Lima - Perú2016

“Año de la Consolidación del Mar de Grau”

Lunes 21 de Marzo del 2016

Facultad: Ing. Industrial y Mecánica

Curso: CAD/CAM En La Industria Automotriz

Tema: “APLICACIÓN DE LA ROBÓTICA EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ”

Docente: Christian Oliva Chirinos

Ciclo: X

Turno: NocheCODIGO

ALUMNO: COYLLO LLACSA JOSE LUIS 1112200

RESUMEN

En la actualidad los robots se utilizan de manera extensa en la industria automotriz, siendo un elemento indispensable en una gran parte de los procesos de manufactura. Impulsados principalmente en el sector automotriz los robots han dejado de ser maquinas misteriosas propias de la ciencia ficción para ser un elemento más de muchos talleres y líneas de producción.

Por su propia definición el robot industrial es multifuncional, esto es, puede ser aplicado a un número, en principio ilimitado de funciones. No obstante la práctica ha demostrado que su adaptación es óptima en determinados procesos (soldadura, paletización, etc) en los que hoy en día el robot es, sin duda alguna, la solución más rentable.

La robótica es un concepto de dominio público. La mayor parte de la gente tiene una idea de lo que es la robótica, sabe sus aplicaciones y el potencial que tiene, sin embargo, no conocen el origen de la palabra robot, ni tienen idea del origen de las aplicaciones útiles de la robótica como ciencia.

INTRODUCCIÓN

Durante los últimos cincuenta años, la robótica no solo ha incursionado en la industria, centros de investigación, universidades y hospitales, actualmente existen fábricas completamente automatizada mediante robots manipuladores. Hoy en día, la robótica es tan familiar que se pueden encontrar robots en el hogar realizando tareas domésticas. No obstante, se considera como un área joven en constante crecimiento.

La robótica es una disciplina científica que aborda la investigación y desarrollo de una clase particular de sistemas mecánicos, denominados robots manipuladores, diseñados para realizar una amplia variedad de aplicaciones industriales, científicas, domésticas y comerciales.

La naturaleza multidisciplinaria de la robótica permite involucrar una gran cantidad de áreas del conocimiento tales como matemáticas, física, electrónica, computación, visión e inteligencia artificial, entre otras, como se muestra en la figura 1.1. Por otro lado, aun cuando la robótica es un ´área eminentemente experimental todos sus resultados están sustentados con un estricto rigor científico.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Estudiar y conocer la aplicación de los robots en la industria automotriz

OBETIVOS ESPECIFICOS:

Conocer las aplicaciones específicas de los distintos tipos de robots, así también como su clasificación.

Conocer las partes principales de las que están hechas los robots en la industria automotriz.

Entender cómo funcionan los robots, así también como conocer los tipos de robots que existen.

Saber cuál es el tipo de robot más adecuado para el tipo de trabajo que se desea realizar.

MARCO TEÓRICO1. HISTORIA:

Desde los inicios de la civilización, el hombre se ha sentido atraído por aquellas máquinas que puedan imitar el movimiento de los seres vivos. Si nos remitimos a la historia podemos encontrar muchos casos y ejemplos que ponen este hecho de manifiesto.

En los comienzos de esta tecnología, sus creadores la utilizaron exclusivamente con fines lúdicos, eran sistemas accionados por diversas poleas y palancas que tenían como objetivo divertir y entretener a la gente perteneciente a las más elevadas clases sociales. Varios de los autores de tales obras permanecen hoy en el anonimato, quizás por su poca relevancia, pero algunos otros preservaron su autoría hasta nuestros días. Son un buen caso de ejemplo algunos mecanismos diseñados por Herón de Alejandría a fines del siglo I (85 DC).

Avanzando un poco en la línea cronológica, fueron los árabes quienes adoptaron los conocimientos de los griegos y comenzaron a aplicarlos de manera práctica para brindar soluciones en la vida cotidiana, como por ejemplo algunos dispensadores de agua automáticos para tomar o lavarse.

Los griegos ya habían bautizado a estas máquinas con el nombre de automatos (máquina que imita los movimientos de un ser animado), de donde luego derivó la palabra autómata, actualmente utilizada en nuestro idioma.

Se pueden nombrar algunos desarrollos ulteriores de los que se tiene escasa pero existente documentación al día de hoy. Entre esos casos podemos nombrar: El Hombre de Hierro de Alberto Magno, la Cabeza parlante de Roger Bacon, el Gallo de Estrasburgo (ver imagen 2.1) cuyo autor es desconocido, el León mecánico de Da Vinci y el Hombre de palo de Juanelo Turriano, entre otros.

