Robótica Industrial

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Robótica Industrial
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Fecha de Creación1938, con la construcción el primer brazo articulado, para realizar labores de pintura al spray.

Robótica industrial es una rama de la ingeniería que incorpora múltiples disciplinas para diseñar, construir, programar y utilizar los equipos robóticos. Así mismo, se refiere al uso de sistemas de control, computadoras y tecnología de la información para el manejo de diversos procesos y maquinaria en una industria. El objetivo final es reemplazar el trabajo manual y aumentar la eficiencia, la velocidad y el rendimiento general.

El término «robot» viene de la palabra checa «robota», generalmente traducida como «trabajo artificial». Esto describe bastante bien a la mayoría de los robots, diseñados para trabajos de fabricación pesados y repetitivos. De igual manera, manejan tareas que son difíciles, peligrosas o aburridas para los seres humanos. Un robot industrial es un manipulador reprogramable multifuncional diseñado para mover materiales, piezas, herramientas o artefactos especiales, mediante movimientos variables programados, para la ejecución de tareas potencialmente muy diversas El objetivo final es reemplazar el trabajo manual y aumentar la eficiencia, la velocidad y el rendimiento general.


Historia de la Robótica Industrial

En la medida que los diferentes adelantos tecnológicos y la automatización se han ido incorporando a los procesos industriales. Algunos teóricos consideran que la historia de la Robótica Industrial ha estado asociada a 4 grandes momentos ubicados en varios siglos.

  • La primera etapa se configura con la construcción de equipos de producción que funcionaron con agua y energía de vapor.
  • Una segunda etapa con la incorporación de la división de funciones de los diferentes robots industriales creados y la utilización de la energía eléctrica.
  • Una tercera etapa se inicia con la incorporación de los elementos como la electrónica, informática y tecnologías de información como factores fundamentales para el desarrollo de los procesos industriales y finalmente una etapa que considera el uso de sistemas físicos y cibernéticos como acciones muy relevantes asociadas a los procesos de manufactura, participación con el entorno humano y aumento de los procesos de producción industrial.

Entre los principales hitos de la historia de la robótica industrial durante el siglo XX, podemos indicarte:

  • 1938: H. Roselund y W, Pollard, pertenecientes a la compañía Devilviss, construyen el primer brazo articulado, para realizar labores de pintura al spray. Se considera un aporte al considerar la producción industrial al incorporar robots a las cadenas de producción.
  • 1948: George Devol y Joseph Endelgerb, lograron realizar la primera patente de un robot industrial.
  • 1951: W. Shockley inventa el transistor, que permite crear una nueva generación de computadoras rápidas y eficientes.
  • 1960: La empresa Norteamericana General Motors incorpora a su producción un brazo robótico para levantar grandes piezas de metal caliente.
  • 1968: La empresa Kawasaki se erige como la pionera en robótica en Japón al negociar en 1968 una licencia con la americana Unimation.
  • 1978: P. Will y D. Grossman desarrollan un prototipo para montaje de motores en IBM.
  • 1982: IBM introduce al mercado industrial un robot de montaje industrial RS-1, que utiliza un brazo constituido por 3 dispositivos de deslizamiento.
  • 1995: La cantidad de robots industriales alcanza las 700.000 unidades, generando importantes volúmenes de negocio en ingresos financieros.
  • 2000: La empresa japonesa Honda, produce para venta su robot androide: ASIMO.


Componentes de un robot industrial

Un robot industrial está diseñado con tres componentes principales:

  • La mecánica, que representa lo que realmente se ve del robot. Esta parte es importante para la precisión, la velocidad y la carga útil del robot.
  • La electrónicapermite que el sistema de control dirija todos los motores y obtenga información del entorno a partir de los sensores.
  • La informática que hace al robot «inteligente» a través de la colaboración con el entorno del robot y el usuario

Hasta ahora los robots han sido utilizados para tareas muy específicas. Con mejores mecánica ordenadores e inteligencia artificial, podrán evolucionar hacia un nuevo tipo de inteligencia. Los robot pronto serán capaces de interactuar plenamente con su entorno.


