ROBOTS ANTROPOMÓRFICOS

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1 1 ROBOTS ANTROPOMÓRFICOS Francisco Araujo Luis Ayala Cristhian Bermeo Universidad Politécnica Salesiana Robótica Resumen En este documento se da a conocer, en primera instancia los conceptos generales de los Robots Antropomórficos, tales como su forma, características principales, aplicaciones, etc. Como segunda parte se realiza la selección de un modelo comercial de un Robot Antropomórfico para así analizar los puntos mencionados anteriormente. Index Terms robot, antropomórficos, articulaciones. I. INTRODUCCIÓN Realizando un pequeño análisis sobre la Robótica industrial, vemos como durante estos últimos años se ha producido una gran entrada de Robots a las fábricas o industrias con el objetivo principal de mejorar la producción y calidad de los productos o ya sea para trabajar en ambientes nocivos y peligrosos para el ser humano. Con la ayuda de la mecánica y la electrónica se han podido diseñar diferentes configuraciones de robots para la industria. La palabra Antropomórfico es aplicada a cualquier cosa que tenga el aspecto físico parecido al del ser humano, los Robots Antropomórficos se asemejan al ser humano principalmente en la parte del hombro, brazo y muñeca, que le sirven básicamente para ponerse en una posición en el espacio y orientarse para realizar un determinado trabajo. Esta configuración de Robots industriales ayuda mucho en tareas pesadas y repetitivas, aprovechando la variedad de movimientos que posee. Figura 1. Ejemplo de Robot Antropomórfico. [3] II-A. Número y tipo de Articulaciones. Como se dijo anteriormente este robot tiene o está formado por 3 ejes rotacionales llamados también 3G o RRR, el primer eje básicamente es perpendicular al piso, los otros dos perpendiculares al primero y paralelos entre sí, estos 3 se utilizan para posicionar al robot en un determinado lugar del espacio. [4] II. DESARROLLO Robots Antropomórficos también llamados manipuladores de codo, robots angulares, etc. Una configuración de este tipo posee 3 articulaciones de posicionamiento y por general 3 articulaciones de orientación, es decir para el efector final, también llamado pinza o gripper. [3] En las Figura 1 podemos ver un ejemplo de robot antropomórfico: Figura 2. Articulaciones de un Robot Antropomórfico. [4] Esta configuración presenta una gran maniobrabilidad, accesibilidad a lugares con obstáculos, una característica muy

2 2 importante es que son muy rápidos y permiten la realización de trayectorias difíciles. [4] II-B. Grados de Libertad. Se conoce como grados de libertad o GDL al número mínimo de variables necesarias para describir la distribución de velocidades en el sistema. [5] En el caso del robot antropomórfico se tienen generalmente 5 o 6 grados de libertad, tres por lo menos usados para definir la posición y mínimo dos para la orientación de la pinza. [2] EJES DESCRIPCIÓN FUNCIONALIDA 1-3 Ejes principales Posicionamiento 4-6 Ejes de la muñeca Orientación Cuadro I DESCRIPCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LOS EJES EN UN ROBOT ANTROPOMÓRFICO. [2] En la Figura 3 podemos apreciar un ejemplo de los brazos del robot y sus grados de libertad: Figura 4. Volumen de Trabajo Robot Antropomórfico. [4] II-D. Lenguaje de Programación. Un tema importante es el lenguaje de programación de robots industriales. No existe como tal alguna normalización o estándar para la programación de los robots, es decir que cada fabricante ha realizado sus propios métodos o técnicas. [2] En el Cuadro II se da a conocer algunos lenguajes de programación y sistemas operativos utilizados: No. Empresa Lenguaje de Programación Sistemas Operativos 1 ABB Rapid Windows XP 2 Epson SPEL+ Windows XP 3 FANUC TPE Propio 4 MITSUBISHI MELFEA RT ToolBox 5 Kawasaki Kawasaki AS Propio 6 KUKA KRL Windows XP Cuadro II LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Y SISTEMAS OPERATIVOS. [2] II-E. Aplicaciones Existen numerosas aplicaciones dentro de la industria para esta configuración: Figura 3. Brazos y Grados de Libertad de un Robot Antropomórfico. [2] II-C. Volumen de Trabajo. Ensamblado Soldadura Carga y descarga Corte y pulido Paletizado y empacado Pintura Un concepto básico de volumen de trabajo según los propios fabricantes de robots es el espacio dentro del cual puede desplazarse el extremo de su muñeca. [1] Por obvias razones este espacio está definido por el tamaño de sus eslabones, lo cual quiere decir que es distinto para cada robot. [2] El volumen de trabajo de un robot antropomórfico es parecido a una esfera, lo cual indica que se puede obtener una gran área de trabajo. [2] Figura 5. Aplicación para soldadura. [3]

