APLICACIONES
En la actualidad los robots se usan de manera extensa en la industria, siendo un elemento indispensable en una gran parte de los procesos de manufactura. Impulsados principalmente por el sector del automóvil, los robots han dejado de ser maquinas misteriosas propias de la ciencia-ficción para ser un elemento mas de muchos de los talleres y líneas de producción.
Por su propia definición el robot industrial es multifuncional, esto es, puede ser aplicado a un numero, en principio ilimitado, de funciones. No obstante, la practica ha demostrado que su adaptación es optima en determinados procesos (soldadura, paletizacion, etc.) en los que hoy día el robot es sin duda alguna, la solución más rentable.
Junto con estas aplicaciones ya arraigadas hay otras novedosas que si bien la utilización del robot no se realiza a gran escala, si se justifica su aplicación por las condiciones intrínsecas del medio de trabajo (ambientes contaminados, salas asépticas, construcción, etc.) o la elevada exigencia en cuanto a calidad de los resultados (medicina, etc.).
Estos robots se han venido llamando robots de servicio.
La Federación Internacional de la Robótica (IFR) estableció en 1998 una clasificación de las aplicaciones de la Robótica en el sector manufacturero.
1. Manipulación en fundición.
a. Moldes.
b. Otros.
1. Manipulación en moldeo de plásticos.
2. Manipulación en tratamientos térmicos.
3. Manipulación en la forja y estampación.
4. Soldadura.
a. Al arco.
b. Por puntos.
c. Por gas.
d. Por láser.
e. Otros.
1. Aplicación de materiales.
a. Pintura.
b. Adhesivos y secantes.
c. Otros.
1. Mecanización.
a. Carga y descarga de maquinas.
b. Corte mecánico, rectificado, desbardado y pulido.
c. Otros.
1. Otros procesos.
a. Láser.
b. Chorro de agua.
c. Otros.
1. Montaje.
a. Montaje mecánico.
b. Inserción.
c. Unión por adhesivos.
d. Unión por soldadura.
e. Manipulación para montaje.
f. Otros.
1. Paletización.
2. Medición, inspección, control de calidad.
3. Manipulación de materiales.
4. Formación, enseñanza e investigación.
5. Otros.
B. Aplicaciones Industriales.
La implantación de un robot industrial en un determinado proceso exige un detallado estudio previo del proceso en cuestión, examinando las ventajas e inconvenientes que conlleva la introducción del robot.
Será preciso siempre estar dispuesto a admitir cambios en el desarrollo del proceso primitivo (modificaciones en el diseño de piezas, sustitución de unos sistemas por otros, etc.) que faciliten y hagan viable la aplicación del robot.
Trabajos en fundición.
Soldadura.
Aplicación de materiales.Aplicación de sellantes y adhesivos.
Alimentación de maquinas.
Procesado.
Corte.
Montaje.
Paletizacion.
Control de calidad.
Manipulación en salas blancas.
En cuanto al tipo de robot a utilizar, habrá que considerar aspectos de diversa índole como área de acción, velocidad de carga, capacidad de control, coste, etc.
A continuación van hacer analizadas algunas de las aplicaciones industriales de los robots. Dando una breve descripción del proceso, exponiendo el modo en el que el robot entra a formar parte de el, y considerando las ventajas e inconvenientes.
C. Nuevos Sectores de Aplicación.
Las aplicaciones de la robótica examinadas anteriormente responden a los sectores que, como el del automóvil o el de la manufactura, han sido desde hace 30 años usuarios habituales de los robots industriales. Este uso extensivo de los robots en los citados se ha visto propiciado por la buena adaptación del robot industrial a las tareas repetitivas en entornos estructurados. De este modo, la competitividad del robot frente a otras soluciones de automatización se justifica por su rápida adaptación a series cortas, sus buenas características de precisión y rapidez, y por su posible reutilización con costes inferiores a los de otros sistemas.
Sin embargo, existen otros sectores donde no es preciso conseguir elevada productividad, en los que las tareas a realizar no son repetitivas, y no existe un conocimiento detallado del entorno.
Entre estos sectores podría citarse la industria nuclear, la construcción, la medicina o el uso domestico. En ninguno de ellos existe la posibilidad de sistematizar y clasificar las posibles aplicaciones, pues estas responden a soluciones aisladas a problemas concretos.
