Robot industrial

El robot industrial és un manipulador programable en tres o més eixos en varis propòsits, controlat automàticament i re-programable. El camp de la robòtica industrial pot definir-se com l'estudi, disseny i us de robots per a l'eixecució de processos industrials. També s'utilisen per a realisar tasques repetitives, perilloses o d'alta precisió en entorns industrials.

Els usos típics dels robots inclouen soldadura, pintura, ensamblage, desensamblaje,^[1] recollida i colocació per a plaques de circuits impresos, embalado i etiquetage, paletizado, inspecció i comprovació de productes; tot això realisat en gran resistència, velocitat i precisió. Poden ajudar en la manipulació de materials.

Es calcula que en 2020 hi haurà 1,64 millons de robots industrials en funcionament en tot lo món, segons l'International Federation of Robotics (IFR).^[2]

Història

El robot industrial és conegut el més antic, conforme a la definició de l'Organisació Internacional de Normalisació (ISO), va ser completat en Anglaterra per Bill Griffith P. Taylor en 1937, i va ser publicat en la revista Meccano, en març de 1938. La grua, com es va denominar al dispositiu, es va construir casi en la seua totalitat en peces Meccano i accionado per un únic motor elèctric. Cinc eixos de moviment són possibles, incloent agarre i rotació de l'element manipulador. L'automatisació es va conseguir per mig de l'us de cinta de paper perforat que permetia activar solenoides, lo que va facilitar el moviment de les palanques de control de la grua. El robot pot apilar blocs de fusta en els patrons preprogramados. El número de revolucions del motor requerides per a cada moviment desijat es representa per primera volta en el paper de gràfic; acte seguit, esta informació es transferix a la cinta de paper, que també és impulsada per l'únic motor del robot. Chris Shute va construir una rèplica completa del robot en 1997.

Per la seua banda George Devol estava especialment interessat en el disseny d'una màquina que fòra de fàcil maneig i va solicitar les primeres paleses de robòtica en 1954 (otorgades fins a 1961). La primera companyia en produir un robot va ser Unimation (Universal Automàtic), fundada per Devol i Joseph F. Engelberger en 1956, i es va basar en les paleses originals de Devol. Els robots de Unimation també varen ser denominats màquines de transferència programables, ya que el seu principal us en un principi era transferir objectes d'un punt a un atre, a menys de tres metros de distància. Dits robots usaven actuadors hidràulics i varen ser programats en conjunts de coordenades; és dir, els ànguls de les distintes articulacions es varen almagasenar durant una fase d'ensenyança i reproduïts en funcionament. Tenien una precisió d'1/10 000 de polzada (nota: encara que la precisió no és una mida adequada per a robots), generalment evaluats en térmens de repetibilidad. Més vesprada, Unimation va otorgar llicències de la seua tecnologia a Kawasaki Heavy Industries i GKN, els quals varen fabricar Unimates en Japó i Anglaterra, respectivament. Des de fa temps, un dels principals competidors de Unimation va ser Cincinnati Milacron Inc. d'Ohio. Açò va canviar radicalment en la década de 1970 quan varis grans conglomerats japonesos varen començar a produir robots industrials similars.

En 1969, Victor Scheinman en l'Universitat de Stanford, va crear un sistema elèctric en 6 eixos articulats al robot, els quals varen ser dissenyats per a permetre una major movilitat del braç. Açò li va permetre seguir en precisió arbitrària i ampliar l'us potencial dels robots més sofisticats per a aplicacions tals com a montage i soldadura. Scheinman llavors va dissenyar un segon braç per al Laboratori de IA del MIT, cridat el Braç MIT. Scheinman, despuix de rebre una beca de Unimation per a desenrollar els seus dissenys, va vendre els dissenys que més tarde Unimation va desenrollar en el respal de General Motors i, posteriorment, els va comercialisar com la màquina universal programable per a ensamblage (PUMA). En 1973, KUKA Robòtica va construir el seu primer robot, conegut com FAMULUS, est és el primer robot articulat de sis eixos impulsat electromecánicament.

