Mecatrónica Módulo 10: Robótica Solución (Concepto) Petr Blecha Zdenêk Kolíbal Radek Knoflícek Ales Pochylý Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universidad Politécnica de Brno, República Checa Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr. 2005-146319 „MINOS“, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS**“, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida. www.minos-mechatronic.eu

Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza:

Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland – Projektleitung

Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und

Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICma rgune, Spanien University of Naples, Italien Uni s, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt gGmbH, Deutschland VEMAS, Deutschland

Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0)371 531-23500 Fax: + 49(0)371 531-23509 Email: minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch oder www.minos-mechatronic.eu

1. Pregunta: Describir los métodos de programación de robots

Programación de robots “on-line” (en línea) – La programación “on-line” tiene lugar en el propio lugar de producción e incluye a la célula de trabajo. El robot es programado mediante un elemento denominado “teach box”. La programación “on-line” tiene las siguientes ventajas y desventajas con respecto a la programación “off-line” (fuera de línea):

Ventajas: - Fácilmente accesible.

- El robot es programado de acuerdo a la situación real de los equipos y las piezas.

Desventajas: - Ocupa un equipo de producción valioso y escaso

- El lento movimiento del robot durante la programación

- La lógica y cálculos del programa son arduos de programar

- La parada de la producción durante la programación

- El coste es equivalente al valor de la producción

- Pobremente documentado

Programación de robots “off-line” (fuera de línea) – La programación “off-line” tiene lugar en un ordenador y se utilizan modelos de la célula de trabajo robotizada, las piezas y los alrededores. Los programas del robot pueden ser creados, en la mayoría de los casos, mediante la utilización de datos CAD ya existentes por lo que la programación es rápida y eficaz. Los programas del robot son verificados mediante una simulación y los errores detectados son corregidos.

Ventajas: - No ocupa equipamiento de producción

- Programación efectiva de la lógica y los cálculos por las facilidades de detección de errores existentes.

- Las localizaciones se construyen de acuerdo a modelos y esto puede significar que los programadores tendrán que ajustar bien los programas en línea o utilizar sensores

- Programación eficaz de las localizaciones.

- Verificación del programa a través de simulación y visualización

- Bien documentado a través del modelo de simulación con programas adecuados

- Utilización de los datos existentes de CAD

- El coste es independiente de la producción. La producción puede continuar durante la programación.

- Herramientas de apoyo a proceso, por ejemplo, la selección de parámetros de soldadura

Desventajas: - Exige invertir en un sistema de programación “off-line”

Programación de robots híbrida (mixta) – Mediante la utilización de las ventajas de la programación “on-line” y “off-line” la técnica puede ser optimizada. A esta modalidad se le denomina generalmente como programación híbrida. Un programa de robot

consiste principalmente en dos partes: localizaciones (posición y alineamiento) y lógica de programa (estructura de control, comunicación, cálculos). La lógica del programa y la mayor parte de los comandos (órdenes) de movimiento pueden ser desarrollados de manera efectiva “off-line” con la utilización de datos CAD y la interacción del programador. Los comandos de movimiento para ubicar el emplazamiento de la pieza en la célula de trabajo del robot puede ser realizados “on-line” si fuera necesario. De esta manera pueden ser utilizadas las ventajas de ambos métodos.

Programación de robots por aprendizaje inmediato – En el modo ”TEACH“ (aprender), el actuador final (cabeza tecnológica) es guiado por el programador a lo largo del trayecto deseado, siendo este grabado en la memoria del control del sistema. Después de la activación del programa grabado, el robot repite la actividad aprendida en el modo “REPEAT” (repetir) una y otra vez. Este tipo de robot se utiliza principalmente en la soldadura continua a lo largo de un trayecto dado, o para la aplicación de pintura o recubrimiento de protección. Programación de robots punto a punto – El programador utiliza el panel de control para guiar el actuador final del robot al punto deseado, que es guardado en la memoria del control del sistema. El robot a partir de entonces realiza las operaciones de acuerdo a la actividad preestablecida entre los puntos individuales o en estos puntos. Este tipo de robot es muy práctico para la soldadura por puntos de los cuerpos de los coches en las fábricas, por ejemplo.

2. Pregunta: Describir la clasificación de los componentes de sujeción mecánicos: - pasivo: - accesorios fijos y ajustables

- garras flexibles y suspendidas

- activo: - con un motor hidráulico - con un motor neumático

- con un electromotor - con un electroimán

magnético: - pasivo: - imanes permanentes - activo: - electroimán

vacío: - pasivo: - ventosas de deformación de vacío (alternativa: con una válvula auxiliar)

- activo: - con una bomba de vacío - con un expulsor especial

3. Pregunta: Especifica el diámetro del motor lineal de fluido para un amarre con

respecto al diagrama siguiente

Para el cálculo del diámetro del motor lineal de fluido(neumático o hidráulico) destinado, por ejemplo, para una pinza con la mecánica basada en la fig. 2,60, es posible utilizar el procedimiento derivado de la determinación de la fuerza motriz Fv, para la que es aplicable la siguiente fórmula:

v

2

v .4

D..p

F

donde D es el diámetro del motor de alta potencia, v es el rendimiento del motor de fluido. Para la relación entre la fuerza motriz Fv y la fuerza de amarre Fu se aplica la siguiente fórmula :

2

u

v cos.ab2

FF

y para el cálculo del diámetro necesario en el motor de alta potencia, se utiliza la siguiente fórmula:

iv

u

..p..a

b..cos.4D

F

donde es el ángulo de transmisión, i es el rendimiento del mecanismo de transmisión entre la varilla del pistón de salida del motor y las garras .

