Laboratorio 1

 

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecatrónica LABORATORIO N° 1 “INTRODUCCION A LA ROBOTICA” DESARROLLO DE GUIA DE CUESTIONARIO 

Robótica ESTUDIANTE(S)

: León Gutiérrez Michel Brando  Narro Reyna Reyna Ruyeri

  DOCENTE

: JOSMELL ALVA ALCANTARA

CICLO

: 2021 I

Trujillo, Perú

 

2021  1. ¿Qué es un robot? Según Seg ún la Org Organi aniza zació ciónn Int Intern ernaci aciona onall par paraa la Est Estand andari ariza zació ciónn es un manipu manipulad lador  or  artificial artifi cial reprograma reprogramable, ble, capaz capaz de mover mover obje objetos tos como materiales, materiales, herramien herramientas tas o dispositivos especiales a través de movimientos anteriormente programados con el fin de realizar diversas tareas.

 Figura 1. Robot Primer Primer V2, creado por Masahiko Yamaguchi. Yamaguchi. Fuente:[ CITATION ht28 \l  10250 ] https://www.designboom.com/technology/bicycle-riding-robot/  https://www.designboom.com/technology/bicycle-riding-robot/ 

2. ¿Cu ¿Cuále áless so son n los los tip tipos os d dee ro robot bots? s? Los robots se pueden clasificar según:

 

2.1. El tipo de control. Estos Estos a su vez se subclas subclasifican ifican en:



Robot Secuencial: robot programado para que, a la finalización de un movimiento, inicie otro movimiento

   Figura 2. Brazo Robótico Robótico Arm. Fuente:[ CITATION ht27 \l 10250 ] https://pequelia.republica.com/ninos/brazo-robotico-de-juguete-robotic-arm.html 

 



Robot Controlado por Trayectoria: sus movimientos de tres o más ejes se realizan según las instrucciones que especifica en el tiempo la trayectoria requerida para llegar a la siguiente posición.

 Figura 3. 6-axis Epson Robot Robot N6 Painting solution. solution. Fuente: [ CITATION ht26 \l 10250 ] https://www.youtube.com/watch?v=oieh8Fx6zJI 

 



Robot Adaptativo: tiene funciones de control con sensores, control adaptativo o funciones de control de aprendizaje.

   Figura 4. Universal Haptic Pantograph Pantograph (UHP). Fuente:[ CITATION ht25 \l 10250 ] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0736584516302095  

 

Robot Teleoperado: robot que puede ser controlado remotamente por



un operador humano.

   Figura 5. Robot modular modular con 3 brazos teleoperados teleoperados con navegación 3D integrada.  Fuente:[ CITATION ht24 \l 10250 ]  https://www.youtube.com/watch? v=E5gWXzVB6rg&ab_channel=TECNALIA

2.2. El Tipo de Conf Configura iguración ción.. Esta clas clasifica ificación ción queda definida definida por el tipo de movimiento permitido entre dos eslabones consecutivos de la cadena, y se subclasifican en: 

Cartesiano

   Figura 6. Robot Cartesiano Cartesiano con 3 ejes XYCR. Fuente:[ CITATION ht23 \l 10250 ] https://www.festo.com/es/es/p/portico-con-tres-ejes-id_YXCR/? q=~:festoSortOrderScored  



Cilíndrico

 



Polar o Esférico



Articular 



Paralelo



SCARA

 Figura 7. Robot KR SCARA de KUKA. Fuente: Fuente:[ CITATION ht22 \l 10250 ] https://www.kuka.com/es-es/productos-servicios/sistemas-de-robot/robot-industrial/kr scara

2.3. El Tipo de Aplicación: Aplicación: Estos pueden pueden ser Robots In Industriales dustriales o de Uso Especial. 

Robots Industriales: Cuyo objetivo es el de servir a un propósito universal y de mano de obra no calificada o semicalificada.

 Figura 8. Robot Seiko Epson Epson "Serie N". Fuente:[ CITATION ht21 \l 10250 ]  https://www.robotdigest.com/contents/?id=1544445307-190019

 



Robots de Uso Especial: Entre estos tenemos 2.3..1. Robots Manipula Manipuladores: dores: Se subclasifican subclasifican en 2.3..1.1.Brazos Robóticos 2.3..1.2.

Robots Paralelos. Es un robot caminante con todas sus patas en contacto con el suelo.

 Figura 9. Robot Delta Omron Omron Paralelo. Fuente:[ CITATION ht20 \l 10250 ] https://www.vinssa.com/robot-delta-omron/ 

2.3..2. Robots Móviles: Esta cla clase se de robots se divide en 2.3..2.1.Robots Terrestres. En esta clase de robots, tenemos: 2.3..2.1.1.

Robot con Ruedas

2.3 .3.. ..22.1.1 .1.1.1 .1..

Vehí Vehícculo loss Guia Guiado doss Auto Automá máti ticcamen amente te

(AVG). Dentro de estos robots tenemos

 

2.3..2.1.1.1.1. Vehículos Guiados por Láser 

 Figura 10. Vehículo de Guiado Guiado Automático WEASEL® WEASEL® de SSI SCHAEFER. SCHAEFER. Fuente: [ CITATION ht19 \l 10250 ]  https://www.ssi-schaefer.com/es-br/productos/agv-weasel-371266   

2.3..2.1.2.

