¿Qué es un robot articulado? | 5+ aplicaciones importantes | SCARA

Robot articulado

Créditos de imagen: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Robot KUKA para la manipulación de vidrio plano, marcado como dominio público

El tema de discusión: Robot articulado y sus características.

Robot articulado | Brazo de robot articulado

Definición de robot articulado

En entornos industriales, los robots articulados son el tipo de robot más común. El brazo robótico con articulaciones giratorias se conoce como brazo robótico articulado. En el universo de la robótica, estas articulaciones se denominan ejes. Estos robots suelen ser impulsados ​​por servomotores y pueden ser tan esenciales como una configuración de dos ejes o tan complejos como diez o más ejes. En la robótica industrial son habituales de cuatro a seis ejes, siendo los seis ejes los más habituales.

Dicho de otra manera, este tipo de robot tiene articulaciones giratorias (por ejemplo, un robot con patas o un robot industrial). Las estructuras simples de dos articulaciones a los dispositivos de diez o más articulaciones y materiales comunicantes son ejemplos de robots articulados. Los motores eléctricos son una de las muchas fuentes de electricidad para ellos. A continuación se muestra un ejemplo de un articulado brazo robotico.

robot articulado
Brazo de robot articulado; Fuente de la imagen: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Piezas de construcción de puentes de corte de robótica

¿Quién inventó el robot articulado?

Victor Scheinman, profesor de la Universidad de Stanford, inventó el brazo de Stanford en 1969. Este era un robot articulado de 6 ejes que funcionaba completamente con electricidad. Gracias a esta nueva tecnología, los fabricantes ahora utilizarán la robótica para las actividades de ensamblaje y soldadura. Más tarde vendió sus ideas a Unimation, que trabajó con General Motors para construirlas.

Diseño de robot articulado | Configuración de robot articulado

Las articulaciones del robot se denominan ejes, y cada eje tiene un grado adicional de independencia, refiriéndose a los movimientos individuales del robot. Los ejes generalmente están conectados en una cadena para permitir que cada uno soporte una estructura de robot más adelante en la línea.

Robot articulado verticalmente

La construcción del robot comienza con una base orientada verticalmente que alberga la primera articulación, de ahí el otro nombre de Robot articulado verticalmente. Esta primera articulación giratoria conecta el cuerpo principal del robot al suelo. Otra articulación giratoria une el hombro al cuerpo del robot y corre vertical a él y una articulación giratoria paralela se encuentra en el extremo del hombro del robot, que conecta el hombro con el brazo del robot.

Al final del brazo, se utilizan otras articulaciones para conectar la muñeca del robot al efector final. Al igual que el FANUC M-10ia, esta estructura robótica está construida para parecerse mucho a un brazo humano. Los servomotores del robot controlan la rotación de cada eje, lo que permite precisión y velocidad. Tiene más grados de libertad que cualquier otro tipo de robot, por lo que son tan populares entre los fabricantes y su mayor rango de movimiento se parece mucho al de un humano, lo que los hace adecuados para líneas de montaje.

También permiten una mayor versatilidad en el proceso de fabricación. Debido a su capacidad para realizar varios movimientos, son más adaptables a las mejoras en el entorno de fabricación o en las piezas de trabajo. El movimiento mejorado le da al robot un entorno de trabajo más extenso, lo que le permite manejar una gama más amplia de piezas de trabajo, desde pequeñas hasta masivas.

¿Cómo funcionan los robots articulados?

Los robots articulados de 6 ejes más utilizados pueden viajar a cualquier punto dentro del entorno operativo de forma articulada e interpolada.

Sistema de control de brazo robótico articulado

Un problema cinemático que resulta de la no linealidad de la configuración del brazo es uno de los desafíos más importantes al operar un brazo robótico articulado. Para decirlo de otra manera, la no linealidad entre el estado de la mano del robot (es decir, su ubicación y orientación) y el estado de las articulaciones (es decir, sus ángulos de rotación) dificulta las transformaciones de coordenadas. Debido a esta no linealidad, hay algunos puntos singulares en el espacio de estado de las articulaciones donde el grado de libertad de la mano del robot se reduce y esto aumenta aún más la complejidad del problema.

Se ha dicho que la redundancia resolverá con éxito el problema de la singularidad y, al mismo tiempo, aumentará la estabilidad y funcionalidad del robot.

El control de la trayectoria del brazo robótico se puede entender a partir de la Sección de cinemática del robot y el enfoque discutido se puede aplicar a cualquier diseño de brazo robótico convencional.

