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UNIDAD 4
ROBÓTICA
Contenido
4.3 Sistemas de control y motores
de impulsión
4.4 Programación
4.5 Aplicaciones
4.3 Sistemas de control
y motores de impulsión
En esta sección se examinan los tipos de sistemas de
impulsión y los sistemas de control asociados que se
utilizan en robótica.
Categorización por Sistema de Control
Básicamente los robots pueden clasificarse en
controlados y no controlados. Los robots sin
servomecanismo no son adecuados para
aplicaciones que requieren que un efector final se
mueva a diversas posiciones dentro de un cierto
volumen de trabajo.
a) Servo control o Control de lazo cerrado. Consiste
en retroalimentación continua respecto a la velocidad,
dirección y posición de los dedos del robot.
b) No servocontrolados o Control de lazo abierto.
Consiste en controlar el movimiento por medio de un
sensor al final de este.
• Robots de secuencia limitada
(Baja Tecnología)
Los robots de secuencia limitada
representan el nivel de control
más bajo, se controlan por el
posicionamiento de interruptores
de fin de carrera y/o topes
mecánicos para establecer los
puntos finales de desplazamiento
para cada una de sus
articulaciones.
• Robots de reproducción (Mediana Tecnología)
Los robots de reproducción utilizan una unidad de
control más sofisticada, en la que una serie de
posiciones o movimientos son “enseñados” al robot,
registrados en memoria y luego repetidos por el robot
bajo su propio control. El procedimiento de enseñar y
registrar en memoria se le conoce como la
programación del robot.
• Robots inteligentes (Alta tecnología)
Constituyen una clase cada vez más numerosa de los
robots industriales, y capacidad no solo para
reproducir un ciclo de movimiento programado, sino
para interaccionar con su entorno de una manera que
parece inteligente. Los robots inteligentes pueden
modificar su ciclo programado en respuesta a las
condiciones particulares que se produzcan en el lugar
de trabajo, con los operadores humanos o con
sistemas basados en computadora.
Categorización por la fuente poder
(Sistemas de Accionamiento)
Los sistemas de accionamiento o impulso suministran
al robot el poder muscular necesario. Son dispositivos
para conversión de energía, que transforman una
potencia eléctrica, hidráulica o neumática en una
potencia mecánica. Los elementos básicos de
accionamiento pueden clasificarse en motores y
actuadores; los primeros son capaces de presentar
rotación continua, mientras que los segundos están
limitados en su movimiento, ya sea lineal o giratorio.
• Accionamiento Hidráulico
Una de las principales ventajas del accionamiento
hidráulico es la capacidad para generar fuerzas de gran
magnitud, algunas de las aplicaciones se encuentran
en la industria que trata metales.
La elevada relación
fuerza-peso es otra
importante ventaja. Los
motores hidráulicos
son mucho más
pequeños que los
motores eléctricos con
la capacidad necesaria
para generar la misma
potencia.
• Accionamiento Neumático
Los primeros sistemas neumáticos
utilizaban aire como elemento de
trabajo, pero en la actualidad en
algunas aplicaciones se utilizan
gases inertes y gases calientes.
El uso de aire comprimido como
fuente de energía a aumentado
rápidamente durante los últimos 20
años y en la actualidad se acepta
en todas las ramas de la industria.
Sus ventajas, muchas de las cuales son compartidas
por los sistemas hidráulicos, pueden resumirse de la
siguiente manera:
• Los componentes neumáticos son poco costosos.
• Los componentes están siempre en existencia.
• Los componentes son confiables y su mantenimiento
es sencillo y económico.
• Los actuadores neumáticos no se queman cuando se
atoran.
• No existen riesgos de incendios.
• Los sistemas neumáticos son limpios
3. Accionamiento Eléctrico
En los robots se utilizan dos tipos principales de
motores eléctricos: motores de pasos y servomotores
de corriente directa. los motores de pasos se
desplazan a un ángulo fijo por cada pulso y como el
tamaño del paso es fijo, puede obtenerse una posición
determinada enviando el número adecuado de pulsos
al motor.
