornillo ( 3 GDL ) ( 2 GDL ) ( 1 GDL )

Prismática ca ( 1 GDL )

Cilíndri ( 2 GDL )

Rotación ( 1 GDL )

Mecánicamente, un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer retérminos como cuerpo, codo y muñeca. El movimiento de cada articulación puede ser de desplazamiento, de giro, o una combinación de ambos. De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulación que se mueen la práctica, en los robots sólo se emplean la de rotación y la prismática. El empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, da lugar a diferentes configuraciones, con características a tener en cuenta tanto en el diseño y construcción del robot como en su aplicación. Las combinaciones más frecuentes con las denominadas configuraciones clásicas, las cuales veremos en el siguiente punto, donde se atiende únicamente a las tres primeras articuim 1 La estructura del manipulador y la relación entre sus elementos proporcionan una configuración mecánica, que da origen al establecimiento de los parámetros que hay que conocer para definir la posición y orientación del elemento terminal. Fundamentalmente, existen cuatro estructuras clásicas en los manipuladores, que se relacione a) Cartesiana ( 3 desplazamientos )

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c) Polar ( 1 desplazamiento y 2 giros ) d) Angular ( 3 giros )

Mención especial debe tener la configuración SCARA, aún no siendo una de las configuraciones clásicas, es una de las configuraciones más utilizadas en la industria.

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Como se puede observar, la configuración SCARA, al igual que la configuración polar, consta de 1 desplazamiento y dos giros. Estas dos configuraciones se diferencian en los pares cinemáticos.

Vista en planta de un robot con configuración SCARA

1.2.1.9. Tipo de actuadores. Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser, según la energía que consuman, de tipo hidráulico, neumático o eléctrico. Los actuadores de tipo hidráulico se destinan a tareas que requieren una gran potencia y grandes capacidades de carga. Dado el tipo de energía que emplean, se construyen con mecánica de precisión y su coste es elevado. Los robots hidráulicos, se diseñan formando un conjunto compacto la central hidráulica, la cabina electrónica de control y el brazo del manipulador. La energía neumática dota a sus actuadores de una gran velocidad de respuesta, junto a un bajo coste, pero su empleo esta siendo sustituido por elementos eléctricos. Los motores eléctricos, que cubren la gama de media y baja potencia, acaparan el campo de la Robótica, por su gran precisión en el control de su movimiento y las ventajas inherentes a la energía eléctrica que consumen. 1.2.1.10. Programabilidad. La inclusión del controlador de tipo microelectrónica en los robots industriales, permite la programación del robot de muy diversas formas.

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1.2.2. Transmisiones y reductores. Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Se incluirán junto con las transmisiones a los reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. 1.2.2.1. Transmisiones. Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estén lo más cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, por lo que en ocasiones puede ser necesario. Existen actualmente en el mercado robots industriales con acoplamiento directo entre accionamiento y articulación, ventajosos. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de la generalidad que en los robots industriales actuales supone la existencia de sistemas de transmisión junto con reductores para el acoplamiento entre actuadores y articulaciones. Un buen sistema de transmisión tiene que cumplir una serie de características básica, como el tener un tamaño y peso reducido, se ha de evitar que presente juegos u holguras considerables y se deben buscar transmisiones con gran rendimiento. A continuación se adjunta una tabla en la cual aparecen los sistemas de transmisión usados con más frecuencia, clasificados en base al tipo de movimiento posible en la entrada y la salida: lineal o circular, y explicando algunas de sus ventajas y de sus inconvenientes. Es muy importante que el sistema de transmisión a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda introducir. También hay que tener en cuenta que el sistema de transmisión sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado, y a ser posible entre grandes distancias. Las transmisiones más habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a la entrada como a la salida, entre las que incluimos los engranajes, las correas dentadas y las cadenas. Sistemas de transmisión para robots. Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconvenientes

Circular-Circular

Engranaje Correa dentadaCadena Paralelogramo Cable

Pares altosDistancia grandeDistancia grande- -

Holguras - Ruido Giro limitado Deformabilidad

Circular-Lineal Tornillo sin finCremallera

Poca holguraHolgura media

Rozamiento Rozamiento

Lineal-Circular Paral,articulado Cremallera

- Holgura media

Control difícil Rozamiento

1.2.2.2. Reductores. En los reductores, al contrario que con las transmisiones, existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robótica se les exige unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas, las cuales viene motivadas por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisión y velocidad de posicionamiento. En la siguiente tabla se pueden observar los valores típicos de los reductores para robótica actualmente empleados.

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Características de los reductores para robótica. Características Valores típicos Relación de reducción Peso y tamaño Momento de inercia Velocidades de entrada máxima Par de salida nominal Par de salida máximo Juego angular Rigidez torsional Rendimiento

50 / 300 .1 / 30kg .0001kg m² 6000 / 7000 rpm 5700Nm 7900Nm 0-2" 100 / 2000 Nm/rad 85% / 98%

Los reductores interesan que tengan bajo peso, reducido tamaño, bajo rozamiento y que al mismo tiempo sean capaces de realizar un reducción elevada de velocidad en un único paso. Se tiende también a minimizar su momento de inercia, de negativa influencia en el funcionamiento del motor, especialmente crítico en el caso de motores de baja inercia. Los reductores, por motivos de diseño, tienen una velocidad máxima de entrada admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamaño del motor. También existe una limitación en cuanto al par de salida nominal permisible (T2) que depende del par de entrada (T1) y de la relación de transmisión a través de la relación:

T2 = η T1 (w1 / w2) donde el rendimiento (η) puede llegar a ser cerca del 100 % y la relación de reducción de velocidades (w1= velocidad de entrada; w2= velocidad de salida) varía entre 50 y 300. 1.2.2.3. Accionamiento directo. En los robots que poseen accionamiento directo, el eje del actuador conecta directamente a la carga o articulación, sin la utilización de un reductor intermedio. Este término suele utilizarse exclusivamente para robots con accionamiento eléctrico. Este tipo de accionamiento aparece a raíz de la necesidad de utilizar robots en aplicaciones que exigen combinar gran precisión con alta velocidad. Los efectos negativos que introducen los reductores impiden alcanzar los valores de precisión y velocidad requeridos. Las principales ventajas que se derivan de la utilización de accionamiento directo son las siguientes: • Posicionamiento rápido y preciso, pues se evitan los rozamientos y juegos de las transmisiones y

reductores. • Aumento de las posibilidades de controlabilidad del sistema a costa de una mayor complejidad. • Simplificación del sistema mecánico al eliminarse el reductor. El principal problema que hay para l aplicación práctica de un accionamiento directo radica en el motor a emplear, el cual debe proporcionar un par elevado a bajas revoluciones manteniendo la máxima rigidez posible. Entre los motores empleados para accionamiento directo y que cumplan las características requeridas se encuentran los motores síncronos y de continua sin escobillas (brushless), ambos con imanes permanentes

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1.2.3. Actuadores. Los actuadores tienen por misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son entre otras: • Potencia • Controlabilidad • Peso y volumen • Precisión • Velocidad • Mantenimiento • Coste Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan: - Neumáticos. - Hidráulicos. - Eléctricos. Los actuadores neumáticos el aire comprimido como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión limitada. Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad. Los motores eléctricos son los mas utilizados, por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica. 1.2.3.1. Actuadores neumáticos. En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de actuadores neumático, de los cuales sus características son las siguientes: Cilindros neumáticos • Movimiento lineal de un émbolo debido a diferencia de presión. • Simple efecto y doble efecto. • Posicionamiento en los extremos y dificultad de posicionamiento continuo. • Funcionamiento simple y mantenimiento económico. • Repetitividad inferior a la de otro tipo de actuadores. • Adecuados para manipulación de piezas pequeñas.