En l'interés per la robòtica que va aumentar a fins de la década de 1970, moltes empreses d'EE. UU. varen entrar en el camp; entre elles, General Electric i General Motors (que formaven empreses mixtes en capiiZ Robotics FANUC LTD de Japó); start-ups inclós Automatix i Adept Technology, Inc. A l'altura de l'auge del robot en 1984, Unimation va ser adquirida per Westinghouse Electric Corporation per 107 millons de dólars. En 1988, Westinghouse va ser venuda a Unimation Staubli Faverges SCA de França, que va seguir fabricant robots articulats per a l'indústria general i aplicacions de sala neta, i inclús va comprar la divisió de robòtica de Bosch a finals de 2005.

A banda de lo dit anteriorment existixen 5 tipos de robots:

Robots manipuladors.
Robots d'aprenentage o repetició.
Robots de computadors.
Robots inteligents (experimentals).
Micro i nanorrobots.

Moltes empreses varen conseguir sobreviure en este mercat. Dins de les més importants estan: l'empresa italiana Comau, Adept Technology, Staubli-Unimation, l'empresa multinacional suïssa ABB (Asear Brown-Boveri), i l'empresa alemana KUKA Robotics.

Tipos i característiques

Existixen sis tipos de robots industrials.^[3]

Robots articulats

Artícul principal → Robot articulat.

Els robots articulats^[3] són els robots industrials més comuns.^[4] S'assemblen a un braç humà, per lo que també es denominen braç robòtic o braç manipulador.^[5] Les seues articulacions en varis graus de llibertat permeten als braços articulats una àmplia gama de moviments.

Robots de coordenades cartesianes

Artícul principal → Robot de coordenades cartesianes.

Els robots cartesianos,^[3] també cridats rectilíneos, robots pòrtic i robots x-i-z^[4] tenen tres articulacions prismàtiques per al moviment de la ferramenta i tres articulacions giratòries per a la seua orientació en l'espai.

Per a poder moure i orientar l'orgue efector en totes les direccions, un robot d'este tipo necessita 6 eixos (o graus de llibertat). En un entorn bidimensional, basten tres eixos, dos per al desplaçament i un per a l'orientació.^[6]

Robots de coordenades cilíndriques

Els robots de coordenades cilíndriques^[3] es caracterisen per la seua articulació giratòria en la base i a lo manco una articulació prismàtica que conecta els seus esclavons.^[4] Poden desplaçar-se vertical i horisontalment per esmonyida. El disseny compacte de l'efector permet al robot alcançar espais de treball reduïts sense pèrdua de velocitat.^[4]

Robots de coordenades esfèriques

Els robots de coordenades esfèriques només tenen articulacions giratòries.^[3] Són un dels primers robots que s'han utilisat en aplicacions industrials.^[4] S'utilisen habitualment per a alimentació de màquines en fundició a pressió, injecció i extrusió de plàstic, i per a soldadura.^[4]

Robots SCARA

Artícul principal → Robot SCARA.

SCARA^[3] és l'acrònim de Selective Compliance Assembly Robot Arm.^[7] Els robots SCARA es reconeixen per les seues dos articulacions paraleles que proporcionen moviment en el pla X-I.^[3] Els eixos giratoris es coloquen verticalment en l'efector.

Els robots SCARA s'utilisen per a treballs que requerixen moviments laterals precisos. Són ideals per a aplicacions d'ensamblage.^[4]

Robots Delta

Artícul principal → Robot Delta.

Els robots delta^[3] també es denominen robots d'esclavons paralels.^[4] Consten d'esclavons paralels conectats a una base comuna. Els robots delta són especialment útils per a tasques de control directe i operacions de gran maniobrabilidad (com a tasques ràpides d'arreplegar i colocar). Els robots delta aprofiten els sistemes d'esclavons de quatre barres o paralelogramos.

Ademés, els robots industrials poden tindre una arquitectura en série o en paralel.

Manipuladors en série

Les #arquitectura en série, també conegudes com a manipuladors en série, són les més comunes en els robots industrials. Estan formades per una seqüència d'enllaços conectats per mig d'articulacions accionadas per motor, que s'estenen des d'una base fins a un efector final. Els manipuladors SCARA i Stanford són eixemples representatius d'esta categoria.