Espacio de trabajo de robot articulado | Envolvente de trabajo de robot articulado

La envolvente funcional de cualquier robot industrial es una consideración importante al determinar su utilidad. Uno de los principales beneficios de dicho brazo robótico es que pueden usar la mayor parte de su área de trabajo y la única parte de la envoltura que no pueden usar es la parte posterior, que alberga los cables.

Por otro lado, algunas arquitecturas actuales tienen cables de alimentación y datos enrutados internamente, lo que resuelve este problema y permite que el brazo del robot utilice todo el campo de alcance. Incluso el robot articulado más simple optimizará el espacio disponible con su huella en el piso de la fábrica, independientemente de cómo se coloquen los cables. Este es un beneficio enorme para las fábricas que necesitan pensar en cosas como el flujo de salida, la protección y el espacio de piso.

Ejemplos de robots articulados

Robot articulado de 5 ejes

Brazo robótico de 5 ejes FӦRSTER; Fuente de imagen: Industria directa

Robot articulado de 6 ejes

Brazo robótico de 6 ejes FANUC; Fuente de imagen: PhasmatisnoxRobot de soldadura FANUC alcanzandoCC BY 3.0

¿Para qué se utilizan los robots articulados? | Aplicaciones de robots articulados

Estos robots ofrecen flexibilidad debido a la amplia gama de tareas que pueden realizar. La soldadura por arco, el procesamiento de materiales, el ensamblaje, la transición de componentes, el pick and place, el empaque, el llenado del sistema y el paletizado son solo algunas de las aplicaciones disponibles. Muchos robots, como el FANUC R-2000ib / 125L, pueden realizar una variedad de tareas.

Brazo robótico para paletizar pan; Fuente de la imagen: KUKA Roboter GmbH, Bachmann, Automatización de fábricas Robótica Paletización Pan

Muchas empresas robóticas, las más conocidas de las cuales son FANUC, Yaskawa Motoman, ABB y KUKA, y la mayoría de los robots de estas empresas son articulados, y las versiones populares incluyen ABB IRB 2600 y Motoman HP20. FANUC es más conocida por sus potentes robots articulados de seis ejes, como la línea R-2000iA, que han ayudado a la empresa a mantenerse en la cima de la comunidad robótica.

Incluso cuando se han introducido nuevas formas de robots debido a los avances tecnológicos, estos robots han conservado su lugar en el entorno automotriz al mejorar los procesos de producción.

Los usos típicos de los robots articulados de 6 ejes en la automatización del moldeado de plástico incluyen:

  • Picking y manipulación automatizados de piezas.
  • Decoración automatizada en molde (IMD) y marcado en molde (IML).
  • Automatiza el proceso de carga.
  • Sobremoldeo automatizado (presione para presionar transfer).
  • Líneas de montaje automatizadas.
  • Apilado y clasificación automatizados.
  • Inspección automatizada.
  • Automatización de procesos de soporte.

Ventajas y desventajas del robot articulado

Ventajas del robot articulado

Los robots articulados de 6 ejes son fáciles de alinear en diferentes planos, son fáciles de controlar y administrar, y se pueden volver a implementar rápidamente para la automatización del moldeo por inyección de plástico en una variedad de tipos y tamaños de máquinas de moldeo por inyección, así como para una variedad de aguas arriba y aplicaciones posteriores.

El fenómeno de la singularidad ocurre cuando las articulaciones del robot coinciden. Con opciones de montaje vertical, inclinado, en pared o invertido, la instalación es increíblemente versátil. Tiene funciones de red integradas, con Ethernet y enlaces seriales de serie. La reutilización de estos robots es otro argumento a seguir.

Desventajas del robot articulado

La velocidad de estos robots es una de sus desventajas. No son tan efectivos como otros tipos de robots que pueden realizar tareas a un ritmo elevado. Debido a sus diversas articulaciones y grados de libertad, estos robots requieren una cinemática compleja para controlar su movimiento. También tienen una mayor densidad de componentes, lo que crea una barrera de inercia que debe resolverse con cualquier transición de dirección. Si la velocidad es una consideración esencial en el estudio de costo-beneficio de una fábrica, entonces este tipo de robots puede no ser la mejor opción.

