Brazo mecánico controlado por motores de paso

Acoplados a un sistema

Con microprocesador

Índice

Introducción...................................................................................................................... 1

Objetivo............................................................................................................................ 2

Propósito……………………………………………………........................................... 2

Justificación...................................................................................................................... 2

Capítulo 1

¿Qué es un robot? .......................................................................................................... 3

1.1 El término robot……………………………………………….................................. 3

1.2 Generaciones de robots............................................................................................ 5

1.3 Clasificación de los robots………………………………………............................. 5

1.4 Partes de un robot……………………………………………................................... 6

Capítulo 2 Características generales de los robots……………………...................... 11

2.1 Grados de libertad……………………………………………................................ 11

2.1. 1 Punto de vista de la teoría de mecanismos y máquinas……………….......... 12

2.1.2 Punto de vista de la Robótica.......................................................................... 14

2.2 Volumen de trabajo: Capacidad de carga............................................................ 14

2.3El concepto de gripper (elemento terminal)........................................................... 14

2.3.1 Tipos de herramientas.......................................................................................... 15

2.4 Precisión en la repetibilidad.................................................................................. 15

2.5 Velocidad.................................................................................................................. 16

2.6 Lenguajes de programación................................................................................... 16

2.6.1 Lenguajes de la primera generación................................................................. 17

2.6.2 Lenguajes de la segunda generación................................................................ 17

Capítulo 3 Cinemática y posicionamiento de robots…………………...................... 18

3.1 Articulaciones robóticas......................................................................................... 18

3.2 La cinemática aplicada a la Robótica……………………………...................... 19

3.3 Problema cinemático directo................................................................................. 19

3.4 Problema cinernático inverso................................................................................ 21

Capítulo 4 Motores eléctricos de paso a paso…………………….......................... 24

4.1 Elementos motrices de los robots……………………………….......................... 24

4.2 Motores eléctricos de paso a paso...................................................................... 25

4.3 Sistemas de control para motores PAP................................................................ 28

4.3.1 Sistemas de control en lazo abierto, basados en microprocesador................. 28

Capítulo5 Sistemas de control con microprocesador…………………..................... 30

5.1 Estructura y funciones del sistema de control………………………................. 30

5.2 Niveles de control por computadora...................................................................... 31

Capítulo 6 Implementación del brazo mecánico....................................................... 32

6.1 Circuito interface entre la PC y los motores de paso………………….............. 32

6.1.1 Diseño del circuito………………………………………….............................. 32

6.1.2 Lista de material................................................................................................. 34

6.2 Descripción de los motores……………………………………............................. 35

6.3 Programa de simulación y control del brazo mecánico……………….............. 36

6.3.1 Instrucciones de uso…………………………………………............................. 36

6.3.2 Código fuente...................................................................................................... 38

Conclusiones................................................................................................................... 66

Bibliografía..................................................................................................................... 68

Introducción

La Robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de la gente tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial que posee; sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea de la naturaleza de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.

La Robótica, como la conocemos hoy en día, tiene sus orígenes hace miles de años.

Comenzaremos aclarando que, antiguamente, los robots eran conocidos con el nombre de autómatas, y la robótica no era reconocida como ciencia, es más, la palabra robot surgió hasta mucho después del origen de los autómatas.

Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear vida artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le acompañen en su morada, o que realicen sus tareas repetitivas, pesadas o difíciles de realizar por un ser humano. Estos primeros autómatas utilizaban, principalmente, la fuerza bruta para poder ejecutar sus movimientos. A las primeras máquinas herramientas que ayudaron al hombre a facilitarle su trabajo no se les daba el nombre de autómata, sino más bien se les reconocía como artefactos o simples máquinas.

Antiguamente, se creaban artefactos capaces de realizar tareas diarias y comunes para los hombres, o bien para facilitarles las labores cotidianas; se daban cuenta de que había tareas repetitivas que se podían igualar con un complejo sistema, y es así como se comienzan a crear máquinas capaces de repetir las mismas labores que el hombre realizaba.

Los ingenieros griegos aportaron grandes conocimientos acerca de los autómatas, aunque su interés estaba enfocado más bien hacia el saber humano que hacia las aplicaciones prácticas. Tiempo después, los autómatas fueron los protagonistas principales de una infinidad de relatos de ciencia-ficción.

