Ri01

Robòtica
Industrial
UT01 - Reconeguem
els tipus, els
components i les
aplicacions!
www.raulsolbes.wordpress.com
1
Raül Solbes i Monzó
https://raulsolbes.wordpress.com/
Actualitzada el 16/09/2015
Versió 1.0_2015v

2
OBJECTIUS:
Robots i sistemes de control de moviment
● Interpretar la documentació tècnica.
● Identificar les característiques.
● Determinar elements .
CONTINGUTS:
1.1 Introducció i aplicacions.
1.2 Tipologia.
1.3 Morfològica.
1.4 Sistemes mecànics.
1.5 Sistemes de transmissió i acoblament.
1.6 Unitat de control (controladora).
1.7 Unitats de programació.
1.8 Sistemes d’actuació i percepció.
1.9 Útils i ferramentes.
1.10 Sistemes de control de moviment.
1.11 Sistemes de guiat, teleoperat i navegació.
1.12 La necessitat d’un robot.
1.13 Els riscos d’un robot.
1.14 Normativa de seguretat per a robots.
1.15 Mesures de seguretat.
PRECONEIXEMENT:
● Metodologia, recursos i normes de treball “Projecte Roma” (acords primera assemblea).

3
1.1 Aplicacions. Introducció
ABB Robotics - 10 most popular applications for robots:
https://www.youtube.com/watch?v=fH4VwTgfyrQ
ABB Robotics - Picking Packing Palletizing - 10 popular applications:
https://www.youtube.com/watch?t=43&v=0Ut3e481Q_8
ABB Robotics - 10 good reasons to invest in robots:
https://www.youtube.com/watch?v=-vfLv42_JcY
ABB Robotics - Picking Packing Palletizing walk through at PackExpo:
https://www.youtube.com/watch?v=CgPp76qr3Ec
ABB-Roboter beim Bierausschank:
https://www.youtube.com/watch?v=TH_h87J8TZ8
The Revenge: Timo Boll vs. KUKA Robot:
https://www.youtube.com/watch?v=lv6op2HHIuM&feature=share

Increment notable
de la venda de
robots
El sector de l’
automòbil com a
principal àmbit d’
aplicació
La soldadura com
a principal
aplicació d’ús
ABB com a
principal fabricant,
seguit per KUKA
4
"Es una degradación para un ser humano encadenarlo a un remo y usarlo como
fuente de energía; pero es casi igual degradación asignarle tareas puramente
repetitivas en una fábrica, que exigen menos de una millonésima de su poder cerebral".
(Norber Wuner)
Els robots poden aplicar-
se per a qualsevol tasca
que l’ésser humà puga
realitzar

Robòtica, com a conjunt d’enginyeries (mecànica, elèctrica, electrònica i informàtica)
Mecànica:
(disseny mecànic de la
màquina, anàlisi estàtic,
anàlisi dinàmic)
Elèctrica i electrònica
(transmetre informació)
Informàtica
(programes necessaris per
aconseguir adaptabilitat,
autonomia i capacitat
interpretativa i correctiva)
Camps d’aplicació:
Investigació - exploració, entreteniment, construcció, automatització industrial
Limitacions per al desenvolupament:
economia i tecnologia
5

Tipus d’automatització industrial:
1. Automatització fixa (volums de producció alts)
2. Automatització programable (volums relativament baixos i diversitat de producció)
3. Automatització flexible (volums intermedis, diversos productes amb el mateix
sistema de fabricació)
El robot industrial forma part del progressiu desenvolupament de l’automatització
6

7

8
Robot industrial:
dispositiu de maniobra destinat a ser utilitzat en la industria i dotat d’un o
diversos braços, fàcilment programable per complir diverses graus de llibertat i
destinat a substituir l’activitat física de l’home en les tasques repetitives,
monòtones, desagradables o perilloses
El treball del robot es limita, generalment, a pocs moviments repetitius
(usualment 3 per al cos i 3 per a la ma).
Classificació dels robots industrials atenent al grau de complexitat:
1. Primera generació: esclau directe de l’home (intervenció directa).
2. Segona generació: actuació automàtica sense intervenció humana prèvia
programació de moviments.
3. Tercera generació: capacitat de reconèixer la solució més idònia per a una
acció determinada.
1.2Tipologia

