Un robot industrial es un sistema de robot utilizado para la fabricación. Los robots industriales son automatizados, programables y capaces de moverse en dos o más ejes.

Las aplicaciones típicas de los robots incluyen soldadura, pintura, ensamblaje, selección y colocación de circuitos impresos, empaque y etiquetado, paletización, inspección de productos y pruebas; todo ello logrado con alta resistencia, velocidad y precisión. Ellos pueden ayudar en el manejo de materiales.

En el año 2015, se estima que 1.64 millones de robots industriales estaban operando en todo el mundo según la Federación Internacional de Robótica (IFR).

Tipos y características
Las configuraciones de robots más utilizadas son robots articulados, robots SCARA, robots delta y robots cartesianos de coordenadas (robots pórtico o robots xyz). En el contexto de la robótica general, la mayoría de los robots caen en la categoría de brazos robóticos (inherente al uso de la palabra manipulador en la norma ISO 1738). Los robots exhiben diferentes grados de autonomía:

Algunos robots están programados para llevar a cabo fielmente acciones específicas una y otra vez (acciones repetitivas) sin variaciones y con un alto grado de precisión. Estas acciones están determinadas por rutinas programadas que especifican la dirección, la aceleración, la velocidad, la desaceleración y la distancia de una serie de movimientos coordinados.
Otros robots son mucho más flexibles en cuanto a la orientación del objeto sobre el que están operando o incluso la tarea que se debe realizar en el objeto en sí, que el robot puede incluso necesitar identificar. Por ejemplo, para una guía más precisa, los robots a menudo contienen subsistemas de visión artificial que actúan como sus sensores visuales, vinculados a computadoras o controladores potentes. La inteligencia artificial, o lo que pasa por ella, [aclaración necesaria] se está convirtiendo en un factor cada vez más importante en el robot industrial moderno.

Se distingue entre robots basados ​​en la cinemática utilizada:

Cinemática paralela:
Robot Delta con 3 ejes rotativos montados en bastidor y guía de paralelogramo espacial de la plataforma de trabajo.
Robots hexápodos (en griego. «Sechsfüßer») con 6 ejes lineales, a menudo en simuladores de vuelo utilizados

Cinemática serial
Robot articulado:
Robots de 5 y 6 ejes con 5 o 6 ejes de rotación (comparables al brazo humano)
Robot de 7 ejes con 7 ejes.
Robot de doble brazo con 15 ejes (tiene dos ejes con 7 ejes y otro eje de rotación)
Robot de paletización con 2 o 4 ejes de rotación accionados y bloqueo mecánico de la orientación de la muñeca.
Robot SCARA con 3 ejes de rotación paralelos y un eje lineal.
Robot de pórtico con 3 ejes lineales (movimiento en un sistema de coordenadas cartesiano x / y / z, grúa de contenedor comparable) y posiblemente un eje de rotación directamente sobre la pinza.

Una característica importante de los robots industriales es la capacidad de carga. Esto describe la masa que se puede conectar al final del manipulador máximo. Para los robots de brazo articulado, actualmente hay un ancho de banda de 2.5 a 1300 kilogramos. Además, la dinámica y la precisión son críticas.

Un tipo especial es el robot colaborativo, que está diseñado para que pueda trabajar con personas en una habitación sin guardias. Esto abre aplicaciones completamente nuevas, pero también trae nuevas demandas al concepto de seguridad, lo que puede llevar a restricciones en términos de capacidad de carga, tiempo de ciclo, etc.

Historia de la robótica industrial.
El primer robot industrial conocido, conforme a la definición ISO, fue completado por «Bill» Griffith P. Taylor en 1937 y publicado en la revista Meccano en marzo de 1938. El dispositivo similar a una grúa se construyó casi en su totalidad utilizando partes de Meccano y fue alimentado por una sola motor eléctrico. Cinco ejes de movimiento fueron posibles, incluyendo la rotación de agarre y agarre. La automatización se logró utilizando cinta de papel perforada para energizar los solenoides, lo que facilitaría el movimiento de las palancas de control de la grúa. El robot podría apilar bloques de madera en patrones preprogramados. La cantidad de revoluciones del motor requeridas para cada movimiento deseado se representó primero en papel cuadriculado. Esta información fue luego transferida a la cinta de papel, que también fue manejada por el motor único del robot. Chris Shute construyó una réplica completa del robot en 1997.

