Mecatrónica Módulo 10: Robótica

Transcripción

1 Mecatrónica Módulo 10: Robótica Libro de Texto (Concepto) Petr Blecha Zdenêk Kolíbal Radek Knoflícek Ales Pochylý Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universidad Politécnica de Brno, República Checa Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr MINOS, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/ MINOS**, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

2 Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza: Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICma rgune, Spanien University of Naples, Italien Uni s, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt ggmbh, Deutschland VEMAS, Deutschland Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0) Fax: + 49(0) minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: oder

3 CONTENIDO 1 HISTORIA, EL DESARROLLO Y LA DEFINICIÓN DE ROBOTS DE COMPONENTES MECÁNICOS A ROBOTS DEFINICIÓN DE ROBOTS LA ESTRUCTURA DE MANIPULADORES Y ROBOTS INDUSTRIALES (IR&M) ESTRUCTURA cinemática de IR&M Sistema de accionamiento de papelería IR&M Cinemática de pares en la construcción de IR&M Robots industriales con cinemática de serie La problemática de la precisión en el posicionamiento de los tipos de IR&M básicos Robots industriales con cinemática paralela Vehículos guiados automáticamente AGV EJEMPLOS DE LOS REPRESENTANTES IR&M TÍPICOS DE LA CONSTRUCCIÓN PUNTO DE VISTA Tipos básicos de los robots industriales Derivados, robots industriales IR&M tipos de combinaciones de derivados de pares cinemáticas EFECTORES TERMINALES Objeto y división de efectores terminales Producción tecnológica de cabezas Manipulación de las cabezas de salida - Pinzas La producción combinada con cabezas Especiales cabezas de salida Las fuerzas que actúan sobre los objetos se apoderó en el movimiento del robot Automática, efectores terminales de cambio Dispositivos periféricos para IR&M Introducción, clasificación, efectos de uso Clasificación de la EP, según su función Clasificación de la EP de acuerdo a las características de construcción característicos Transportadores Soldadura posicionado res y aparatos Clasificación de la EP en función de su colocación en el lugar de trabajo robotizado LUGARES DE TRABAJO ROBOTIZADO Elementos básicos de un puesto de trabajo robotizado El lugar de trabajo de control Tipos de lugares de trabajo robotizado Soldadura Manipulación Revestimiento, Capa, Baño

4 4.3.4 Tecnología de operaciones ROBOTS INDUSTRIALES PROGRAMACIÓN Introducción En línea de programación Interfaz de usuario - enseñar-colgantes DOF robots industriales Principales tipos de movimiento Propuesta de aproximación Descripción general básica de instrucciones para los robots ABB Descripción general básica de instrucciones para los robots KUKA Estudio de caso: la tarea de paletización Programación fuera de línea EGURIDAD DE LOS LUGARES DE TRABAJO ROBOTIZADO Términos básicos y definiciones Requisitos relativos a la construcción de robots Componentes de la transmisión de energía Corte de energía de suministro o la variación Fuente de alimentación Latente de energía Compatibilidad electromagnética (EMC) Equipamiento eléctrico Elementos de control Las necesidades de piezas relacionadas con la seguridad de los sistemas de control Función de parada de emergencia Parada de seguridad Reducción de la velocidad Modos de operación Control por medio de un colgante-enseñanza La demanda de la cooperación operativa Descripción de las categorías de partes relacionadas con la seguridad de los sistemas de control Categoría B Categoría Categoría Categoría Categoría Seguridad Equipos de protección Dispositivo de parada de emergencia Cortinas de seguridad Examen de seguridad láser Sólidos barreras Sensores de seguridad la puerta Alfombras de seguridad Ejemplo de mantenimiento de un lugar de trabajo robotizado

