ROBOTICA INDUSTRIAL.Cuando escuchamos la palabra Robot, en algunas ocasiones pensamos en esas películas que nos han sorprendido por presentarnos Robots que realizan acciones superiores a las capacidades del ser humano. Quizás los modelos más famosos de robots han sido los creados por George Lucas en su película Stars Wars a quienes conocimos como C3PO y R2D2, y otros como Robocop. Sin embargo, la idea que nos presentan las películas se encuentra bastante alejada de la aplicación industrial de los robots, a los cuales se les considera como un tipo de máquinasherramientas. El siglo XVIII constituye la época del nacimiento de la robótica industrial. Hace ya más de doscientos años se construyeron unas muñecas mecánicas, del tamaño de un ser humano, que ejecutaban piezas musicales. Sin duda, hoy se puede afirmar que el desarrollo de las máquinas-herramientas ha sido sumamente acelerado. El concepto actual de robot industrial no se aplica a aquellas antiguas muñecas sino a lo que aquí aprenderemos es un robot industrial. Definición : Mikell Groover, en su libro Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing, define al robot industrial como "...una máquina programable, de propósito general, que posee ciertas características antropomórficas, es decir, con características basadas en la figura humana..." Cabe destacar que la característica antropomórfica más común en nuestros días es la de un brazo mecánico, el cual realiza diversas tareas industriales. Existen en el mercado diversas empresas dedicadas a la fabricación de robots industriales por lo que existen diferentes marcas y modelos. Estos últimos son normalmente asignados para identificarlos o de acuerdo a su función. En el caso de los robots a analizar en esta monografía se encuentra la marca Amatrol modelo Júpiter. La marca Mitsubishi modelo Move Master Ex. La marca Unimate, modelo Puma, éste último dado como abreviación de Programable Universal Machine for Assembly Robot utilizado dentro de los sistemas de almacenamiento (AS/RS) marca Amatrol Para acercarnos más al estudio de los robots, identificaremos sus componentes. Componentes El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos. Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y efector final. Al efector final se le conoce comúnmente como sujetador o gripper. los otros elementos que forman parte del robot son un controlador. Además del manipulador. En otras palabras. las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos: Lineales que pueden ser horizontales o verticales. Cada articulación provee al robot de al menos un "grado de libertad". Por articulación (En los dos casos la línea roja representa la trayectoria seguida por el movimiento del robot).En este trabajo voy a centrar mi atención en los elementos de las articulaciones. . el cual se puede programar utilizando el "teach pendant". El controlador del robot. ver los datos del controlador Para mandar instrucciones al controlador y para dar de alta programas de control. como su nombre lo indica. Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y. Es necesario aclarar que algunos robots únicamente poseen uno de estos componentes. En estos casos.mecanismos de entrada y salida de datos y dispositivos especiales. . uno de los componentes de entrada y salida permite la realización de todas las funciones. a su vez. El controlador recibe y envía señales a otras máquinas-herramientas (por medio de señales de entrada/salida) y almacena programas. más comunes son: teclado. Esto lo podemos ver en el robot Júpiter. comúnmente se utiliza una computadora adicional. Los mecanismos de entrada y salida. monitor y caja de comandos llamada "teach pendant". la caja de comandos ("teach pendant") la cual sirve para enseñarle las posiciones al manipulador del robot. éste se puede programar y enseñar sus posiciones a través de un teclado y monitor conectado directamente al controlador. La siguiente figura muestra un "teach pendat" para un tipo de robot industrial. En el dibujo anterior tenemos un controlador (computer module) que envía señales a los motores de cada uno de los ejes del robot. es el que controla cada uno de los movimientos del manipulador y guarda sus posiciones. En el caso del robot del AS/RS. por ejemplo. es indispensable conectar una computadora al controlador del robot. se utilizan estas tarjetas para comunicar al robot PUMA con las máquinas de control numérico (torno y centro de maquinado. Entre los dispositivos especiales se encuentran los ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador y las estaciones de ensamble. Posicionamientos del Move Master EX Paso ahora a los dispositivos especiales.En otros casos. que son utilizadas para sujetar las distintas piezas de trabajo. por ejemplo). el cual requiere una computadora externa para realizar y cargar los programas del controlador. etc. En manufactura. Ejemplo de ello es el robot Move Master (Mitsubishi). En la estación del robot Move Master EX (Mitsubishi) se pueden encontrar los siguientes dispositivos especiales: . estas señales nos permiten controlar