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Motores neumáticos (de aletas roLigeros y compactos. Arranque y parada muy rápidas. Velocidad y par variables. Control simple. Difícil control de posición.

Motores de aletas rotativas

Simples. Dispositivos rotativos para aumen Motores de pistones auxiliares

Menor velocidad que los de aleta Bajo nivel de vibración Par elevado a bajas velocidades. 1.2.3.2. Actuadores hidráulicos. Este tipo de actuadores no se difereutilizan aceites minerales a una prllegándose en ocasiones a superar actuadores de tipo cilindro y del tipoprincipales características: • Funcionalmente similares a los neum• Grado de compresibilidad del aceite m• Elevadas fuerzas y pares: Cargas de h• Mantenimiento no muy complejo. • Buena repetitividad entre (2.3 y 0.2 m• No presentan problemas de refrigerac• Cilindros: iguales a los neumáticos. • Motor de aletas rotativas.

Esquema de un cilindro neumático de dobleefecto.

tativas o de pistones auxiliares)

tar el par.

s.

ncia mucho de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se esión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, los 300bar. Existen, como en el caso de los neumáticos, de motores de aletas y pistones, de los cuales detallamos sus

áticos. uy inferior al del aire: mayor precisión.

asta 200 kg.

m). ión.

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- Elevado par de arranque y rendimiento ( η = 90 % ). - Relativamente económicos.

• Motores de pistones. - Cilindrada variable. - Construcción compleja.

Esquema de un motor de pistones hidráulico.

1.2.3.3. Actuadores eléctricos. Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos han hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales. Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes: • Motores de corriente continua (DC): - Controladospor inducción. - Controlados por excitación. • Motores de corriente alterna (AC): -Sincronos. -Asíncronos. • Motores paso a paso. A continuación se adjunto, a modo de resumen una tabla con las principales características de los distintos tipos de actuadores para robots. Características de los distintos tipos de actuadores para robots. Neumático Hidráulico Eléctrico

Energia Aire a presion(5-10 bar)

Aceite mineral(50-100 bar) Corriente eléctrica

Opciones Cilindros Motor de paletasMotor de pistón

Cilindros Motor de paletasMotor de pistones axiales

Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso

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Ventajas

Baratos Rápidos Sencillos Robustos

Rápidos Alta relación potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de cargaEstabilidad frente a cargas estáticas

Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos

Desventajas

Dificultad de control continuo Instalación especial (compresor, filtros)Ruidoso

Difícil mantenimientoInstalación especial(filtros, eliminación aire)Frecuentes fugasCaros

Potencia limitada

1.2.4. Sensores internos. Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como el estado de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la posición de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos. En la tabla que se adjunta a continuación se puede observar un resumen de los diferentes tipos de sensores internos de robots más comúnmente empleados para obtener información de presencia, posición y velocidad en robots industriales: Tipos de sensores internos de robots.

Presencia

Inductivo Capacitivo Efecto hallCélula ReedÓptico Ultrasonido Contacto

Posición Analógicos

Potenciómetros Resolver Sincro Inductosyn LVDT

Posición Digitales Encoders absolutos Encoders increméntales Regla óptica

Velocidad Taco generatriz 1.2.4.1. Sensores de posición. Para el control de posición angular se emplean fundamentalmente los denominados encoders y resolvers. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).

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Codificadores angulares de posición (encoders). Los codificadores ópticos o encoders incrementales constan, en su forma más simple, de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; de un sistema de iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor. El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con esta disposición a medida que el eje gire se irá generando pulsos en el receptor cada vez que la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posición del eje. Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se esta realizando un giro en un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solución a este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con ella se genere este desplazado 90° eléctricos con respecto al generado por la primera franja. De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es posible obtener una señal adicional que indique cual es el sentido de giro, y que actué sobre el contador correspondiente indicando que incremente o decremente la cuenta que se está realizando. Es necesario además disponer de una marca de referencia sobre el disco que indique que se ha dado una vuelta completa y que, por tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo. Esta marca sirve también para poder comenzar a contar tras recuperarse de una caída de tensión.

La resolufísicamencontabiliincremen100000 pEl funcincremegraduaddetermincíclico dispuestNo es neposición anillos qua 524,28Considerreductor sensor. EEste propequeño

La Figura muestra el esquema de funcionamiento del codificador angular de posiciónencoder.

ción de este tipo de sensores depende directamente del número de marcas que se pueden poner te en el disco. Un método relativamente sencillo para aumentar esta resolución es, no solamente

zar los flancos de subida de los trenes de pulsos, sino contabilizar también los de bajada, tando así la resolución del captador, pudiéndose llegar, con ayuda de circuitos adicionales, hasta ulsos por vuelta. ionamiento básico de los codificadores o encoders absolutos es similar al de los ntales. Se tiene una fuente de luz con las lentes de adaptación correspondientes, un disco o y unos fotorreceptores. En este caso, el disco transparente se divide en un número ado de sectores (potencia de 2), codificándose cada uno de ellos según un código binario

(normalmente código Gray) que queda representado por zonas transparentes y opacas as radialmente. cesario ahora ningún contador o electrónica adicional para detectar el sentido del giro, pues cada (sector) es codificado de forma absoluta. Su resolución es fija, y vendrá dada por el numero de e posea el disco graduado. Resoluciones habituales van desde 2(exp.)8 a 2(exp.)19 bits (desde 256 8 posiciones distintas). Normalmente los sensores de posición se acoplan al eje del motor. ando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el de la articulación se sitúa un de relación N, cada movimiento de la articulación se verá multiplicado por N al ser medido por el ste aumentara así su resolución multiplicándola por N. blema se soluciona en los encoders absolutos con la utilización de otro encoder absoluto más conectado por un engranaje reductor al principal, de manera que cuando este gire una vuelta

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completa, el codificado adicional avanzara una posición. Son los denominados encoder absolutos multivuelta. Esta misma circunstancia originará que en el caso de los codificadores incrementales la señal de referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el punto origen para la cuenta de pulsos, pues habrá N posibles puntos de referencia para un giro completo de la articulación. Para distinguir cual de ellos es el correcto se suele utilizar un detector de presencia denominado sincronismo, acoplado directamente al eslabón del robot que se considere. Cuando se conecta el robot desde una situación de apagado, es preciso, ejecutar un procedimiento de búsqueda de referencias para los sensores (sincronizado). Durante su ejecución se leen los detectores de sincronismo que detectan la presencia o ausencia de eslabón del robot. Cuando se detecta la conmutación de presencia o ausencia de pieza, o viceversa, se atiende al encoder incremental, tomándose como posición de origen la correspondiente al primer pulso de marca de cero que aquel genere. Los encoders pueden presentar problemas mecánicos debido a la gran precisión que se debe tener en su fabricación. La contaminación ambiental puede ser una fuente de interferencias en la transmisión óptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su margen de temperatura de trabajo limitado por la presencia de componentes electrónicos. Captadores angulares de posición (sincro-resolvers). La otra alternativa en sensores de posición para robots la representan los resolvers y los sincroresolvers, también llamados sincros. Se trata de sensores analógicos con resolución teóricamente infinita. El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor.