Ventajas:
• Los actuadores eléctricos son fáciles de controlar.
• Se obtienen fácilmente y son poco costosos.
• Tienen un funcionamiento silencioso.
• Son limpios.
• Las relaciones potencia/ peso y par/peso son
reducidas.
• La generación de arcos genera riesgos de incendio.
4.4 Programación
Programación
La programación es el proceso de diseñar,
codificar, depurar y mantener el código
fuente de programas computacionales. El propósito
de la programación es crear programas que exhiban
un comportamiento deseado. El proceso de escribir
código requiere frecuentemente conocimientos en
varias áreas distintas, además del dominio del
lenguaje a utilizar, algoritmos especializados y lógica
formal.
Un lenguaje de
programación es un idioma
artificial diseñado para
expresar procesos que
pueden ser llevadas a cabo
por máquinas como
las computadoras. Pueden
usarse para crear programas
que controlen el
comportamiento físico y lógico
de una máquina, para
expresar algoritmos con
precisión, o como modo de
comunicación humana
Lenguaje de Programación
La programación que se emplea en la robótica tiene
caracteres diferentes: explícito, en el que el operador
es el responsable de las acciones de control y de las
instrucciones adecuadas que las implementan, o estar
basada en la modelación del mundo exterior, cuando
se describe la tarea y el entorno y el propio sistema
toma las decisiones.
Programación usada
en la Robótica
• Programación Gestual.
Este tipo de programación,
exige el empleo del
manipulador en la fase de
enseñanza, o sea, trabaja
online.
La programación explícita es la más utilizada en
las aplicaciones industriales y consta de dos
técnicas fundamentales:
• Programación Textual. En
esta labor no participa la
máquina (offline). Las
trayectorias del
manipulador se calculan
matemáticamente con gran
precisión y se evita el
posicionamiento a ojo.
Descripción de los lenguajes de programación
más usados en la robótica:
GESTUAL PUNTO A PUNTO. Se aplican con el robot
"in situ", recordando a las normas de funcionamiento
de un magnetófono doméstico, ya que disponen de
unas instrucciones similares: PLAY (reproducir),
RECORD (grabar), FF (adelantar), FR (atrasar),
PAUSE, STOP, etc. Además, puede disponer de
instrucciones auxiliares, como INSERT (insertar un
punto o una operación de trabajo) y DELETE (borrar).
Este manipulador en línea funciona como un
digitalizador de posiciones.
Los lenguajes más conocidos en
programación gestual punto a punto son:
FUNKY. Creado por IBM para
uno de sus robots. Se usa un
mando del tipo "joystick", que
dispone de un comando
especial para centrar a la
pinza sobre el objeto para el
control de los movimientos.
T3. Original de
CINCINNATI MILACROM
para su robot T3. Dispone
de un dispositivo de
enseñanza ("teach
pendant"). El procesador
usado en T3 es el AMD
2900 ("bit slice“).
A nivel de movimientos elementales
ANORAD. Se trata de una transformación de un lenguaje de control numérico de la casa ANORAD CORPORATION, utilizado para robot ANOMATIC. Utiliza, como procesador, al microprocesador 68000 de Motorola de 16/32 bits.
VAL. Fue diseñado por UNIMATION INC para sus robots UNIMATE y PUMA. Emplea, como CPU, un LSI−II, que se comunica con procesadores individuales que regulan el servicontrol de cada articulación. Las instrucciones, en idioma inglés, son sencillas e intuitivas
MAL. Se ha creado en el Politécnico de Milán para el robot SIGMA, con un Mini−multiprocesador. Es un lenguaje del tipo intérprete, escrito en FORTRAN.
Estructurados de programación explícita
Teniendo en cuenta las importantísimas características que
presenta este tipo de programación, merecen destacarse
los siguientes lenguajes:
MCL. Lo creó la compañía MC DONALL DOUGLAS, como ampliación de su lenguaje de control numérico APT. Es un lenguaje compilable que se puede considerar apto para la programación de robots "off−line".