Lenguajes de programación para la robótica industrial

Los lenguajes de programación están teniendo un impacto profundo en la integración de los robots en las máquinas industriales. El software robótico juega un papel clave en la realización de operaciones complejas y funcionalidades precisas. Para empezar a programar en robótica, hay que empezar a aprender varios tipos de lenguajes para hacer que un robot funcione. Aunque la robótica es un tema complicado, el aprendizaje de estos lenguajes de programación te ayudará a diseñar un proyecto para crear una interfaz fácil de usar. Existen más de 1500 lenguajes de programación en el mundo, que se utilizan para aprender e implementar. Aquí están los principales y más populares lenguajes de programación en la robótica: C/C++: Aprender C y C++ es el mejor comienzo para un aspirante a robótico ya que es un lenguaje de programación de uso general que contiene características de programación imperativas, orientadas a objetos y genéricas. ¿Por qué C++ es el lenguaje de programación número 1 en robótica industrial?

  • C++ permite la interacción con el hardware, y también el rendimiento en tiempo real.
  • C y C++ son lenguajes de programación muy desarrollados.
  • Para asegurar el mejor rendimiento de un robot, será mejor usar C++.

Como la robótica depende del rendimiento en tiempo real, C y C++ son las mejores opciones para los robots.

Python: Python es un lenguaje de programación de alto nivel y juega un papel clave en la construcción y en las pruebas de los robots. A su vez, este lenguaje de programación es una buena plataforma para automatizar y procesar programas de robots. Mucha gente elige este lenguaje de programación ya que podemos escribir un scriptque calcula, registra y simula un programa de robot completo en lugar de enseñar manualmente cada instrucción a un robot. Esto ayuda a probar y visualizar rápidamente la solución en la simulación, así como a perfeccionar el programa y su lógica. ¿Por qué Python es el lenguaje de programación más utilizado en la robótica industrial?

  • Cuando se compara con C, C++ y Java, se pueden escribir menos líneas de código en Python.
  • Aprender Python es una guía esencial para crear un robot móvil autónomo usando los marcos de [[software robótico más populares.
  • Este lenguaje se utiliza en el diseño de sistemas integrales y es una parte esencial del sistema operativo del robot.
  • El enfoque principal de Python es la facilidad de uso y se requiere menos tiempo para programar, como definir y moldear tipos de variables.
  • Cuando se requiere implementar alguna funcionalidad básica, hay un gran número de librerías gratuitas para ello.

Java: Para realizar tareas similares a las humanas, los sistemas robóticos deben ser incluidos con funciones a través de lenguajes de programación. Para habilitar a los robots con estas funciones, se puede utilizar el lenguaje Java, ya que ofrece una serie de diferentes API que se adaptan a las necesidades del ámbito de la robótica. Se pueden construir sistemas de detección de comandos y controles, sistemas de control de dictado y sintetizadores de voz utilizando la API de voz de Java y se puede utilizar el marco de medios de comunicación de Java para recibir y procesar imágenes visuales. ¿Por qué Java es de los lenguajes de programación más utilizados en la robótica industrial?

  • Java contiene todas las características de alto nivel necesarias en la industria de la robótica, especialmente cuando se trata de la inteligencia artificial.
  • Usando Java, se pueden crear algoritmos altamente eficientes para el aprendizaje de la máquina, algoritmos de búsqueda y neuronales, procesamiento de lenguaje, etc.
  • La máquina virtual de Java interpreta las instrucciones en tiempo de ejecución
  • [[Java permite a los usuarios utilizar el mismo código en muchas máquinas diferentes, gracias a la Máquina Virtual de Java.
  • Proporciona todas las características de alto nivel necesarias para tratar con varios aspectos de la robótica.

C#/.NET: C#/.NET es un lenguaje creado por Microsoft que se usa para desarrollar aplicaciones en Visual Studio. Ejemplos de ello son Netduino, FEZ Rhino y otros). Proporciona a los futuros programadores una sólida base sobre la que pueden ramificarse en diferentes campos. C#/.NET]] se utiliza generalmente en la programación de puertos y sockets. ¿Por qué C#/.Net es uno de los lenguajes de programación más utilizados en la robótica industrial?