Esquema de funcionamiento de un resolver.

El giro de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas varié, consiguiendo que la señal resultante en estas dependa del seno del ángulo de giro. La bobina móvil excitada con tensión Vsen(wt) y girada un ángulo Ø induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1=Vsen(wt)sen Ø V2=Vsen(wt)cos Ø que la llamada representación del ángulo Ø en formato resolver. El cambio del llamado formato sincro a formato resolver o viceversa es inmediato, ya que se puede pasar de uno a otro a través de la llamada red de scott o transformador de scott o funcionamiento bidireccional. Para poder tratar el sistema de control la información generada por los resolvers y los sincros es necesario

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convertir las señales analógicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver resolver/ digital (r/d), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructuras distintas (traking) y muestreo (sampling). Ambos captadores son del tipo absoluto en cada vuelta del eje acoplado a ellos. Entre sus ventajas destacan su buena robustez mecánica durante el funcionamiento y su inmunidad a contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones. Debido a su reducido momento de inercia, imponen poca carga mecánica del funcionamiento del eje. En la tabla que aparece a continuación se puede observar una comparación entre distintos sensores de posición angular. Comparación entre distintos sensores de posición angular.

Robustez mecánica

Rango dinámico Resolución Estabilidad

térmica Encoder mala media buena buena Resolver buena buena buena buena Potenciómetro regular mala mala mala Dado el carácter continuo de la señal, la resolución de los resolvers es teóricamente infinita. Bien es verdad que depende en la mayoría de las ocasiones de una electrónica asociada, lo que limita la precisión de forma practica. En cada caso de los codificadores ópticos. El rango dinámico se encuentra mas limitado en el caso de los codificadores ópticos la resolución viene limitada por el numero de secciones opaco-transparentes que se utilicen. La exactitud estática, definida como la diferencia entre la posición física del eje y la señal eléctrica de salida, es relativamente alta tanto en los resolvers como en los codificadores ópticos o digitales, no así en los resolvers donde con conversiones R/D adecuadas se puede trabajar con velocidades superiores a las 6000 rpm. Sensores lineales de posición (LVDT). Entre los sensores de posición lineales destaca el transformador diferencial de variación lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco rozamiento y alta repetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento que varié la inductancia entre ellos. Los dos devanados secundarios conectados en oposición serie ven como la inducción de la tensión alterna del primario, al variar la posición del núcleo, hace crecer la tensión de un devanado y disminuirá en el otro. Del estudio de la tensión E se deduce que esta es proporcional a la diferencia de inductancias mutuas entre el devanado primario con cada uno de los secundarios, y que por tanto depende linealmente del desplazamiento del vástago solidario al núcleo. Además de las ventajas señaladas, el LVDT presenta una alta linealidad, gran sensibilidad y una respuesta dinámica elevada. Su uso esta ampliamente extendido, a pesar del inconveniente de poder ser aplicado únicamente en la medición de pequeños desplazamientos. Otros sensores lineales que también se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas ópticas (equivalentes a los codificadores ópticos angulares) y las reglas magnéticas o Inductosyn. El funcionamiento del Inductosyn es similar a la del resolver con la diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator. El estator se encuentra excitado por una tensión conocida que induce en el rotor dependiendo de su posición relativa una tensión Vs.

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Esquema de funcionamiento de un Inductosun.

1.2.4.2. Sensores de velocidad. La captación de la velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores del robot. La información de la velocidad de movimiento de cada actuador se realimenta normalmente a un bucle de control analógico implementado en el propio accionador del elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema de control del robot exija, la velocidad de giro de cada actuador es llevada hasta la unidad de control del robot. Normalmente, y puesto que el bucle de control de velocidad es analógico, el sensor usado es una taco generatriz que proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro de su eje (10 milivoltios por rpm). Otra posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise valorar la velocidad de giro de las articulaciones, consiste en derivar la información de posición que esta posee. 1.2.4.3. Sensores de presencia. Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de acción determinado. Esta detección puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios físicos para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de sensores. En el caso de detección con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado según interese, actuando mecánicamente a través de un vástago u otro dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en robótica principalmente como auxiliares de los detectores de posición, para indicar los limites de las articulaciones y permitir localizar la posición de referencia de cero de estos en el caso de que sean incrementales. Además de esta aplicación, los sensores de presencia se usan como sensores externos, siendo muy sencillos de incorporar al robot por su carácter binario y su costo reducido. Los detectores inductivos permiten detectar la presencia o contar el numero de objetos metálicos sin necesidad de contacto. Presentan el inconveniente de distinto comportamiento según del tipo de metal del que se trate. El mismo tipo de aplicación tiene los detectores capacitivos, más voluminosos, aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metálicos. En cambio presentan problemas de trabajo en condiciones húmedas y con puestas a tierra defectuosa. Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagnéticos por la deformación que estos provocan sobre un campo magnético. Los sensores ópticos, sin embargo, pueden detectar la reflexión del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.

- 18 -

1.2.5. Sensores Externos. El empleo de mecanismos de detección exteriores permite a un robot interaccionar con su ambiente de una manera flexible. Esto contrasta con el funcionamiento preprogramado en el que a un robot se le enseña a realizar tareas repetitivas mediante una serie de funciones preprogramadas. Aunque esto esta bastante lejos de la forma más predominante de funcionamiento de los robots industriales actuales, la utilización de la tecnología de detección para proporcionar a las maquinas un mayor grado de inteligencia en relación con su ambiente es, en realidad, un tema activo de investigación y desarrollo en el campo de la robótica. Un robot que puede ver y sentir es mas fácil de entrenar en la ejecución de las tareas complejas mientras que, al mismo tiempo, exige mecanismos de control menos estrictos que las maquinas preprogramadas. Un sistema sensible y susceptible de entrenamiento es también adaptable a una gama mucho mas amplia de tareas, con lo que se consigue un grado de universalidad que se traduce, a la larga, en más bajos costes de producción y mantenimiento. La función de los sensores del robot puede dividirse en dos categorías principales: estado interno y estado externo. Los sensores de estado interno operan con la detección de variables, tales como la posición de la articulación del brazo, que se utilizan para el control del robot. Por el contrario, los sensores de estado externo operan con la detección de variables tales como el alcance, la proximidad y el contacto. La detección externa, se utiliza para el guiado del robot, así como para la manipulación e identificación de objetos. Los sensores de estado externo pueden clasificarse también como sensores de contacto o no contacto. Como su nombre lo indica, la primera clase de sensores responde al contacto físico, tal como el tacto, deslizamiento y torsión. Los sensores de no contacto se basan en la respuesta de un detector a las variaciones en la radiación electromagnética o acústica. Los ejemplos mas destacados de los sensores de no contacto miden el alcance, la proximidad y las propiedades visuales de un objeto. Es de interés destacar que la detección de alcance y visión suelen proporcionar una información de guiado aproximado para un manipulador, mientras que la proximidad y el tacto están asociados con fases terminales de agarre del objeto. Los sensores de fuerza y torsión se utilizan como dispositivos de retroalimentación para controlar la manipulación de un objeto una vez que haya agarrado. 1.2.6. Elementos terminales o efectores finales. Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales. Podríamos denominar a estos dispositivos como los periféricos del robot, incluyen el herramental que se une a la muñeca del robot y a los sistemas sensores que permiten al robot interactuar con su entorno. En robótica, el termino de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que esta unida a la muñeca. El efector final representa el herramental especial que permite al robot de uso general realizar una aplicación particular. Este herramental especial debe diseñarse específicamente para la aplicación. Los efectores finales pueden dividirse en dos categorías: pinzas y herramientas. Las pinzas se utilizarían para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Hay una diversidad de métodos de sujeción que pueden utilizarse, además de los métodos mecánicos obvios de agarrar la pieza entre dos o más dedos. Estos métodos suplementarios incluyen el empleo de casquetes de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.