Brazo robótico articulado de cumplimiento selectivo | SCARA Robot

Un robot SCARA (la forma completa es "Brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo" o "Brazo robótico articulado de cumplimiento selectivo") es un robot industrial. Su brazo es parcialmente compatible en la dirección XY, pero se fija en la dirección 'Z' debido a la configuración de la junta de eje paralelo de SCARA, de ahí el término: Cumplimiento selectivo se aplica aquí.

El cumplimiento en robótica se refiere a la capacidad de un robot para mover una o más articulaciones. Un robot compatible puede ceder a su toque si lo presiona. No va a contraatacar ni a quedarse allí. Los SCARA son flexibles en la dirección XY pero rígidos en la Z. Esto les permite más estabilidad, lo que es especialmente útil para tareas de montaje que requieren obediencia, como colocar una clavija en un agujero.

La segunda característica de SCARA es su estructura de brazo articulado de dos eslabones, que es idéntica a nuestros cuerpos humanos. De ahí la palabra "articulado". Esta función permite que el brazo se estire en espacios reducidos antes de retraerse o "doblarse" y fuera del camino. Esto es útil para mover piezas de una celda a otra o cargar y descargar estaciones de proceso cerradas.

Robot SCARA KUKA KR10; Fuente de la imagen: Jo Teichmann, Robot industrial KUKA KR10 SCARA

Los robots SCARA se utilizan a menudo en procedimientos de montaje en los que se utilizan robots pequeños. El cumplimiento se logra mediante el uso de un solo plano con dos juntas paralelas. Esta conformidad selectiva asegura que, aunque es rígido a lo largo del eje Z, es flexible a lo largo de los ejes XY. Debido a su naturaleza atípica, los robots SCARA pueden realizar una amplia gama de tareas de manipulación de materiales.

Configuración SCARA; Fuente de imagen: Nikola SmolenskiConfiguración SCARACC BY-SA 3.0

La construcción de un robot SCARA se compone de la unión de dos brazos robóticos, que están conectados en el medio. Dos motores autónomos impulsan los movimientos XY de un robot SCARA. Estos motores emplean técnicas de interpolación y cinemática inversa para guiar las acciones automatizadas alrededor de estos ejes.

SCARA vs.Robot articulado

A medida que aumentan los costos laborales y se intensifica la competencia de ubicaciones en el extranjero con salarios bajos, la necesidad de automatización y robótica se vuelve más extraordinaria día a día. Al mismo tiempo, los ciclos de vida de los productos se acortan y la demanda de personalización y, como resultado, la complejidad de los componentes está aumentando. La mejor forma de garantizar la productividad de fabricación y la calidad del sonido es utilizar una automatización regulada y flexible. El proceso de montaje es ahora más rápido, más eficaz y más preciso que nunca, gracias a los avances en la automatización en general y la robótica en particular.

El brazo del robot SCARA de 4 ejes podría cambiar la coordenada XYZ dentro de su área de trabajo, es actualmente la solución robótica más común para el ensamblaje. La rotación de la muñeca sirve como un cuarto eje de movimiento y las articulaciones rotativas de 3 ejes paralelos incluyen los movimientos X, Y y de balanceo. En la muñeca o en la base, el movimiento Z vertical suele ser un eje lineal separado.

Los robots SCARA generalmente se emplean en operaciones de ensamblaje bidimensionales donde el paso final es un solo movimiento vertical para unir el componente en realidad. La inserción de componentes en placas de circuito impreso es un ejemplo, además de esto, se utilizan ampliamente para trabajos de recogida y colocación, trabajos de embalaje e instalaciones de montaje.

Cuando las piezas de trabajo entran en ángulo en la celda del robot, se debe hacer algo con SCARA para suavizar la pieza, proporcionándoles más dinero y más maquinaria. Se puede usar el robot para recoger y reorientar el componente debido a la destreza del robot articulado verticalmente. La robótica articulada de 5 y 6 ejes también se adapta a las modificaciones del proyecto y proporciona una estabilidad más excelente antes y después de un programa.

Sobre Esha Chakraborty

Tengo experiencia en Ingeniería Aeroespacial, actualmente trabajando en la aplicación de la Robótica en la Defensa y la Industria de las Ciencias Espaciales. Soy un aprendiz continuo y mi pasión por las artes creativas me mantiene inclinado hacia el diseño de conceptos novedosos de ingeniería.
Con los robots sustituyendo casi todas las acciones humanas en el futuro, me gusta llevar a mis lectores los aspectos fundamentales del tema de una manera fácil pero informativa. También me gusta mantenerme actualizado con los avances en la industria aeroespacial simultáneamente.

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