1.3 Robòtica Industrial
9
Tipus de configuracions clàssiques
● Cartesiana: 3 graus de llibertat lineals.
● Cilíndrica: 2 graus de llibertat lineals i 1 rotacional
● Polar: diverses articulacions amb moviments independents
(rotacional, angular i lineal)
● Angular: 2 graus de llibertat angulars i 1 rotacional
1.2 Tipologia

10
Tipus de configuracions no clàssiques:
● SCARA: “Selective Apliance Arm Robot for Assembly”, 2
articulacions rotacionals permeten moviments horitzontals
de major abast.
● Paral·lela: l’element terminal es connecta a la base per,
almenys, 2 cadenes cinemàtiques independents
1.2 Tipologia

11
Classificació dels robots industrials atenent al mètode de control:
1. No servo-controlats (les articulacions tenen un nombre fixe de posicions i
el desplaçament es produeix d’una a l’altra. Usualment són pneumàtics,
bastant ràpids i precisos.
2. Servocontrolats (cada articulació compta amb sensors de posició, de
forma que és possible el posicionat al llarg de tot el recorregut)
3. Servocontrolats punt a punt (sols s’indica el punt inici i el punt final, de
forma que la controladora calcula la trajectòria de moviment)
1.2Tipologia
Classificació atenent a la funció:
1. De producció
2. D’exploració
3. De rehabilitació
4. ...

12
1.3 Morfologia
Les parts fonamentals de qualsevol robot
són:
1. El sistema mecànic (braç robotitzat).
2. Controlador o unitat de control.
3. Dispositiu de programació i
aprenentatge
https://www.youtube.com/watch?v=oDnHaVMZjp4&index=1&list=PLVdvHpsfqw1bX194j7Slup6ri5se2668p

13
Components del robot industrial
1. Estructura mecànica (articulacions,
elements de transmissió i reducció,
cos, braç, nina i elements terminals).
2. Sistema locomotor (actuadors).
3. Sistema sensorial (sensors).
4. Sistema de control de baix nivell
(controla els moviments d’acord amb
el sistema de decisió i la informació
del sistema sensorial).
5. Sistema de decisió i planificació
(defineix el moviment d’acord amb la
tasca transmesa per l’operador a
través del sistema de comunicació).
6. Dispositius d’entrada i eixida (teclat,
monitor i caixa de comandaments).
7. Sistema de comunicació (permet la
transmissió dels programes cap al
robot).
1.3 Morfologia

14
1.3 Morfologia
Components d’un robot
industrial antropomòrfic o de
configuració angular

15
1.4 Sistemes mecànics
Conceptes bàsics:
● Manipulador robòtic: seqüència de cossos rígids (enllaços o “links), connectats uns a
altres a través d’articulacions (“joints”)
● Cadena cinemàtica: tot el conjunt de cossos rígids d’un manipulador robòtic.
● Grau de llibertat (GDL): cadascuna de les coordenades independents necessàries per
descriure l’estat del sistema mecànic. Segons ISO, un robot ha de tindre, almenys 3
GDL
● Volum de treball: dins del qual pot desplaçar-se l’extrem de la nina (“muñeca”).

16
1.4 Sistemes mecànics
El disseny mecànic de qualsevol robot industrial es realitza en base a:
● La cinemàtica (desplaçament del robot i trajectòries que realitza per
aconseguir una posició determinada).
● La dinàmica (relació entre les forces que actuen en el robot i els
moviments originats).
L’estructura mecànica d’un robot esta basada
en una cadena cinemàtica, composada per un
determinat nombre de baules (“eslabones”)
units mitjançant articulacions
Aprendre a realitzar els càlculs cinemàtics i dinàmics
per al disseny d’un robot és una tasca pròpia d’un
enginyer, però NO és rellevant per a un tècnic superior.