Este tipo de robots ha venido a llamarse robots de servicio y pueden ser definidos como:
Un dispositivo electromecánico, móvil o estacionario, con uno o más brazos mecánicos, capaces de acciones independientes.
Estos robots están siendo aplicados en sectores como:
Agricultura y silvicultura.
Ayuda a discapacitados.
Construcción.
Domésticos.
Entornos peligrosos.
Espacio.
Medicina y salud.
Submarino.
Vigilancia y seguridad.
En general, la aplicación de la robótica a estos sectores se caracteriza por la falta de estructuración tanto del entorno como de la tarea a realizar, y la menor importancia de criterios de rentabilidad económica frente a la de realizar tareas en entornos peligrosos o en los que no es posible el acceso de las personas.
Estas características obligan a que los robots de servicio cuenten con un mayor grado de inteligencia, puesto que se traduce en el empleo de sensores y del software adecuado para la toma rápida de decisiones. Puesto que en muchas ocasiones el estado actual de la inteligencia artificial (disciplina que aborda esta problemática)no esta lo suficientemente desarrollado como para resolver las situaciones planteadas a los robots de servicio, es frecuente que estos cuenten con un mando remoto, siendo en muchas ocasiones robots teleoperados.
Centros de investigación en robótica, como la universidad de Carnegie-Mellon o el jet propulsión laboratory (JPL) en Estados Unidos, han orientado desde hace tiempo buena parte de sus esfuerzos de investigación en robótica en esta línea, desarrollando robots especializados, capacitados para trabajar en el exterior, en entornos no estructurados y peligrosos (superficie de planetas, volcanes, desastres nucleares, etc.).
Aerobots.
Muchos de estos sistemas responden en buena medida a los conceptos de tele manipulador o robot teleoperado, para dar una idea de las posibilidades de la robótica en estos sectores, se comentaran algunas aplicaciones concretas en las que el robot ha aportado mejoras y beneficios al proceso primitivo.
Industria Nuclear.
Por sus especiales características, el sector nuclear es uno de los más susceptibles de utilizar robots de diseño especifico. Entre las diversas aplicaciones se han escogido aquí, por su especial relevancia, las relativas a las operaciones de mantenimiento en zonas contaminadas y de manipulación de residuos.
Inspección de los tubos del generador de vapor en un reactor nuclear.
Las operaciones de inspección y mantenimiento de las zonas mas contaminadas de una central nuclear de producción de energía eléctrica son por su naturaleza largas y costosas.
De realizarlas manualmente, el tiempo de exposición de los operadores a la radiación es un factor critico que, junto con el elevado coste que supone una interrupción temporal del funcionamiento del sistema en cuestión, justifica sin lugar a dudas la utilización de sistemas robotizados, normalmente teleoperados, total o parcialmente, que sustituyan al operador.
En el generador de vapor se produce el intercambio de calor entre el fluido primario y secundario. Para ello, dentro de la vasija del generador, se encuentran dispuestas en forma matricial los tubos por los que circula el fluido receptor del calor.
El inevitable desgaste de estos tubos obliga a realizar periódicamente labores de inspección, para que en el caso de que alguno se encuentre dañado inutilizarlo, poniendo en funcionamiento alguno de los tubos de reserva que a tal fin se han dispuesto en el generador.
Para realizar esta labor de manera automática puede utilizarse un robot de desarrollo especifico que, introducido en la vasija, posicione una sonda de inspección en la boca de cada tubo. Esta, empujada por el interior del tubo, proporcionara información sobre el estado mismo.
Es preciso considerar que el robot se introduce en la vasija mediante un sistema mecánico que, junto con los posibles errores en la disposición matricial de los tubos, obliga a que el robot trabaje, bien con ayuda de tele operación, o bien con sistemas sensoriales externos como visión láser, que proporcionen la posición real relativa entre el extremo del robot y los tubos.
Robots Nucleares.
Manipulación de residuos radioactivos.
La industria nuclear genera una cantidad considerable de residuos radioactivos de baja contaminación (vestimentas, envases de plástico, papel, etc.) o de alta contaminación (restos de las células del reactor, materiales en contacto directo prolongado con las zonas radioactivas, etc.). La forma tamaño y peso de estos desechos es variable y su manipulación tiene por objeto final su envase de contenedores especiales, que son posteriormente transportados y almacenados (lo que origina una nueva problemática).