5 1 HISTORIA, EL DESARROLLO Y LA DEFINICIÓN DE ROBOTS 1.1 DE COMPONENTES MECÁNICOS A ROBOTS La tendencia a adoptar o máquinas humanoides o máquinas semejantes organismos vivos en el servicio del hombre es casi tan antiguo como la cultura humana. La historia de la construcción de figuras en movimiento se remonta al período bizantino antiguo. Tan pronto como la Ilíada de Homero, se menciona que Hefesto, uno de los dioses olímpicos, sirvientas empleadas forjado en oro puro en su casa. En a. C., crearon un modelo Archytus paloma de madera. La paloma se dice que contiene un globo pequeño en sus entrañas. Herón de Alejandría, un mecánico y constructor de famosas figuras movidas por vapor y electricidad inducida por el calor de una serie de sustancias, Fe el mercurio, el constructor de construcciones etapa de automatización, los mecanismos para la apertura de puertas del templo, etc. vapor y aire caliente para la conducción. Como ejemplo sirve el aparato altar muestra en la figura Cuando el fuego se enciende en el altar, el agua en un tazón (A) se calienta, el vapor que se escapa aplica presión sobre la superficie del agua en la parte inferior del altar, diseñado como un depósito. El agua es empujada a través de los tubos (L) en los tazones de fuente, en poder de las manos de las estatuas. Después de que las copas se han llenado, la inclinación de las manos y el agua derramada de los cuencos extingue el fuego en el altar. a b c La figura. 1 1: Ejemplos de autómatas históricos a. Ejemplo de un antiguo altar con figuras de forma automática vertiendo agua sobre el fuego del sacrificio b. Autómata mecánico de Jacquete Droze c. Autómata mecánico de Hosokawa El gran artista y el técnico Leonardo da Vinci ( ) no se quedan cortos en la historia de autómatas. Para dar la bienvenida al rey Ludwig XII. en Milán, construyó un león mecánico, que se acercó al trono del rey y lo saludó por el movimiento de una pata. Las construcciones mecánicas más sobresalientes de los seres humanos artificiales realizadas en el siglo 18 están relacionadas con Biorobótica. Acerca de 1738, el mecánico francés Jacques de Vaucanson construyó un robot prácticamente un robot para trabajar - un flautista capaz de tocar 12 piezas musicales. Se produce el sonido simplemente soplando aire a través de su boca en la abertura principal de la flauta y cambiado los tonos, colocando sus dedos sobre las aberturas de todo el instrumento. 3