4. Pregunta: Describir y proporcionar diagramas esquemáticos para los diferentes tipos de pares cinemáticos, utilizados en la construcción de robots industriales y manipuladores

Par cinemático de traslación (T) – La representación de este par cinemático es relativamente simple y solamente requiere imitar el movimiento lineal de dos cuerpo uno a lo largo del otro. Sin embargo, ha de ser tenida en consideración la relación del posible movimiento entre los dos cuerpos móviles:

- un cuerpo corto se mueve a lo largo de una guía larga – diseño de soporte (a) - un cuerpo largo se mueve dentro de un sistema de guiado de corto – diseño de capas (b) - diseño extensible o telescópico (c)

a ) b ) c )

Si no se utilizan símbolos adicionales, se asume que el elemento móvil en el par cinemático del diagrama anterior no puede girar al mismo tiempo. Par cinemático de rotación (R) – Cuando se representa un par cinemático de rotación, es necesario tener en cuenta las características específicas, que incluye tanto la rotación alrededor de su propio eje como un brazo giratorio de radio “r” que gira alrededor de un eje excéntrico (unión) , así como la dirección de la vista (frente, plano, o vista lateral) de la articulación de rotación. - Par cinemático de rotación con un brazo giratorio “r“ (a, c) - Par cinemático de rotación con rotación alrededor de sus propios ejes (b, d) - Par cinemático de rotación con un ángulo de rotación ilimitado (e) - Par cinemático de rotación con un ángulo de rotación limitado (f)

5. Pregunta: ¿Cuál es el fin de la utilización de dispositivos periféricos para robots industriales y manipuladores? Los dispositivos periféricos son medios de manipulación auxiliares o mecanismos cuyo fin es realizar el transporte sencillo del objeto de la robotización (por ejemplo la pieza de trabajo, soldadura, parte a ensamblar, etc.) a lugares al alcance del brazo de robot industrial estacionario o manipulador.

6. Pregunta: ¿Qué función desempeñan los dispositivos periféricos? Realizan movimientos intermedios entre las operaciones de trabajo individual dentro del espacio de trabajo del área robotizada, que no pueden ser realizados ni por el robot ni por un manipulador. Por otra parte, también producen el suministro necesario de objetos o cambian la orientación del objeto en el espacio. Esto quiere decir que los dispositivos periféricos habilitan el transporte y almacenaje de objetos, manipulación sencilla, etc. Los dispositivos periféricos hacen que la programación de los entornos robotizados resulte mucho menos dificultosa y además dan la posibilidad de utilizar manipuladores o robots industriales con menos grados de libertad o parámetros técnicos más sencillos.

7. Pregunta: ¿Cuáles son las ventajas de la utilización de dispositivos periféricos en un lugar de trabajo tecnológico robotizado? La cooperación de un manipulador o un robot industrial con dispositivos periféricos acelera el proceso de manipulación acortando el tiempo necesario para su realización.. Además, a menudo ofrece también mayor precisión en el posicionamiento del objeto.

8. Pregunta: ¿Cuáles son las soluciones constructivas utilizadas en dispositivos periféricos en orden a su clasificación? Las soluciones constructivas utilizadas en dispositivos periféricos están siempre adaptadas a cada espacio de trabajo robotizado, y pueden ser clasificadas de acuerdo a diferentes aspectos, a saber: la función que van a realizar, características constructivas o emplazamiento en el espacio de trabajo robotizado.

9. Pregunta: ¿Qué especificaciones han de darse sobre la función de un dispositivo periférico?

La función de un dispositivo periférico pueden ser clasificada en tres grupos básicos: a) el dispositivo mueve el objeto, cambiando la posición de su centro de gravedad, pero

la orientación en el espacio permanece constante. b) el dispositivo cambia la orientación del objeto, lo rota alrededor de su eje o su centro

de gravedad, pero el objeto no cambia de lugar. c) el dispositivo cambia tanto la posición del centro de gravedad del objeto como su

orientación.

10. Pregunta: ¿Cómo pueden clasificarse los dispositivos periféricos de acuerdo a sus características constructivas? De acuerdo a sus características constructivas, los dispositivos periféricos pueden ser clasificados como cintas transportadoras, mesas giratorias y compuestas, elementos de elevación y transporte, transportadores con silo y tolva, palets, y carros de transferencia.