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

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

La robótica industrial despegó con bastante rapidez en Europa, ya que tanto ABB Robotics como KUKA Robotics trajeron robots al mercado en 1973. ABB Robotics (anteriormente ASEA) introdujo el IRB 6, uno de los primeros robots del mundo con control de microprocesadores eléctricos disponibles en el mercado. Los primeros dos robots IRB 6 se vendieron a Magnusson en Suecia para rectificar y pulir tubos y se instalaron en la producción en enero de 1974. También en 1973 KUKA Robotics construyó su primer robot, conocido como FAMULUS, también uno de los primeros robots articulados en tener Seis ejes accionados electromecánicamente.

El interés en la robótica aumentó a fines de la década de 1970 y muchas empresas estadounidenses ingresaron al campo, incluidas grandes empresas como General Electric y General Motors (que formaron una empresa conjunta FANUC Robotics con FANUC LTD de Japón). Entre las empresas emergentes de EE. UU. Se incluyen Automatix y Adept Technology, Inc. En el apogeo del auge de los robots en 1984, Westinghouse Electric Corporation adquirió Unimation por 107 millones de dólares estadounidenses. Westinghouse vendió Unimation a Stäubli Faverges SCA de Francia en 1988, que aún fabrica robots articulados para aplicaciones industriales generales y de sala limpia, e incluso compró la división robótica de Bosch a fines de 2004.

Solo unas pocas empresas no japonesas lograron sobrevivir en este mercado, las principales son: Adept Technology, Stäub, la compañía sueco-suiza ABB Asea Brown Boveri, la compañía alemana KUKA Robotics y la compañía italiana Comau.

Áreas de aplicación
Los robots industriales se utilizan en muchas áreas de producción, tales como

como un robot de unión a
presión añadir
Encolado y sellado.
Dobladillo de rodillos

como dispositivo de manejo para
Equipar máquinas (robot de montaje).
montar
Paletizado (paletizador)
Apilamiento (robot de apilamiento)
Retirar piezas (picking robot)
embalaje

Como robot de pintura para pintar o como robot de pulido.

Como un robot de medición para medir y probar.

Como robot de rectificado para el rectificado de cintas.

como robot de corte para
Fresado, aserrado, corte por chorro de agua o
Con láser, cuchillo, soplete o plasma.

como robot de soldadura para
Soldadura de trayectoria (arco)
soldadura por láser
soldadura de pernos
Soldadura por resistencia (soldadura por puntos)

Descripción técnica

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

La precisión y la repetibilidad son diferentes medidas. La repetibilidad suele ser el criterio más importante para un robot y es similar al concepto de «precisión» en la medición: ver precisión y precisión. ISO 9283 establece un método mediante el cual se puede medir tanto la precisión como la repetibilidad. Normalmente, un robot se envía a una posición enseñada varias veces y el error se mide en cada vuelta a la posición después de visitar otras 4 posiciones. La repetibilidad luego se cuantifica utilizando la desviación estándar de esas muestras en las tres dimensiones. Un robot típico puede, por supuesto, cometer un error de posición que exceda eso y podría ser un problema para el proceso. Además, la repetibilidad es diferente en diferentes partes del sobre de trabajo y también cambia con la velocidad y la carga útil. ISO 9283 especifica que la precisión y la repetibilidad se deben medir a la velocidad máxima y a la carga útil máxima. Pero esto resulta en valores pesimistas, mientras que el robot podría ser mucho más preciso y repetible a cargas y velocidades ligeras. La repetibilidad en un proceso industrial también está sujeta a la precisión del efector final, por ejemplo, una pinza, e incluso al diseño de los «dedos» que coinciden con la pinza con el objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con «entradas de entrada», por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero se reduzca. Pero esto resulta en valores pesimistas, mientras que el robot podría ser mucho más preciso y repetible a cargas y velocidades ligeras. La repetibilidad en un proceso industrial también está sujeta a la precisión del efector final, por ejemplo, una pinza, e incluso al diseño de los «dedos» que coinciden con la pinza con el objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con «entradas de entrada», por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero se reduzca. Pero esto resulta en valores pesimistas, mientras que el robot podría ser mucho más preciso y repetible a cargas y velocidades ligeras. La repetibilidad en un proceso industrial también está sujeta a la precisión del efector final, por ejemplo, una pinza, e incluso al diseño de los «dedos» que coinciden con la pinza con el objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con «entradas de entrada», por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero se reduzca. que coinciden con la pinza al objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con «entradas de entrada», por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero se reduzca. que coinciden con la pinza al objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot toma un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con «entradas de entrada», por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero se reduzca.