Pájaros de Herón

Pato de Vaucanson

Gallo De Estrasburgo

Más tarde, en los albores del siglo XVIII nació Jacques Vaucanson quien despertaría una gran pasión por los mecanismos autómatas. En sus principios creo obras tales como “El Flautista” (1737) que podía reproducir hasta 12 melodías. También construyó un pato mecánico (1738) que podía imitar varias de las acciones de tal animal (ver imagen 2.1), pero no fue hasta 1745 que aplicó sus conocimientos y habilidades en las ciencias de la mecanización, para construir un aparato aplicado a un proceso productivo, cuando creo el primer telar mecánico.

Con este puntapié, propiciado por Vaucanson, fue que estas ciencias empezaron a aplicarse en la industria, y tal como lo había hecho su precursor, varios personajes desarrollaron dispositivos útiles para la producción de la industria textil. Algunos de los sucesores de Vaucanson fueron Hargreaves quien inventó la hiladora giratoria (1770), Crompton con su hiladora mecánica (1779), Cartwright con el telar mecánico (1785) y finalmente Jacquard quien también desarrollo un telar tomando como base aquel diseñado por Vaucanson (1801)

(Ver imagen 2.2). Este último utilizaba una cinta de papel perforada como un programa para las acciones de la máquina. Es a partir de este momento cuando se empiezan a utilizar dispositivos automáticos en la producción, dando paso a la automatización industrial.

La

palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal

Jacquard

Hargreaves Cartwright

Robot (R.U.R.). Su origen es la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada. Los robots de R.U.R. servían a sus jefes humanos desarrollando todo tipo de trabajos físicos, hasta que finalmente se rebelan contra sus dueños, destruyendo toda la vida humana, a excepción de uno de sus creadores, con la frustrada esperanza de que les enseñe a reproducirse.

Fue el posterior uso de este nuevo término por parte de distintos autores del género, lo que permitió su conservación, debido a que acercó a éste a la comunidad no industrializada y provocó que quedara asociado de manera no oficial el término robot con las máquinas autónomas.

Isaac Asimov (1920-1992) autor de origen ruso y nacionalidad americana, fue el autor más importante y el máximo impulsor del uso de la palabra robot, y en su publicación Galaxy Science Fiction (1945) enunció sus tres leyes de la robótica.

1. Un robot no puede perjudicar a un ser humano, ni con su inacción permitir que un ser humano sufra daño.

2. Un robot ha de obedecer las órdenes recibidas de un ser humano, excepto si tales órdenes entran en conflicto con la primera ley.

3. Un robot debe proteger su propia existencia mientras tal protección no entre en conflicto con la primera o segunda ley.

2. DEFINICION:

Un robot es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio.

La independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y tecnología. Limpieza y mantenimiento del hogar son cada vez más comunes en los hogares. No obstante, existe una cierta ansiedad sobre el impacto económico de la automatización y la amenaza del armamento robótico, una ansiedad que se ve reflejada en el retrato a menudo perverso y malvado de robots presentes en obras de la cultura popular. Comparados con sus colegas de ficción, los robots reales siguen siendo limitados.

2.1 DEFINICION DE ROBOT INDUSTRIAL

Existen ciertas dificultad a la hora de establecer una definición formal de lo que es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japonés y el euro-americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador. Así, mientras que para los japoneses un robot industrial es cualquier dispositivo mecánico dotado de articulaciones móviles destinado a la manipulación, el mercado occidental es más restrictivo, exigiendo una mayor complejidad, sobre todo lo relativo al control.

En segundo lugar, y centrándome en el concepto occidental, aunque existe una idea común acerca de lo que es un robot industrial, no es fácil ponerse de acuerdo a la hora de establecer una definición formal. Además la evolución de la robótica ha ido obligando a diferentes actualizaciones de su definición. La definición más aceptada posiblemente sea la de la Asociación de Industrias Robótica (RIA)

3. DISEÑO DE ROBOTS INDUSTRIALES

Los robots industriales se componen de seis elementos básicos constituyentes, que son: el sistema dinámico, la herramienta de fin de brazo, el controlador digital computarizado, los accionadores, los dispositivos de realimentación y el sensor.

Seis elementos básicos de un robot.