Robot Caminantes. Estos robots tienen la

capacidad de caminar y son utilizados generalmente en los ejércitos, exploración acuática y lugares donde el terreno es accidentado accidentado.. 2.3..2.1.2.1.

Robot Hu Humanoide Bí Bípedo

 Figura 11. Robot Robot Humanoide ASIMO desarrollado desarrollado por Honda R&D. R&D. Fuente: [CITATION ht18 \l 10250 ] https://global.honda/newsroom/news/2000/c001120b-eng.html 

 

2.3..2.1.2.2.

Robot Hexápodo

 Figura 12. Hexa Robot Robot de Uncrate. Fuente:[ CITATION ht17 \l 10250 ] https://uncrate.com/es/article/robot-hexa-/ 

2.3..2.1.2.3.

Robot C Cuuadrúpedo

 Figura 13. Robot Mini Mini Cheetah de MIT. Fuente:[ CITATION ht16 \l 10250 ] https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/primer-robot-acrobata_13973

2.3..2.1.2.4.

Robots funcionales

 

2.3..2.2.

Robots Aéreos. También llamados “Unmanned Aerial Vehicle” (UAV)

 Figura 14. Dron DJI Mavic Pro DJI Europe B.V. Fuente:[ CITATION ht15 \l 10250 ] https://www.dji.com/mavic 2.3..2.3.

Robots Marítimos. También llamados “Autonomous Underwater Vehicles” (AUV)

 Figura 15. Ocean Robot Robot Glider. Fuente:[ CITATION ht14 \l 10250 ] https://www.whoi.edu/oceanrobots/robots/glider-phone.html 

3. Menc Mencione ioness algunas algunas aplicac aplicaciones iones tí típica picass de un robot robot industria industrial.l. Algunas de las aplicaciones más típicas de un robot industrial son el paletizado de cajas u otros objetos, soldadura por arco o por puntos, manipulación de objetos peligrosos, delicados o que necesitan bastante precisión, moldeo por inyección, revestimiento de superficie supe rficies, s, mant mantenim enimiento iento a máquinas máquinas herra herramient mientas, as, ensa ensambla mblaje, je, operacion operaciones es con  prensas, fundición fundición por inyecció inyección, n, inspección inspección,, etc.

 

4. Inve Investiga stigarr aplic aplicacio aciones nes de la ro robótic bóticaa en la ind industri ustriaa peru peruana. ana. Robot Shotcrete I30-2 para la Minera Raura. Robot para la proyección de 

shotcrete vía húmeda, en minería y construcción subterránea.

 Figura 16. Robot Shotcrete Shotcrete I30-2 Minera Raura. Fuente:[ CITATION ht13 \l 10250 ] https://www.youtube.com/watch?v=oPeQT311nJc&ab_cha https://www.youtube.com/watch? v=oPeQT311nJc&ab_channel=OscarChac%C3%B3n nnel=OscarChac%C3%B3n



Robot FANUC Serie M-410 para la empresa Backus del grupo AJE. Para el  paletizado de cajas de cerv cerveza. eza.

 

 Figura 17. Robot Robot FANUC Serie M-410. Fuente:[ CITATION ht12 \l 10250 ] https://www.youtube.com/watch?v=tBqGtyTg_Fo&ab_cha https://www.youtube.com/watch?v=tB qGtyTg_Fo&ab_channel=Semanaeconomica nnel=Semanaeconomica



Robo Ro bott SIPA SIPA Fast Fastla laye yerr Ro Robo bopa pacc Ko Kola la Re Real al.. Pa Para ra el mane manejo jo de en enva vase sess y garantizar una manipulación extremadamente delicada.

 Figura 18. SIPA Fastlayer Fastlayer Robopac. Fuente:[ CITATION ht11 \l 10250 ] https://www.youtube.com/watch?v=xLZ9CNw9A5w&ab https://www.youtube.com/watch?v= xLZ9CNw9A5w&ab_channel=AJEGlobal  _channel=AJEGlobal 

 



Drones de Antamina. De uso a más de 4300msn para la mejora de supervisión de camiones CAT y Komatsu monitoreados a toda hora permitiendo un buen uso de prácticas en tema de seguridad. 

 Figura 19. Drones de Antamina. Antamina. Fuente:[ CITATION ht10 \l 10250 ] https://www.antamina.com/noticias/innovacion-drones-antamina-caza-eficiencia/ 



Robot Spider para la minera Cerro Verde. Es un carrito medidor de espesores en tanques de ácido creado por la minera Cerro Verde, este se coloca sobre la superficie del tanque de forma paralela, y es elevado cada 30 centímetros para efectuar la medición, cumpliendo las regulaciones mineras.

 

 Figura 20. Robot Spider. Fuente:[ CITATION ht9 \l 10250 ] https://www.confiep.org.pe/spidercerro-verde/   



RobotMan de Liderman para el Centro Comercial La Rambla San Borja. Este robot se especializa no solo en seguridad con rondas y grabaciones, sino también en la comunicación humano robot.