Los primeros robots creados en toda la historia de la humanidad no tenían más que un solo fin: entretener a sus dueños. Sus inventores sólo se interesaban en conceder los deseos de recrear a quien le pedía construir el robot. Sin embargo, estos inventores se comenzaron a dar cuenta de que los robots podían imitar movimientos humanos o de alguna criatura viva. Estos movimientos pudieron ser mecanizados y, de esta manera, se podían automatizar y mecanizar algunas de las labores más sencillas de aquellos tiempos.

El origen del desarrollo de la Robótica se basa en el empeño por automatizar la mayoría de las operaciones en una fábrica; esto se remonta al siglo XVII, en la industria textil, donde se diseñaron telares que se controlaban con tarjetas perforadas.

Objetivo Diseñar y construir un brazo mecánico controlado por un programa de computadora que manipule los motores de paso correspondientes a cada grado de libertad del brazo.

Propósito Conocer las ventajas y desventajas del uso de la computadora personal y los motores de pasos en la implementación de un brazo de robot.

JustificaciónCon el nacimiento de la Revolución Industrial, muchas fábricas tuvieron gran aceptación por la automatización de procesos repetitivos en la línea de ensamblaje. La automatización consiste, principalmente, en diseñar sistemas capaces de ejecutar tareas repetitivas hechas por los hombres y de controlar operaciones sin la ayuda de un operador humano.

El término automatización también se utiliza para describir a los sistemas programables que pueden operar independientemente del control humano. La mayoría de las industrias han sido automatizadas o utilizan tecnología para automatizar algunas labores; en la industria de la telefonía, la marcación, la transmisión y la facturación están completamente automatizadas.

La aparición de los robots es consecuencia directa del desafío que ha representado para el hombre hacer cada vez más eficientes los procesos de producción. Así, las aplicaciones de la Robótica en la automatización de esos procesos se han convertido en parte imprescindibles de fábricas de aparatos electrónicos, automóviles, etc.

Hay estadísticas que indican claramente las ventajas de la utilización de un robot en lugar de mano de obra humana en ciertas tareas (sin mencionar las implicaciones sociales de la Robótica, que no trataremos en este Proyecto). Entre esas ventajas están la velocidad y la precisión con que operan los robots, incluyendo el hecho de que "no se cansan" y "no protestan". Además, existen aplicaciones donde la Robótica juega un papel fundamental, es decir, sin ésta sería prácticamente imposible llevar a cabo tales aplicaciones, por ejemplo, el manejo de sustancias radioactivas mediante brazos manipuladores.

CAPITULO 1

Marco teórico

¿Qué es un robot? 1 .I El término robot Desde la antigüedad se ha tenido la idea de crear autómatas que imitaran a los hombres o a los animales. Pero no fue sino hasta este siglo cuando se desarrolló la tecnología para construir máquinas que sustituyeran al hombre en tareas pesadas, peligrosas o monótonas. Tales máquinas reciben el nombre de robot. Este término, de origen checo, aparece por vez primera en novelas de ciencia ficción, aunque es hasta el año 1961 cuando llega a la industria el primer robot útil. Mikell Groover, en su libro Automation, Production Systems and Computer lntegrated Manufacturing, define al robot industrial como "...una máquina programable, de propósito general, que posee ciertas características antropomórficas, es decir, con características basadas en la figura humana...". La figura 1.1 muestra la analogía existente entre las partes del brazo humano y el mecánico.

Figura 1.1. El brazo mecánico es un robot con características antropomórficas.

Cabe destacar que la característica antropomórfica más común en nuestros días es la de un brazo mecánico, el cual realiza diversas tareas industriales. Pero el robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros días, no surge como consecuencia de la tendencia o afición de reproducir seres vivientes, sino de la necesidad. Con el objetivo de diseñar una máquina flexible, adaptable al entorno y de fácil manejo, George Devol, pionero de la Robótica Industrial, patentó, en 1956, un manipulador programable que fue el germen del robot industrial.

Para las normas ISO, un robot industrial es un manipulador automático reprogramable y multifuncional, que posee ejes capaces de agarrar materiales, objetos, herramientas, mecanismos especializados, a través de operaciones programadas para la ejecución de una variedad de tareas.