- 19 -

.

A continuaciótipo de acciona Sistemas de sujTipos de sujecióPinza d-Des. -Des. lineal

Pinza de enganc

Ventosas de vac

Electroimán Una herramientoperación en la la pintura por pula muñeca del ro

Elementos terminales tipo pinzas, con dos superficies de contacto (bilaterales)

n podemos observar una tabla con algunos de los más comunes tipos de sujeción, el miento y el uso que se les hace.

eción para robots. n Accionamiento uso

e presión Angular Neumático o eléctrico

Transporte y manipulación de piezas sobre las que no importé presionar.

he Neumático o eléctrico Piezas grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presión.

ió Neumático Cuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plástico etc.)

Eléctrico Piezas ferromagnéticas

a se utilizaría como efector final en aplicaciones en donde se exija al robot realizar alguna pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos, la soldadura por arco, a lverización y las operaciones de taladro. En cada caso, la herramienta particular esta unida a bot para realizar la operación.

Elementos terminales tipo pinzas herramienta.
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Se puede establecer una clasificación de los elementos terminales atendiendo así si se trata de un elemento de sujeción o de una herramienta. Los primeros se pueden clasificar según el sistema de sujeción empleado, los cuales hemos podido observar en la tabla anterior. En la siguiente tabla podemos observar una clasificación de las herramientas terminales para robots, y algunos comentarios sobre cada una de ellas. Herramientas terminales para robots. Tipo de herramienta Comentarios Pinza soldadura por puntos Soplete soldadura de arco Cucharón para colada

tornillador resa-lija

Dos electrodos que se cierran sobre la pieza de soldar Aportan el flujo de electrodo que se funde Para trabajos de fundición Suelen incluir la alimentación de tornillos

Por pulverización de la pintura

AFPistola de pinturaCañón láser Cañón de agua a presión

Para corte de materiales, soldadura o inspección Para corte de materiales

Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.

Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Se

istingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecánico y las que utilizan algún otro tipo de as, adhesivas, ganchos, etc.)

o de una pin ener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo a re y la fuerza que es r par stacar su peso (que

ot), el ontrol. ático es tajas en simplicidad, precio y

nque presenta dific ones se utilizan tipo eléctrico. len situar sens to o cerrado). Se pueden

o tipo d , sistemas de visión que cos de l roximidad, sensores fuerza par, etc.

xisten ciertos elementos comerciales que sirven de base para la pinza, siendo posible a partir de ellos iseñar efectores validos para cada aplicación concreta. Sin embargo, en otras ocasiones el efector debe ser esarrollado íntegramente, constituyendo un coste un porcentaje importante dentro del total de la aplicación.

es, muchos de ellos orientados a la

ddispositivo (ventosas, pinzas magnéticEn la elección o diseñ za se han de tde objeto y de manipulaciónnecesario ejercer y manteneafecta a las inercias del robEl accionamiento neumfiabilidad, auaccionamientos de En la pinza se sueincorporar a la pinza otrincorporen datos geométri

alizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objetoa sujetarlo. Entre los parámetros de la pinza cabe deequipo de accionamiento y la capacidad de cél mas utilizado por ofrecer mayores venultades de control de posiciones intermedias. En ocasi

ores para detectar el estado de la misma (abiere sensores para controlar el estado de la pieza

os objetos, detectores de pEddEn muchas ocasiones el robot ha de realizar operaciones que no consisten en manipular objetos, si no que implica el uso de una herramienta. Aparte de estos elementos de sujeción y herramientas mas o menos convencionales, existen interesantes desarrollos e investigacionmanipulación de objetos complicados y delicados. Por ejemplo pinzas dotadas de tacto.

- 21 -

a empresa FANUC ya lleva varios años en el mercado. Empezaron en 1956 con la distribución de méricos. Seguidamente, en el año 1959 comercializaban con motores, y más adelante, en 1974

pezaron con la producción de robots.

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Basándonos en el tema del cual trata nuestro trabajo, de los robots de FANUC Robotics, haremos na breve explicación de cómo esta formada la empresa FANUC en general, así como su situación en el undo, y seguidamente entraremos más en detalle de la subdivisión de FANUC Robotics.

La multinacional FANUC queda dividida según el tipo de sus productos, tal y como a continuación

explica. Por una banda encontramos FANUC Robotics, esta es la encargada tanto del suministro, como

antenimiento, formación, asesoramiento, programación, reparación, en general de todo lo que tenga lación con los robots que ellos mismos crean.

También encontramos la subdivisión GEFANUC, esta es la encargada de lo relacionado con

utómatas programables y comandos numéricos. Otra subdivisión es FANUC Ltd., la cual se encarga de todo lo que este relacionado con motores,

í como aplicaciones con láser.

controles nu , em

2. Casa comercial FANUC Robotics.

FANUC

um

se

mre

a

herramientas a utilizar por los robots, as

A continuación, en el esquema que podemos observar, queda claro las diferentes divisiones de las cuales esta compuesta FANUC.

L

En el siguiente eje temporal podemos ver la evolución que ha sufrido FANUC desde su creación.

rca el tema del trabajo.

o burgo,

e contrando a

gama de se

A mo bien hemo óvil, alimenticio, farmacéutico, adura al arco, soldadura por

n Robotics Iberica, así como el peso de cada uno.

De ahora en adelante nos basaremos simplemente en FANUC Robotics, ya que es esta la que aba

C ncretamente, FANUC Robotics se creó en 1992, implantando su central europea en Luxem

la cual da cobertura en toda la Península Ibérica, así como las islas Baleares y Canarias.

ntro de FANUC Robotics encontramos la delegación de FANUC Robotics Ibérica, enlas oficinas centrales en Barcelona, Castelldefels. Esta ofrece una amplia gama de robots que cubren toda l

ctores y aplicaciones.

NUC Robotics Ibérica dispone de más de treinta modelos de robots a ofrecer, cubriendo cos comentado anteriormente todos los sectores, bien sea el sector del autom

construcción, químico, o bien sean todo tipo de aplicaciones como ahora sold puntos, paletización, pintura, sellado, carga / descarga máquina herramienta...

la figura adjunta observamos la gran gama de robots de los que dispone FANUC

D

F

E

- 23 -

En capítulos posteriores, entraremos en detalle con las características, aplicaciones, funciones de trabajo de cada uno de ellos.