Control de movimiento: para algunas aplicaciones, como el simple ensamblaje pick-and-place, el robot simplemente necesita regresar repetidamente a un número limitado de posiciones pre-enseñadas. Para aplicaciones más sofisticadas, como soldadura y acabado (pintura por rociado), el movimiento debe controlarse continuamente para seguir un camino en el espacio, con orientación y velocidad controladas.
Fuente de alimentación: algunos robots usan motores eléctricos, otros usan actuadores hidráulicos. Los primeros son más rápidos, los últimos son más fuertes y ventajosos en aplicaciones como la pintura con aerosol, donde una chispa podría provocar una explosión; sin embargo, la baja presión interna del brazo puede evitar la entrada de vapores inflamables y otros contaminantes.
Conducción: algunos robots conectan motores eléctricos a las articulaciones mediante engranajes; otros conectan el motor directamente a la junta (transmisión directa). El uso de engranajes resulta en un ‘retroceso’ medible que es movimiento libre en un eje. Los brazos de robot más pequeños emplean frecuentemente motores de CC de alto par y baja velocidad, que generalmente requieren altas relaciones de engranaje; Esto tiene la desventaja de la reacción. En tales casos, el accionamiento armónico se utiliza a menudo.
Cumplimiento: esta es una medida de la cantidad en ángulo o distancia que un eje del robot se moverá cuando se le aplique una fuerza. Debido al cumplimiento cuando un robot va a una posición que lleva su carga útil máxima, estará en una posición ligeramente más baja que cuando no lleva carga útil. El cumplimiento también puede ser responsable del exceso de carga cuando se transportan cargas útiles elevadas, en cuyo caso sería necesario reducir la aceleración.

Estructura
La estructura de un robot industrial (IR) incluye:

Control: Supervisa y dicta el movimiento y las acciones del IR. Esto requiere programación.
Accionamientos: el accionamiento mueve los eslabones de la cadena cinemática y consta de motor, caja de cambios y control. El accionamiento puede ser eléctrico, hidráulico o neumático.
Sensor interno: proporciona información sobre la posición de la cadena cinemática. El controlador lo utiliza para comparar el punto de ajuste y la posición real. Los sensores internos pueden ser, por ejemplo, codificadores incrementales, patrones de interferencia o funciones de barrera de luz.
Cinemática: representa la realización física de la estructura portante y crea la asociación espacial entre la herramienta / pieza y la instalación de producción. Se compone de ejes de rotación y traslación. Como regla general, se requieren al menos 3 grados de libertad para llegar a cada punto en el espacio. Esto requiere al menos 3 ejes de movimiento.
Sistemas de agarre: Un sistema de agarre establece la conexión entre la pieza de trabajo y el IR. Esto se puede hacer por emparejamiento forzado, emparejamiento de formas o emparejamiento de telas.
Sensor externo: da la retroalimentación IR sobre el medio ambiente. Por lo tanto, permite una reacción flexible a los cambios no planificados. Los sensores externos pueden ser, por ejemplo, sistemas de procesamiento de imágenes (por ejemplo, sistemas de corte de luz láser), sensores de triangulación, funciones de barrera de luz y sensores ultrasónicos.
Sistemas opcionales de cambio rápido de herramientas: permiten un cambio de herramienta controlado por programa z. Como soldar, cortar, unir, paletizar, pegar. Los sistemas de cambio rápido generalmente modulares constan de al menos un lado del robot, varios lados de la herramienta y un número correspondiente de bandejas de herramientas. Según el campo de aplicación, los cambiadores de herramientas pueden equiparse con acoplamientos de medios (agua, sistema hidráulico, aire), enchufes de señales eléctricas (cables de fibra óptica, bus de datos) y enchufes de alimentación eléctrica.