3.1SISTEMA DINÁMICO

Se necesita un sistema dinámico para el movimiento en la zona de trabajo. El más importante de los cuales es el brazo robótico. De acuerdo con los diseños del robot, el eje principal se moverá linealmente o en rotación. El número de ejes representa el número de dirección que un robot se puede mover de forma individual. Esto puede ser llamado “el grado de libertad”. Como se muestra en la Figura, si los volúmenes de los robots son la misma, el robot con 3 ejes de rotación o el más alto grado de libertad tiene el área de trabajo más grande. Un robot por lo general tiene de 2 a 10 ejes, la mayoría de los robots tienen de 5 a 6 grados de libertad.

Estructura triádica y la zona de trabajo de los robots industriales

Por lo general, hay 3 tipos de sistemas de accionamiento, que son: eléctrica, hidráulica y neumática. Sistema eléctrico utiliza la dinamo para conducir a los robots. Se necesita S imple fuente eléctrica para proporcionar energía, a diferencia del sistema de conducción hidráulica o neumática que necesita una gran cantidad de accesorios. Las ventajas de un sistema eléctrico es que es simple, un lugar limpio y silencioso, pero no puede levantar o mover objetos pesados. I t es de uso común en los robots de tamaño mediano o pequeño medio.

Un sistema de conducción HIDRÁULICA utiliza El dínamo para bombear aceite en la unidad de almacenamiento, a continuación, se comprime el pistón para producir una conducción de fuerza. La unidad de almacenamiento puede producir una fuerza de salida de accionamiento en breve con alta presión. Así que este que puede producir una fuerza motriz más grande y puede ser controlado más fácilmente. Sin embargo, un sistema de accionamiento hidráulico es caro y complejo en las estructuras. Una fuga de aceite es fácil que se produzca entre las tuberías y los componentes.

Un sistema de conducción neumática tiene ventajas similares a la del sistema de conducción hidráulico. El sistema neumático puede producir un movimiento rápido con una menor potencia. La mayoría de fábricas de productos químicos automáticas utilizan aparatos neumáticos ya que el costo es bajo. Sin embargo, ya que el aire es más fácil de comprimir, la precisión de los movimientos de los robots y la precisión de control de momento son más bajos. Por lo tanto, el sistema de conducción neumática por lo general necesita algunos componentes colaboradores o de diseño especial para determinar suposiciones.

3.2 HERRAMIENTA DE FIN DE BRAZO

Los brazos de los robots se pueden utilizar para instalar herramientas como pinza, pistola de soldadura, electroimán, almohadilla de aspiración, huellas de succión, ganchos, patas, etc. Con el fin de operar algún procedimiento específico. Una lámpara es una herramienta de brazo robot multifuncional .Hay diferentes diseños. La pinza se puede utilizar para mantener apretado, mantener y transmitir componentes o herramientas, y hará que se dirijan en una posición adecuada. Por ejemplo, una pinza con 3 ejes puede realizar acciones complejas como la inclinación hacia adelante y hacia atrás, remolino y moviendo de izquierda a derecha.

Robots utilizando distintos brazos.

3.3 CONTROLADOR DIGITAL COMPUTARIZADO

El sistema de control computarizado en robots controla cada parte para operar propiamente. Se puede introducir y almacenar diferentes programas en los que trabaja la secuencia, la vinculación y las relaciones pueden ser determinadas. En un sistema de proceso, el ordenador en los robots podría necesitar controlar o conectarse a otros sistemas como el cinturón, las máquinas de proceso, etc. Diferentes ordenadores en los robots pueden utilizar diferentes idiomas, como VAL, RAPID, etc.

Muchos robots también utilizan un aparato llamado el entrenador que está conectado al controlador. El entrenador puede controlar algunos de los movimientos de un robot, por ejemplo, para dirigir la pistola de soldadura en el brazo robótico para cada punta de soldadura. Los robots también registran la información y la almacenan en el ordenador, de modo que la información se

puede utilizar en varias ocasiones cuando los robots se ejecutan. Esto puede ahorrar tiempo en la programación.

3.4 ACTUADORES

Los actuadores controlan cada uno de los ejes y mantienen la dirección del movimiento. Desde que los robots necesitan manejar un peso de varios componentes, este tiene un cambio mayor en el movimiento. Por lo tanto, el movimiento de los actuadores es muy importante. Comandos sobre la dirección de movimiento se envían desde el equipo de los robots y las evaluaciones se comprueban al mismo tiempo para asegurar que las partes móviles sigan el camino correcto. Este proceso requiere un ordenador de gran potencia para enviar comandos, y la lectura del movimiento de la máquina a una velocidad razonable.