cuando debe entrar el robot a cargar una pieza a la máquina. cuando debe empezar a funcionar la máquina o el robot. Señales de entrada y salida Las señales de entrada y salida se obtienen mediante tarjetas electrónicas instaladas en el controlador del robot las cuales le permiten tener comunicación con otras máquinasherramientas. Estas tarjetas se componen de relevadores los cuales mandan señales eléctricas que después son interpretadas en un programa de control. Los dedos de la pinza giran en relación con los puntos fijos del pivote. Los tipos de pinzas más comunes pertenecen al tipo llamado pivotante. De esta manera. Las pinzas han sido diseñadas para que el robot cargue y descargue objetos. Los diversos tipos podemos dividirlos en dos grandes categorías: pinzas y herramientas. La razón por la que existen distintos tipos de efectores finales es. En este caso. Con todos estos dispositivos el robot cuenta con señales de entrada/salida para poder realizar la integración de su función incorporando estos elementos. Al momento de diseñar una pinza deben tomarse en cuenta la forma y peso de la pieza de . la pinza se abre y se cierra. precisamente. los dedos se abren y se cierran ejecutando un movimiento paralelo entre sí. transporte material y ensamble piezas. por las funciones que realizan. Efector final (gripper) El efector final (griper) es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realización de una tarea específica. Otro tipo de pinzas se denominan de movimiento lineal.a con el robot. Dependiendo de la aplicación se puede sustituir las pinzas por herramientas. de tal forma que la pinza no modifique o dañe la estructura de la pieza. Generalmente. Existen otros tipos de pinzas como ventosas. esto ocasiona que se anulen los momentos que se pudieran generar por el peso de la pieza de trabajo. se puede determinar el número de grados de libertad que presenta un robot. Observando los movimientos del brazo y de la muñeca. se puede asegurar una buena sujeción. . pinzas magnéticas y pinzas adhesivas. Hablar de "grados de libertad" equivale a decir número y tipo de movimientos del manipulador. A la muñeca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate). elevación (wrist flex) y desviación(wrist rotate) como lo muestra el siguiente modelo. Una regla general es que la pinza debe sujetar a la pieza de trabajo en su centro de gravedad. tanto en el brazo como en la muñeca. así como el tipo de movimiento que harán los dedos.trabajo. una de las principales características que definen a los robots lo constituye los "grados de libertad" que posea. se encuentra una variación que va desde uno hasta los tres grados de libertad. Con estos lineamientos. Grados de libertad Sin duda. Para reducir los tiempos de ciclo en operaciones de carga y descarga de piezas a máquinasherramientas se pueden diseñar efectores finales con doble pinza. los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X. A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación.Cabe hacer notar que existen muñecas que no pueden realizar los tres tipos de movimiento. es decir. Es decir. tiene tres grados de libertad. significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro. Los grados de libertad del brazo de un manipulador están directamente relacionados con su anatomía. Las muñecas. Configuración cartesiana: Posee tres movimientos lineales. en este caso. . la muñeca del robot MoveMaster Mitsubishi está diseñada para realizar movimientos de giro y de elevación. Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales. la cilíndrica. Interpolación. la polar y la angular. Y y Z. presenta dos grados de libertad. Por su parte. El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clásicas: la cartesiana. se habla de la forma física que se le ha dado al brazo del robot. muestran únicamente un grado de libertad de giro. o configuración Tipos de configuraciones Cuando se habla de la configuración de un robot. tanto del robot del sistema de almacenamiento y reposición automática (AS/RS) como la del robot Júpiter. angular y lineal. Configuración polar: Tiene varias articulaciones. ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional (ver movimiento A en el dibujo siguiente).Configuración cilíndrica: Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional. El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación. o sea. . Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción. que presenta tres grados de libertad. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional. La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primera articulación. Configuración angular (o de brazo articulado): Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares. tanto rotacional como angular.Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones). el movimiento natural es el de interpolación por articulación. . la exactitud y la repetibilidad. . La razón de ello es que a la muñeca del robot se le pueden adaptar gripers de distintos tamaños. tomaremos como modelos varios robots.Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas. Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. existen otras configuraciones llamadas no clásicas. El volumen de trabajo de un robot se refiere únicamente al espacio dentro del cual puede desplazarse el extremo de su muñeca. Ejemplo de un robot SCARA: Volumen de Trabajo: Para acercarnos más al conocimiento de los robots industriales. cuyas siglas significan: Selective apliance arm robot for asembly. Entre las características que identifican a un robot se encuentran su volumen de trabajo y ciertos parámetros como el control de resolución. Para determinar el volumen de trabajo no se toma en cuenta el efector final. El robot de configuración SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercer articulación). es preciso tocar el tema que se refiere al volumen de trabajo y la precisión de movimiento. Para ilustrar lo que se conoce como volumen de trabajo regular y volumen de trabajo irregular. El ejemplo más común de una configuración no clásica lo representa el robot tipo SCARA. El robot cartesiano genera una figura cúbica. como en el siguiente caso: . el fabricante generalmente indica un plano con los límites de movimiento que tiene cada una de las articulaciones del robot. los robots que poseen una configuración polar.El robot cartesiano y el robot cilíndrico presentan volúmenes de trabajo regulares. El robot de configuración cilíndrica presenta un volumen de trabajo parecido a un cilindro (normalmente este robot no tiene una rotación de 360°) Por su parte. los de brazo articulado y los modelos SCARA presentan un volumen de trabajo irregular. Para determinar el volumen de trabajo de un robot industrial. etcétera. precisamente. Para explicar con mayor precisión el término resolución espacial tomemos el siguiente ejemplo: En el dibujo de la derecha. Las inexactitudes mecánicas se encuentran estrechamente relacionadas con la calidad de los componentes que conforman las uniones y las articulaciones. Como ejemplos de inexactitudes mecánicas pueden citarse la holgura de los engranes.Precisión de Movimientos: La precisión de movimientos en un robot industrial depende de tres factores: la resolución espacial. la exactitud y la repetibilidad. Del control del sistema porque éste. se mueve al robot del P1 al P2. De esta forma la resolución espacial puede definirse también como la . en este caso el P2 representa el menor incremento que se puede mover el robot a partir de P1. La resolución espacial se define como el incremento más pequeño de movimiento que puede ejecutar un robot depende Directamente del control del sistema y de las inexactitudes mecánicas del robot. se supone que utilizando el teach pendant. Si se observan estos incrementos en un plano se vería como una cuadricula. es el medio para controlar todos los incrementos individuales de una articulación. En donde en cada intersección de líneas se encuentra un punto "direccionable" es decir un punto que puede ser alcanzado por el robot. las tensiones en las poleas. las fugas de fluidos. al indicarle mediante un comando de programación que regrese al punto PP el robot se puede colocar en el punto de regreso (PR) o en otro punto de regreso que tenga la misma distancia hacia PP. o La precisión de movimientos del robot depende. o La repetibilidad. La exactitud se refiere a la capacidad de un robot para situar el extremo de su muñeca en un punto señalado dentro del volumen de trabajo. además de la resolución espacial. Esto se debe a que las inexactitudes mecánicas se incrementan al ser extendido el brazo. ya que en un robot industrial se espera que la repetibilidad esté en el orden de +/. En otras palabras. las cargas más pesadas reducen la exactitud (al incrementar las inexactitudes mecánicas). En el dibujo si quisiera mover el robot exactamente al punto donde se encuentra la pieza de trabajo.0. La exactitud mantiene una relación directa con la resolución espacial. .0490 mm. Otro factor que afecta a la exactitud es el peso de la carga. el robot solamente podría acercarse al objeto posicionándose en el punto direccionable más próximo. Un robot presenta una mayor exactitud cuando su brazo opera cerca de la base. En el dibujo del robot esta diferencia entre el punto PP y el PR está muy exagerada. es importante señalar que para un robot que tuviera este espacio de trabajo la distancia entre puntos esta muy exagerada para efectos de explicar el término. El peso de la carga también afecta la velocidad de los movimientos del brazo y la resistencia mecánica.distancia entre dos puntos adyacentes (en la primer figura sería la distancia entre los puntos P1 y P2). no podría colocarse exactamente en la posición requerida. se refiere a la capacidad del robot de regresar al punto que se le programó las veces que sean necesarias. de la exactitud y de la repetibilidad. es decir. En el dibujo. al robot se le enseñó el punto programado (PP). A medida que el brazo se aleja de la base. el tercer y último factor. la exactitud se irá haciendo menor. con la capacidad del control del robot de dividir en incrementos muy pequeños el volumen de trabajo. es