17
1.5 Sistemes de transmissió i acoblament
TRANSMISSIONS MECÀNIQUES
Permeten transferir energia entre dos o més elements d’un robot, així com convertir
moviments circulars en lineals i al contrari, modificant paràmetres com, per exemple, la
velocitat.
● Avantatges: permeten ubicar l’element actuador en un lloc distint de l’articulació,
reduir la velocitat augmentant el parell motor,...
● Inconvenients: es produeixen folgances (“holguras”) i desgast, requereixen major
manteniment, generen calor i per tant provoquen un menor rendiment del sistema,...
ACOBLAMENT DIRECTE
Uneixen directament l’eix del motor amb l’articulació del robot, sense utilitzar cap tipus de
transmissió mecànica. S’utilitza en configuracions molt específiques.
● Avantatges: redueixen l’espai d’acoblament, permeten majors velocitats, són més
precises i fiables, requereixen menor manteniment,...
● Inconvenients: requereixen major potència i parell en els motors, el sistema de control
és relativament més car,...

18
Sistemes mecànics de transmissió:
● Relació de transmissió
○ Rt = w1/w2 = d1/d2
● Sistemes simples o compostos
(dos o més rodes)

19
Circular
-
Circular
Eixos paral·lels ● Engranatges rectes o
helicoïdals
● Transmissió per
corretja dentada
Eixos
perpendiculars
● Caragol sense fi
● Engranatges cònics
● Engranatges
helicoïdals
Circular
- Lineal
● Sistema pinyó -
cremallera
● Claveguera
(“husillo”) - rosca

20
TRANSMISSIONS PER ENGRANATGES:
D’ús molt comú en tot tipus de mecanismes. Són molt fiables, però requereixen manteniment (neteja i greixat), per a
evitar que les rodes dentades es deterioren per fatiga o calor. En aquells casos que es requerisca treballar amb
eixos perpendiculars, és necessari utilitzar engranatges de tipus cònic o helicoïdal.
TRANSMISSIÓ PER CORRETJA:
Permeten situar l'element motriu lluny de l'articulació. Per precisió, en robòtica s'utilitzen corretges dentades que són
conduïdes a través de rodes, també dentades, dissenyades específicament per a elles. Aquest tipus de corretges
evita que la transmissió “patine” i es produïsquen desplaçaments indesitjats.
TRANSMISSIÓ PINYÓ-CREMALLERA:
S'utilitza per a convertir moviment rotacional en lineal i viceversa. Està format per dos engranatges, una roda i una
cremallera, ambdues dentades. En aquest cas, quan la roda es comporta com a element motriu, gira desplaçant (o
desplaçant-se) linealment sobre la cremallera.
TRANSMISSIÓ CLAVEGUERA-ROSCA:
S'utilitza per a convertir moviment rotacional en lineal. En aquest cas, una claveguera dentada gira a l'interior d'una
rosca fixa, fent que el primer es desplace linealment.

21
ALTRES SISTEMES DE TRANSMISSIÓ. “HARMONIC DRIVE”
● És un sistema d'engranatges concèntrics, inventat i patentat en 1957 per l'americà Walton Musser,
que té un funcionament característic i millora els sistemes tradicionals d'engranatges planetaris i
helicoïdals. Està format per tres parts: Generador d'ones (Wave generator), casquet flexible
(Flexspline) i corona circular (Circular Spline).
● La corona circular està dentada en el seu interior i el casquet flexible en el seu exterior, amb 1 o 2
dent menys que la corona. El generador d'ones té forma el·líptica i s'introdueix en casquet flexible
deformant-lo. El conjunt s'introdueix en la corona circular, engranant-se les dents de tots dos
elements entre si. En aquesta situació, si es manté fixa la corona circular i es gira el generador
d'ones, el casquet flexible es mou en sentit contrari a l'element motriu, fent que les seues dents
s'engranen amb els de la corona exterior. Així, quan el generador d'ones ha avançat 1 volta, el
casquet flexible solament ho haurà fet 1 o 2 dents (els que hi ha de diferència entre els dos
engranatges).