3 3 Figura 6. Aplicación para Paletizado y empacado. [3] Figura 8. Robot KUKA KR16-2. [6] Gracias a la robótica y los sistemas de control se puede obtener mayor precisión en los procesos, es por eso que estos diseños son la mejor decisión. [6] II-I. Grados de Libertad. Figura 7. Aplicación para pintura. [3] II-F. Ventajas Hay muchas ventajas que se pueden enumerar para estos robots: Mejora el acceso con el efector final Maniobrabilidad Se asemeja al brazo humano (tareas repetitivas y pesadas) Variación de la posición y orientación (muchos grados de libertad) [4] Estos sistemas tienen 6 grados de libertad, como se indico anteriormente en la Figura 3, ahí se puede observar los GDL tanto para el posicionamiento como para la orientación del robot. II-J. Arquitectura básica de un sistema robótico KUKA. Esta sección se divide en 4 partes, indicadas en la Figura 9: II-G. Desventajas Así mismo tenemos algunas desventajas: Desplazamiento de personal Conllevan una alta inversión inicial. Modelo matemático complejo, ya que posee muchas variables articulares (5 o 6). II-H. Robot KUKA KR En este caso seleccionamos un modelo de robot del fabricante KUKA, que posee muchas aplicaciones en la industria, así como también se indica información técnica del sistema. Gracias a la flexibilidad y versatilidad, estos modelos de robots son muy solicitados en la industria, con una capacidad de carga de 6 o 16 kg. En fábricas donde se desea ahorrar espacio y dinero, estos sistemas son los adecuados. Tiene ventajas importantes tales como una elevada seguridad en la planificación e inversión, posibilidad de instalarlos en distintas posiciones, escaso mantenimiento y larga vida útil, paradas mucho más cortas, rápida puesta en servicio. [6] Figura 9. Arquitectura de un sistema robótico KUKA. [2] 1. Robot KUKA KR Cables de unión - Transmiten señales del controlador hacia el robot y viceversa. 3. Unidad de control del robot - Contiene circuitos eléctricos y electrónicos de control, potencia, seguridad y comunicaciones. 4. Unidad de programación - Ligado a la versión y características del software y es la interfaz directa con el usuario. [2]