Manipulador
El manipulador o brazo robótico es una máquina de manejo multifuncional que consiste en una serie de enlaces rígidos conectados entre sí mediante uniones articuladas o deslizantes, que pueden ajustarse mediante accionamientos controlados. Un extremo de esta «cadena de eslabones» es la base, mientras que el otro extremo se puede mover libremente y está equipado con una herramienta o pinza para realizar el trabajo de producción.

Programación de robots e interfaces.
La configuración o programación de movimientos y secuencias para un robot industrial normalmente se enseña al vincular el controlador del robot a una computadora portátil, computadora de escritorio o red (interna o de Internet).

Un robot y una colección de máquinas o periféricos se denominan células de trabajo o células. Una celda típica puede contener un alimentador de piezas, una máquina de moldeo y un robot. Las distintas máquinas están ‘integradas’ y controladas por una sola computadora o PLC. La forma en que el robot interactúa con otras máquinas en la celda debe ser programada, tanto con respecto a sus posiciones en la celda como sincronizándose con ellas.

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

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

La enseñanza de las posiciones del robot se puede lograr de varias maneras:

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

Colgante de enseñanza: las posiciones del robot se pueden enseñar a través de un colgante de enseñanza. Esta es una unidad de control y programación de mano. Las características comunes de tales unidades son la capacidad de enviar manualmente el robot a una posición deseada, o «pulgada» o «jog» para ajustar una posición. También tienen un medio para cambiar la velocidad, ya que generalmente se requiere una velocidad baja para un posicionamiento cuidadoso, o mientras se realiza una prueba a través de una rutina nueva o modificada. Por lo general, también se incluye un gran botón de parada de emergencia. Por lo general, una vez que el robot ha sido programado, ya no se utiliza para el pendiente de enseñanza.

Lead-by-the-nose: esta es una técnica ofrecida por muchos fabricantes de robots. En este método, un usuario sostiene el manipulador del robot, mientras que otra persona ingresa un comando que desenergiza el robot, lo que causa que se colapse. Luego, el usuario mueve el robot con la mano a las posiciones requeridas y / o a lo largo de una ruta requerida mientras el software registra estas posiciones en la memoria. El programa puede posteriormente ejecutar el robot en estas posiciones o en el camino enseñado. Esta técnica es popular para tareas tales como la pulverización de pintura.

La programación fuera de línea es donde la celda completa, el robot y todas las máquinas o instrumentos en el área de trabajo se asignan gráficamente. El robot puede entonces moverse en la pantalla y simular el proceso. Se utiliza un simulador de robótica para crear aplicaciones integradas para un robot, sin depender de la operación física del brazo del robot y el efector final. Las ventajas de la simulación robótica es que ahorra tiempo en el diseño de aplicaciones robóticas. También puede aumentar el nivel de seguridad asociado con el equipo robótico, ya que se pueden probar y probar varios escenarios «qué pasaría si» antes de que se active el sistema. El software de simulación de robots proporciona una plataforma para enseñar, probar, ejecutar y depurar programas que se han escrito en una variedad de lenguajes de programación.

Las herramientas de simulación de robots permiten que los programas de robótica se escriban y depuren convenientemente fuera de línea con la versión final del programa probado en un robot real. La capacidad de previsualizar el comportamiento de un sistema robótico en un mundo virtual permite probar y probar una variedad de mecanismos, dispositivos, configuraciones y controladores antes de aplicarlos a un sistema del «mundo real». Los simuladores de robótica tienen la capacidad de proporcionar computación en tiempo real del movimiento simulado de un robot industrial utilizando tanto el modelado geométrico como el modelado cinemático.