posible apreciar las microscópicas variaciones que presenta el robot cada vez que regresa al punto indicado.Cabe hacer la aclaración que si usamos un microscopio. Se le da el nombre de impulsión eléctrica cuando se usa la energía eléctrica para que el robot ejecute sus movimientos. Sistemas de Impulsión: Los más comunes son tres: impulsión hidráulica. Los robots que usan la energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetibilidad. impulsión eléctrica e impulsión neumática. En la impulsión neumática se comprime el aire abastecido por un compresor-. La impulsión eléctrica se utiliza para robots de tamaño mediano. o El sistema de impulsión hidráulica es en la que se utiliza un fluido. o o Es importante señalar que no todos los elementos que forman el robot pueden tener el mismo tipo de impulsión. Solo resta hablar de aquellos robots que se valen de la impulsión neumática para realizar sus funciones. . dando un total de 6 grados de libertad. generalmente un tipo de aceite. En otras palabras. Este robot presenta una configuración angular. Los robots que funcionan con impulsión neumática están limitados a operaciones como la de tomar y situar ciertos elementos. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS ROBOT EXAMINADOS Robot Unimate modelo PUMA. para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de la impulsión neumática. no existe la repetición absolutamente exacta. La impulsión hidráulica se utiliza para robots grandes. tiene 3 grados de libertad en el cuerpo y brazo y 3 en la muñeca. pues éstos no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con impulsión hidráulica. el cual viaja a través de mangueras. los cuales presentan mayor velocidad y mayor resistencia mecánica. Z). y a . Introducción 1. -Es el lenguaje de programación del robot. . Objeto del proyecto El objeto de este proyecto es desarrollar un analizador sintáctico y léxico para el lenguaje ACL (Lenguaje de Control Avanzado) que será implementado en una aplicación. Y.1. tiene 3 grados de libertad en el cuerpo y brazo (correspondiente a los ejes X. la cual devolverá los errores de sintaxis y de léxico de un determinado programa escrito en este lenguaje.Su utilización principal en la celda de manufactura. LENGUAJE ACL ACL (Lenguaje de Control Avanzado) -Lenguaje de control que ofrece al usuario todos los -Comandos y funciones para que el robot se mueva. Robot del sistema AS/RS Este es un robot de configuración cartesiana.Las definiciones de cada función 1. un grado de libertad rotacional en la muñeca. o producción. es para carga y descarga de materiales a las maquinas de control numérico. 1. además posee una pinza o garras en su extremo.2.1 Robot SCORBOT 1. Con dicha herramienta podría avanzarse más rápidamente en el desarrollo de las prácticas de laboratorio. Introducción al proyecto Para el desarrollo de este proyecto se han utilizado diversas herramientas. Básicamente el programa se compone de tres partes: la dedicada a la gramática del lenguaje ACL. Para la creación de la gramática en Java utilizaremos la herramienta ANTLR. en caso de estar interesado. pueda desarrollar aplicaciones similares o mejorar la presente en la medida de lo posible. test o clasificación. haciendo uso también de C++ para la creación de la ventana en tres dimensiones. La aplicación principal se desarrollará en lenguaje Java. 12 1. El robot puede ser combinado con otros componentes de automatización o bien operar de forma individual y autónoma. Éstas y el resto de herramientas utilizadas serán explicadas con detalle a lo largo de esta memoria. pudiendo observar el brazo robótico SCORBOT en movimiento a través de una ventana en tres dimensiones.3. Esta aplicación es especialmente útil si consideramos un brazo robótico que realice un gran número de operaciones. la que se basa en Java para ejecutar las acciones vinculadas a cada comando ACL y la de representación en tres dimensiones en C++. Esto es debido a que este lenguaje es escasamente conocido por lo que en esta memoria se desarrollará una pequeña introducción al mismo. algunas de ellas no muy extendidas.continuación lo ejecutará. Antecedentes Este proyecto nació a raíz de una necesidad práctica para los brazos robóticos SCORBOT. Dado que el alumno llegaría al equipo (robot) con el programa ya probado y depurado. . detectando de manera rápida y precisa los errores cometidos en la escritura del programa en ACL. También se explicarán los lenguajes utilizados. por lo que éstas serán explicadas para que el lector de este documento. El brazo robot es de tipo articulado vertical con cinco articulaciones que proporcionan 5 grados de libertad. como alimentador de máquinas CNC o para llevar a cabo tareas de medición. En concreto se deseaba tener una herramienta que permitiese realizar un programa ACL sin tener que estar en el laboratorio con el robot y poner simular el comportamiento del programa. centrándonos en aquel con el que se ha escrito la gramática. La velocidad y precisa repetibilidad de trayectoria permiten aplicar este robot en cadenas de producción como robot soldador. A estos lenguajes de la segunda generación. generar informes y controlar las actividades de la célula de trabajo. • Prioridad relativa entre procesos asíncronos. se incluye la capacidad para tratar con más que señales binarias simples (todo o nada) y la capacidad para controlar los dispositivos por medio de los datos del sensor. 