4 4 II-K. Volumen de trabajo. Según los documentos que brinda el fabricante, en este caso KUKA, el volumen de trabajo se da a conocer con dos gráficos, el primero es una vista lateral del robot y el otro una vista superior, indicando las medidas y ángulos correspondientes, como se observa en la Figura 10 y 11 respectivamente. Ejes Rango de Movimiento [*] Velocidad [*/s] 1 ± a a ± ± ± Cuadro IV RANGO DE MOVIMIENTO Y VELOCIDADES ROBOT KUKA KR [6] Como podemos analizar el robot es muy rápido en cada uno de sus ejes. II-M. Especificaciones mecánicas. Figura 10. Vista Lateral del área de trabajo Robot KUKA KR [6] En el siguiente Cuadro vemos las longitudes de cada parte indicada por el fabricante: ITEM DESCRIPCION VALOR Cargas Carga 16 kg Zona de Trabajo Carga Adicional 10kg Max. alcance 1610mm Numero de ejes 6 Otros Repetitividad +/-0.05mm Peso de Montaje Suelo, techo Unidades de Control KR C4 Cuadro V ESPECIFICACIONES MECÁNICAS ROBOT KUKA KR 16-2 [6] II-N. Aplicaciones Cuadro III MEDIDAS DE CADA PARTE DEL ÁREA DE TRABAJO. [6] A continuación daremos a conocer dos de las múltiples aplicaciones del Robot KUKA KR II-N1. ROBOTS KUKA KR16 SE OCUPAN DE LA SOL- DADURA DE COMPONENTES DE AUTOMÓVIL EN LA EMPRESA AL-KO: El AL-KO Kober Group desarrolla y fabrica productos innovadores para la industria automovilística y aeronáutica y los sectores de la jardinería en el tiempo libre. [7] Figura 11. Vista superior del área de trabajo Robot KUKA KR [6] Figura 12. Robot KUKA KR 16-2 en la industria AL-KO Kober Group. [7] II-L. Especificaciones de movimiento y velocidad. En el Cuadro IV podemos observar los rangos de movimiento y velocidades de cada eje: II-N2. KUKA ROBOTER SE AGARRA A UNA BOTELLA: En la empresa RPC Verpackungen Kutenholz, el robot agarra las botellas de plástico desde la cinta transportadora y las coloca en un cajón. [8]

5 5 Figura 13. Robot KUKA KR 16-2 en la industria RPC Verpackungen Kutenholz. [8] III. CONCLUSIONES Los robots industriales en general, han logrado un gran éxito mejorando los procesos y realizando trabajos pesados y repetitivos. El robot antropomórfico con sus múltiples grados de libertad puede realizar trayectorias complejas pese a los obstáculos que se tengan, haciendo que se adapten en muchos lugares. Posee una buena área de trabajo que depende generalmente de la geometría de cada unos de sus eslabones, por lo general estos robots no son pequeños por decirlo así, lo cual quiere decir que el volumen de trabajo que se tiene es bastante aceptable para muchas tareas. En el caso de cualquier robot industrial, el fabricante especifica toda la información en sus documentos, tales como volumen de trabajo, dimensiones, posiciones de ejes, velocidades y mucho mas, por lo tanto el cliente puede analizar qué sistema le conviene más para su empresa. REFERENCIAS [1] Maestría en Automatización y Control Industrial Nelson Sotomayor, MSc. ROBOTICA/ROBOTICA.PDF [2] INTEFAZ DE CONTROL PARA UN BRAZO ROBOT ARTICULADO BASADO EN SOFTWARE DE DESA- RROLLO INTEGRAL, RODRIGO ESCANDON CUEVA /4646/1/UPS-CT PDF [3] ROBOTS MOVILES Y ANTROPOMOR- FICOS, LUIS JAVIER AGUILAR CRUZ ROBOTS-MVILES-Y-ANTROPOMRFICOS [4] BRAZO ARTICULADO (ROBOT RRR) ARTICULADO-ROBOT-RRR/ HTML [5] ASIGNATURA DE SISTEMAS MECANICOS, MECA- NISMOS I UPLOADS/2012/448/42437/1/DOCUMENTO1.PDF [6] ROBOT KUKA KR ROBOTICS.COM/ES/PRODUCTS/INDUSTRIAL_- ROBOTS/LOW/KR16_2/START.HTM [7] ROBOTS KUKA KR16 SE OCUPAN DE LA SOLDADURA DE COMPONENTES DE AUTOMÓVIL EN LA EMPRESA AL-KO ROBOTICS.COM/ES/SOLUTIONS/SOLUTIONS_- SEARCH/L_2014_AL-K.HTM [8] KUKA ROBOTER SE AGARRA A UNA BOTELLA ROBOTICS.COM/ES/SOLUTIONS/SOLUTIONS_SEARCH/L- R351_KUKA_ROBOTS_TAKE_TO_THE_BOTTLE.HTM