Para manipular remotamente estos residuos se hace uso tanto de manipuladores con unión mecánica y seguimiento directo del proceso por parte del operador a través de un cristal (en caso de baja contaminación), como con sistemas con mando remoto por radio o cable en el caso de contaminación elevada. Estos manipuladores permiten la flexibilidad necesaria para manipular elementos de peso variable y forma no definida.
Además, es preciso considerara la importancia que tiene la optimización del espacio ocupado por los residuos en su almacenamiento, por lo que antes de su envasado en los contenedores puede ser preciso fragmentarlos.
Medicina.De entre la s varias aplicaciones de la robótica a la medicina destaca la cirugía. Las primeras aplicaciones de la robótica a la cirugía del cerebro datan del año 1982. En esta fecha se comenzó en Memorial Medical Center de Long Beach (California) un programa cuyo objetivo consistía en utilizar un robot comercial (Puma 260) para realizar determinadas operaciones de neurocirugía. Desde entonces se han puesto a punto varios sistemas que, con ayuda de un scanner, un ordenador registre toda la información necesaria del cerebro para que el equipo medico decida el punto exacto donde debe ser realizada la incisión, donde penetrara la sonda para obtener una muestra para realizar una biopsia. El robot, que se encuentra perfectamente situado con respecto al paciente, porta en su extremo los instrumentos necesarios para realizar la incisión, tomar la muestra, etc.
La utilización de un robot conectado al ordenador permite que tanto la incisión como la toma de la muestra se realicen con la máxima precisión y en un tiempo notablemente inferior al que se consumiría en caso de emplear el sistema habitual.
Además, se descarga al cirujano de la mecánica de ciertas tareas como el correcto posicionamiento de los instrumentos de cirugía con respecto al cráneo del paciente, permitiendo una mayor concentración en el seguimiento y control de la operación.
También, otro posible beneficio de la aplicación de la robótica a la cirugía se encuentra en el tele diagnostico y la tele cirugía. Esta ultima consiste en la operación remota de un paciente mediante un tele manipulador.
Telepresencia.
En julio de 1993 un robot SCARA en Milán (Italia) realizo sobre el hígado de un cerdo una biopsia y una incisión para introducir un laparoscopio. El robot estaba siendo teleoperado en tiempo real desde 14000km de distancia en el Jet Propulsión Lab. De Pasadena, California. Las ordenes del cirujano y al información procedente de la sala de operaciones eran intercambiadas a través de 2 satélites de comunicaciones y redes de fibra óptica.
Esta primera experiencia en operación remota permite asegurar que este tipo de intervenciones sobre pacientes humanos podrá ser una realidad en un futuro próximo. Su justificación puede encontrarse en el tratamiento de pacientes situados en localizaciones difícilmente alcanzables (espacio, plataformas submarinas, minería, etc.). No obstante hay que considerar que aun existen importantes dificultades técnicas, como es el retraso en las comunicaciones y el elevado coste.
Construcción.
El sector de la construcción es, en la mayoría de los países industrializados, uno de los que moviliza mayor numero de recursos económicos y humanos. No es pues de extrañar que desde hace algo mas de una década se estén desarrollando gran numero de sistemas robotizados, orientados a automatizar en lo posible algunas de las múltiples labores que entran a formar parte delos procesos constructivos.
En este tipo de aplicaciones de la robótica, como en otros muchos, es Japón el país que cuenta con mayor numero de sistemas en funcionamiento. En algunos casos se trata de robots parcialmente teleoperados, construidos a partir de maquinaria convencional (grúas, excavadoras, etc.). En otros es maquinaria específicamente construida para resolver un proceso concreto.
Si se analizan las condiciones existentes para la robotización de la construcción se llega entre otras a las siguientes conclusiones:
Las condiciones de trabajo son complejas.
Los robots deben tener capacidad de locomoción y cierto grado de inteligencia.
Deben manejar piezas pesadas y de grandes dimensiones.
Las operaciones a realizar son complejas, variadas y poco repetitivas.
Los robots deben ser fácilmente transportables a la obra.
Con estos condicionantes, las posibles tareas robotizables dentro de la construcción de edificios (comerciales, industriales o residenciales) podrían agruparse en:
Operaciones de colocación de elementos.
Construcción mediante colocación repetitiva de estructuras básicas (ladrillos, Bloques, etc.).
Unión de diferentes piezas que componen una estructura (soldadura, remaches, etc.).
Sellado de las uniones entre diferentes piezas.
Operaciones de tratamiento de superficies.