Un robot industrial es una máquina que puede efectuar un número diverso de trabajos, automáticamente, mediante la programación previa; su estructura es en forma de brazo mecánico y tiene la capacidad de adaptarse a diferentes aprehensores o herramientas. Un robot tiene la posibilidad de llevar a cabo trabajos completamente diferentes e, incluso, tomar decisiones según la información procedente del mundo exterior mediante el adecuado programa operativo de su sistema informático.

Los usos actuales de los robots son: MilitaresIndustrialesPersonalesEducativos

Existen en el mercado diversas empresas dedicadas a la fabricación de robots industriales, por 10 que existen diferentes marcas y modelos. Estos últimos normalmente son asignados para identificarlos o de acuerdo a su función.

La Robótica es una tecnología transdisciplinaria, ya que no solamente hace uso de los recursos que le proporcionan varias ciencias afines, sino que la misma Robótica produce notables transformaciones en cada una de estas ciencias: Electrónica, Computación, Automática, Matemáticas, Mecánica,...

1.2 Generaciones de robots La primera generación se caracteriza por mecanismos de relojería que permiten mover cajas musicales o juguetes de cuerda y lavarropas de ciclo fijo. Están limitados a un número pequeño de movimientos.

La segunda generación, en vez de utilizar interruptores, usa una secuencia numérica de control de movimientos almacenados.

El 90 YO de los robots industriales en USA pertenecen a esta generación. La tercera generación de robots utiliza las computadoras para su estrategia de control y tiene algún conocimiento del ambiente local a través del uso de sensores. La cuarta generación mejora las extensiones sensoriales, para comprender sus acciones y el mundo que los rodea. Utilizan lógicas difusas y procesamiento dirigido por expectativas.

La quinta generación pretende que el control emerja de la adecuada organización y distribución de módulos conductuales; esta nueva arquitectura es denominada arquitectura de subsunción.

1.3 Clasificación de los robots Hay diversas propuestas en la clasificación de los robots; Japón, país líder tanto en la construcción como en la aplicación de robots en diversos campos, ofrece una clasificación muy amplia, que se presenta a continuación:

Robots Manipuladores: Son sistemas mecánicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos:

Manual: cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, la tarea del

manipulador. De secuencia variable: se pueden alterar algunas características de los ciclos de

trabajo. Robots de repetición

Aprendizaje: Son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimientos, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, o bien, de joysticks, o bien utiliza un maniquí o, a veces, desplaza directamente la mano del robot.

Robots con control por computadora

Son manipuladores o sistemas mecánicos multifuncionales, controlados por una computadora. En este tipo de robots, el programador no necesita mover realmente el elemento de la máquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computadora dispone de un lenguaje específico, compuesto por varias instrucciones adaptado al robot, con las que se puede confeccionar un programa de aplicación utilizando sólo la terminal de la computadora y no el brazo.

Robots inteligentes

Son similares a los del grupo anterior, pero además son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores y tomar decisiones en tiempo real (auto programable). La visión artificial, el sonido de la máquina y la inteligencia artificial, son las ciencias que más se están estudiando para su aplicación en los robots inteligentes.

Micro-Robots: Con fines educacionales, de entrenamiento o investigación. Existen numerosos robots de formación o micro-robots a un precio muy accesible y cuya estructura y funcionamiento son similares a los de la aplicación industrial.

Tomando en cuenta ésta y otras propuestas, hemos hecho una clasificación más general: hay robots de tres clases.

Los robots de aprendizaje graban en su memoria electrónica los movimientos que han ejecutado por vez primera para que, posteriormente, los reproduzcan fielmente, sin ninguna intervención ulterior del hombre.

Los robots programados están gobernados por una computadora, cuyas instrucciones siguen constantemente. Por último, los robots autoadaptables disponen de detectores, captadores, cámaras de televisión u otros medios que le permiten tener en cuenta los eventuales cambios del entorno para modificar su programa.

1.4 Partes de un Robot

Un manipulador robótico podría ser visto más que sólo como una serie de enlaces mecánicos. El brazo mecánico sólo es un componente de todo un Sistema Robótico, mostrado en la figura 1.2, el cual consiste del brazo, fuente de poder externa, elemento terminal (gripper), sensores externos e internos, servo-control, interface con la computadora y control por computadora. Aún el software programado podría ser considerado como una parte integral de todo el sistema, dado que la manera en la cual el robot es programado y controlado puede tener un impacto mayor en su desempeño y un subsecuente rango de aplicaciones.