3.5 SISTEMA DE RETROALIMENTACIÓN

Los dispositivos de realimentación de un robot miden la posición de cada eje, la velocidad y su aceleración en movimiento. Cada eje puede establecer cualquier punto cero como punto de referencia, a continuación, un movimiento lineal relativo puede ser realizado. Sin embargo, la abrazadera utiliza generalmente absoluta medidas de valor absoluto. Esto se da porque

Actuador Neumático Actuador Hidráulico

Actuador Eléctrico

cuando el robot comienza a operar, la posición de la abrazadera debe estar garantizada.

3.6 SENSORES

Los robots usan sensores para identificar y evaluar el cambio de posición, la diferencia en los patrones y las dificulta o el fracaso de los sistemas externos. La Tabla 1 enumera algunos de los sensores usados comúnmente.

Sentidos Sensor Cosas a ser Determinadas

Escucha Micrófonos Sonido

Visión Diodos Led Luz

Tacto Termómetros and sensores magnitudes Físicas

Calor, Peso, presión, Formas, dimensiones, posición

Olor Gas o detectores de olor Olor

4. OPERACIÓN DE ROBOTS INDUSTRIALES

Hay una gran cantidad de flexibilidad en las operaciones de los robots industriales, el robot industrial puede manejar las demandas de las diferentes tareas. Esto se debe a los robots industriales son controlados por programas de ordenador. Por lo tanto, cambiando el programa, las operaciones se pueden cambiar en consecuencia. Esto es similar a las máquinas herramientas de control numérico. Tanto que el ordenador y las máquinas de control numérico de los robots necesitan una gran cantidad de memoria, programas de ejecución repetibles, aparatos de edición de programas, funciones accesorias de entrada y salida, y la capacidad de cálculo rápido.Sin embargo, los equipos de robots industriales requieren algunas funciones especiales como programas de entrada para entrenadores, siendo el movimiento horizontal en brazos oscilantes, y la compensación de la fuerza automática al sostener objetos pesados. El modo de funcionamiento de robots industriales puede ser clasificada como: punto a punto y la vía continua.

 

4.1 PUNTO A PUNTO

Cuando un robot se mueve en varias posiciones individuales y específicas de acuerdo con las instrucciones del programa, el modo de operación se denomina punto a punto. Este tipo de robot tiene una retroalimentación y servomecanismo en cada uno de sus ejes, pero el movimiento y la trayectoria de movimiento de un punto a otro es independiente de otros puntos. Cuando se utiliza este modo de funcionamiento, los programas pueden ser editados por el método entrenador o entrada manual. El sistema de control de un punto a otro es relativamente simple, por lo que es más adecuado para controlar los componentes en las máquinas de control numérico.

4.2 CONTORNEADO

Si un robot tiene que seguir el camino del programa totalmente, este modo de funcionamiento se llama trayectoria continua. Este tipo de robot tiene una retroalimentación y servomecanismo en cada uno de su eje. Este también puede trasladarse a cualquier punto entre las posiciones polares. Robots de trayectoria continua como modo de operación puede manejar las tareas más complicadas, como la soldadura de metal en un camino particular, la pulverización de pinturas sobre la superficie de un coche, etc. Cuando se utiliza este tipo de modo de operación, es mejor usar el método de entrenador para escribir el programa.

abrazadera se mantiene en movimiento lineal

Operación Punto a Punto

Componentes de manejo

5. CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS SEGÚN AFRI:

TIPO A Manipulador con control manual o telemando.

TIPO B Manipulador automático ciclos preajustado; regulación mediante fines de carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico.

TIPO C Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece de conocimientos sobre su entorno

TIPO D Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de estos.

6. CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES SEGÚN SU GENERACIÓN

1RA GENERACIÓN Repite la tarea programada secuencialmente.No toma en cuenta las posibles alteraciones de su entorno

2da GENERACIÓN Adquiere la información limitada de su entorno y actúa en consecuencia.

Puede localizar, clasificar (VISION) y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en consecuencia

3Ra GENERACIÓN Su programación se realiza mediante el empleo de un lenguaje natural.

Operación de Trayectoria Continua

Soldadura

Posee capacidad para la planificación automática de tareas

7. CLASIFICACION

Los robots industriales son robots que se emplean para tareas vinculadas con la producción de bienes de origen manufacturado en fábricas o industrias. Los tipos más habituales son:

a Robots de paletizadob Robots de soldadurac Robots de cargad Robots SCARAe Robots de ensamblajef Robots para aplicación de pinturag Robots para logísticaf Robots para inspección de productos 

a) Robots de paletizado

Los robots de paletizado permiten ubicar productos, materiales y en general objetos que se encuentren situado sobre un palet.

