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ROBOTIZACIÓN
En el lenguaje diario, se dice que un proceso está “robotizado” cuando
los seres humanos que la llevaban a cabo han sido sustituidos por uno o
varios robots. Dado que los trabajadores utilizaban herramienta y
máquinas en su trabajo, los robots servirán también, a las mismas
máquinas en su trabajo y utilizaran unas herramientas especiales
adaptadas a sus características anatómicas. Cuando se comparan, desde
el punto de vista productivo, un robot con un trabajador humano, se
observa la nula capacidad de decisión que tienen los robots no
inteligentes y la escasez de los llamados inteligentes. Pero por otra
parte, se observa también, su enorme potencial productivo (sobre todo
en las labores repetitivas), merced a la posibilidad de trabajo
ininterrumpido y preciso, incluso en condiciones ambientales
inaceptables para las personas. Por lo que, que muchas tareas, un solo
robot puede sustituir a dos o más hombres.
ROBÓTICA
El objetivo de la Robótica es liberar al hombre de tareas peligrosas,
tediosas o pesadas y realizarlas de manera automatizada. Así, Robótica
puede ser definida como la teoría y la práctica de tareas
automatizadas, que por su naturaleza estaban reservadas al hombre.
La Robótica es el deseo de sintetizar algunos aspectos de las funciones
que realiza el hombre a través del uso de mecanismos, sensores y
computadoras. Su estudio involucra muchas áreas del conocimiento que a
grandes rasgos las podemos dividir en: manipulación mecánica,
locomoción, visión por computadora e inteligencia artificial.
ROBOT
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el
escritor checo Karel Capek (1890-1938) estrena en el teatro nacional de
Praga su obra Rossum’s Universal Robot (R.U.R.). Su origen es la
palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera
forzada. Actualmente el término robot encierra una gran cantidad de
mecanismos y máquinas en todas las áreas de nuestra vida. Su principal
uso se encuentra en la industria en aplicaciones tales como el
ensamblado, la soldadura o la pintura. En el espacio se han utilizado
desde brazos teleoperados para construcción o mantenimiento hasta los
famosos exploradores marcianos Pathfinder. Robots para aplicaciones
submarinas y subterráneas se incluyen en exploraciones, instalación y
mantenimiento de estructuras. Los robots militares o policías pueden
hasta desactivar bombas y patrullar áreas enemigas. Lo más novedoso en
Robótica son los robots aplicados en la Medicina como prótesis y en la
Agricultura como recolectores. No esta excluida por supuesto el área
del entretenimiento, los parques temáticos, las películas y hasta los
juguetes nos sorprenden cada nueva temporada.
ROBOT INDUSTRIAL
La principal diferencia entre un robot y una máquina convencional es
que el primero es capaz de modificar su tarea a realizar. Esto
convierte a los robots en la solución ideal para el cambiante y
exigente mundo de la industria.
El término robot puede adquirir muchos significados diferentes
dependiendo del contexto. En este trabajo, un robot será considerado
como un robot industrial, también llamado manipulador o brazo robot.
Este tipo de robot consiste en un brazo mecánico articulado (inspirado
en el brazo humano).
La Federación Internacional de Robótica (IFR) en su informe técnico
ISO/TR distingue entre robot industrial y otros robots con la
siguiente:
" ...por robot industrial de manipulación se entiende a una máquina de
manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más
ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o
dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las
diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición
fija o en movimiento..."
Un típico robot industrial no tiene la capacidad de iniciar ninguna
acción por su cuenta. Todas sus secuencias necesarias son determinadas
de antemano, a través de un programa dentro de la computadora. De aquí
la importancia de una representación exacta del medio ambiente dentro
de la computadora del robot.
COMPONENTES
Los componentes de un robot industrial son los siguientes: el
manipulador o brazo mecánico, la unidad de control, la herramienta y la
fuente de poder.
El brazo mecánico es la parte del robot con la que estamos más
familiarizados. Este se encarga de realizar los movimientos necesarios
para llevar a cabo la tarea. El brazo esta formado por una serie de
elementos o eslabones unidos mediante articulaciones. Cada uno de los
movimientos independientes que puede realizar cada articulación con
respecto a la anterior, se denomina grado de libertad (GDL). El número
de grados de libertad del robot viene dado por la suma de los grados de
libertad de las articulaciones que lo componen
La unidad de control, generalmente una computadora es la encargada de
controlar los distintos componentes del robot. Ésta puede almacenar las
trayectorias a seguir por parte del robot. También se encarga de
controlar la comunicación tanto interna como externa.
El brazo mecánico por si solo poco puede hacer. Necesita de una
herramienta para poder realizar una tarea. Las herramientas varían de
acuerdo al tipo de tarea, un ejemplo de estas son las pinzas, las
pistolas de pintura o de soldadura.