  • C#/.NET permite usar múltiples lenguajes y tiene escalabilidad horizontal.
  • .NET crea un entorno unificado que permite a los desarrolladores de robótica crear programas en C++, Java o Virtual Basic.
  • Todas las herramientas y los IDE han sido probados previamente y están fácilmente disponibles en la Red de Desarrolladores de Microsoft.
  • La integración de los lenguajes es perfecta, ya que se pueden utilizar distintos tipos, desde C# hasta VB.NET.

MATLAB: Técnicamente hablando, MATLAB no es un lenguaje de programación pero es una herramienta con la que se pueden encontrar soluciones de ingeniería basadas en las matemáticas. Los desarrolladores de robótica necesitan aprender MATLAB si quieren analizar datos, producir gráficos avanzados o implementar sistemas de control. MATLAB y sus parientes de código abierto, como Octave, es muy popular entre algunos ingenieros robóticos para el análisis de datos y el desarrollo de sistemas de control. La programación de un robot requiere diseñar el controlador que gobierna el comportamiento del robot. El modelado y la simulación se volvieron vitales para entender cómo el controlador interactúa con la percepción del entorno, la movilidad y la interacción del robot. ¿Por qué MATLAB se utiliza en la robótica industrial?

  • MATLAB es muy útil para diseñar todo el sistema robótico industrial.
  • Se utiliza con frecuencia en la industria de la robótica, ya que está profundamente arraigado en la creación y el desarrollo de los robots.
  • Es una herramienta de simulación mediante la cual puede proporcionar su algoritmo o diseño y simular el resultado.
  • Por otro lado, la simulación ayuda a los ingenieros a perfeccionar el diseño del sistema y a eliminar los errores antes de desarrollar los prototipos de hardware.

ROS: El Sistema Operativo de Robots (ROS) no es propiamente un lenguaje de programación. Se trata de un sistema flexible para programar el software de los robots. Es una colección de herramientas, bibliotecas y protocolos que tienen como objetivo simplificar la tarea de crear un comportamiento robótico complejo y robusto en una amplia variedad de plataformas robóticas. ROS es más bien un middleware, algo así como un «framework» de menor nivel basado en un sistema operativo existente. El principal sistema operativo soportado por ROS es Ubuntu. Tienes que instalar ROS en tu sistema operativo para poder usarlo. En consecuencia, ROS se diseñó desde cero para fomentar la colaboración en el desarrollo de software de robótica. Los subprogramas que se escriben (nodos) pueden ser escritos en cualquier idioma. Así, una aplicación puede tener un nodo escrito en Python]] comunicándose con un nodo escrito en C++. ¿Por qué ROS se utiliza en la robótica industrial?

  • ROS es uno de los sistemas de robótica más – si no el más – cuidado y desarrollado para los programadores de robots.
  • Es de código abierto, puedes encontrar fácilmente el código y usarlo en tus programas.
  • Es un estándar para el desarrollo de software de robótica.


Para qué sirve la robótica Industrial

Los robots son máquinas programables capaces de realizar una serie de acciones de forma autónoma o semiautónoma. Interactúan con el mundo físico a través de sensores y actuadores. Al ser reprogramables, son más flexibles que las máquinas de una sola función. Dentro de la automatización industrial, los robots se utilizan como una forma flexible de automatizar una tarea o proceso físico. Los robots de colaboración están diseñados para llevar a cabo la tarea de la misma manera que lo haría un humano. Los robots industriales más tradicionales tienden a llevar a cabo la tarea más eficientemente que un humano. Las aplicaciones de la robótica son infinitas. A menudo, los robots se diseñan o integran con una tarea específica en mente y se adaptan para satisfacer las necesidades únicas de esa tarea. Algunas formas comunes de automatización de la robótica industrial incluyen:

  • Soldadura por arco (coches)
  • Operaciones de montaje.
  • Pintura y pulverización.
  • Corte por láser.
  • Placas de circuito de energía.
  • Embalaje
  • Inspección del producto.
  • Medición y verificación por láser del ensamblaje de las piezas.
  • Robots móviles (por ejemplo, en áreas sensibles).