AL. Trata de proporcionar definiciones acerca de los movimientos relacionados con los elementos sobre los que el brazo trabaja. Fue diseñado por el laboratorio de IA de la Universidad de Stanford, con estructuras de bloques y de control similares al ALGOL, lenguaje en el que se escribió.
HELP. Creado por GENERAL ELECTRIC para su robot ALLEGRO y escrito en PASCAL/FORTRAN, permite el movimiento simultáneo de varios brazos. Dispone, asimismo, de un conjunto especial de subrutinas para la ejecución de cualquier tarea.
Las seis características básicas de un lenguaje ideal,
expuestas por Pratt, son:
1. Claridad y sencillez.
2. Claridad de la estructura del programa.
3. Sencillez de aplicación.
4. Facilidad de ampliación.
5. Facilidad de corrección y mtto.
6. Eficacia.
Características de un lenguaje ideal
para la Robótica
Estas características son insuficientes para la
creación de un lenguaje "universal" de programación
en la robótica, por lo que es preciso añadir las
siguientes:
Transportabilidad sobre cualquier equipo mecánico
o informático.
Adaptabilidad a sensores (tacto, visión, etc.).
Posibilidad de descripción de todo tipo de
herramientas acoplables al manipulador.
Interacción con otros sistemas.
4.4 Aplicaciones
• Los robots son utilizados en una diversidad de
aplicaciones, desde robots tortugas en los salones de
clases, robots soldadores en la industria automotriz,
hasta brazos teleoperados en el transbordador espacial.
Cada robot lleva consigo su problemática propia y sus
soluciones afines; no obstante que mucha gente
considera que la automatización de procesos a través
de robots está en sus inicios, es un hecho innegable que
la introducción de la tecnología robótica en la industria,
ya ha causado un gran impacto. En este sentido la
industria Automotriz desempeña un papel
preponderante.
Los robots son utilizados por una diversidad de
procesos industriales como lo son :
• La soldadura de punto
• Soldadura de arco
• Pinturas de spray
• Transportación de materiales
• Molienda de materiales
• Moldeado en la industria plástica
• Máquinas-herramientas.
Industria
• Las aplicaciones de transferencia de material se definen
como operaciones en las cuales el objetivo primario es
mover una pieza de una posición a otra.
• Se suelen considerar entre las operaciones más
sencillas o directas de realizar por los robots. Las
aplicaciones normalmente necesitan un robot poco
sofisticado, y los requisitos de enclavamiento con otros
equipos son típicamente simples.
Aplicación de transferencia de
material
• Estas aplicaciones son de manejos de material en las
que el robot se utiliza para servir a una máquina de
producción transfiriendo piezas a/o desde las máquinas.
Existen tres casos que caen dentro de ésta categoría de
aplicación:
• Carga/Descarga de Máquinas.
• Carga de máquinas.
• Descarga de máquinas.
Carga y descarga de máquinas
Además de las aplicaciones de manejo de piezas,
existe una gran clase de aplicaciones en las cuales el
robot realmente efectúa trabajos sobre piezas. La
utilización de una herramienta para efectuar el trabajo
es una característica distinta de este grupo de
aplicaciones. El tipo de herramienta depende de la
operación de procesamiento que se realiza.
• Soldadura por puntos
Como el término lo sugiere, la soldadura por puntos
es un proceso en el que dos piezas de metal se
soldan en puntos localizados al hacer pasar una gran
corriente eléctrica a través de las piezas donde se
efectúa la soldadura.
Operaciones de procesamiento
• Soldadura por arco continua
La soldadura por arco es un proceso de soldadura
continua en oposición a la soldadura por punto que
podría llamarse un proceso discontinuo. La
soldadura de arco continua se utiliza para obtener
uniones largas o grandes uniones soldadas en las
cuales, a menudo, se necesita una cierre hermético
entre las dos piezas de metal que se van a unir.