 

 Figura 21. RobotMan. Fuente:[ CITATION ht8 \l 10250 ] https://facultad.pucp.edu.pe/ingenieria/alumnos/robotman-es-una-plataforma-roboticaresultado-de-la-creatividad-y-talento-peruano/ 

5. ¿Cómo debe de decidir cidirse se sobre el uso de un rrobot obot par paraa un de determin terminado ado trab trabajo? ajo? Si tomamos como caso particular la elección de un robot para un determinado trabajo en una empresa real, se tendría que considerar primero la factibilidad de reemplazar a los obreros por un robot, comparando el costo que generaría comprarlo con el pago de los obreros en un determinado tiempo, si el trabajo es forzoso, si requiere precisión, si se desea que sea un trabajo continuo sin descanso, o si el trabajo a realizar es peligroso para los humanos.

 

6. Inv Investi estigue gue sobre el desarroll desarrolloo del primer primer brazo robót robótico ico indu industri strial al (UNIMATE (UNIMATE). ). Descri Des cribe be las cara caracte cterís rística ticass mec mecáni ánicas, cas, pla planos, nos, tip tipos os de actu actuador adores, es, sens sensore ores, s, puntos de aplicación.

De acuerdo a las fuentes que pude encontrar en internet, que serán puestas más abajo, el  primer brazo robótico industrial se llamó Unimate, mas no Ultimate. Ahora, el brazo robótico robóti co Unimate, que fue el primer brazo robótico industria industriall en 1961, comenzó a trabajar  en una planta de General Motors Motors en Nueva Jersey. Obedeci Obedeciendo endo los comandos paso a paso al alm macen acenad ados os en un tambo amborr mag agné néttic ico, o, el br braz azoo de ca casi si 40 4000 00 libr bras as (1 (180 8000Kg. Kg. aproximadamente) secuenció y apiló piezas calientes de metal fundido a presión. Este robot, creado por George Devol y Joe Engelberger, automatizó originalmente la fabricación de tubos de TV. Este brazo manipulador hidráuli hidráulico co tambi también én podía hacer tareas repetitivas. repetitivas. Fue ut util iliz izad adoo po porr lo loss fa fabri brica cant ntes es de au auto tomó móvi vile less pa para ra autom automat atiz izar ar lo loss pr proce oceso soss de metalurgia y soldadura. Presentamos las especificaciones más representativas de este robot.

 Figura 22. Unimate, el abuelo de los robots industriales. Fuente:[ CITATION ht7 \l 10250 ] https://www.thehenryford.org/collections-and-research/digital-collections/artifact/183434

 

Tabla 1. Características Principales del Robot Unimate. Fuente: [ CITATION ht6 \l 10250 ]  https://robots.ieee.org/robots/unimate/ 

Características

Equipado con actuadores hidráulicos y memoria para cientos de paso programados. Posibilidad de repetibilidad de 1mm.

Altura

142 cm | 55.9 in (aproximadamente)

Longitud

157.5 in | 400 cm

Anchura

48 in

Peso

1575 kg | 3472 lb (primeros modelos)

Velocidad

-

Sensores

Codificadores rotativos personalizados

Actuadores

Actuador Hidráulico

Poder

Fuente de Alimentación de 460 V

Informática

Memoria de tambor magnético (memoria CMOS en modelos posteriores).

Grados de Libertad Materiales

6 (Brazo: 3 GDL; Muñeca: 3 GDL)

Costo

$200,000 hoy en día ($35,000 en 1972)

Base de acero y brazo de aluminio

Estado Interrumpido  

 

 Figura 23. Otras Características del Robot Unimate. Fuente:[ CITATION ht5 \l 10250 ] https://www.thehenryford.org/collections-and-research/digitalcollections/artifact/373630#slide=gs-254486 

 

7. Anote las difere diferencias ncias entre robots serial seriales es y paralelos paralelos Los robot Los robotss ser seria iale less pr prese esent ntan an una co confi nfigu gurac ració iónn de es esla labo bones nes co cone nect ctad ados os en forma forma secuencial, empezando por la base hasta el efector final. Cada eslabón de esta cadena está unido al anterior mediante articulaciones como articulaciones rotacionales o prismáticas, y en todas las articula articulaciones ciones hay un generado generadorr de movimien movimiento to o actuador. actuador. Un robot paralelo paralelo es un mecanismo de cadena cinemática cerrada, en el cual una plataforma móvil se encuentra unida a base por medio de varias cadenas cinemáticas independientes, es decir  consiste de una base fija conectada a una plataforma móvil mediante unas extremidades. Ahora se presentan una serie de ventaj ventajas as y desventajas desventajas de los robots paralelos, paralelos, frente a los seriales, que servirán para comparar sus prestaciones. [ CITATION ht4 \l 10250 ] .

Tabla 2. Ventajas y desventajas de un robot paralelo frente a uno en serie.



VENTAJAS Los acc accion ionami amient entos os de pot potenc encia ia



DESVENTAJAS La cinemática de los mecanismos





conectan directamente la base del robo robott al ef efec ecto torr fina final. l. De Debi bido do a esto, los accionamientos de  potencia sirven de elementos estru est ructu ctural rales es y act actúan úan de manera manera simultánea, lo que les da la capacidad de manipular cargas muy superi sup eriore oress a su pro propi pioo pes peso. o. Por  tanto, la elevada ratio carga/potencia de estos mecanismo mecan ismoss prop proporcio orciona na una alta eficiencia energética. La Lass estru struct ctur uras as pa para rallel elas as son son mecanismos que ofrecen una alta rigidez y muy bajo peso. Esto hace que presenten unas características en cua cuanto nto a pre precis cisió iónn cla claram rament entee superiores a las de los robots serie. Presentan elevadas velocidades de oper operac ació ión, n, en co comp mpar arac ació iónn co conn cualqu cua lquier ier otr otroo tipo tipo de est estruc ructur turaa robótica.

 paralelos es más complicada. En ocasiones esto obliga a recurrir a sensor sen sores es red redund undant antes es par paraa pod poder  er  establecer un lazo de control.