22
1.6 Unitat de control (controladora)
MISSIONS:
1. Connectar els actuadors i sensors del robot.
2. Processar els programes realitzats per l'usuari.
ARQUITECTURA:
● Processador (operacions aritmètiques i lògiques dels programes
i comunicació dels distints mòduls).
● Memòria (ROM, RAM, EPROM, EEPROM).
● Interfície de comunicació (comunicar la unitat de control amb
l'exterior).
● Interfície I/O (processament de senyals d'actuadors i sensors
externs al robot).
● Alimentació elèctrica (adapta la tensió de la xarxa elèctrica per
al funcionament del robot).
● Sistema de control d'eixos (consta de dues parts:
a. targetes de potència per al control dels actuadors
b. targetes d'entrada per a processar els senyals dels servos
de cadascun dels actuadors).
● Sistemes de seguretat (estableixen i supervisen les condicions
de seguretat).

23
1.7 Unitats de programació
● Element mitjançant el
qual l'operari realitza
la comunicació amb
el robot a través de
la unitat de control.
● Permet realitzar les
tasques
d'aprenentatge i
programació del
robot, a més del
control manual i del
diagnòstic del
sistema.

24
1.8 Sistemes d’actuació i percepció
Dispositius d'actuació (ACTUADORS):
● Encarregats de produir moviment o actuar mecànicament sobre un
sistema
● Poden ser:
○ interns (mouen de forma directa les articulacions del robot),
○ o externs (produeixen el moviment sincronitzat amb el robot)
● En funció de la font d'energia, poden ser de 3 tipus:
○ pneumàtics,
○ hidràulics,
○ elèctrics
Dispositius de percepció (SENSORS):
● Permeten conèixer determinats paràmetres del robot i del seu entorn.
● Poden ser:
○ interns (forma part del robot pròpiament dit),
○ o externs (es connecten a la unitat de control)
● Tipus de sensors: de velocitat, de posició, d'acceleració, de contacte, de
proximitat, de visió artificial,..

25
1.9 Útils i ferramentes
Un robot és un dispositiu multifunció
que pot utilitzar-se per a tot tipus de
tasques en processos industrials
automatitzats. Ara bé, excepte
excepcions, un robot, tal com ve de
fàbrica, no està ben adaptat per a cap
aplicació en particular.
L’element terminal del robot
(ferramenta o útil) és l’element
diferenciador que determina l’
aplicació concreta del robot

26
1.9 Útils i ferramentes
CARACTERÍSTIQUES GENERALS:
● El punt central de la ferramenta s’anomena TCP (Tool Center Point) i és el punt per al
qual s'ha de preveure la capacitat de càrrega total del robot.
● La capacitat de càrrega d’una ferramenta és funció de la seua longitud i de la distància
que queda el TCP de la nina del robot (els fabricants faciliten este tipus d’informació)
● Les ferramentes poden ser de diversos tipus, des de simples ventoses controlades de
forma digital, fins a complexos sistemes servocontrolats

27
Els robots compleixen amb solvència les exigències de precisió i
velocitat dels processos industrials
1.10 Sistemes de control de moviment
No obstant açò en determinats tipus de màquines (per la seua morfologia i el tipus de
funcionament) no és possible l'adaptació de robots.
En aquest cas, cal utilitzar sistemes el control d'eixos
És similar als robots, però amb una disposició mecànica i estructural bastant diferent.
Sistemes de Control de Moviment o “Motion Control”

28
1.10 Sistemes de control de moviment
COMPOSICIÓ BÀSICA D’UN SISTEMA “MOTION CONTROL”
● Controladora o PLC (element intel·ligent, encarregat de processar el programa d'usuari i gestionar
els senyals de comandament dels Drivers. Existeixen controladores especialment dissenyades per a
sistemes de control de moviment, però també es poden utilitzar PLC’s amb mòduls de control d’
eixos)
● Drive (unitat d'accionament del motor, composada per un mòdul de control del servomotor i un
mòdul de comunicació amb la controladora o PLC)
● Servomotors (actuador que es connecta al Drive i s'acobla a l'eix de la màquina a controlar. Els més
utilitzats, per la seua economia, fàcil instal·lació i control, són els motors de tipus elèctric, els quals
disposen d'un sensor de posició angular acoblat al seu eix, que envia senyals al Drive perquè el
sistema conega en tot moment la posició en la qual es troba).