Acabado de superficies (pulido, etc.).
Operaciones de rellenado.
Vertido de cemento u hormigon en encofrados.
Rellenado con tierra de volúmenes vacíos.
Fuera de la construcción de edificios, cabrían destacar las realizaciones de robots para la construcción de túneles, carreteras (asfaltado), inspección de estructuras en puentes o muros de edificios difícilmente accesibles, etc.
EL VAGABUNDO DE MARTE
El Robot explorador sojouner.
La Descripción de la misión:
En la Tierra, demuestra los nuevos conceptos de tecnología para el uso en un rango largo (50km). La Descripción de la misión:
Durante julio de 1997, explora el terreno de Marte dentro de la vista del Pathfinder, equipado con tecnología en instrumentos científicos.
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Las características: Las características:
Mecánico: Las características de viaje del Sojourner las ruedas de repuesto, son aproximadamente del mismo tamaño del sojouner. Mecánica: La configuración de movilidad y tamaño del robot general son prototipos del Rocky 4.
Eléctrico: Emplea al igual que el Sojourner, acelerómetros y sensores de proporción de cuarzo. Todos los componentes de la computadora están ordinariamente iguales que una pc comercial. Robustez Eléctrica: Cubierto de aislantes espaciales para evitar falsos contactos y ruido ambiental por radiación o componentes de comunicación.
El mando: Actualmente utiliza una versión de programa de navegación del Sojourner, modificado para controlar diferentes sensores, y dirigir la operación del Rocky 7. El mando: El algoritmo de mando de navegación esta modificado y fue diseñado para el Rocky 4. Todo el otro vagabundo y el software de la estación de tierra son nuevos.
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Los Sensores de la navegación:
Cámaras CCD blanco y negro, estereofónicas, un total de tres: el frente, parte de atrás, y el mástil. Sensor de posición del sol, 3 acelerómetros y las ruedas con encoders ópticos. Los Sensores de la navegación:
Cámaras de CCD blanco y negro, cinco proyectores de rayo láser en el frente del vehículo, 3 acelerómetros, las ruedas con encoders ópticos, interruptores de contacto como sensores de choque.
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El Sistema de movilidad:
Modificado en las seis ruedas, con dos pares de ruedas acopladas a un volante. Ocho actuadores en total, el acoplamiento mecánico en las ruedas puede reducir el numero de actuadores a seis. El Sistema de movilidad:
Seis ruedas, cuatro dirigen las esquina, diez actuadores
en total.
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El Sistema de manipulación: El Sistema de manipulación:
El brazo: Los cuatro grados más cortos de libertad, el brazo se guarda contra un lado del chasis y puede excavar, descargar, agarrar piedras, llevar una muestra, contiene un espectrómetro óptico integrado y su blanco de la calibración. El APXS mecanismo de despliegue: es un mecanismo que se utiliza para desplegar el instrumento cientifico.
El mástil: El mástil es más largo se guarda en una hendidura en el tablero solar, puede levantar un par de cámaras estereofónicas a 1.4 metros sobre la tierra, utiliza estas mismas cámaras para inspeccionar visualmente el vehículo entero, y despliega otros 0.5 Kg instrumentos del robot a los blancos en una gran área alrededor del vagabundo.
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El Mando de motor:
El movimiento de proporcional constante exacto es cumplido con el
control Proporcional / Integral / Derivativo (PID) del servomotor, La modulación de anchura de pulso (PWM) para las corrientes de motor, y encoders ópticos que supervisan la posición de rendimiento.
El Mando de motor:
La tarea fuera del mando de actuación del motor se utiliza basado en posiciones del actuador supervisadas por los encoders ópticos. Ningún movimiento de proporción inconstante es posible.
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La Carga útil de la ciencia: La Carga útil de la ciencia:
El IR reflectante espectrómetro: apuntado y calibrado por el brazo del vagabundo; sensible a 350-850 nm. El rayo alfa, espectrómetro de rayo (APXS): Irradia piedras y tierra y determina sus componentes químicos.
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El software:
VxWorks - el sistema operativo de tiempo. Las Innovaciones de Tiempo reales ControlShell, sistema de datos. Unix desarrollo ambiente. C++, C, en la tabla la correlación estereofónica. En HTML / Java se basa la interfase del operador. El software:
C y ensamblador, unix desarrollo ambiente de gráficos de silicon y diseño la interfase del operador.
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