El es espa paci cioo de trab trabaj ajoo su suel elee se ser  r   pequeño comparativame comparativamente nte hablando. Además, no es sencillo su cá cálc lcul ulo, o, pu pues es la po posi sici ción ón y orientación están muy fuertemente acopladas. El problema de las configuraciones singulares es más complejo, y debe resol res olver verse se esp especí ecífic ficame amente nte par paraa cada topología.  No existe, ocurredinámico en los robots serie, como un modelo ge gene nera rall pa para ra lo loss mism mismos os.. Es Esto to dificulta el desarrollo de algoritmos de co contr ntrol ol de car caráct ácter er ge gener neral al y

 

hace que los robots existentes en la actual act ualida idadd se con contro troles les de for forma ma desacoplada.

8. ¿Cuál ¿Cuáles es son los pr problem oblemas as de seguri seguridad dad en el u uso so de robots? Con respecto a la seguridad, lo impredecible de las acciones de un robot establece una diferencia fundamental entre estos y otras máquinas. A continuación, se cita diversos supuestos y conclusiones que los operadores hacen en relación con el funcionamiento de los robots: 

Si el brazo no se mueve, dan por hecho que no se ha de mover.



Si el brazo está repitiendo un patrón de acciones, suponen que seguirá repitiendo el mismo patrón.



Si el brazo se está moviendo con lentitud, suponen que continuará moviéndose



lentamente. Si indican al brazo que debe moverse, suponen que se moverá en la forma en la que ellos lo desean.

Ahora, los principales problemas de seguridad serían: 

Errores de control causados por falla fallass dentro de los sistemas sistemas de control, control, errores en el software o interferencia eléctrica.



Acceso no autorizado a los espacios reservados para los robots.



Errores Erro res hum humano anoss al tra trabaj bajar ar cerca cerca de un robot, robot, particu particular larmen mente te durante durante la





 programación, enseñanza y el mantenimiento. Fallas eléctricas, hidráulicas y neumáticas. Riesgos mecánicos derivados de partes o herramientas transportadas por el robot o de una sobrecarga, la corrosión o la fatiga.



Riesgos derivados de la aplicación, como los riesgos ambientales asociados con la emisión de polvos, humos y radiación.

 

 Figura 24. Sistemas de seguridad en una instalación de robots.Fuente: [ CITATION McC93 \l  10250 ] Robótica.

Una Introducción. McCloy 1993.

9. Bus Busque que no nombr mbres es de dif difere erentes ntes fabri fabrican cantes tes de ro robots bots.. Los mayores fabricantes y promotores de la industria de fabricación de motores son[ CITATION ht3 \l 10250 ] : 

ABB

 Figura 25. ABB Company. Fuente: https://sites.google.com/site/roboticclasshn/marcas-dehttps://sites.google.com/site/roboticclasshn/marcas-derobots

 



Yaskawa

 Figura 26. Yaskawa Electric Corporation. Fuente: https://www.braasco.com/yaskawa/  

Epson Robots

   Figura 27. Seiko Epson Corporation. Fuente: https://www.ohlheiser.com/vendors/epsonhttps://www.ohlheiser.com/vendors/epsonrobots/  

Kawasaki Heavy Industries

   Figura 28. Kawasaki Heavy Industries.  Fuente:https://robotics.kawasaki.com/en1/index.html?language_id=1 

Kuka Robotics

   Figura 29. KUKA Roboter GmbH. Fuente: http://www.robarch2012.org/kuka-young potential-award 

 



Fanuc Robotics

 Figura 30. FANUC Corporation. Fuente: https://www.fanucamerica.com/integrators/robotics

Otras compañías fabricantes de robot’s son: iRobot, GreyOrange, Rethink Robotics, Alphabet Alphab et Inc, DJI, Locus Robotics, SCHUNK, Vex Roboti Robotics, cs, Autonomous Autonomous Solut Solutions, ions, TM Rob Roboti otics, cs, Hex Hexago agonn Met Metrol rology ogy,, Leica Leica Microsy Microsyste stems, ms, MSK Convert Convertech ech-Gro -Group, up, Fronius International, COMAU Body Welding.

10. ¿Cómo se especi especifica fica un robot industr industrial? ial? Si se desea adquirir un robot industrial, se debe tener en cuenta varias características de dicho robot, que son brindadas generalmente por los mismos fabricantes. Es importante tener en cuenta una visión general de las especificaciones del brazo robótico dependiendo de su aplicación. Lo primero que debemos conocer es el tipo de aplicación a la cual se le va a poner a trabajar dicho robot, ya sea la manipulación de piezas, eliminación de material, montaje, montaj e, palet paletizado, izado, aplicaci aplicación ón de sellantes sellantes y adhesiv adhesivos, os, corte, alimentaci alimentación ón de máquinas, máquinas, fundición, soldadura, manejo de salas blancas entre otras. A continuación, se detalla las  principales especificaciones de un robot ro bot industrial: 

Aplicación: Esta especificación es la más importante de evaluar, ver en que tipos de aplicaciones y qué tipos de procesos se va a utilizar el robot, ya sea para líneas semiautomáticas hombre-máquina, Pick & Place, etc.