Figura 1.2. Componentes de un Sistema Robótico.

El brazo humano puede ser representado en un robot, cuyas articulaciones le permiten hasta seis grados de libertad y que, por consiguiente, puede orientarse en todas las direcciones; lleva en su extremo libre dos pinzas o algún sistema de fijación para las herramientas que ha de usar; sus movimientos son regulados por mecanismos (p. ej. motores PAP) acoplados a un microprocesador.

La idea común que se tiene de un robot industrial es la de un brazo mecánico articulado pero, como se había mencionado al inicio de este apartado, este elemento no es más que una parte delo que se considera técnicamente como un sistema de robot industrial.

Un sistema de robot industrial consta de las siguientes partes:

Manipulador o brazo mecánico. Controlador. Elementos motrices o actuadores. Elemento terminal, herramienta o aprehensor. Sensores de información en los robots inteligentes.

Así, al robot industrial se le engloba dentro de la arquitectura de la celda flexible de manufactura, en la que se combinan los diversos dispositivos que configuran un núcleo básico de producción.

Manipulador: Recibe el nombre de manipulador o brazo de robot, el conjunto de elementos mecánicos que propician el movimiento del elemento terminal (aprehensor o herramienta). Dentro de la estructura interna del manipulador se alojan, en muchas ocasiones, los elementos motrices, engranajes y transmisores que soportan el movimiento de las cuatro partes que, generalmente, suelen conformar el brazo:

Base o pedestal de fijación

Cuerpo

Brazo

Antebrazo

Los cuatro elementos rígidos del brazo están relacionados entre si mediante articulaciones, como se muestra en la figura 1.3, las cuales pueden ser giratorias, cuando el movimiento permitido es de rotación, o prismáticas, en las que existe un movimiento de traslación entre los elementos que relacionan.

Figura 1.3. Componentes del brazo manipulador.

A semejanza con el brazo humano, a las uniones o articulaciones del manipulador se les denomina:

Unión del cuerpo (base-cuerpo)

Unión hombro (cuerpo-brazo)

Unión codo (brazo-antebrazo)

Unión muñeca (antebrazo-aprehensor)

El número de elementos del brazo, y de las articulaciones que los relacionan, determinan los grados de libertad del manipulador que, en los robots industriales, suelen ser 6 y coinciden con los movimientos independientes que posicionan las partes del brazo en el espacio.

Controlador: Recibe este nombre el dispositivo que se encarga de regular el movimiento de los elementos del manipulador y todo tipo de acciones, cálculos y procesado de información que se realiza.

La complejidad del control varía según los parámetros que se gobiernan, pudiendo existir las siguientes categorías:

Controlador de posición: interviene en el control de la posición del elemento terminal. Puede actuar en modo punto a punto, o bien, en modo continuo, en cuyo caso recibe el nombre de control continuo de trayectoria.

Controlador dinámico: toma en cuenta las propiedades dinámicas del manipulador, motores y elementos asociados.

Control adaptativo: considera la variación de las características del manipulador al variar la posición.

Elementos motrices o actuadores: Son los encargados de producir el movimiento de las articulaciones directamente o a través de poleas o cables. Se clasifican en tres grupos:

Neumáticos: emplean aire comprimido como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión limitada.

Hidráulicos: son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto con una precisa regulación de velocidad.

Eléctricos: son los más utilizados, por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que reporta su funcionamiento.

Elemento Terminal (gripper): es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realización de una tarea específica.

Por lo general, la problemática del elemento terminal radica en que ha de soportar una elevada capacidad de carga y, al mismo tiempo, conviene que tenga peso y tamaño reducidos. Como consecuencia de la amplia variedad de tareas a las que se destinan los robots, el elemento terminal adopta formas muy diversas. En bastantes ocasiones es necesario diseñar el elemento terminal de acuerdo a la aplicación en la que se emplea.

Los diversos tipos de elementos terminales podemos dividirlos en dos grandes categorías: pinzas y herramientas.

Las pinzas han sido diseñadas para que el robot cargue y descargue objetos, transporte materiales y ensamble piezas. Los tipos de pinzas más comunes pertenecen al tipo llamado pivotante. Los dedos de la pinza giran en relación con los puntos fijos del pivote. De esta manera, la pinza se abre y se cierra. Otro tipo de pinzas se denominan de movimiento ha/ En este caso, los dedos se abren y se cierran ejecutando un movimiento paralelo entre sí.

