Un robot industrial es un manipulador de múltiples-articulaciones o un dispositivo de máquina de múltiples-grados-de-libertad diseñado para aplicaciones industriales. Puede realizar tareas automáticamente, confiando en su propia potencia y capacidades de control para lograr diversas funciones. Puede ser comandado por humanos u operar según secuencias pre-programadas. Los robots industriales modernos también pueden actuar según principios establecidos mediante tecnología de inteligencia artificial.
Un robot industrial consta de tres partes básicas: el cuerpo, el sistema de accionamiento y el sistema de control. El cuerpo, incluyendo la base y los actuadores, comprende el brazo, la muñeca y la mano; Algunos robots también tienen un mecanismo de locomoción. La mayoría de los robots industriales tienen entre 3 y 6 grados de libertad, y la muñeca suele tener entre 1 y 3 grados de libertad. El sistema de accionamiento incluye la unidad de potencia y el mecanismo de transmisión, utilizados para permitir que los actuadores produzcan los movimientos correspondientes. El sistema de control emite señales de comando al sistema de accionamiento y a los actuadores de acuerdo con el programa de entrada y realiza el control.
Los robots industriales se clasifican en cuatro tipos según el movimiento de sus brazos:
1. Brazos de coordenadas cartesianas: se mueven a lo largo de tres coordenadas cartesianas;
2. Brazos coordinados cilíndricos: realizan movimientos de elevación, rotación y extensión/retracción;
3. Brazos de coordenadas esféricos: rotar, inclinar y extender/retraer;
4. Brazos articulados: tienen múltiples articulaciones rotacionales.
Hoy, analicemos estos cuatro tipos de robots industriales y veamos con cuál está más familiarizado.
Robots multi-ejes
Los robots multi-ejes, también conocidos como manipuladores-de un solo-eje, brazos robóticos industriales, cilindros eléctricos, etc., son sistemas robóticos construidos sobre un sistema de coordenadas cartesianas XYZ como modelo matemático básico. Utilizan servomotores o motores paso a paso como manipuladores de un solo-eje accionado como unidades de trabajo básicas, y husillos de bolas, correas síncronas y engranajes de piñón y cremallera como métodos de transmisión comunes. Pueden alcanzar cualquier punto en el sistema de coordenadas tridimensional -XYZ y seguir una trayectoria de movimiento controlable.
Los robots multi-ejes emplean un sistema de control de movimiento para el accionamiento y el control programable. Las trayectorias de movimiento lineal y curvo se generan mediante interpolación multi-punto, y el funcionamiento y la programación se logran mediante programación de enseñanza guiada o posicionamiento de coordenadas.
Robot SCARA
Un robot SCARA es un tipo especial de robot industrial con coordenadas cilíndricas. Dispone de tres juntas rotativas de ejes paralelos para posicionamiento y orientación en un plano. La articulación restante es una articulación de traslación, que se utiliza para el movimiento del efector final perpendicular al plano. El punto de referencia de la muñeca está determinado por los desplazamientos angulares φ1 y φ2 de las dos juntas giratorias y el desplazamiento z de la junta de traslación, es decir, p=f(φ1, φ2, z), como se muestra en la figura. Estos robots son livianos y tienen un tiempo de respuesta rápido; por ejemplo, el robot Adept 1 SCARA puede alcanzar velocidades de hasta 10 m/s, varias veces más rápido que los robots articulados típicos. Es más adecuado para operaciones de posicionamiento plano y montaje vertical.
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Coordenadas XY (frente, atrás, izquierda, derecha)
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Coordenadas Z (arriba, abajo)
robot de coordenadas
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Un robot de coordenadas es un manipulador multi-propósito capaz de realizar control automático, operación reprogramable, múltiples grados de libertad y relaciones cartesianas espaciales. Su funcionamiento implica principalmente un movimiento lineal a lo largo de los ejes X, Y y Z. Los robots de coordenadas utilizan un sistema de control de movimiento para el control de accionamiento y programación. Las trayectorias lineales y curvas se generan mediante interpolación multi-punto, y la operación y programación se logran mediante programación de enseñanza guiada o posicionamiento de coordenadas.
Como solución de sistema de robot automatizado estructurado, simple-, de bajo-coste-, los robots de coordenadas se pueden aplicar a campos de producción industrial comunes, como dispensación, moldeo por goteo, pulverización, paletizado, clasificación, embalaje, soldadura, procesamiento de metales, manipulación, carga y descarga, montaje e impresión. Ofrecen un valor de aplicación significativo para reemplazar la mano de obra, mejorar la eficiencia de la producción y estabilizar la calidad del producto.
Robots serie y paralelo
La estructura en serie de un robot en serie es una cadena cinemática abierta; sus eslabones móviles no forman una cadena estructural cerrada. Los robots de serie ofrecen un gran espacio de trabajo y son más fáciles de mover, evitando efectos de acoplamiento entre ejes motrices. Sin embargo, cada eje debe controlarse de forma independiente, lo que requiere codificadores y sensores para mejorar la precisión del movimiento.
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Los robots paralelos, por otro lado, complementan la aplicación de los robots industriales tradicionales en serie, formando una cadena cinemática cerrada. Los robots paralelos son menos propensos a errores dinámicos y exhiben una alta precisión sin acumulación de errores. Además, su estructura compacta y estable, en la que la mayoría de los ejes de salida soportan fuerza axial, da como resultado una alta rigidez y capacidad de carga-. Sin embargo, para los robots paralelos, la resolución directa es más difícil que la resolución inversa.
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Robot paralelo de 2 grados de libertad
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Robot paralelo de 3 grados de libertad
Los mecanismos paralelos de DDoS son diversos y complejos y generalmente se dividen en las siguientes categorías:
1. Mecanismos paralelos planos de 3-DOF, como el mecanismo 3-RRR, que tiene dos ejes de traslación y uno de rotación;
2. Mecanismos paralelos esféricos de 3-DOF, como el mecanismo esférico 3-UPS-1-S. La cinemática de este tipo es simple tanto en cinemática directa como inversa, lo que lo convierte en un mecanismo espacial móvil 3D ampliamente utilizado;
3. Mecanismos paralelos espaciales de 3 grados de libertad, como el robot paralelo Delta. Estos mecanismos están subclasificados y su característica más destacada es que su movimiento varía en diferentes puntos dentro del espacio de trabajo.
4. Otra categoría incluye mecanismos espaciales con enlaces auxiliares añadidos y pares cinemáticos.
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Robot paralelo de 4 grados de libertad
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Robot paralelo de 6 grados de libertad
Los mecanismos paralelos de 6 grados de libertad son una categoría importante de mecanismos de robots paralelos y son los mecanismos paralelos más estudiados por los académicos tanto a nivel nacional como internacional. Se utilizan ampliamente en simuladores de vuelo, sensores de fuerza y torsión 6D y máquinas herramienta paralelas. Sin embargo, muchas tecnologías clave para estos mecanismos no se han resuelto por completo, como su cinemática directa, el establecimiento de modelos dinámicos y la calibración precisa de máquinas herramienta paralelas.