Arquitectura paralela

Un manipulador paralel està dissenyat per a que cada cadena siga normalment curta, simple i puga aixina ser rígida contra moviments no desijats, en comparació a un manipulador en série. Els errors en el posicionament d'una cadena es promedian en conjunt en les atres, en lloc de ser acumulatius. Cada actuador encara deu moure's dins del seu propi grau de llibertat, com per a un robot en série; no obstant en el robot paralel la flexibilitat fòra de l'eix d'una articulació també està llimitada per l'efecte de les atres cadenes. És esta bucle tancat rigidea la que fa que el manipulador paralel global siga rígit en relació en els seus components, a diferència de la cadena en série que es torna progressivament menys rígida en més components.

Manipuladors paralels de menor movilitat i moviment concomitant

Un manipulador paralel complet pot moure un objecte en fins a 6 graus de llibertat (GdL), determinats per 3 coordenades de translació 3T i 3 coordenades de rotació 3R per a una movilitat completa 3T3R. No obstant, quan una tasca de manipulació requerix menys de 6 GdL, l'us de manipuladors de menor movilitat, en menys de 6 GdL, pot aportar ventages en térmens d'arquitectura més senzilla, control més fàcil, moviment més ràpit i menor cost. Per eixemple, el robot Delta de 3 GdL té una movilitat inferior 3T i ha demostrat ser molt eficaç per a aplicacions de posicionament traslacional ràpit pick-and-plau. L'espai de treball dels manipuladors de menor movilitat pot descompondre's en subespacios de "moviment" i de "restriccions". Per eixemple, 3 coordenades de posició constituïxen el subespacio de moviment del robot Delta de 3 GdL i les 3 coordenades d'orientació estan en el subespacio de restriccions. El subespacio de moviment dels manipuladors de menor movilitat pot descompondre's a la seua volta en subespacios independents (desijats) i depenents (concomitants): constituïts pel moviment 'concomitant' o 'parasitario' que és el moviment no desijat del manipulador.^[8] Els efectes debilitadores del moviment concomitant deuen mitigar-se o eliminar-se en el disseny satisfactori de manipuladors de movilitat inferior. Per eixemple, el robot Delta no té moviment paràsit, ya que el seu efector final no gira.

Autonomia

Els robots presenten diversos graus d'autonomia. Alguns robots estan programats per a realisar fidelment accions específiques una i una atra volta (accions repetitives) sense variació i en un alt grau de precisió. Estes accions estan determinades per rutines programades que especifiquen la direcció, acceleració, velocitat, desacceleració i distància d'una série de moviments coordinats.

Atres robots són molt més flexibles sobre l'orientació de l'objecte sobre el que operen o inclús la tasca que cal realisar sobre el propi objecte, que el robot pot inclús tindre que identificar. Per eixemple, per a una orientació més precisa, els robots solen contindre subsistema de visió artificial que actuen com els seus sensors visuals, conectats a potents ordenadors o controladors.^[9] l'inteligència artificial s'està convertint en un factor cada volta més important en el robot industrial modern.

Seguritat

La seguritat de les persones té una gran importància en robòtica. Ya en la década de 1950, Isaac Asimov va establir tres Lleis de la robòtica en les seues noveles de ciència ficció, que bàsicament establixen que un humà no deu ser danyat per un robot o la seua inacció. Hui en dia, són les lleis (en Europa, la Directiva sobre màquines 2006/42/CE abans 98/37/CE) i les normes internacionals (per eixemple: ISO EN 10218 abans DIN EN 775) les que definixen les normes de seguritat de les màquines i, per tant, també dels robots.

Els perills que plantegen els robots consistixen en les complexes pautes de moviment i les fortes #acceleració, a sovint totalment imprevisibles per al ser humà, combinades en enormes forces. Treballar junt a un robot industrial insegur pot convertir-se ràpidament en fatal.