La fuente de poder no es necesariamente única ya que puede ser:
eléctrica, neumática o hidráulica. La unidad de control funciona con
energía eléctrica, pero el brazo mecánico y la herramienta pueden
utilizar energía neumática (gas comprimido) o hidráulica (fluidos).
SISTEMA ROBOTIZADO
Un sistema robotizado o célula robótica es el componente de una línea
de producción que incluye uno o más robots para realizar una tarea
específica. Los componentes de un sistema robotizado son:
I. Las máquinas (robot manipulador, brazo mecánico, etc.). Lo que entendemos por robots industriales.
II. El medio ambiente. Para el caso de robots fijos el ambiente se reduce a su espacio de acción.
III. La tarea, esta se define como la diferencia entre dos estados del
medio ambiente. Esta tarea debe ser descrita a la computadora en un
lenguaje apropiado.
IV. La computadora o cerebro del robot. Esta es la parte del robot que
genera las señales de control de acuerdo a la información que se
recibe. Las señales generadas actúan directamente sobre el robot y
provienen de un programa o secuencia de instrucciones.
TIPOS DE ROBOTS
a) Robots impulsados neumáticamente
La programación de estos robots consiste en la conexión de tubos de
plástico a unos manguitos de unión de la unidad de control neumático.
Esta unidad está formada por dos partes: una superior y una inferior.
La parte inferior es un secuenciador que proporciona presión y vacío al
conjunto de manguitos de unión en una secuencia controlada por el
tiempo. La parte superior es el conjunto de manguitos de unión que
activan cada una de las piezas móviles del robot. Las conexiones entre
manguitos determinan qué piezas intervendrán en el movimiento, en qué
dirección se moverán y los diferentes pasos que deberán efectuar.
Modificando las conexiones de los manguitos de unión se podrán
programar otras secuencias de pasos distintas.
Los robots del tipo descrito son los más simples que existen. Hay quien
opina que a este tipo de máquinas no se les debería llamar robots; Sin
embargo, en ellas se encuentran todos los elementos básicos de un
robot: estas máquinas son programables, automáticas y pueden realizar
gran variedad de movimientos.
b) Robots equipados con servomecanismos
Otro tipo de robots más sofisticados desde el punto de vista del
control y de las prestaciones que ofrecen es, los que llevan
servomecanismos.
El uso de servomecanismos va ligado al uso de sensores, como los
potenciómetros, que informan de la posición del brazo o la pieza que se
ha movido del robot, una vez éste ha ejecutado una orden transmitida.
Esta posición es comparada con la que realmente debería adoptar el
brazo o la pieza después de la ejecución de la orden; si no es la
misma, se efectúa un movimiento más hasta llegar a la posición indicada.
c) Robots punto a punto
Añadiendo a los servomecanismos una memoria electrónica capaz de
almacenar programas y un conjunto de circuitos de control digital, se
obtienen robots más potentes y de más fácil manejo.
La programación de este tercer tipo de robots se efectúa mediante una
caja de control que posee un botón de control de velocidad, mediante el
cual se puede ordenar al robot la ejecución de los movimientos paso a
paso. Se clasifican, por orden de ejecución, los pasos que el robot
debe seguir, al mismo tiempo que se puede ir grabando en la memoria la
posición de cada paso. Este será el programa que el robot ejecutará.
Una vez terminada la programación, el robot inicia su trabajo según las
instrucciones del programa. A este tipo de robots se les llama punto a
punto, porque el camino trazado para la realización de su trabajo está
definido por pocos puntos. Para ejemplificar este método de
programación pensemos en un niño que dirige un automóvil por control
remoto. Si el vehículo dirigido tuviera una memoria que grabase los
movimientos que el niño le ordena, podría realizar los mismos
movimientos sin control y ser dirigido por la circuitería electrónica
que ejecutaría el programa grabado en memoria.
Gracias a la memoria electrónica que poseen estos robots, se pueden
tener almacenados varios programas. El modo de elegir uno de los
programas almacenados se hace a través de los recogidos por algún
sensor o por una señal de input que les llega a través de las órdenes
dadas por el programador.
Estos robots se usan por ejemplo en las cadenas de soldadura de
carrocerías de automóviles. Los robots están programados para soldar
automóviles de varios modelos distintos. El programador, o un sensor,
reconoce el tipo de automóvil y decide el programa que se ha de aplicar
en cada caso.
Estos programas constan de pocos pasos, muchas veces sólo cien; esto
significa que no sirven como controladores de robots para trabajos de
continuo movimiento. Para solventar este inconveniente, se usa una
cinta en la que se almacenan miles de pasos de programa que el robot
leerá y ejecutará; en estos casos la cinta actúa de memoria. Robots de
este tipo, que se pueden encontrar en cadenas de pintura por spray, ya
empiezan a trabajar como si fueran computadoras propiamente dichas.
d) Robots controlados por computadora
Un cuarto tipo de robots comprende aquellos que se pueden controlar
mediante computadora. Con ella es posible programar el robot para que
mueva sus brazos en línea recta o describiendo cualquier otra figura
geométrica entre puntos preestablecidos. La programación se realiza
mediante una caja de control o mediante el teclado de la computadora.