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

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

Utillaje de fin de brazo
El periférico del robot más esencial es el efector final o el herramental de fin de brazo (EOT). Los ejemplos comunes de efectores finales incluyen dispositivos de soldadura (tales como pistolas de soldadura MIG, soldadoras por puntos, etc.), pistolas rociadoras y también dispositivos de desbaste y desbarbado (tales como discos neumáticos o amoladoras de correa, rebabas, etc.) y pinzas Dispositivos que pueden agarrar un objeto, generalmente electromecánico o neumático). Otros medios comunes para recoger objetos son por vacío o imanes. Los efectores finales suelen ser muy complejos, están hechos para coincidir con el producto manipulado y, a menudo, pueden recoger una variedad de productos al mismo tiempo. Pueden utilizar varios sensores para ayudar al sistema de robot a ubicar, manejar y posicionar productos.

Controlando el movimiento
Para un robot dado, los únicos parámetros necesarios para ubicar completamente el efector final (pinza, soplete de soldadura, etc.) del robot son los ángulos de cada una de las uniones o desplazamientos de los ejes lineales (o combinaciones de los dos para formatos de robot tales como como SCARA). Sin embargo, hay muchas maneras diferentes de definir los puntos. La forma más común y conveniente de definir un punto es especificar una coordenada cartesiana para él, es decir, la posición del ‘efector final’ en mm en las direcciones X, Y y Z en relación con el origen del robot. Además, dependiendo de los tipos de uniones que pueda tener un robot en particular, también se debe especificar la orientación del efector final en la orientación, inclinación y balanceo y la ubicación del punto de la herramienta en relación con la placa frontal del robot. Para un brazo articulado, estas coordenadas deben ser convertidas en ángulos de articulación por el controlador del robot, y estas conversiones se conocen como Transformaciones Cartesianas, que pueden ser necesarias de forma iterativa o recursiva para un robot de ejes múltiples. La matemática de la relación entre los ángulos de las articulaciones y las coordenadas espaciales reales se denomina cinemática. Ver control de robot

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

Programacion tipica
La mayoría de los robots articulados funcionan almacenando una serie de posiciones en la memoria y moviéndose hacia ellos en varias ocasiones en su secuencia de programación. Por ejemplo, un robot que está moviendo elementos de un lugar a otro podría tener un programa simple de «selección y colocación» similar al siguiente:

Definir los puntos P1 – P5:

Seguramente por encima de la pieza de trabajo (definida como P1)
10 cm por encima del contenedor A (definido como P2)
En posición de participar desde el contenedor A (definido como P3)
10 cm por encima del contenedor B (definido como P4)
En posición de tomar parte del contenedor B. (definido como P5)

Definir programa:

Mover a P1
Mover a P2
Mover a P3
Cerrar pinza
Mover a P2
Mover a P4
Mover a P5
Pinza abierta
Mover a P4
Mover a P1 y terminar

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

Singularidades
El Estándar Nacional Americano para Robots Industriales y Sistemas de Robots – Requisitos de Seguridad (ANSI / RIA R15.06-1999) define una singularidad como «una condición causada por la alineación colineal de dos o más ejes de robots que resulta en movimientos y velocidades de robot impredecibles». Es más común en los brazos de robot que utilizan una «muñeca de triple rollo». Esta es una muñeca sobre la cual los tres ejes de la muñeca, que controlan el giro, la inclinación y el giro, pasan a través de un punto común. Un ejemplo de singularidad de muñeca es cuando el camino a través del cual se desplaza el robot hace que el primer y tercer ejes de la muñeca del robot (es decir, los ejes 4 y 6 del robot) se alineen. El segundo eje de la muñeca luego intenta girar 180 ° en tiempo cero para mantener la orientación del efector final. Otro término común para esta singularidad es un «movimiento de muñeca». El resultado de una singularidad puede ser bastante dramático y puede tener efectos adversos en el brazo del robot, el efector final y el proceso. Algunos fabricantes de robots industriales han intentado evitar la situación alterando ligeramente la ruta del robot para evitar esta condición. Otro método es reducir la velocidad de desplazamiento del robot, reduciendo así la velocidad requerida para que la muñeca realice la transición. El ANSI / RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema se manipula manualmente. reduciendo así la velocidad requerida para que la muñeca realice la transición. El ANSI / RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema se manipula manualmente. reduciendo así la velocidad requerida para que la muñeca realice la transición. El ANSI / RIA ha ordenado que los fabricantes de robots informen al usuario de las singularidades si ocurren mientras el sistema se manipula manualmente.