ANUC Robotics Ibérica también ofrece a sus clientes distintos tipos de softwade ellos esta destinado a cubrir distintas necesidades. Algún ejemplo de software sería el Turbo Mov

blink, Line Tracking o software anticolisión.

omo bien se comento anteriormente obre tipos y sectores de aplicaciones, FANUC Robotics Ibérica o sus servicios a las importantes empresas que podemos observar.

y áreas

re, donde cada uno e,

Softload, Ro

ha distribuid

inform me Serra,

ver en la

F

C

Como anécdota a destacar de nuestra visita a FANUC Robotics instalada en Castelldefels, nos

aron al saber que estudiábamos en Vilanova, que a la entrada de Vilanova, en Caves Jauhabían instalado recientemente un robot, el cual estaba dedicado a funciones de paletización.

ara hacernos una idea de la localización de FANUC Robotics en el mundo, podemos siguiente fotografía su distribución mundial.

P

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Aún y que FANUC Robotics da servicio a todo el mundo, estos garantizan que son capaces de dar soporte local en el idioma del mismo, eliminando así posibles problemas de comunicación, y haciendo

y su servicio. Easí com endo en este el manteni manteni ecen cursos de

específicos o no, por lo genera RJ2 o RJ3, o ecen cursos para aquellos que

servicios que

Como características que diferencian a FANUC respecto al resto de la competencia, diríamos que los

robots de FANUC son más fiables y disponen de una productividad de más del 99,9%. Los robots FANUC pueden usarse en cualquier tipo de aplicación, desde el ensamblaje hasta la

soldadura. A diferencia de otras empresas, FANUC se encuentra en más de 24 países ofreciendo a sus clientes

el mejor servicio y soporte local. Como conclusión final de lo que es FANUC, podríamos destacar su gran competitividad a la hora de

innovar dentro de todo lo posible, con la finalidad de intentar estar siempre por delante de las demás empresas de la competencia, consiguiendo así ser la mejor.

posible la implantación de sus productos en todo el mundo.

entro de FANUC Robotics Ibérica, podriamos destacar tres grandes bloques sobre su constitución stos dan servicio comercial, dando al cliente toda su gamma de productos de robots FANUC,

o sus recambios correspondientes. Ofrecen servicio técnico pos-venta, incluymiento eléctrico,

miento mecánico, programación, reparación y servicio 24 horas. También ofrformación, que aunque dependiendo de las ocasiones se ofrecen diferentes cursos bien sean

l podemos encontrar cursos sobre mantenimiento eléctrico, bien sea sobre, RG, RG2, RH, RJ,sobre mantenimiento mecánico de las serie A, series M o series H. También ofrestén interesados sobre programación

, independientemente de todo el servicio que ellos puedan aportar en ocasiones posteriores. En el siguiente esquema podemos ver claramente lo dicho sobre la constitución y

ofrece FANUC Robotics Ibérica.

D

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3.Intro

r” todas las acciones del robot. Cada robot viene acompañado de su armario de control que es el que hace de interficie entre el operario y el robot. Básicam

anuc dispone del modelo R-J3 ( diferentes tipos).

os componentes principales y sus funciones son:

ducción al armario de control FANUC. El armario de control es el encargado de “ controlar o regula

ente y principalmente estaría formado por las partes que aparecen en la figura siguiente:

F L

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• Tarjeta principal CPU (Main CPU Board)

ión y las nsiones de los servo amplificadores.

• Tarjeta de circuito impreso de E/S, unidad FANUC de E/S modelo A y modelo B. Hay previstos diversos tipos de tarjetas de circuito impreso para aplicaciones que incluyen E/S de

roceso. La unidad FANUC de E/S modelo A o modelo B pueden ser igualmente instalados. Cuando se tilizan dichas unidades, pueden seleccionarse varios tipos de E/S. Estos son conectados mediante el ANUC I/O Link.

• Tarjeta de circuito impreso para el control de paro de emergencia, unidad MCC. Controla ambos sistemas de paro de emergencia, el de contactor magnético y la precarga del servo

mplificador. • Unidad de fuente de alimentación (PSU). La unidad de fuente de alimentación transforma la alimentación AC (corriente alterna) a diferentes

iveles de DC (corriente continua). • Tarjeta posterior de circuito impreso (backplane). Las diferentes tarjetas de circuito impreso están montadas sobre una tarjeta de circuito impreso o placa

osterior. • Terminal de enseñanza (Teach Pendant). Todas las operaciones incluyendo la programación del robot se realizan mediante esta unidad. Los datos

el estado del armario de control se indican en la pantalla de cristal líquido (LCD) del terminal. • Servo amplificador. El servo amplificador controla el suministro de potencia del servo motor, el codificador, el freno, rebase

circuito de colisión. • Panel de operador.

rador son utilizados para encender el robot y comprobar estado. Posee un puerto serie para elementos externos y un interface para conectar tarjetas de memoria

ara copias de seguridad. Controla además el circuito de paro de emergencia. • Transformador El suministro de potencia es transformado en C.A. necesario para el armario de control por el

ansformador. El transformador solo acepta380 V.

La tarjeta principal CPU contiene un microprocesador, sus circuitos periféricos, memoria y el circuito de

control de la cabina del operador. La tarjeta principal CPU controla los servomecanismos de posicte

puF

a

n

p

y

y

Los botones y LED presentes en el panel de ope

sup

tr

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• Disyuntor

n casos de mal funcionamiento del sistema del armario de control, o suministro de potencia anormal cau

Ventilador, disipador de calor.

stos elementos refrigeran el interior del armario de control.

a fuerza contra electromotriz del servomotor se conecta dicho elemento al servo amplificador.

Una

Esando elevados niveles de corriente en el sistema, la entrada de potencia está conectada a un disyuntor

para proteger el equipo.

• E • Resistencia de descarga de la energía recuperada. Para descargar l

posible configuración sería :

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4.Tipos de robots por aplicaciones.

s: de 4 a 6 ejes. • Su carga útil: de 3 Kg. a 400 Kg.

a 0.5 mm Su aplicación: Ciertos modelos ya se diseñan con características concretas para la aplicación a la

Fan d aciones: Ser

Un robot se caracteriza principalmente por: • Su número de eje

• Su repetibilidad: de +/- 0.04 mm•

Gual van a ser destinados.

uc iferencia sus robots en series, según el tipo de aplic

ie ARC Mate: Soldadura al ARCO

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SERIE LR MATE: Manipulación, carga y descarga de máquinas herramienta

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SERIE A: Ensamblaje, pick-up.

- 31 -

SERIE S: Soldadura por puntos, manipulación, todo tipo de aplicaciones.

SERIE P: Pintura.

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SERIES ESPECIALES:_ Ensamblaje, manipulación, carga y descarga, soldadura, aplicaciones concretas.

- 33 -

4.1Descripción de ejes del robot

- 34 -

5.Descripción y características de los modelos principales de FANUC.

Serie ARC

RC Mate 100iBA

• Hasta 6 kg de carga útil en muñeca. • Múltiples posibilidades de montaje ,incluyendo en suelo, invertido,montaje en pared o en

ángulo.Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecánicas en el robot.