Grado de libertad: Es el estado de la posición u orientación de cada eje y eslabón, que poseen movimientos de rotación y traslación. Si la aplicación que

se desea realizar es sencilla como un pick and place (recoger y colocar) un robot de 4 ejes es ideal para solo dicha función, pero si por el contrario se requiere realizar una acción más compleja que deba ser realizada en un área de trabajo

 

más pequeño y el brazo robot demande girar muchos grados, un robot de 6 o 7 grados sería lo ideal. 

Área de Trabajo: Es aquel espacio en el que se desempeñará el robot, acá se visualizará la distancia máxima en donde pueda trabajar con mayor efectividad.



Capacidad de Carga: Esto es la carga útil, es decir la cantidad de peso expresado en kilogramos kilogramos que el robot es capaz de movilizar movilizar,, de igual manera se incluye el  peso de la garra



Peso Corporal: El peso del cuerpo del robot es un factor importante al diseñar  una célula robot, ya que, si se desea fabricar una máquina personalizada con un robot incluido, es posible que se necesite conocer el peso de dicho robot para  poder diseñar la estructura de soporte so porte correspondiente.



Velocidad: La velocidad del robot se mide en ciclos/minutos teniendo en cuenta que el robot está con la carga puesta; los momentos de inercia también son considerados, ya que allí se presenta resistencia normal del cuerpo cuando existe rotación, y por ende existe un cambio de velocidad. Los giros limitarán la velocidad de un robot cuando se encuentre en movimiento y dependiendo del  peso de la carga.



Freno y Momento de Inercia: La mayoría de fabricantes de robots proporcionan información sobre el sistema de frenado robótico. Algunos de estos, poseen frenos en todos sus ejes, otros robots solo tienen frenos en algunos de sus ejes. Para poder garantizar una posición precisa y repetible en el área de trabajo, se necesita un número suficiente de frenos. De la misma manera, se proporciona información sobre los momentos de inercia del robot, que es una garantía adicional adici onal para la seguridad del diseño. También se puede notar el par aplicable en cada eje. Si el robot, al realizar un trabajo donde se requiera una cierta cantidad de par, no fue escogido correctamente, el robot puede apagarse debido a una sobrecarga.



Programabili Programa bilidad: dad: Es la capacidad que se le brinda a los robots industriales industriales para  programarse en distintos lenguajes, para obtener un máximo beneficio en sus funciones.



Repetibilidad: Es la capacidad que tiene el robot para alcanzar exactamente la misma posición cada vez que completa una rutina. Especificaciones como el

 

número de ejes, el tamaño y el alcance afectan la precisión de repetibilidad expresada con el símbolo (±). 

 Nivel de Protección: Esta especificación va de la mano con el entorno de uso del robot, ya que se tendrá que seleccionar el grado de protección (clasificación IP). Loss fab Lo fabri rica cant ntes es de robot robotss of ofrec recen en lo loss mi mism smos, os, co conn di difer ferent entes es grado gradoss de  protección IP para diferentes aplicaciones, ya sea para trabajos relacionados a alimentos, medicamentos, entornos inflables, etc. [ CITATION ht2 \l 10250 ]

11. ¿Cuál es la pob població lación n de robots en el mundo? En el 2020, según la IFR calcula en su estudio World Robotics que hay 2,7 millones de robots en el mundo, un aumento del 12% con respecto al 2019.

 Figura 31. Instalaciones anuales de robots industriales TOP 15 países © World World Robotics  Informe 2020. [ CITATION ht1 \l 10250  Fuente:  ]Fuente: https://ifr.org/ifr-press-releases/news/ https://ifr.org/ifr-press-releases/news/recordrecord2.7-million-robots-work-in-factories-around-the-globe

12. ¿Cuál ¿Cuáles es son las áreas nuevas de aplicaci aplicaciones ones de robots? Gene Ge nera ralm lmen ente te,, la ap apli lica caci ción ón pr prin inci cipa pall de un ro robo bott er eraa la de gr gran ande dess in indu dust stri rias as,, especialmente la industria automovilística. Ahora en estos últimos años, se ha expandido enormemente la aplicación de un robot, estas nuevas áreas de aplicación son:

 



Aplicaciones Militares: en este campo se trabaja en el desarrollo de prototipos que realicen tareas de exploración que eviten poner en riesgo vidas humanas. [ CITATION ht \l 10250 ]



Agricultura: como es el caso del Instituto de Investigación Australiano, que invirtió gran cantidad de tiempo y dinero en fabricar un robot que esquila a las ovejas.



Exploración Espacial: aún no se ha llegado al grado de automatización necesario  para reemplazar a los humanos por robots, sin embargo, ya se ha incluido un tipo de aplicación robótica en los transbordadores espaciales, lo teleoperadores, siendo su primera experiencia en el transbordador Columbia en 1982.



Vehí Ve hícu culo loss Subm Submar arin inos os:: se ut util iliz izan an ha habi bitu tual alme ment ntee en la in insp spec ecci ción ón y mantenimiento de tuberías y conducción de petróleo en las plantas oceánicas,  para mantenimiento en el tendido de cableado para comunicaciones y para realizar investigaciones geológicas y geofísicas en el suelo marino.