AI momento de diseñar una pinza deben tomarse en cuenta la forma y peso de la pieza de trabajo, así como el tipo de movimiento que harán los dedos. Con estos lineamientos, se puede asegurar una buena sujeción, de tal forma que la pinza no modifique o dañe la estructura de la pieza. Una regla general es que la pinza debe sujetar a la pieza de trabajo de su centro de gravedad.

Esto ocasiona que se anulen los momentos que se pudieran generar por el peso de la pieza de trabajo. Para reducir los tiempos de ciclo en operaciones de carga y descarga de piezas a máquinas-herramientas, se pueden diseñar efectores finales con doble pinza. Existen otros tipos de pinzas como ventosas, pinzas magnéticas y pinzas adhesivas.

Dependiendo de la aplicación, se pueden sustituir las pinzas por herramientas.

Sensores de Información: Los robots de la Misma generación tienen capacidad para relacionarse con el entorno y tomar decisiones en tiempo real, para adaptar sus planes de acción a las circunstancias exteriores.

La información que reciben les hace auto programable, o sea, alteran su actuación en función de la situación externa, lo que supone disponer de un cierto grado de inteligencia artificial.

CAPITULO 2

Características generales de los robots

2.1 Grados de libertad

Son diez 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 (giros y desplazamientos) independientes.

Los grados de libertad del brazo de un manipulador están directamente relacionados con su anatomía o configuración.

Un mayor número de grados de libertad conlleva al aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requieren de 6 grados de libertad, como las de soldadura, mecanizado y paletización, otras más complejas exigen un número mayor, tal es el caso de las labores de montaje. Tareas más sencillas y con movimientos más limitados, como las de pintura, suelen exigir 4 ó 5 grados de libertad.

La mano humana cuenta con unos 22 grados de libertad y, al mismo tiempo, la vista y el tacto ligados al cerebro, le permiten una habilidad increíble en un sinnúmero de operaciones. Entonces, es necesario limitar el número de grados de libertad al mínimo indispensable.

Esto se hace mediante el siguiente análisis:

La posición de un cuerpo rígido en el espacio (figura2.1) queda determinada si conocemos la posición de tres de sus puntos. Estos, a su vez, quedan determinados por nueve coordenadas,

Figura 2.1. Posición de un cuerpo rígido en el espacio.

Dado que el cuerpo es rígido, se cumple que las distancias entre los puntos son constantes, por lo que se obtienen las siguientes relaciones:

Estas tres relaciones permiten eliminar tres incógnitas. Entonces, tenemos 6 coordenadas libres, lo que nos indica que se puede construir un mecanismo con seis

grados de libertad, para colocar un objeto en cualquier punto del espacio a su alcance y con cualquier orientación. (De hecho, en los robots industriales, tres grados de libertad se emplean para definir la posición en el espacio y los otros tres para orientar la mano de sujeción o herramienta).

2.1 .I Punto de vista de la teoría de mecanismos y máquinas

Dada una configuración cinemática cualquiera, el criterio de Grijbler permite establecer el número de grados de libertad correspondiente.

Sea un sistema formado por N elementos indeformables. En el espacio de tres dimensiones, cada uno de estos elementos dispone de seis grados de libertad, de los que tres corresponden a las tres coordenadas {XO, yo, ZO) del centro de coordenadas asociado a él, y los otros tres definen la posición angular de los ejes (x, y, z) respecto a la referencia global. Si los elementos no estuvieran conectados mediante pares cinemáticas, sería preciso conocer 6N parámetros para definir las posiciones de todos ellos. Además, uno de los elementos (el soporte) es fijo y, por lo tanto, el número de grados de libertad se reduce a 6(N-1).

Por otra parte, los elementos del manipulador se encuentran unidos entre sí mediante pares cinemáticas R o P, que permiten, únicamente, un desplazamiento. El par que conecta la mano de sujeción con el resto del brazo (par esférico E) permite tres giros. En los robots con una configuración tradicional, cada elemento tiene dos pares cinemáticas, excepto el soporte y la mano de sujeción, que sólo tienen uno.