29
1.11 Sistemes de guiat, teleoperat i navegació
TELEOPERACIÓ I NAVEGACIÓ:
Els robots teleoperats són aquells controlats per un usuari a distància des d'una
estació remota. Donada la seua gran utilitat, s'han utilitzat en diversos camps.
Aquest tipus de maneig suposa un avantatge des del punt de vista de la protecció i
seguretat de l'usuari, ja que en cas de realitzar treballs en ambients insegurs o
inestables o amb substàncies potencialment perilloses, com a químics o explosius, no
s'arrisca la seua integritat física
● http://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2332401.pdf
● http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lmt/padilla_m_o/capitulo2.
pdf
● http://webpersonal.uma.es/~VFMM/PDF/cap2.pdf
SISTEMES DE GUIAT:
Són els sistemes que permeten el moviment del robot per una trajectòria
determinada. El guiat pot fer-se en el moment de la programació (programació
tancada) o bé és possible implementar un sistema que permeta el autoguiat en
funció dels senyals que aporten els sensors. Exemple:
http://www.revistadyna.com/busqueda/guiado-de-robots-industriales-con-vision-
artificial-robotizacion-de-un-proceso-de-fabricacion-de-rad

30
Qüestions per determinar la viabilitat d’un robot:
● Quina és la producció anual de la peça o peces a processar?
● Les peces a processar poden emmagatzemar-se?
● Quin és el temps disponible per a la manipulació?
● És possible l’allotjament del robot en el disseny de la màquina de producció?
● Quina dotació de personal d’operació i supervisió serà necessari?
● La intervenció és possible?
1.12 La necessitat d’un robot

31
Costos d’implementació:
● El Robot
● Les ferramentes de ma
● La possible modificació de la màquina de producció i de la seua distribució
● Els equips perifèrics, transportadors, i caixes d’emmagatzenament
● Els dispositius de fixació i senyalització
● Els costos de disseny, instal·lació, programació i posta en marxa
● L’entrenament del personal d’operació i manteniment

32
Beneficis:
● Reducció de la tasca humana
● Increment de la utilització de màquines
● Major flexibilitat de producció
● Millor qualitat del producte final
● Millors condicions de treball dels operaris
● Major productivitat
● Major seguretat i comoditat

33
Tradicionals:
● Factors físics: pols, temperatura, sorolls, vibracions, radicacions,...
● Factors químics: corrosió, toxicitat, irritabilitat,...
● Factors biològics: infermetats professionals
● Factors fisiològics: sobrecàrrega estàtica o dinàmica
● Factors psicològics: sobrecàrregues neuropsíquiques
Específics:
● Col·lisió home - màquina
● Projecció
● Atrapament
1.13 Els riscos dels robots

34
Riscos provocats per errades de control i comandament:
● Errades de la pròpia lògica: defectes del circuit integrat, programació
errònia, utilització incorrecta del robot per part de l’operari
● Pertorbacions: xocs, vibracions, temperatura, variacions de la tensió i/o
freqüència d’alimentació,...
● Problemes de control: derivades del sistema hidràulic, pneumàtic o
elèctric (defectes en les vàlvules, pressió d’aire insuficient,...).
● Accés no autoritzat a la zona de treball del robot (errada humana per
falta de coneixement o per excés de confiabilitat)
● Problemes mecànics provocats per la pròpia fatiga o pel treball en
ambients enrarits
● ...
1.13 Els riscos dels robots