Ámbito Empresarial: eliminar la forma de trabajo manual, como el ingreso de datos o documentos mediante lectoras ópticas.



Otras Nuevas Tendencias: de uso doméstico, como los robots desarrollados por  iRobot, tales como los robots que barren y trapean; finalmente los robots de uso  personal tales como los servicios sexuales.

13. Pre Pregunt guntaa de Metodo Metodolog logía ía de dis diseño: eño: En la empres empresaa FAM FAMECA ECA S.A: se rea realiz lizaa procesos de soldadura por arco eléctrico, la cual son procesos repetitivos de unión de dos placas. Se requiere automatizar este proceso para aumentar la calidad, eficie eficienci nciaa de operac operación ión.. Se sugiere sugiere usar un rob robot ot man manipu ipulad lador. or. Med Median iante te la metodología estudiada en clase: -

Re Real aliz izar ar eell re recon conoc ocim imie iento nto de de la n nec ecesi esidad dad.. Rea Realiz lizar ar el dis diseño eño conc conceptu eptual al del sistem sistemaa rrobót obótico ico..

Reconocimiento de la necesidad: Para determinar la lista de deseos y exigencias del sistema robótico para la soldadura de 2 placas por arco eléctrico es necesario conocer el proceso y los requerimientos técnicos del material y del trabajo. Se usará la metodología del proceso de diseño mecatrónico.

 

Descripción del proceso de soldadura por arco eléctrico en la empresa FAMECA: El proceso de soldar 2 placas de acero al carbono en la empresa FAMECA S.A. se realiza de manera manual, todo con el fin de obtener una pieza con ángulo de 90 grados. Se desarrollo un análisis del trabajo que realizan los operarios en el proceso de soldar las  piezas, la primera etapa es co colocar locar las placas sobre sobr e la mesa de trabajo formando for mando un ángulo de 90 grados, la segunda etapa es soldar las piezas y la tercera etapa es el recojo de las  piezas.

 Figura 32. Soldado de dos placas de acero al carbono

Tabla 3. Etapas de producción en el proceso de soldadura de dos placas de acero al carbono

Orden

Etapas

1

Ubicación del material

Descripción Se posiciona y se alinean las dos placas para  proceder con la etapa de soldar. soldar. Procedimiento para soldar las dos placas

2

Soldado de las placas

depende de ladetécnica, calibración máquina soldar yladel electrodo.de la

3

Retiro y transporte de las  piezas.

Se retira la pieza luego de haberse soldado, finalmente es enviado a otra área.

 

Proceso y requerimientos técnicos del soldado por arco de las dos placas de acero al carbono: Tabla 4. Procesos y Requerimientos técnicos

REQUERIMIENTO

MATERIAL

PROCESO Determinar la zona de trabajo

Características del material

 

Acero al carbono 2 10000 cm   Acero inoxidable

Precio

2 personas ¼’’ o 6.35 mm Confección de ángulos para la fabricación de carrocerías de vehículos. S/100 el m2

Tipo de soldadura

Soldado manual por arco eléctrico

Máquina herramienta Para sujetar el material electrodo Amperaje

Maq. De transformador Imanes E 60 o E 70 60 A.

Uso

Determinar el tipo de soldadura Determinar los componentes de trabajo

TÉCNICOS Área de trabajo Material de la mesa de trabajo Personal de trabajo Espesor

Lista de deseos y exigencias. Tabla 5. Lista de deseos y Exigencias para el desarrollo de un sistema robótico

LISTA DE DESEOS Y EXIGENCIAS DESARROLLO DE UN SISTEMA ROBÓTICO PARA SOLDAR SO LDAR DOS PLACAS DE ACERO AL CARBONO DESEO O DESCRIPCIÓN N° EXIGENCIA FUNCIÓN PRINCIPAL: el sistema robótico debe realizar cortes de moldes de cuero 1 E sintético para la fabricación de calzado. GEOMETRÍA: Las dimensiones del sistema robótico deben de ser menor a E 2 1.5 m de diámetro y 1.5 m de altura. 



 

FUERZA: La potencia del efector final debe ser el necesario para cortar  cuero sintético de mayor e igual a 1mm de espesor. Los componentes del sistema robótico deben ser capaces de soportar los esfuerzos. El sistema robótico deberá soportar las vibraciones emitidas  por la misma. La carga debe ser mayor e igual que la masa del efector  final. MATERIAL: El acero al carbono debe de ser de ¼ o 6.35 mm de espesor. 



3

E







4

E

 

El Electrodo debe cumplir con las especificaciones dadas. La máq máquin uinaa de sol soldad dadura ura por arc arcoo elé eléctr ctrico ico deb debee est estar  ar  calibrada a 60 A.

CINEMÁTICA: La velocidad debe de ser menor a 20 mm/s. La trayectoria será en forma lineal, suave. El volumen de trabajo debe de ser menor a 1.5 m de diámetro y 1.5 m de altura. La precisión de los parámetros debe ser mayor e igual al 90 %.  