6 En 1772, Jacquet Droz construyó un autómata con forma de niño (ver fig. 1-1b), operado por levas y tirada por resortes, que fue capaz de escribir textos extractos utilizando un lápiz real. En 1796 otro autómata conocido, el chico del té de carga (ver fig. 1-1c), fue construido por Hosokawa de Japón. Importantes constructores de las ciencias naturales proporcionan constructores de autómatas con medios más competentes. El conocimiento de lo acústico permitido la construcción de mecanismos que emiten sonidos simples, por ejemplo, instrumentos de música automático y figurillas de habla. En el período posterior a WW1, los robots no se pueden negar de ninguna mejora técnica. Llevaban la forma de armigers, movían sus manos y sus respuestas a preguntas sencillas en voz reproducida de un disco de gramófono. Los robots adquirieron propulsión eléctrica, que podría ser más inteligente que ser operados y manejadas, con levas y resortes. Por ejemplo, el robot Televox, construido por R. RJ 1927 por el británico Wensly fue capaz de coger el auricular del teléfono a silbar y respuesta en una voz humana. El estadounidense Zase Whitman creó un "radiohuman" oculta. Fue destinado a fines militares, a saber, para la destrucción de otras barricadas y la superación de ciertos bloques militares. La palabra "robot" se deriva de la vieja madre eslava "-rob-", que también pueden rastrearse en las palabras checas "robota", que significa duro, el trabajo obligatorio y agotador ", Robit" (para trabajar), sino también en "výroba" (producción, fabricación), "obrábět" (para trabajar, la máquina, la herramienta), etc. El genial escritor checo Karel Čapek usó la palabra para nombrar a los seres creados artificialmente en su 1920 obra "RUR" La sigla "RUR" significa: "Universal Rosum de los robots", traducido libremente como "Universální roboti Rozuma pana" (la palabra "rozum" se entiende como el cerebro o el intelecto en checo). Originalmente, Karel Čapek quería el nombre de su Robots "Trabajos" (obviamente con el objetivo de utilizar la palabra latina "labore", con el tiempo la palabra Inglés "trabajo" duro =, o al menos ocupar plenamente el trabajo) y que era su hermano, el pintor Josef Čapek, quien le aconsejó usar la palabra "robot". Sin embargo, es un hecho que a partir de 1921, cuando fue puesta en escena por primera vez, el juego de Capek "RUR" se convierten rápidamente en popular en todo el mundo y, con ella, la palabra checa "robot". Por ejemplo los niños en Japón se les enseñan acerca del origen checo de la palabra "robot" en las escuelas. Desde entonces ha sido la palabra de uso común para referirse a cualquier dispositivo de automatización o mecanización, desde procesadores de alimentos a los pilotos automáticos. Inevitablemente, se aplicó también a los muchos intentos, se producen repetidamente a lo largo de la historia, en la construcción artificial de "androides" semejante a los seres humanos, principalmente en el principio mecanicista. Cabe señalar que el principio era ajeno a Karel Čapek, el concepto de su "Robots" que se dedicaba exclusivamente a una bioquímica. No obstante, clasificamos los robots en máquinas inanimadas, por tanto, también modulan de acuerdo con el paradigma de lo inanimado "Hrad". En la industria de producción masiva, sin embargo, las máquinas que se emplean para asumir algunas funciones normalmente desempeñadas por el hombre no son generalmente llamados robots, pero autómatas. Esto se debe a los autómatas, en términos de su aspecto, se parecen muy poco al hombre y sus funciones son en su mayoría altamente especializadas (auto-operadores, de una sola función manipuladores). La figura. 1-3 muestra el desarrollo histórico de la producción de máquinas industriales y robots. A pesar de que el desarrollo histórico de las máquinas industriales comenzó mucho antes: a finales de la XV. y XVI. siglo se estima que el período se inicia aquí. El desarrollo real de las máquinas industriales, incluyendo su mejora gradual y la mecanización, así como concepciones ficticia de un ser artificial (Golem) hacia los robots de Čapek la obra "RUR", se puede observar. Estas dos corrientes 4

7 están conectadas a través de la invención de Control Numérico (NC) en el medio del siglo XX y comparten un destino común. Las máquinas de control numérico industrial junto con manipuladores equipados con NC - robots industriales - empezaron a hacer las ideas de producción automática realidad. Fue en 1961 cuando la empresa estadounidense AMF (American Machine y Foundry Corporation) introdujo al mercado un autómata de usos múltiples con el nombre de "Versatran Industrial Robot" (Versatil de transferencia) que funciona como un hombre en una máquina de fabricación, aunque no se parece al hombre, que era un jet-inicio de su desarrollo posterior. La simbiosis de los robots industriales y máquinas de fabricación de Carolina del Norte a comienzos del siglo XX. y XXI. dio lugar a las fábricas totalmente automatizadas, como el que dirige la empresa japonesa FANUC. Otros robots industriales encontraron su lugar en aplicaciones que no sean de fabricación, incluyendo la agricultura. La parte de la figura. 1-2 que se enmarca en rojo representa una selección de los típicos diseños de robots industriales. La de la izquierda es programada por adquisición rápida, es decir, al principio, en el "ENSEÑAR" régimen, está guiada por el programador lo largo de la ruta deseada, que se registra en el sistema de control, y después de la activación de los registrados programa, el robot sigue repitiendo la actividad aprendidas en el "REPEAT" régimen y otra vez. Este robot puede ser utilizado principalmente en la soldadura continua a lo largo de un camino necesario, o para la aplicación de pintura o recubrimiento de protección. El de la derecha está programado implícitamente por medio de una enseñanpendiente, donde el programador guías siempre el robot hasta el punto deseado. Después de haber memorizado, el robot realiza un trabajo individual o entre los puntos en estos puntos de acuerdo a la actividad pre-establecidos. Este robot es muy apropiado, por ejemplo, para la soldadura por puntos a favor de carrocerías de automóviles en las fábricas de automóviles. 5