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

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

Las singularidades están estrechamente relacionadas con los fenómenos de la cerradura de cardán, que tiene una causa raíz similar de alineación de los ejes.

Un video que ilustra estos tres tipos de configuraciones singulares está disponible aquí.

Salud y seguridad
La Federación Internacional de Robótica ha pronosticado un aumento mundial en la adopción de robots industriales y estimaron 1.7 millones de nuevas instalaciones de robots en fábricas en todo el mundo para 2020 [IFR 2017]. Los rápidos avances en tecnologías de automatización (por ejemplo, robots fijos, robots colaborativos y móviles, y exoesqueletos) tienen el potencial de mejorar las condiciones de trabajo, pero también de introducir riesgos en el lugar de trabajo en los lugares de trabajo de fabricación. A pesar de la falta de datos de vigilancia ocupacional sobre lesiones asociadas específicamente con robots, los investigadores del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) de EE. UU. Identificaron 61 muertes relacionadas con robots entre 1992 y 2015 mediante búsquedas de palabras clave de la Oficina de Estadísticas Laborales (BLS) Censo de la base de datos de investigación de lesiones laborales fatales (ver información del Centro de Investigación de Robótica Ocupacional). Utilizando datos de la Oficina de Estadísticas Laborales, NIOSH y sus socios estatales han investigado 4 muertes relacionadas con robots en el marco del Programa de Evaluación de Control y Evaluación de Fatalidad. Además, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha investigado decenas de muertes y lesiones relacionadas con robots, que pueden revisarse en la página de Búsqueda de Accidentes de OSHA. Las lesiones y muertes podrían aumentar con el tiempo debido a la creciente cantidad de robots colaborativos y coexistentes, exoesqueletos y vehículos autónomos en el entorno de trabajo. Además, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha investigado decenas de muertes y lesiones relacionadas con robots, que pueden revisarse en la página de Búsqueda de Accidentes de OSHA. Las lesiones y muertes podrían aumentar con el tiempo debido a la creciente cantidad de robots colaborativos y coexistentes, exoesqueletos y vehículos autónomos en el entorno de trabajo. Además, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha investigado decenas de muertes y lesiones relacionadas con robots, que pueden revisarse en la página de Búsqueda de Accidentes de OSHA. Las lesiones y muertes podrían aumentar con el tiempo debido a la creciente cantidad de robots colaborativos y coexistentes, exoesqueletos y vehículos autónomos en el entorno de trabajo.

Las normas de seguridad están siendo desarrolladas por la Robotic Industries Association (RIA) en conjunto con el American National Standards Institute (ANSI). El 5 de octubre de 2017, OSHA, NIOSH y RIA firmaron una alianza para trabajar juntos para mejorar la experiencia técnica, identificar y ayudar a enfrentar los peligros potenciales en el lugar de trabajo asociados con los robots industriales tradicionales y la tecnología emergente de instalaciones y sistemas de colaboración entre humanos y robots, y ayudar a identificar Se necesita investigación para reducir los peligros en el lugar de trabajo. El 16 de octubre, NIOSH lanzó el Centro de Investigación de Robótica Ocupacional para «proporcionar liderazgo científico para guiar el desarrollo y uso de robots ocupacionales que mejoren la seguridad, la salud y el bienestar de los trabajadores». Hasta ahora, las necesidades de investigación identificadas por NIOSH y sus socios incluyen: seguimiento y prevención de lesiones y muertes,