5

E



6

D

FABRICACIÓN: El pr proc oces esoo de so sold ldar ar se llev llevará ará a cabo cabo en la em empr pres esaa FAMECA S.A. SEÑALES: Las entradas son los parámetros de soldado lineal y suave. La salida es la trayectoria para el proceso de soldadura. El sistema robótico contará con botones de encendido y apagado. SEGURIDAD: El desa desarr rrol ollo lo del del si sist stem emaa robó robóti tico co debe deberá rá tene tenerr una una estructura que proteja al usuario. MONTAJE: El mo mont ntaj ajee del del si sist stem emaa ro robó bóti tico co debe debe ser ser de simp simple le instal ins talaci ación ón y com compre prensi nsión ón par paraa los ope operar rario ios, s, de igu igual al manera el desmontaje en caso ocurra algún problema. USO: 



7

D





8

E





9

D

10

E

11

E

12

D



El sistema será usado para soldar placas de acero al carbono  para la fabricación de estructuras estructuras del chasis de lo loss vehículos. MANTENIMIENTO: El mantenimiento debe realizarse al menos una vez por mes y la revisión de cada componente al menos cada 6 meses. FABRICACIÓN: Se usarán materiales y dispositivos que se encuentren en el 



 

mercado nacional.

Diseño conceptual: Árbol de objetivos.

Volumen de trabajo. Todos los puntos en el espacio puedan ser alcanzados por el robot. Estructura.  Que posea una buena estructura, para que no presente complicaciones al momento de implementarse.

Velocidad de trabajo. El sistema robótico debe realizar su trabajo en un tiempo aceptable

de acuerdo a la tarea impuesta.

Fiabilidad. Tener la seguridad de que el sistema robótico realizará su trabajo y que no causará perdidas para la empresa.

Precisión. El sistema robótico debe realizar su trabajo con la mayor precisión. Costo.  El costo de los mantenimientos e reparaciones del sistema robótico debe ser  asequible para la empresa.

Estética. El sistema robótico debe de tener una estructura presentable. Tabla 6. Carta de comparación compa ración por pares para el sistema robótico

Velocida Volume Fiabilida Precisió Estructur d de n de d n a trabajo trabajo Volumen de trabajo Estructur a Velocida d de trabajo Fiabilida d Precisión Bajo

Cost o

Estétic a

Peso del criteri o

X

0

0

0

0

0

1

1

1

X

0

0

0

0

1

2

1

1

X

1

1

0

1

5

1

1

0

X

0

1

1

4

1 0

1 0

1 0

1 1

X 1

1 X

1 1

6 3

0

0

0

0

0

0

X

0

 

costo Estética

21

TOTAL

Tabla 7. Valoración de los criterios considerados para la evaluación del robot 

Valo Va lora raci ción ón De Desc scri ripc pció ión n 4

Excelente

3

Satisfactorio

2

Suficiente

1

Insuficiente

Tabla 8. Evaluación de robot a partir de las características dadas

EVALUACIÓN cara ca ract cter erís ísti tica cass Precisión

SISTEMA ROBÓTICO ESFÉRIC SCARA ANTROPOMÓRFICO CART CA RTES ESIA IANO NO CILÍ CILÍND NDRI RICO CO O po pond nder erac ació ión n Puntuación Puntuación Puntuación Puntuación Puntuación 6 2 1 2 4 4

Velocidad de trabajo Fiabilidad Bajo costo Estructura Volumen de trabajo Estética TOTAL

5

4

4

3

2

3

4 3 2

3 2 3

2 3 2

2 2 3

2 3 2

4 3 4

1

2

2

2

2

4

0

1 58

3 49

3 49

2 57

3 76

 

Estructura de funciones: Caja negra.

ENTRADA

SISTEMA ROBOTICO

  Se define el entradas y salidas: Entradas:

SALIDA

Energía. Conversión de energía eléctrica a mecánica. Señal. Parámetros de amperaje ingresados por el usuario Materia. El electrodo y las dos placas de acero. Salidas: Material. La pieza soldada con un ángulo de 90 grados. Señal. Visualización del movimiento del sistema robótico. Descripción de funciones:

Preparar y alimentar el material.   Se prepara el material para introducirlo al sistema robótico.

Soldar el material. Se suelda las dos placas de material de acero al carbono de un espesor  de ¼ o 6.35 mm.

 

Transmitir fuerza. Consiste en transmitir la fuerza desde el lugar donde se genera hasta el lugar donde se encuentra las dos placas a soldar.

Controlar. Encargado de dirigir o regular el comportamiento del sistema robótico. Retirar. Se traslada la pieza soldada hacia un depósito donde se encuentran las demás  piezas.

Matriz morfológica Tabla 9. Matriz morfológica para evaluar distintos conceptos de solución

N°

Funciones

Concepto de solución 1

Concepto de solución 2

Concepto de solución 3

A mano Faja transportadora

1

2

3

Preparar y alimentar el material Motor a pasos

Servomotores

Motor rotacional

Filamento de impresora 3D

Aluminio

Acero

Convertir  energía eléctrica a mecánica

Material de la estructura

Concepto de solución 4

Laptop

4

Monitor

Tablet

Interfaz del robot MIG-MAG Arco eléctrico

5

Soldar el material Arduino mega

Jetson nano de nVIDIA

PLC

6

Controlar 

 

A mano

7

Faja transportadora

Retirar 

Tabla 10. Tipos de línea de los conceptos de solución

Concepto de solución 1 2 3 4

Tipo de línea

Concepto de solución. Luego de definir todos los conceptos de solución a partir de la matriz morfológica, se detallarán cada uno de ellos.