El número de pares cinemáticas R o P es N-2, si existe un Único par esférico E. El número de grados de libertad del mecanismo se puede, entonces, calcular como:

G 6 {N-?) -5 (N-2) -3 N -t?

La forma habitual de trabajo de los robots manipuladores se puede asimilar a una generación de trayectorias en su forma restringida, entendiendo por tal la que trata de colocar un punto de mecanismo en una posición determinada.

Si se impone, como única condición, que el centro de la mano de sujeción del robot ocupe una posición dada (x, y, z), y el brazo manipulador sea de seis grados de libertad, quedarán tres parámetros sin definir.

Para ilustrar mejor lo que se ha comentado aquí, supóngase un brazo manipulador que actúa en el plano y sea de un tipo derivado de una cadena abierta formada por N elementos unidos mediante N - 1 pares R.

Si se fija uno de los elementos, por ejemplo el 1, se obtendrá un sistema cuyo número de grados de libertad es:

G = 3 (N-?) -2 (N-1) = N-1,

Ya que cada elemento en el plano posee tres grados de libertad y cada par R restringe dos.

2.1.2 Punto de vista de la Robótica

El punto de vista desde el que se contempla el problema de cálculo de los grados de libertad, en las obras que tratan exclusivamente sobre Robótica, es un tanto menos formal que el descrito en el apartado anterior, aunque, por supuesto, perfectamente válido. La diferencia fundamental estriba en el número de elementos a tener en cuenta y en la forma de construir la muñeca de la mano de sujeción. En efecto, el rótulo se materializa mediante tres pares de rotación y la mano mediante tres elementos diferentes, con lo que el número de elementos pasa a ser dos o más que los N considerados en el apartado anterior. Por otra parte, en la Robótica se acostumbra a no considerar al fijo como un elemento. Llamando E al número de elementos así contados, se verifica:

€=N+ 1

El número de grados de libertad se puede calcular teniendo en cuenta que los elementos se unen mediante pares de rotación:

G = 6€-5€= €

Los elementos de un robot con seis grados de libertad son: la base, el brazo, el antebrazo y los tres que componen la mano.

2.2 Volumen de trabajo: Capacidad de carga

El peso (en kilogramos) que puede transportar una garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga.

A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de la propia carga. La capacidad de carga es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección del robot, según la tarea a que se destine. En soldadura y mecanizado es común precisar capacidades de carga superiores a los 50 Kg.

2.3 El concepto de gripper (elemento terminal)

Existe una gran variedad de elementos terminales requeridos para efectuar las diferentes funciones de trabajo. Esta variedad de elementos pueden ser divididos en dos categorías principales:

Grippers

Tools

Los grippers son elementos terminales utilizados para sujetar y sostener objetos. Los objetos son generalmente piezas de trabajo que tienen que ser movidas por el

robot. Estas aplicaciones de manejo de piezas incluyen carga y descarga, tomar las piezas de una banda transportadora y colocar partes en un pallet.

Además de las piezas de trabajo, otros objetos manejados por el gripper del robot incluyen cajas, botes, materia prima y herramientas.

Los grippers pueden ser clasificados como grippers sencillos o grippers dobles, aunque esta clasificación se aplica mejor a los grippers mecánicos. El gripper sencillo se distingue por el hecho de que solamente es colocado un dispositivo de sujeción en el elemento terminal del robot. Un gripper doble tiene dos dispositivos de sujeción colocados en el elemento terminal y es utilizado para manejar dos objetos por separado. Ambos dispositivos pueden actuar independientemente. El doble gripper es utilizado para las funciones de carga y descarga. El término gripper múltiple es utilizado cuando son colocados dos o más dispositivos de sujeción en el elemento terminal del robot.

2.3.1 Tipos de herramientas

En muchas aplicaciones, el robot requiere manipular una herramienta en vez de sólo piezas de trabajo (partes). En la mayoría de las aplicaciones de robots, en las cuales una herramienta es manipulada, la herramienta es colocada directamente al robot. En estos casos, la herramienta es el elemento terminal.

Algunos ejemplos de herramientas utilizadas en las aplicaciones de robot como elementos terminales son:

Spot-Weldingtools (Herramientas de soldadura punto), Arc-Weldingtorch (Soplete de soldadura en arco),

Spray-painting nozzle (Pintura en Spray), Drilling (taladrado), Routing, Wire brushing (pintura), Grinding,

Liquid cement applications for assembly (Aplicaciones de cemento líquido), heating torches, Waterjet cuffing tool (Herramienta de corte a presión).