Gracias a los robots, todas esas operaciones se procesan con gran resistencia, velocidad y precisión. Ahora que sabemos mejor para qué usamos los robots, veamos qué categorías de robots podemos encontrar en el mercado.


Tipos de Robots industriales

Los robots que operan en la industria pueden clasificarse según diferentes criterios como el tipo de movimiento (grados de libertad), la aplicación (proceso de fabricación), la arquitectura (en serie o en paralelo) y la marca. También existe un nuevo calificativo para los robots industriales que pueden ser colaborativos o no. A continuación describo algunas de las formas industriales más comunes de automatización robótica.

  • Robot Cartesiano:

Un robot cartesiano se mueve a lo largo de 3 ejes (X, Y, Z) con una trayectoria lineal y la herramienta de efecto final siempre mantiene la misma orientación. Esta solución es una de las más fáciles y baratas. Por ejemplo, los robots cartesianos están bien diseñados para la impresión en 3D. Sin embargo, debido a la falta de gestión de la orientación, los casos de uso son de alguna manera limitados.

  • Robots con múltiples grados de libertad:

Un robot multi-DOF tiene más articulaciones y más ejes. Una configuración bien conocida es un robot con 3 ejes para moverse y 3 ejes para orientar el efector final (6 grados de libertad). El robot puede alcanzar cualquier punto con cualquier orientación. Esta solución es mejor para operaciones multitarea y complejas, aunque el precio es mayor. Las posibilidades de uso de los robots polares son infinitas.

  • Robot SCARA:

Un robot SCARA es una mezcla de los dos robots de arriba. Puede moverse a lo largo de 3 ejes (X, Y, Z) pero tiene un eje más para orientar el efector final en una dirección. Este tipo de robot es más específico y funciona bien para tareas de «recoger y colocar». Robot Redundante Los robots redundantes también pueden posicionar completamente su herramienta en una posición determinada. Pero mientras que los robots de 6 ejes sólo pueden tener una postura para una posición dada de la herramienta, los robots redundantes pueden acomodar una posición dada de la herramienta bajo diferentes posturas. Es como el brazo humano que puede sostener un mango fijo mientras mueve las articulaciones del hombro y el codo.


Beneficios de la robótica industrial

La robótica industrial ha transformado la industria manufacturera por una razón: tienen muchos beneficios. Su primer y más importante beneficio es su eficiencia. Completan las tareas más rápidamente que las labores manuales, y su tiempo de funcionamiento es significativamente mayor. La combinación de velocidad y tiempo de funcionamiento conduce a un mayor rendimiento con menores costes operativos. Además, los robots, cuando se programan adecuadamente, son por naturaleza altamente replicables. Esto mejora la consistencia de la producción de forma drástica, aumentando la calidad general del producto y reduciendo los residuos. Los brazos robóticos industriales suelen ofrecer un gran retorno de la inversión (ROI) a pesar de los altos costes iniciales. Los beneficios de productividad derivados de la eficiencia, la consistencia y la reducción de los costes operativos se suman rápidamente, lo cual forma parte de lo que ha hecho que los robots industriales sean tan populares entre los fabricantes durante la última década. Los robots ofrecen muchos beneficios en el balance final, independientemente del tipo de robot industrial que se esté implementando. Mientras un robot esté programado adecuadamente y se adapte a las necesidades únicas de una determinada aplicación, es casi seguro que superará el trabajo manual. El mercado de los robots de fabricación es grande y crece rápidamente. La tecnología utilizada cambia con la misma rapidez. Puede ser difícil mantenerse al ritmo de los rápidos cambios en la industria de la robótica, pero comprender los tipos de robots industriales y los beneficios que proporcionan es un gran comienzo.


Véase también


Fuentes

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