Características principales:

• El área de movimiento del brazo ha sido incrementado un 8% en carrera horizontal. • El tamaño de la muñeca se ha reducido un 19%, capacitando al robot a entrar en zonas de difícil

acceso por cuestiones de tamaño. • TurboMove™ es una característica avanzada del control del servo que permite un movimiento entre

punto y punto rápido y uniforme, aumentado la velocidad y productividad. • La posibilidad de montaje del motor de alimentación de hilo hasta 12 kg)sobre el brazo superior del

robot, disminuye la longitud de cableado para la antorcha de soldadura, mejorando la fiabilidad en la alimentación del hilo y la capacidad de inicio de arco.

• Compatible con la mayoría de equipos comerciales de soldadura.

Descripción Básica El ARC Mate 100 i es un robot de seis ejes, construcción modular, servo-controlador eléctricamente, diseñado para obtener una gran precisión y alta velocidad en procesos de soldadura y corte. Basado en una construcción simple y fiable, el ARC Mate 100 i proporciona una trayectoria exacta y estable. El Controlador R-J3 i y el software ArcTool proporcionan un comportamiento fiable aportando gran productividad. El nuevo ARC Mate 100 i la última generación de robot de soldadura por arco, tiene un diseño compacto con un mejor alcance de movimiento y velocidad, lo que simplifica el proceso de instalación, aumentando las prestaciones.

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Esquemas y gráficos representativos.

LR Mate 100Ib

aracterísticas principales:

• La Solución para : Carga Maquinaria, Manipulación, Soldadura, Limpieza piezas, Sellado, Ensamblaje, Pulido / Lijado / Rebarbado, Testeo y muestreo, Ambientes Sala Blanca.

• Capacidad para 3-4 kg de carga útil nominal. • 5 kg de capacidad de carga máxima (con pequeña limitación del área de trabajo). • Posicionamiento con encoder absoluto. • Dispone de dos electroválvulas de doble accionamiento neumático,conector End Effector ubicado

en la muñeca,con seis entradas para la herramienta. • Debido a su novedoso diseño permite la realización de “flip- over ” (giro total del eje 3 por la parte

posterior)lo que aumenta la flexibilidad y el área de trabajo. • Uso en laboratorios y ambientes industriales. • Optimiza el control del sistema de movimiento. • Apto para trabajar a muy altas velocidades proporcionando ciclos de trabajo lo más bajo posible. • Compatible con las existentes instalaciones de trabajo y herramientas del LR Mate 100i.

C

Descripción Básica El LR Mate 100 i es un robot de cinco ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para aplicaciones muy alta precisión de carga / descarga de máquina, soldadura y manipulación de materiales. El pequeño tamaño del robot y las múltiples capacidades le convierten en la perfecta solución para las aplicaciones industriales de poca carga o también para ser instalados en ambientes de laboratorio. El robot LR Mate 100 i de FANUC está diseñado para maximizar la fiabilidad en una gran variedad de aplicaciones.

SERIE LR MATE

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Esquemas y gráficos representativos.

R Mate 200iL

Características principales: • La Solución para: Manipulación, Transferización piezas, Ensamblaje, Pulido / Lijado / Rebarbado,

Sellado. • La velocidad de sus ejes se ha incrementado hasta los 480 grados/seg. • El conector End Effector se ubica dentro de la muñeca. • Integrado,,lleva montado en el interior un paquete de electroválvulas. • Frenos de seguridad en los ejes 2 y 3. • Protección estándar IP65 ((polvo y líquido). • Motores Brushless AC minimizan el mantenimiento de Montaje en suelo o invertido sin necesidad de modificaciones mecánicas. La construcción de muñeca “Hollow ” ((hueca)posibilita la disposición del cableado sin sufrimiento

por torsión. Los codificadores absolutos serie elimina la necesidad de calibración al arranque del robot.

l motor.••

•

Descripción Básica El LR Mate 200 i es un robot de seis ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para cubrir una gran variedad de procesos de sistema y de fabricación. El robot LR Mate 200 i de FANUC, ha sido diseñado para proporcionar máxima flexibilidad y precisión ,a través de su compacto diseño.

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LR Mate 200i Dimensiones

- 40 -

M-6iB p f

SERIE M

Descripción Básica

El M-6 i es un robot de seis ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para obtener una gran precisión y alta velocidad en procesos de soldadura y corte. Basado en una construcción simple y fiable, el M-6 i proporciona una trayectoria exacta y estable. El Controlador R-J3 i y el software Handling Tool

roporcionan un comportamiento iable aportando gran productividad.


La Solución para: Manipulación, Carga / Descarga Maquinaria, Pulido / Lijado / Rebarbado, Sellado, Ensamblaje

El tamaño de la muñeca se ha reducido un 19%,capacitando al robot a entrar en zonas de difícil acceso por cuestiones de tamaño.

Repetibilidad del +/-0.08 mm a alta velocidad y a máxima carga útil dentro de toda el área de trabajo.

El eje J3 tiene conexiones neumáticas y eléctricas (con ocho entradas digitales y ocho salidas digitales).

6 kg de carga útil en muñeca con una carga útil adicional de 12 kg en el eje J3. Múltiples posibilidades de montaje, incluyendo en suelo,invertido, montaje en pared o en ángulo.

Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecánicas en el robot. Juntas sellantes y motores Brushless AC proporcionan protección y mejoran la fiabilidad

respectivamente.

C •

•

•

•

••

•

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Esquemas y gráficos representativos

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M-16iA/iAL

- 43 -

- 44 -

M-6iAT / M-16iAT – iALT


La Solución para : Manipulación, Carga /Descarga Maquinaria, Carga /descarga máquinas inyección, Aplicaciones proceso (spray, moldes, sellado), Ensamblaje. +/-0.25 mm repetibilidad del rail. Longitudes estándar de rail desde los 2.4 m a 21.5 m. Longitudes no estándar también están disponibles. Dispone de frenos de seguridad en todos los 6 ejes. Cuatro alturas del J2 a especificar con +/-200 mm de rango (2.0 m,2.3 m,2.6 m,2.9 m). Los raíles modulares pueden montarse de forma independientemente a columnas de apoyo con altura variable o fijadas a un molde de inyección o en una máquina fundición. Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Disponen de cremallera y piñón en el mecanismo del J1 para todos los modelos. Opciones: Doble brazo (dos robots) montados en un solo raíl.

C •

• •

• • •

• • •

Descripción Básica Los robots M-6 i M-16 i y M-16 i de FANUC Robotics forman parte de la familia de robots Toploader de seis ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para procesos de manipulación y carga /descarga de maquinaria (ej.Prensas).Esta gama de robots posibilita la realización de trabajos post- proceso, lo que le otorga un valor añadido. Los robots “Toploader ” están diseñados para procesos de alta precisión, aplicaciones a gran velocidad, facilitando su configuración y manejo.


- 45 -

M-710iB/45- iAW

Características principales: • La Solución para : Manipulación, Carga /Descarga Maquinaria, Transferización piezas, Ambientes

Sala Blanca, Ensamblaje, Corte por Agua, Carga para estampación, Sellado, Pulido /Lijado /Rebarbado, paletizado.