8 La figura. 1 2: el aprendizaje de un robot industrial La figura. 1 3: Esquema de Desarrollos de máquinas y robots industriales Biorobotic (protético) aplicaciones, operado por los sistemas maestro-esclavo, en última instancia por el nervio EMG (elektromyogrammetric) señales, es desarrollado como una cierta rama de fuera de control NC. Sin embargo, el desarrollo directo de la robótica sigue el camino más fantástico, que es el desarrollo de móviles, a pie y los robots humanoides (Fe HONDA). Estos dispositivos tienen un parecido sorprendente con la fictatious Golem, e incluso la adquisición rápida de los robots industriales, que son guiados por su componente final, y el registro de este movimiento en el sistema de control, nos puede recordar el traer Golem a la vida por medio de una misteriosa "Sem", insertada en la cabeza. 6

9 El pianista del profesor Ichiro Kato de la universidad en Tokio Wased acompañó a la orquesta sinfónica completa en la Exposición Mundial de Osaka. El robot humanoide de Honda, así como otros androides "puede subir por las escaleras, transportar objetos, danza ect., por el que bien su nombre," roboti "en checo. 1.2 DEFINICIÓN DE ROBOTS Las siguientes categorías pueden servir para la comparación general de las propiedades de una máquina con las del hombre en el proceso de producción: - Propiedades físicas -Las posibilidades funcionales - Nivel de inteligencia La conciencia humana constituye la frontera del nivel de inteligencia, necesario y posible para el proceso de producción. En el presente caso, es sobre todo la percepción, la aprehensión y la toma de decisiones, la memoria y la lógica. Las posibilidades funcionales incluyen la adaptabilidad, la universalidad, la movilidad en el espacio, etc. manipulabilidad de las propiedades físicas, potencia, velocidad, la capacidad de trabajo permanente, la estabilidad de las características, durabilidad, fiabilidad y otros pueden no ser identificado. Las tres categorías mencionadas se pueden visualizar por medio de un diagrama de espacio en coordenadas cartesianas x, y, z. [4; p.38] La figura. 1 4: Comparación esquemática del hombre y la máquina en el proceso de producción [NODA; s.xx] La figura. 1-4 presenta una depictacion muy esquemática del hombre en un proceso de producción, que se caracteriza por un alto nivel de inteligencia (necesario para el proceso de producción en cuestión), nivel muy alto de posibilidades funcionales, pero las propiedades físicas son muy bajas. El hombre era consciente de ello desde el comienzo de los tiempos, razón por la cual todas las máquinas anteriores eran prácticamente para ayudar al hombre principalmente para ampliar estas posibilidades físicas. Ellos se visualizan sólo como una dimensión, sobre el eje que representa las posibilidades físicas. La maquinaria para la construcción y máquinas "themalike", controlado y operado directamente por el hombre, por ejemplo, excavadoras, raspadores, o incluso balanceadores, etc. Los teleoperadores representan dos máquinas de dimensiones en el plano dado por los ejes de las posibilidades físicas y las posibilidades ficcionales. Por otro lado, las máquinas de información matemática y themalike (computadoras, sistemas de control) también son de dos dimensiones en el diagrama anterior, pero éstas no 7