35
https://prezi.com/smy_wnydgqqo/normas-de-seguridad-para-la-instalacion-de-un-robot-industri/
http://www.f2i2.net/legislacionseguridadindustrial/default.aspx
https://www.pilz.com/es-ES/knowhow/standards
http://www.gtg.es/pages/wiki/actualidad-normativa.php
...
● Internacional: ISO 10218:1992
● Americana: ANSI/RIA R15.06-1992
● Europea: EN 775
● Espanyola: UNE-EN-775
1.14 Normativa de seguretat per a robots

36
“ROBOTS MANIPULADORS. SEGURETAT”
EN 775, UNE-EN 775
● Determinar límits del sistema
● Identificar i descriure TOTS els perills de la màquina
● Definir el risc de produir-se un accident
● Comprovar que les mesures de seguretat són adients
Estudis realitzats a Tokio:
● 90% dels accidents ocorren durant tasques
de manteniment, ajust, programació,...
● 10% dels accidents durant el funcionament
habitual de la màquina
1.15 Mesures de seguretat

37
Mesures de seguretat en la fase de DISSENY
● Supervisió del sistema de control (bucles de realimentació,
accionaments,...)
● Parades d’emergència
● Velocitat màxima limitada
● Detectors d’excés d’esforç (col·lisions, atrapaments,...)
● Codis d’accés
● Frens mecànics addicionals
● Autodiagnòstic inicial (nivell de tensió, posicionat,...)
Respecte a la cèl·lula robotitzada:
● Barreres d’accés
● Dispositius per intercanviar peces de forma segura
● Moviments condicionats a l’accés
● Zones de manteniment on no puga accedir el robot
● Instal·lació auxiliar correcta i segura (sistema elèctric,
pneumàtic, hidràulic segons normativa)

38
Mesures de seguretat en la fase d’INSTAL·LACIÓ i POSTA EN MARXA
● Abstenir-se d’entrar en la zona de treball durant la programació i posta en
marxa
● Senyalitzar adequadament
● Posta en marxa progressiva i cuidadosa (velocitat lenta, pas a pas,...)
Mesures de seguretat INTRÍNSEQUES (proporcionades pels fabricants)
● Manual d’ús i manteniment
● Sistema automàtic d’accés (sols personal autoritzat), sensors de presencia i
proximitat, sistemes de visió, barreres de seguretat,...
● Identificació de la zona de moviment del robot
● Instal·lació de diverses parades d’emergència, senyalització visual i acústica
● Espai suficient per a les operacions de manteniment
● ...

39
PRINCIPIS bàsics de les mesures de prevenció:
1. Absència de persones en el volum de treball, durant el funcionament automàtic del robot
2. Eliminació del perill i/o reducció dels riscos durant intervencions (manteniment, posta en
marxa,...)

40
Barreres materials
Accés a la zona
perimetral
(interruptors de
seguretat)
Sistemes
optoelectròncs de
seguretat
(barreres de seguretat)
Voreres i catifes sensibles
Sistemes de
supervisió
de seguretat

41
● CEPYME ARAGON-GOBIERNO DE ARAGÓN; Guía técnica de Seguridad en robótica; (http:
//www.conectapyme.com/documentacion/2006robotica.pdf)
● DOMINGO JUAN; Robótica. Apuntes para la asignatura; módulo optativo para Ingeniería
Electrónica (http://mural.uv.es/mamomas/Archivos/LIBRO_ROB.pdf)
● Apunts d’elaboració pròpia de Juan Carlos Martín Castillo (https://www.linkedin.com/pub/juan-carlos-mart%
C3%ADn-castillo/32/a6a/8b8)
Juan Carlos, recibe mi más
sincero agradecimiento por
tus consejos, por la
documentación que me has
facilitado y muy especialmente
per ser tan buen técnico y tan
buena persona.

Ri01

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Andere mochten auch

Andere mochten auch (20)

Ähnlich wie Ri01

Ähnlich wie Ri01 (20)

Mehr von Raül Solbes i Monzó

Mehr von Raül Solbes i Monzó (19)

Ri01