• Dispone de frenos de seguridad en todos los 6 ejes incrementando la seguridad, funcionalidad y control.

• Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. • En todos los motores, los cables y otros elementos están ubicados en el interior para protegerlos del

entorno y evitar desgaste y/o roturas por torsión. • Múltiples posibilidades de montaje ,incluyendo en suelo, invertido, montaje en pared o en

ángulo.Todas estas configuraciones no necesitan de modificaciones mecánicas en el robot para el robot M-710 i 45.El robot M- 710 i puede montarse en suelo o bien invertido.

• Opciones: 360 °de rotación de la base en el eje J1.


El M-710 i 45 y iAW es un robot de seis ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para cubrir una gran variedad de procesos y aplicaciones. El novedoso diseño de los robots M-710 i 45 y iAW proporciona una gran área de trabajo sin necesitar demasiado espacio en el suelo. Diseñado para aplicaciones de altas velocidades, facilita flexibilidad y fiabilidad en la aplicación. Los robots M-710 i 45 y M-710 I ofrecen una gran repetibilidad y un incomparable rendimiento.

La capacidad "flip-over" del M-710 i maximiza el alcance y flexibilidad.

Un kit de protección contra polvo y líquido permite al M-710i trabajar en una variedad de ambientes.

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M-710iT


La Solución para: Manipulación, Operaciones en Máquina Herramienta, Descarga maquinas inyección y realización de posteriores operaciones, Descarga pieza estampada, Lubricación matriz estampación, Sellado. Los raíles modulares pueden montarse de forma independientemente a columnas de apoyo con altura variable o fijadas a un molde de inyección o en una máquina fundición. Siete tipos de raíl estándar para moverse entre longitudes de 4.0 m y 16.5 m. Longitudes no estándar también están disponibles. Tres familias de columnas de soporte estándar proporcionan opciones de elevación de 2.2m-3.0m (medido desde el centro del eje J2). Freno de seguridad en todos los ejes. Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Opciones: Doble brazo ((dos robots) montados en un solo raíl.

C •

•

•

•

• • •

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El modelo M-710i de FANUC Robotics es un robot montado encima de un rail (track).Este modelo forma parte de la familiade robots Toploader de seis ejes, construcción modular, servo-controlado eléctricamente, diseñado para procesos de manipulación y carga /descarga de maquinaria (ej.Prensas). El M-710i posibilita la realización de trabajos post-proceso, lo que le otorga un valor añadido. El robot está diseñado para procesos de alta precisión, aplicaciones a gran velocidad, facilitando su configuración y manejo.

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A-520i


La Solución para : Manipulación, Pulido /Lijado /Rebarbado, Empaquetado, Carga /Descarga Maquinaria, Testeo y muestreo. Frenos en los ejes 1 y 3. 45 kg de fuerza vertical por operación. Acoplamiento directos en todos los ejes. En todos los motores, los cables y otros elementos están ubicados en el interior para protegerlos del entorno. La configuración SCARA facilita gran velocidad y precisión de posicionamiento. Los codificadores absolutos serie elimina la necesidad de calibración al arranque del robot.

•

• • • •

• •

SERIE A


El A-520i es un robot de alta velocidad, con cuatro ejes, construcción modular, servos eléctricos, diseñado para una gran variedad de procesos y aplicaciones. El A-520i de FANUC Robotics está diseñado para la precisión, funcionamiento a gran velocidad, facilidad de integración y máxima seguridad.

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A-520i Dimensiones

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-500iAS


La solución para: Sellado, Manipulación, Pulido /Lijado /Rebarbado, Carga /Descarga Maquinaria, Soldadura, Corte por Agua, Transferización piezas.

Los servomotores Brushless AC minimizan el mantenimiento del motor. Los reductores tipo RV proporcionan un movimiento suave, rápido y progresivo a cualquier

velocidad. Encoders serie absolutos. Opciones: Velocidad del eje 6 hasta 600 °por segundo.

C •

••

••

SERIE S


Robot de seis ejes, construcción modular, servo-controlados eléctricamente diseñadospara una gran variedad de procesos y aplicaciones. El robot FANUC S-500 está diseñado para aplicaciones de precisión, alta velocidad, fácil configuración y máxima fiabilidad.

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S-900iAH- iAL- iAW


La Solución para: Manipulación, Carga /Descarga Maquinaria, Soldadura Puntos de grandes piezas, Carga /manipulación grandes paneles, Manipulación vidrio, Operaciones en fundiciones, Pulido /Lijado /Rebarbado. Gran variedad de modelos (familia S-900i. Gran inercia y momento permitido de la muñeca. Su gran inercia en la muñeca permite aumentar su carga para aplicaciones de manipulación de alta. Múltiples puntos mecanizados para ubicar elementos específicos del proceso. Gran precision mecánica para los ejes J5 y J6. Cables del proceso /aplicación a través del interior del brazo. Muñeca libres de motores (ubicados en la parte posterior del eje J3). Opciones: Kit de ejes externos.

C •

• •

• • • • •

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Los robots S-900i de FANUC Robotics están diseñados para buscar la máxima flexibilidad, rendimiento y fiabilidad en los procesos y aplicaciones que requieren las más altas cargas de trabajo.El robot S-900 i está pensado para trabajos de alta precisión. El robot S-900iA dispone del avanzado y moderno controlador tipo R-J3i

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R-2000Ia


• La Solución para : Soldadura por Puntos Automoción y ensamblaje general, Aplicaciones de la industria general, Transferización piezas, Pulido /Lijado /Rebarbado, Sellado, Carga Maquinaria.

• Gran envolvente de trabajo con capacidad de llegar a la parte superior y trasera. • Diseño compacto y estilizado. • Reductores RV en todos los ejes. • Muñeca libre de motores. • Eliminación del contrapeso incrementando el área de trabajo disponible. • Armario tipo B • Dispone de paquetes (software) de herramientas específicos para varias aplicaciones. • El R--2000i 165F puede alcanzar todas las áreas de trabajo del S-430i haciendo fácil su sustitución. -Dentro del R-2000i encontramos variedad de modelos degún la carga máxima que soporte el robot principalmente y el alcance máximo en mm.:

- R-2000iA/165F - R-2000iA/200F - R-2000iA/125L - R-2000iA/165R - R-2000iA/200R - R-2000iA/165CF

Descripción Básica La serie de robots R-2000 i es la última generación de robots de gran carga y con un alto rendimiento industrial. El R-2000i representa una evolución avanzada en la serie de robots de FANUC Robotics. Mientras se mantienen la mayoría de las características del S-430i el R-2000i aporta valores más altos a través de mejorar el rendimiento, la seguridad y la manipulación. Incluye el nuevo control inteligente RJ3i (armario de control).

C

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-2000iA Especificaciones distintos modelosR :

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Área de trabajo de los distintos modelos:

R-2000iA/165F R-2000iA/200F

R-2000iA/125L

R-2000iA/165R

R-2000iA/200R R-2000iA/165CF

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-120

P


• La Solución para: Industria general de pintura, EMI aislamiento pintura contra radiaciones electromagnéticas (teléfonos móviles), Esmaltado lentes, Mercancias Sanitarias.