Los sistemas automáticos de paletizado son de muy diversa naturaleza y aspecto. Algunos robots de paletizado se encuentran distribuidos por todo el recinto de almacenaje y tienen la forma de cintas de transporte y numerosas carretillas que permiten situar los palets a diferentes alturas.

Otros robots de paletizado, presentan la forma de un eje de dos dimensiones que permite situar los palets en repisas a una sola altura.

b) Robots de soldadura

Se emplean masivamente en el ensamblaje de vehículos a motor, la soldadura por arco es la más habitual.

Los robots de soldadura suelen tener la apariencia de un brazo articulado que mediante algún mecanismo alimenta los electrodos necesarios para producir la soldadura

c) Robots de Carga

Este tipo de robots suele estar formado por un doble eje (X e Y) que permite desplazar cargas sobre dos puntos, de esta forma nos situamos en el punto A y recogemos el objeto en cuestión para a continuación desplazarnos sobre el plano y situarlo en un punto B.

Suele ser necesario un tercer grado de libertad (en Z) para poder desplazar los objetos verticalmente y evitar así que toquen el suelo.

Un lugar muy frecuente de aplicación de este tipo de robots son los puertos aduaneros y se aplican tanto a la carga como a la descarga de barcos de transporte de cargas.

d) Robots SCARA

Los robots SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) son robots equipados de libertad total de movimientos en los ejes X e Y pero limitados severamente en sus desplazamientos en el eje Z (ver imagen 7.4).

Es decir, se comportan de forma parecida al brazo humano, permitiendo ubicar el extremo de la mano en cualquier ubicación pero siempre sobre el plano. En el eje vertical solo realizan manipulaciones simples que habitualmente consisten en presionar y desplazarse unos pocos centímetros.

Debido a estas características se usan sobremanera en la fabricación de electrónica de consumo y en la clasificación de artículos para su empaquetado.

e) Robots de ensamblado o Sistema de manufactura integrada

Los robots de ensamblado no poseen las mismas características de otros tipos de robots, en este caso hablamos de sistemas autónomos controlados por computadora, son muy empleados en la industria de hoy en día ya que se enfocan al desarrollo de procesos automatizados para la fabricación (ver imagen 7.5).

En dichos sistemas se incluyen elementos robóticos y estaciones para diversos propósitos como lo son: maquinados, inspección, transporte, almacenamiento, ensamble, entre otros. El ensamble manual se clasifica con frecuencia como una operación "no calificada", sin embargo, en el diseño de robots se pretende obtener estabilidad y precisión, considerando que la industria actual requiere ensambles y movimientos no solo en una posición, siendo éste uno de los problemas que se presentan en el laboratorio de manufactura integrada.

f) Robots de pintura

Su morfología es similar a la de otros robots, como por ejemplo a la de los robots de soldadura, solo que en este caso particular están combinados con otro tipo de herramienta, en vez de poseer un cabezal con electrodos, poseen inyectores de pintura, que podrán variar notoriamente según el trabajo a realizar (ver imagen 7.6).

Son utilizados para esta aplicación dada su conocida precisión y uniformidad de movimiento, lo que logra un acabado óptimo en la superficie tratada. No obstante, usualmente son ayudados por mano de obra humana debido a que dependiendo de la complejidad de la pieza sobre la que se efectúa el trabajo puede darse la situación de que el robot no alcance todos los espacios que requieran cobertura, necesitando así una supervisión extra.

g) Robots para logística

Estos robots se utilizan para resolver la logística dentro de grandes depósitos, logrando un incremento sensiblemente notable en la velocidad de despachos de mercadería (ver imagen 7.7).

En semejanza con los sistemas robotizados de manufactura integrada, los robots de logística están conformados por varias unidades robóticas, que tal como la definición de sistema lo específica, la suma individual de sus partes no da el mismo resultado que analizando al sistema como un todo. Cada una de las unidades conformantes posee cierto grado de autonomía que esta expresada en la capacidad de resolver dificultades tales como la detección de obstáculos en las vías destinadas para el tránsito. En caso de encontrar alguna anomalía o contingencia, la unidad que lo haga reporta tal suceso a una unidad central. Esta unidad central es de carácter estático, tiene un aspecto similar a una estación de servidores de computadoras, y es la encargada de realizar el planeamiento y determinación de rutas para cada uno de los despachadores ya que es la que conoce el estado de todo el sistema, ya sea rutas bloqueadas, sectores de excesivo tránsito, ubicación de las mercaderías, etc. Una vez determinada la solución del problema, la central envía la información pertinente a la unidad que la solicito.