10 disponen de movilidad en el plano dado por los ejes de posibilidades físicas y el nivel de intelecto. Sólo la conexión, o más bien la penetración, de los dos tipos de máquinas se ha demostrado anteriormente da lugar a un manipulador industrial - robot, lo que representa una máquina idéntica a la ilustración en tres dimensiones del hombre en el proceso de producción en este régimen. El estudio de la robótica, naturalmente, implica la búsqueda de una definición adecuada de ambos manipuladores y robots ellos mismos. Las definiciones de la noción de "robot" que se encuentra en la literatura mundial están lejos de estar unidos, aunque algunas definiciones deriva del número de grados de libertad de tal dispositivo, tales como: "El robot es un dispositivo con más de tres grados de libertad, los dispositivos con menos grados de libertad de tres se llaman manipuladores ", o" El robot industrial es un dispositivo de manipulación automática de libre configuración en tres ejes de transporte con las manos (pinzas) o instrumentos tecnológicos, para su uso en la industria "da prueba de la falta de comprensión de la filosofía fundamental de los robots. Sin embargo, la última definición mencionada plantea otra cuestión, a saber, si un robot y un robot industrial son dispositivos idénticos. El atributo "industrial" en sí mismo sugiere, lo que significa la última parte de la definición: un robot industrial que es un subconjunto de los robots como tal. Para el concepto general de "robot" es posible adoptar la definición por el Ing.. Ivan M. Havel, CSc. [2], como se cita en [3, p. 20]: "El robot es un sistema automatizado, o controlado por ordenador, sistema integrado, capaz de interacción autónoma, orientado a objetivos con el medio ambiente natural basado en las instrucciones por el hombre. La interacción consiste en la detección y el reconocimiento del medio ambiente y en la manipulación de objetos, o moverse, en el entorno. La definición anterior, sin duda, se puede aplicar a una serie de sistemas robóticos para varios, no sólo industriales, aplicaciones. La naturaleza de un robot industrial "ha sido bien definido por el Prof. Ing.. P. N. Beljanin [1]: "El robot industrial es un funcionamiento de forma autónoma de una máquina - autómata, diseñado para reproducir algunas de las funciones de locomoción e intelectual del hombre al ejecutar las operaciones de fabricación auxiliar y de base sin la asistencia inmediata por el hombre y que está equipado, con este fin, con algunas de las capacidades del hombre ( la audición, vista, tacto, memoria, etc.), capacidad de auto aprendizaje, auto-organizarse y adaptarse, la adaptabilidad es decir, al entorno determinado. El dispositivo que se define de hecho es la sustitución deseada del hombre en el proceso de producción. Ya se trate de un robot industrial o manipulador, debe ser determinado con base en un análisis de su nivel de inteligencia, es decir, su sistema de control. Según el texto que acompaña a la figura. 1-4, no existe un criterio unificado que permita una estricta división de manipuladores y robots industriales. 8

11 2 LA ESTRUCTURA DE MANIPULADORES Y ROBOTS INDUSTRIALES (IR&M) 2.1 ESTRUCTURA cinemática de IR&M Sistema de accionamiento de papelería IR&M Sobre la base de las definiciones antes mencionados son de robots y de una de vista general sobre estos complicados dispositivos puede concluir claramente, que los robots industriales debe ser entendida como un cierto subconjunto de los robots como tal. Estos están representados sobre todo por robots móviles utilizando varios tipos de chasis o del bastidor con ruedas cinturón para viajar, o robots con patas, a veces incluso construidos para parecerse a los animales o androides. Particularmente en los sistemas móviles de robótica, el brazo de manipulación representa un mecanismo que es, desde un punto de vista global, prácticamente un sistema de accionamiento en sí mismo. Puede ser utilizado como un robot industriales fijas y puede estar dotado de un mecanismo de locomoción ya sea simple o compleja. En términos de construcción puede ser el sistema de accionamiento IR&M se divide de la siguiente: - Mecanismo de locomoción - Mecanismo de posicionamiento - Orientación al mecanismo de - Efectores terminales Un punto de referencia "H." está situado entre la colocación y el mecanismo de orientación por concluida la cadena cinemática de base (CB), que consiste en el mecanismo de posicionamiento, a veces también se extiende hacia el mecanismo de locomoción. La cadena cinemática (KC) a continuación, incluye la cadena cinemática de base y el mecanismo de orientación. Un compensador de la posición a veces se instala entre el mecanismo de orientación y el efector final. Una clasificación de las muestras del sistema de accionamiento de un robot equipado con un mecanismo de locomoción lineal se presenta en la figura a. b. La figura. 2 5: Ejemplo de la clasificación del sistema de actuación de un robot industrial fijo. a. Adaptable robots industriales abril-20 VUKOV-PRE SOV (SK) b. Industrial robot Beroe RB-321 (BG) X - mecanismo de locomoción mecanismo de alineación - CBB '(abril-20), czy (Beroe PO-321) Br - punto de referencia 9