Per lo tant, la primera mida de protecció sol consistir en separar la zona de moviment de les persones i els robots industrials per mig de reixetes de protecció en portes de seguritat o barreres de llum. Si s'obri la porta de seguritat o s'interromp la barrera de llum, el robot es deté immediatament. En els modos de funcionament especials en els que el ser humà deu entrar en la zona de perill del robot (per eixemple, durant la programació o ensenyança), deu pulsar-se un botó d'habilitació per a permetre explícitament els moviments del robot. Al mateix temps, la velocitat del robot deu llimitar-se a un nivell segur.

Els desenrolls més recents (robots d'assistència) van en la direcció de que el robot reconega a temps l'aproximació d'un objecte estrany o d'un ser humà per mig de tecnologia de sensors i ralentise el seu moviment, ho detinga o inclús retrocedixca automàticament. En el futur, açò permetrà treballar junt en el robot en els seus voltants.

Tots els circuits de control en funcions per a la seguritat personal solen estar dissenyats i supervisats redundantes, de modo que inclús un fallo, per eixemple un curtcircuit, no provoque una pèrdua de seguritat.

Un anàlisis de perills permet determinar els perills que emanen del robot o dels sistemes adicionals i per a dissenyar un dispositiu de protecció adequat per a ells. Tots els dispositius conectats en el circuit de seguritat deuen correspondre a la categoria seleccionada.

Vore també

Referències

↑ Robot Assisted Disassembly for the Recycling of Electric Vehicle Batteries
↑ Worries about premature industrialisation (in (en)).
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 ^3,4 ^3,5 ^3,6 ^3,7 «Manual tècnic de la OSHA (OTM) | Secció IV: Capítul 4 - Robots industrials i seguritat dels sistemes robòtics | Occupational Safety and Health Administration».
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 ^4,5 ^4,6 ^4,7 Guarana-DIY. «com/blog/top-six-types-industrial-robots-2020/ Els sis tipos principals de robots industrials en 2020» (en és-ca).
↑ «Robots i dispositius robòtics - Vocabulari».
↑ «La robotique industrielle : guide pratique» (en fr).
↑ «Comment savoir si li robot SCARA est li bon choix pour votre application» (en fr). Archivat des d'el original, el 15 d'abril de 2021.
↑ “Comprensió algebraica del moviment concomitant de 3RPS i 3PRS PKMs” (en) . Proceedings of the 2020 USCToMM Symposium on Mechanical Systems and Robotics 83: 242-252. Cham: Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-030-43929-3_22.
↑ Turek, Fred D.. “Fonaments de visió artificial, cóm fer que els robots vegen”. NASA Tech Briefs 35 (6): 60-62.

Enllaços externs

Referències

Este artícul conté una traducció derivada de «Robot industrial» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Robot Assisted Disassembly for the Recycling of Electric Vehicle Batteries

[2] Worries about premature industrialisation (in (en)).

[:0-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 ^3,3 ^3,4 ^3,5 ^3,6 ^3,7 «Manual tècnic de la OSHA (OTM) | Secció IV: Capítul 4 - Robots industrials i seguritat dels sistemes robòtics | Occupational Safety and Health Administration».

[:1-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 ^4,5 ^4,6 ^4,7 Guarana-DIY. «com/blog/top-six-types-industrial-robots-2020/ Els sis tipos principals de robots industrials en 2020» (en és-ca).

[5] «Robots i dispositius robòtics - Vocabulari».

[6] «La robotique industrielle : guide pratique» (en fr).

[7] «Comment savoir si li robot SCARA est li bon choix pour votre application» (en fr). Archivat des d'el original, el 15 d'abril de 2021.

[8] “Comprensió algebraica del moviment concomitant de 3RPS i 3PRS PKMs” (en) . Proceedings of the 2020 USCToMM Symposium on Mechanical Systems and Robotics 83: 242-252. Cham: Springer International Publishing. doi:10.1007/978-3-030-43929-3_22.

[NASAarticle-9] Turek, Fred D.. “Fonaments de visió artificial, cóm fer que els robots vegen”. NASA Tech Briefs 35 (6): 60-62.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]