• Seis ejes de movimiento. • El software PaintTool es común para todos los robots de pintura de FANUC Robotics,

incrementando la eficiencia de operación. • Los sistemas patentados de purga están garantizados para cualquier tipo de ambientes. • Opciones: Configuración de muñeca a izquierda o derecha (lo que optimiza el proceso), Bombas

de pintura integradas y control para sistemas variables 2K., Sistemas de I//O incluyendo Allen Bradley RIO, DeviceNet, Profibus-DP ...

C


0 de FANUC Robotics está diseñado para dotar de una gran calidad, fiabilidad y asequible solución a una variedad para la industria de procesos de pintura. El robot P-120 es de fácil mantenimiento y ofrece operaciones de rápida aceleración y alta velocidad, lo que facilita minimizar el tiempo de ciclo y reduce los costes de producción. Los seis ejes, servo-controlados eléctricamente, y su robusto diseño basado en seis generaciones de robots de pintura y la experiencia acumulada conllevan al liderazgo mundial en robots y sistemas de pintura.

SERIE P

El robot P-12

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P-145


La Solución para: Componentes de Automoción, Parachoques, Capas de fibra de vidrio, Recubrimiento con fibra vidrio.

Mismas que P-120.(salvando características-especificaciones)

C •

•

Descripción Básica El robot P-145 de FANUC Robotics está diseñado para dotar de una gran calidad, fiabilidad y asequible solución a una variedad para la industria de procesos de pintura. El robot P-145 es de fácil mantenimiento y ofrece operaciones de rápida aceleración y alta velocidad, lo que facilita minimizar el tiempo de ciclo y reduce los costes de producción. Los seis ejes, servo-controladoseléctricamente, y su robusto diseño basado en seis generaciones de robots de pintura y la experiencia acumulada conllevan al liderazgo mundial en robots y sistemas de pintura.

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P-200E Sistema

aract

Las válvulas de cambio de color montadas de forma cercana al aplicador reduce las pérdidas de pintura y el tiempo de cambio de color.

brazo y software específico permiten cambios de parámetros en tiempo ejora en la calidad de pintura.

ión y máxima repetibilidad en las válvulas internas del brazo. sistema,

dotan al sistema de gran flexibilidad

del sistema y del proceso, proporcionando una variedad de soluciones al mismo. Aceleración y desaceleración de movimiento extremadamente rápidas.

La muñeca patentada tipo “hollow ” ((hueca)y sellada y el sistema de purga (también patentado) posibilita el trabajo en agresivos ambientes de trabajo.

La gran área de trabajo del robot incrementa su flexibilidad, posibilitando que un mismo robot pinte desde el capo, al lateral, interiores, etc … en un vehículo.

E in p dc p m p ti s P v c c C erísticas principales:

tizado P-200E FANUC Rob loo de la industria. Integrando el cambiador r y las válvulas de control de fluido o al aplicador, se reduce las pérdidas de , el tiempo de cambio de color ndose el tiempo de ciclo. Esto ciona un incremento del rendimiento y del de aplicación. Simplificando la ción de aplicadores manuales, el sistema facilita la instalación en una gran d de aplicaciones de pintura. Ventajas del sistema P-200E es la dad y flexibilidad del sistema.


l sistema robo otics tegra s más avanzados equipamientos de rocese coloercaninturaejorároporempoustitu-200Eariedalaves apaci

•

• Hardware en el interior delreal proporcionando una m

• Precisión de detecc• El sistema AccuFlow II ™realiza un control en bucle cerrado del fluido a suministrar por el

calculándose automáticamente el caudal. Alta capacidad de carga ((15kg en muñeca,15kg en el exterior)•

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RAIL

SERIES

-200iA

F


La Solución para: Robot soldadura compacto, Inserción válvulas, abrazaderas, ejes, Transferización piezas, Paletizado, Manipulacion herramientas, Manipulación de piezas, Equipamiento flexible.

Seis grados de libertad. Diseño simple,,robusto y de bajo mantenimiento. Servo motores eléctricos AC. Freno de seguridad en cada eje. Componentes protegidos de las proyecciones de soldadura, grasa, químicos y agua. Brida tipo ISO.

C •

••••••

ESPECIALES


El F-200i es un robot con seis grados de libertad servo-controlados paralelos diseñado para ser instalado en una variedad de fabricaciones y procesos de montaje en el mundo de la automoción. El F-200i está diseñado para aplicaciones que requieren extrema rigidez y repetibilidad excepcional en un compacto y potente robot de aplicación.

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Frontal

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SR Mate 200iA


La Solución para: Carga máquinas inyección FANUC Roboshot series alpha, Acompañamiento maquinas de inyección, Operaciones en Máquina Herramienta, Manipulación, Transferización piezas, Ensamblaje, Testeo y muestreo.

Velocidad de rail de 2000mm/sec. Recorrido de rail de 1500mm. Gran robustez,,transmisión por correa dentada en el eje J1. El conector “End effector ” ubicado en el interior del robot minimiza el cableado del robot. Frenos de seguridad para todos los ejes del robot.

Descripción Básica El robot SR Mate 200i con construcción modular, servo-controlados eléctricamente está diseñado y pensado para trabajar con máquinas de inyección y manipulación. Este robot montado sobre rail está dirigido para aplicaciones que requieran alta precisión, alta velocidad de trabajo, con configuración rápida y máxima fiabilidad.

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6.- Conclusiones.

Es obvio que en la sociedad actual la robótica esta plenamente introducida en la industria. Gracias a la constante evolución de la tecnología, la robótica ha podido avanzar a pasos

ig tescos, y con ella la automatización de la industria. FANUC Robotics Ibérica ofrece la más amplia gama de robots (más de 30 modelos) que

cubren toda la gama de sectores (automóvil, auxiliar, alimenticio, farmacéutico, construcción, químico...) y aplicaciones (soldadura al arco, soldadura por puntos, paletización, pintura, sellado, carga/descarga máquina herramienta...).

g an

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7.Bibliografía y documentación.

ERCIAL FANUC Robotics Ibérica S.L. Polígono industrial “El camí Ral” – Castelldefels (Barcelona)

• TERNET

- www.FANUCROBOTICS.ES - www.depeca.uah.es/docencia/ING-TELECO/sec/robotica.PDF - www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/PDFs/ Robótica%20y%20C.N.%20(Elec.%20Ind).pdf - www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/AyRobotica/Motores.pdf

• CASA COM

• LIBROS:

- G. Ferraté “Robótica Industrial” Editorial Marcombo, 1986 - Antonio Barrientos, Luis Felipe Peñín, Carlos Balaguer, Rafael Aracil “Fundamentos de

Robótica” Editorial McGraw – Hill, 1997.

IN

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8.A

arpetas :

DOCUMENTO : Proyecto en formato digital (.doc)

-

-Se incluyen en pdf los modelos tratados en el proyecto.

- MANTENIMIENTO ROBOTS. s manuales de mantenimiento de diferentes

-CONTROLADOR. -Se incluyen manuales del controlador de Fanuc R-J3iB

• CD-ROM Nº2: PRESENTACIÓN EN POWERPOINT.

nexos.

• CD-ROM Nº1:

C

-

PDF: - MODELOS DE ROBOTS .

-Se incluyen lo unidades mecánicas (robots).

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Documents

Projecte 27: Estudio de la morfología de robots de la casa japonesa