3. Activan el robot para que realice tareas más complejas. salvan algunas limitaciones de los lenguajes de la primera generación y las añaden a estas capacidades mediante la incorporación de características que hacen que el robot parezca más inteligente. . Inteligencia limitada. reemplazó al VAL y fue lanzado al mercado en 1984. 2. pero a veces. Este lenguaje tiene las siguientes características y capacidades: 1. Comunicaciones y procesamiento de datos. Los lenguajes de esta segunda generación suelen tener los medios adecuados para interactuar con computadoras y bases de datos de computadora con el propósito de almacenar registros. Esta característica es básicamente la misma que para los lenguajes de la primera generación. forma parte de la segunda generación de lenguajes de programación de robots. Las aportaciones más relevantes de VAL II son: • Al concepto de programa de control del robot añade el de programa de control de proceso. Capacidad de sensor avanzadas. se les ha llamado lenguajes de programación estructurada. • Comunicación con un ordenador central (host). porque poseen las construcciones de control estructuradas utilizadas en los lenguajes de programación de la computadora. • Admite las cinco estructuras clásicas de control. Entre las mejoras de estos lenguajes de la segunda generación. Este lenguaje. Control de movimiento. va más allá por su inclusión de problemas geométricos más complejos que la interpolación de la línea recta. K50 ROBT EL LENGUAJE V+ .22 .EL LENGUAJE DE ROBÓTICA INDUSTRIAL VAL II El VAL II.Jaume Yebra Pérez Núria Lagos Fdez. Esta capacidad utiliza la información recibida sobre el entorno de trabajo para modificar el comportamiento del sistema de una manera programada. VAL II (y los lenguajes de la segunda generación). 4. SETI COUNT = COUNT + 1 . REMARK y las apila. 7. para el control de la actuación de manipuladores.00 14. en aplicación de técnicas de I. DEPARTS 200. 200. también.La comunicación con un “host”. OPENI 17. DEPARTS 200. MOVES PICKUP 12.. Se abre así un nuevo campo de posibilidades en tareas de robótica inteligente. MOVES B 16. puesto que las tareas se definen mediante los programas escritos por el usuario. APPRO B. OPENI 8. CLOSEI 13. En resumen. Se puede así empezar a pensar para los robots de Unimation en tareas coordinadas con sistemas de visión. Proporciona la capacidad para facilitar la definición de la tarea que va a realizar un robot. etc. Ejemplo de programa para apilar bloques VAL II 1. la capacidad para responder a la información a partir de sensores tales como la visión de máquina. REMARK Este programa … REMARK recoge piezas 6.00 11. 10 APPROS PICKUP. 86]. VAL II es un lenguaje y sistema de control basado en computadora diseñado para los robots industriales Unimation.00 15. SETI COUNT = 0 10. Incluyéndose. el perfeccionamiento en la ejecución del movimiento del brazo y el trabajo en las situaciones imprevisibles o utilizando sistemas de referencia. aumenta enormemente las posibilidades del sistema ya que pone al alcance del robot toda la potencia de cálculo y de gestión de información procedente de sensores representada por el “host”. [Ferraté et al. 200. SET B = DEPOSIT 9.A.00 18. 00 24. 0.00 ALWAYS 26. READY 27. TYPE *** FIN DE PROGRAMA APILAR *** . REMARK COUNT indica el nº tot de apilamientos 21.00 mm 23. IF COUNT EQ 4 THEN 20 22. REMARK mover a B incrementando z en 75. TYPEI COUNT 20.Jaume Yebra Pérez Núria Lagos Fdez. 20 SPEED 50.23 . GOTO 10 25. 75.19. K50 ROBT EL LENGUAJE V+ Significado de las líneas de programa anteriores: 1 a 6 son comentarios 7 da la orden de abrir la pinza del elemento terminal 8 asigna a la variable B el valor de la localización donde se desean depositar los objetos 9 inicializa la variable entera COUNT 10 mueve el elemento terminal en línea recta desde la posición actual hasta una que dista 200 mm sobre el eje Z de la herramienta en el punto donde se desea recoger el objeto 11 realiza un movimiento en línea recta que sitúa el elemento terminal en el punto PICKUP 12 cierra la pinza 13 se aleja de la posición anterior 200 mm en línea recta sobre el eje Z de la herramienta 14 realiza un movimiento de aproximación hasta 200 mm del punto B 15 mueve el elemento terminal en línea recta hasta B 16 abre la pinza 17 se aleja en línea recta de B 18 aumenta una unidad el valor del contador COUNT . SHIFT B BY 0.00.00. 19 muestra el valor actual del contador COUNT 21 expresión condicional para comprobar si ha terminado el traslado de los cuatro objetos 23 modifica la localización de B en 75 mm según la coordenada Z 24 vuelve a la línea con el indicador 10 25 cambia la velocidad (50 % de la nominal) 26 lleva al manipulador a la posición de reposo 27 escribe el mensaje de final de programa. .