El movimiento de sus brazos se especifica mediante varios sistemas de
coordenadas según la referencia que se tome: la mesa de trabajo en la
que se encuentra apoyado el robot o el extremo del brazo del robot. La
computadora permite además acelerar más o menos los movimientos del
robot, para facilitar la manipulación de objetos pesados.
e) Robots con capacidades sensoriales
Aún se pueden añadir a este tipo de robots capacidades sensoriales:
sensores ópticos, codificadores, etc. Los que no poseen estas
capacidades sólo pueden trabajar en ambientes donde los objetos que se
manipulan se mantienen siempre en la misma posición. En el caso de la
cadena de soldadura de carrocerías de automóviles, las carrocerías
están en movimiento hasta que llegan delante del robot, donde quedan
inmóviles hasta que éste termina su trabajo; en este momento la cadena
se vuelve a poner en movimiento hasta que vuelve a detenerse cuando
otra carrocería está delante del robot, y así sucesivamente. Si estos
robots tuvieran capacidades sensoriales, podrían suprimirse las paradas
en la cadena. Supongamos que hay un codificador sujeto a la línea de
movimiento y que el robot está provisto de un sensor óptico. El primero
indicará al robot la velocidad de la carrocería y con el segundo el
robot sabrá cuándo esta carrocería se mueve en su área de trabajo,
momento en que empezará a ejecutar las órdenes que le llegan de la
computadora. A partir de este momento, la computadora del robot irá
transformando el sistema de coordenadas con respecto a la carrocería en
movimiento para que el robot pueda efectuar las soldaduras en el lugar
apropiado.
Los robots con capacidades sensoriales constituyen la última generación
de este tipo de máquinas. El uso de estos robots en los ambientes
industriales es muy escaso debido a su elevado costo. Actualmente, las
compañías industriales están valorando si económicamente les resulta
más ventajoso mantener los robots que necesitan tener inmóviles los
objetos o bien este último tipo de robots. La razón del encarecimiento
de estas máquinas es el alto costo de los aparatos sensoriales y del
software utilizado para el manejo.
A pesar de todo, la investigación sobre los aparatos sensoriales está
en pleno apogeo, lo que conducirá seguramente a un abaratamiento de
éstos y a un aumento de su potencia y de sus capacidades.
Estos robots se usan en cadenas de embotellado para comprobar si las botellas están llenas o si la etiqueta está bien colocada.
FUTURO DE LA ROBÓTICA
A pesar de que existen muchos robots que efectúan trabajos
industriales, aquéllos son incapaces de desarrollar la mayoría de
operaciones que la industria requiere. Al no disponer de unas
capacidades sensoriales bien desarrolladas, el robot es incapaz de
realizar tareas que dependen del resultado de otra anterior.
En un futuro próximo, la robótica puede experimentar un avance
espectacular con las cámaras de televisión (ejemplo de aparato
sensorial), más pequeñas y menos caras, y con las computadoras potentes.
Los sensores se diseñarán de modo que puedan medir el espacio
tridimensional que rodea al robot, así como reconocer y medir la
posición y la orientación de los objetos y sus relaciones con el
espacio. Se dispondrá de un sistema de proceso sensorial capaz de
analizar e interpretar los datos generados por los sensores, así como
de compararlos con un modelo para detectar los errores que se puedan
producir. Finalmente, habrá un sistema de control que podrá aceptar
comandos de alto nivel y convertirlos en órdenes, que serán ejecutadas
por el robot para realizar tareas enormemente sofisticadas.
Si los elementos del robot son cada vez más potentes, también tendrán
que serlo los programas que los controlen a través de la computadora.
Si los programas son más complejos, la computadora deberá ser más
potente y cumplir nos requisitos mínimos para dar una respuesta rápida
a la información que le llegue a través de los sensores del robot.
Paralelo al avance de los robots industriales es el avance de las
investigaciones de los robots llamados androides, que también se
beneficiarán de los nuevos logros en el campo de los aparatos
sensoriales. De todas formas, es posible que pasen decenas de años
antes de que se vea un androide con mínima apariencia humana en cuanto
a movimientos y comportamiento.
LA ROBOTIZACIÓN Y LA ECONOMÍA
Una de las razones principales que han favorecido la gran demanda de la
robotización en los último años ha sido la economía. Hay que tener en
cuenta, que las tendencias de la producción en cadenas de montaje haya
dado el terreno a la implantación de los robots.
La robotización de una industria trae consigo dos vías de reducción de
costos, una indirecta y otra directa. Entre las causas directas
destacan, normalmente el ahorro en mano de obra, entre las indirectas
se pueden citar al aumento de la calidad de producción, registrando en
forma de series más homogéneas y con menor probabilidad de rechazo.
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