Concepto solución 01 En el concepto de solución 01 se caracteriza por que el operador pondrá el material a soldar 

en el área de trabaj trabajo, o, se utilizará utilizará motores a pasos para la conversión de energía energía eléctrica a mecánica, el filamento 3d será el material que se usará para la estructura del sistema robótico. Se usará una laptop con un programa de licencia gratuita para controlar el sistema robótico y generar las trayectorias, se utilizará el efector final de soldadura de arco eléctrico, eléct rico, además se utilizará un controlador Jetson nano para gobernar los actuadores actuadores y la herramienta de soldar, el operador retirará las piezas soldadas.

 

Concepto solución 02 En el concepto de solución 02 se caracteriza por que el operador pondrá el material a soldar  en el área de trabaj trabajo, o, se utilizará utilizará motores a pasos para la conversión de energía energía eléctrica a mecánica, mecáni ca, el Alumi Aluminio nio es el material que se usa para la estructura estructura del sistema sistema robótico. Se utilizará una Tablet con un programa de licencia gratuita para controlar el sistema robótico y generar las trayectorias, se utilizará el efector final de soldadura MIG-MAG, además se utilizará un controlador Arduino mega para controlar los actuadores y la herramienta de soldar, el operador retirará las piezas soldadas.  Concepto solución 03 En el concepto de solución 03 se caracteriza por que mediante una faja transportadora  podremos llevar las placas al área de trabajo ssee utilizará servomotores para la conversión de energía eléctrica a mecánica, se usará el acero como material para la estructura del sistema robótico por ser muy resistente. Se utilizará un monitor con un programa de licencia gratuita para controlar el sistema robótico y generar las trayectorias, se utilizará el efector  final de soldadura de arco eléctrico, además se utilizará un controlador PLC de Siemens  para gobernar los actuadores y la herramienta de soldar, un sistema de faja transportadora retirará las piezas soldadas.

Concepto solución 04 En el concepto de solución 04 se caracteriza por que mediante una faja transportadora  podremos llevar las placas al área de trabajo, se utilizará motores rotacionales para la conversión de energía eléctrica a mecánica, el aluminio es el material que se usa para la estructura del sistema robótico. Se usará una laptop con un programa de licencia gratuita  para generar las trayectorias, se utilizará el efector final de soldadura MIG-MAG, además se utilizará un controlador PLC de Siemens para gobernar los actuadores y la herramienta de soldar, un sistema de faja transportadora retirará las piezas soldadas.

 

Tabla 11. Carta de comparación por pares para los conceptos de solución VELOCIDA  D

 PRECISIÓ    N 

ESTABILIDAD  MECÁNICA

 SEGURIDA  D

CARGA  SOPORTADA

FACTIBILIDA  D

COSTO DE  PROTOTIPO

 MONTAJ   E 

FIABILIDA  D

 ESTÉTIC   A

 PESO DEL CRITERIO

Velocidad   Precisión  Estabilidad mecánica  Seguridad  Carga soportada

 X 0

1 X

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

1 1

9 8

0

0

X

1

0

1

0

1

1

1

5

0

1

0

X

0

1

0

1

0

1

4

0

0

0

0

X

1

1

1

1

1

5

Factibilidad  Costo de  prototipo  Montaje Fiabilidad   Estética TOTAL

0 0

0 0

0 1

0 1

0 0

X 0

0 X

1 1

0 1

1 1

2 5

0 0 0

0 1 0

0 0 0

0 1 0

0 0 0

0 1 0

0 1 0

X 1 0

0 X 0

1 1 X

1 6 0 45

 

Tabla 12. Cuadro de puntaje para los conceptos de solución según los criterios técnicos y económicos

N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9

CRITERIOS TÉCNICOS Y ECONÓMICOS Velocidad Precisión Estabilidad mecánica Seguridad Carga soportada Factibilidad Costo de prototipo Montaje Fiabilidad

SOLUCIONES PESO 9 8 5 4 5 2 5 1 6

01

02

03

04

2 3 2 3 2 2 2 3 2

3 3 3 1 1 1 3 2 2

4 4 4 3 4 3 3 3 3

3 3 3 2 2 2 3 3 2

 

10

Estética

0

TOTAL

3 103

2 106

4 162

4 118

Finalmente se tiene que el concepto de solución con mayor valor técnico y económico fue la alternativa 03.

14. Investigar so sobre bre los RPA (Rob (Robotics otics Process Process Automation). Los RPA, o en español, Automatización Robótica de Procesos, se puede definir como el despliegue de máquinas para implementar funciones de trabajo con mayor exactitud a frecu fre cuenc encias ias ráp rápida idas. s. En otras otras palabr palabras, as, es un pro proce cedim dimien iento to media mediante nte el cu cual al los  procesos de negocio se automatizan, automatizan, aprovechan aprovechando do los robots para minimizar la intervención humana.[ CITATION Zac19 \l 10250 ] Los RPA están diseñados específicamente para automatizar las tareas que realizan los seres humanos en los escritorios, ya que la mayoría de los trabajos tiene un elemento que implica tareas de alto volumen, repetitivas y tediosas, y tienden a convertir los trabajos a situaciones aburridas. Es aquí donde entran los RPA para automatizar estos tipos de tareas.

 

Tabla 13. Comparación de la Automatización Industrial y los RPA. Fuente:[ CITATION Hus20 \l 10250 ]  Robotic Process Automation with Automation Anywhere

 

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