Por lo tanto, la primera medida de protección suele ser la separación del espacio de movimiento de los robots humanos e industriales mediante una rejilla protectora con puertas de seguridad o fotocélulas. Abrir la puerta de protección o interrumpir la barrera de luz hace que el robot se detenga inmediatamente. En los modos de operación especiales, donde el humano debe entrar en el área de peligro del robot (por ejemplo, durante la enseñanza), debe activarse un botón de habilitación para permitir explícitamente los movimientos del robot. Al mismo tiempo, las velocidades del robot deben limitarse a un nivel seguro.

Los desarrollos recientes (robots asistentes) apuntan en la dirección en que el robot detecta mediante sensores una aproximación de un objeto extraño o una persona en el tiempo y ralentiza su movimiento, se detiene o incluso retrocede automáticamente. Por lo tanto, en el futuro, es posible una cooperación conjunta con el robot en sus inmediaciones.

Por lo general, todos los circuitos de control de seguridad personal son redundantes y se monitorean, de modo que una falla, como un cortocircuito, no produce una pérdida de seguridad.

Se utiliza un análisis de peligros para determinar los peligros planteados por el robot o equipo adicional y para diseñar un dispositivo de protección adecuado para ellos. Todos los dispositivos conectados en el circuito de seguridad deben corresponder a la categoría seleccionada.

Estructura del mercado
Según el estudio World Robotics 2018 de la Federación Internacional de Robótica (IFR), había alrededor de 2,097,500 robots industriales operacionales a finales de 2017. Se estima que este número alcanzará los 3,788,000 para fines de 2021. Para el año 2017, el IFR estima que el mundo Venta de robots industriales con US $ 16,2 mil millones. Incluyendo el costo del software, los periféricos y la ingeniería de sistemas, el volumen de negocios anual de los sistemas de robot se estima en US $ 48,0 mil millones en 2017.

China es el mercado de robots industriales más grande, con 137,900 unidades vendidas en 2017. Japón tenía el mayor stock operacional de robots industriales, con 286,554 a fines de 2015. El mayor cliente de robots industriales es la industria automotriz con una participación de mercado del 33%, luego electricidad. / Industria electrónica con 32%, industria de metales y maquinaria con 12%, industria de caucho y plásticos con 5%, industria de alimentos con 3%. En la industria textil, confección y cuero, operan 1.580 unidades.

Fabricante
Los fabricantes conocidos de robots industriales son:

Alemania:
Dürr AG
Robot kuka
Reis Robotics (parte de KUKA AG desde 2013)

Japón:
Motoman
Corporación Eléctrica Yaskawa
Denso
Epson
Fanuc
Hirata
Kawasaki Heavy Industries
Mitsubishi Electric
Nihon Densan Sankyo
Panasonic

Suiza:
Güdel
Sistemas Sigpack (Embalaje Bosch)
Stäubli
ABB Robotics

Austria:
sistemas de robot igm

ESTADOS UNIDOS:
Tecnología adepta

Casi todos los fabricantes utilizan sus propios controles, que difieren en su programación, rendimiento y precisión de trayectoria alcanzable del robot. Los controles típicos son IRC5, S4C + (ABB AG) y KRC3 (Kuka AG).

Además, hay numerosas casas de sistemas, que dan vida a los robots industriales en sistemas individuales adaptados a los requisitos respectivos del cliente. En producciones a gran escala, como en la producción de automóviles, a menudo solo se utilizan robots de un solo fabricante. Esto reduce el número de piezas de repuesto que deben mantenerse en stock. También elimina la necesidad de capacitar a los empleados en diferentes sistemas. Sin embargo, cada vez más fabricantes de automóviles recurren al proveedor de robot más barato para adjudicar el contrato a fin de reducir la población robótica de un solo lado y, por lo tanto, la dependencia del precio de un solo fabricante.

Compañías como VW, que solía tener su propia producción robótica, han descontinuado esto con una especialización creciente y ahora están supliendo su necesidad de robots industriales externamente.