• Recubrimiento con spray
La mayoría de los productos fabricados de
materiales metálicos requieren de alguna forma de
acabado de pintura antes de la entrega al cliente.
En ésta etapa de su desarrollo los robots son utilizados
para realizar procedimientos manuales automatizados. Un
típico sistema de preparación de muestras consiste de un
robot y una estación de laboratorio, la cual contiene
balanzas, dispensarios, centrifugados, racks de tubos de
pruebas, etc.
Las muestras son movidas desde la estación de
laboratorios por el robot bajo el control de procedimientos
de un programa. También incluyen la medición del pH,
viscosidad, y el porcentaje de sólidos en polímeros,
preparación de plasma humano para muestras para ser
examinadas, calor, flujo, peso, etc.
Laboratorios
La tecnología robótica encontró su primer aplicación en
la industria nuclear con el desarrollo de teleoperadores
para manejar material radiactivo. Los robots más
recientes han sido utilizados para soldar a control
remoto y la inspección de tuberías en áreas de alta
radiación.
El accidente en la planta nuclear de Three Mile Island
en Pennsylvania en 1979 estimuló el desarrollo y
aplicación de los robots en la industria nuclear. El
reactor numero 2 (TMI-2) predio su enfriamiento, y
provocó la destrucción de la mayoría del reactor, y dejo
grandes áreas del reactor contaminadas, inaccesible
para el ser humano.
Manipuladores cinemáticos
El Instituto de Investigación Australiano, el cual ha invertido una gran cantidad de dinero y tiempo en el desarrollo de este tipo de robots. Entre sus proyectos se encuentra una máquina que esquila a las ovejas. La trayectoria del cortador sobre el cuerpo de las ovejas se planea con un modelo geométrico de la oveja.
Para compensar el tamaño entre la oveja real y el modelo, se tiene un conjunto de sensores que registran la información de la respiración del animal como de su mismo tamaño, ésta es mandada a una computadora que realiza las compensaciones necesarias y modifica la trayectoria del cortador en tiempo real.
Agricultura
La exploración espacial posee problemas especiales
para el uso de robots. El medio ambiente es hostil para
el ser humano, quien requiere un equipo de protección
muy costoso tanto en la Tierra como en el Espacio.
Muchos científicos han hecho la sugerencia de que es
necesario el uso de Robots para continuar con los
avances en la exploración espacial; pero como todavía
no se llega a un grado de automatización tan precisa
para ésta aplicación, el ser humano aún no ha podido
ser reemplazado por estos.
Son los teleoperadores los que han encontrado
aplicación en los transbordadores espaciales.
Espacio
Los eventos durante el verano de 1985 provocaron el
incremento por el interés de los vehículos submarinos.
En el primero - Un avión de la Air Indian se estrelló en el
Océano Atlántico cerca de las costas de Irlanda - un
vehículo submarino guiado remotamente, normalmente
utilizado para el tendido de cable, fue utilizado para
encontrar y recobrar la caja negra del avión.
El segundo fue el descubrimiento del Titanic en el fondo
de un cañón, cuatro kilómetros abajo de la superficie.
Un vehículo submarino fue utilizado para encontrar,
explorar y filmar el hallazgo.
En la actualidad muchos de estos vehículos submarinos
se utilizan en la inspección y mantenimiento de tuberías
que conducen petróleo, gas o aceite en las plataformas
oceánicas.
Vehículos submarinos
Los robots están apareciendo en los salones de clases de
tres distintas formas. Primero, los programas
educacionales utilizan la simulación de control de robots
como un medio de enseñanza.
El segundo y de uso más común es el uso del robot tortuga
para enseñar ciencias computacionales.
En tercer lugar está el uso de los robots en los salones de
clases. Una serie de manipuladores de bajo costo, robots
móviles, y sistemas completos han sido desarrollados para
su utilización en los laboratorios educacionales.
Educación
FIN