En cada caso, el robot debe controlar la actuación de la herramienta. Por ejemplo, el robot debe coordinar la ejecución de la soldadura punto como parte de su ciclo de trabajo. Esto es controlado de la misma manera en que el gripper se abre y cierra.

2.4 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 que k 0.1 mm. En soldadura, pintura y

manipulación de piezas, la precisión en la repetibilidad está comprendida entre 1 y 3 mm y en las operaciones de mecanizado, la precisión ha de ser menor de 1 mm.

2.5 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 las 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.

2.6 Lenguajes de programación

La programación de robots es la utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos técnicas fundamentales:

programación gestual

programación textual

La programación gestual consiste en guiar el brazo del robot directamente a lo largo de la trayectoria que debe seguir.

Los puntos del camino se graban en la memoria y luego se repiten. Este tipo de programación exige el empleo del manipulador en la fase de enseñanza, es decir, trabaja en line.

En la programación textual, las acciones que ha de realizar el brazo se especifican mediante las instrucciones de un lenguaje; las trayectorias del manipulador se calculan matemáticamente con gran precisión y se evita el posicionamiento a ojo, muy corriente en la programación gestual.

El primer lenguaje textual de un robot fue WAVE, desarrollado en 1973 como un lenguaje experimental, para la investigación de la inteligencia artificial en el laboratorio de Stamford. Esta investigación demostraba la factibilidad de la coordinación mano-ojo del robot. El desarrollo de un siguiente lenguaje fue en 1974, en Stamford. Este lenguaje fue llamado AL y podía ser utilizado en el control de múltiples brazos de robot en la realización de las tareas que requerían la coordinación de brazos. Muchos de los conceptos de WAVE y AL se utilizaron en el desarrollo del primer lenguaje textual comercial para programar un robot: VAL (Victor'sAssemblyLanguage)fue presentado por Unimation, Inc. Para sus series de robots PUMA. Este lenguaje fue mejorado comoVAL /I y presentado en 1984.

El trabajo en el desarrollo de lenguajes para robots también fue realizado por la

IBM. Dos de los lenguajes de la IBM son AUTOPASS y AML (A manufacturingLanguages) utilizados para el ensamble y tareas similares.

Otros lenguajes textuales para robots que deben ser mencionados son RAIL, presentado en 1981 por Atdomafixforroboticassembly and arcwelding así como la máquina de visión MCL (Manufacturing Control Language) desarrollado por la fuerza aérea como un lenguaje mejorado de APT (AutomaticProgrammedTooling) y HELP utilizado por la Compañía General Electric.

2.6.1 Lenguajes de la primera generación

Utilizan una combinación de comandos y procedimientos para desarrollar programas de robots. Fueron desarrollados largamente para implementar el control del movimiento por medio de la programación con lenguaje textual. Una característica típica de estos lenguajes incluye la capacidad de definir el movimiento del manipulador, interpolación lineal y comandos elementales de sensor que involucran señales de on/off. El lenguaje VAL es un ejemplo de un lenguaje de programación de un robot de primera generación. Las limitaciones comunes de este tipo de lenguajes comprenden la incapacidad de especificar cálculos complejos de aritmética para ser utilizados durante la ejecución del programa, la incapacidad de hacer uso de sensores complejos y sensores de datos, y una limitada capacidad para comunicarse con otras computadoras.

2.6.2 Lenguajes de la segunda generación

Los lenguajes de la segunda generación superan muchas de las limitaciones de los lenguajes de la primera generación y añaden otras capacidades incorporando características que hacen que el robot parezca más inteligente. Las características y capacidades de los lenguajes de la segunda generación pueden ser listados como sigue:

Control del movimiento.

Capacidades avanzadas de sensor: tiene la capacidad de manejar algo más que señales binarias onloff y la capacidad de controlar dispositivos por medio de sensores de datos.

inteligencia limitada: es la capacidad de utilizar información recibida del ambiente de trabajo para modificar el comportamiento del sistema de una manera programable.

Comunicaciones y procesamiento de datos: cuentan con la capacidad de interactuar con otras computadoras y con bases de datos computarizadas con el propósito de mantener registros, generar reportes y controlar actividades en la celda de manufactura.