11. Pregunta: ¿Cómo pueden ser clasificados los dispositivos periféricos de acuerdo a la manera en que realizan la reubicación del objeto, o más concretamente, de su centro de gravedad? El objeto es reubicado cambiando la posición de su centro de gravedad mientras la orientación del objeto permanece constante. Reconocemos los siguientes dispositivos periféricos con cambio del centro de gravedad (ordenados de acuerdo a su posición): la posición del centro de gravedad cambia en un recorrido lineal, la posición de centro de gravedad cambia en un recorrido circular, la posición del centro de gravedad cambia en un plano, la posición del centro de gravedad cambia en el espacio.

12. Pregunta: ¿Cómo pueden se clasificados los dispositivos periféricos de acuerdo a su solución constructiva?

La soluciones constructivas de los dispositivos periféricos están siempre adaptadas a la máquina de producción particular, el manipulador o el robot industrial,

principalmente al propósito del espacio de trabajo pero también al objeto de robotización (su forma, tamaño, peso, número de piezas, etc.) En términos constructivos pueden ser clasificados en cintas transportadoras, posicionadores de soldaduras y accesorios.

13. Pregunta: ¿Qué tipo de cintas transportadoras conoces? Las cintas transportadoras son un elemento fundamental en el transporte de componentes y piezas (objetos de la manipulación) y pueden ser de varios diseños y tipos. Transportan productos semielaborados, piezas fabricadas, instrumentos, herramientas de producción, conjuntos o incluso residuos. Las más usadas son: cinta transportadora de correa, de cadena, aéreas, vibradoras, cintas transportadoras en producción automática y líneas de montaje, y pistas de rodillos.

14. Pregunta: ¿Para qué son utilizados los posicionadores de soldadura y accesorios? Los posicionadores de soldadura y accesorios son utilizados para fijar la posición de la soldadura. Los posicionadores de soldadura fijan la pieza soldada, y además realizan movimientos simples contra el brazo del robot industrial con una cabeza tecnológica -punta de soldadura para la soldadura por arco o pinzas para soldadura por puntos.

15. Pregunta: Enumera los elementos básicos de un espacio de trabajo robotizado y describe los más importantes: - robot industrial (1) - conexión a línea (2) - sistema de control -el armazón que contiene el control del robot, los convertidores de

frecuencia de cada uno de los ejes y posiblemente otros periféricos. (3) - “Teach” portátil – por medio del “teach” portátil es posible mover el robot en el

espacio y por lo tanto, con la ayuda de los puntos grabados en la memoria, crear el recorrido que el robot debería seguir en modo automático. (4)

- actuador final – está ubicado en la cabeza del robot y sirve para realizar una operación particular, por ejemplo, agarre de piezas, soldadura, etc.

- equipos de sensores - elementos de prevención de una posible colisión del robot con un operador humano, por ejemplo, unas barreras mecánicas

16. Pregunta: Describe las diferentes maneras de controlar un espacio de trabajo robotizado desde el punto de vista de interconexión con otros periféricos. Dibuja un diagrama. Control que utiliza sólo el sistema básico de control del robot.

Interconexión del sistema de control de robot con un PLC superior por medio de un bus de campo (por ejemplo, DeviceNet).

Control a distancia de un lugar de trabajo más complejo, con varios robots industriales por medio de Ethernet y servidor OPC.

17. Pregunta: ¿Cuáles son los elementos más importantes en un espacio de trabajo robotizado para soldadura por arco? Elementos básicos: - grupo electrógeno de soldadura - soplete

unidad de alimentación de alambre Elementos complementarios: - sensor de colisión - unidad de limpieza del soplete y corte del alambre de soldadura - punto central de la herramienta, unidad automática de calibración - posicionador de la pieza soldada

18. Pregunta: ¿Cuáles son los elementos necesarios en un espacio de trabajo robotizado para soldadura por puntos? - grupo electrógeno de soldadura - pinzas de soldadura por puntos - unidad de proceso para garantizar un circuito regular del líquido de refrigeración

19. Pregunta: ¿Qué tipo de robot industrial es más utilizado para operaciones de manipulación simples, tales como paletización? Describe su construcción y explica su importancia. Para tareas de paletización son utilizados robots con un reducido número de ejes (4 grados de libertad en lugar de 6). Los ejes 4 y 5 no están presentes en este caso, dado que en esta clase de tarea no es necesario cambiar la orientación en el espacio alrededor de los ejes x e y de los componentes manipulados. En un entorno de trabajo de paletización, la rotación de la pieza alrededor del eje z es suficiente. El correcto

posicionamiento del robot durante el movimiento se asegura mediante la utilización de dos barras. Una ventaja de esta solución es una mayor capacidad de carga.

20. Pregunta: Enumerar las principales ventajas del recubrimiento mediante robot Permite ahorrar aproximadamente un 25 – 30% del material de recubrimiento comparado con el método de recubrimiento manual. Es ideal en aquellos casos en los que los vapores del material de recubrimiento puedan ser peligrosos para la salud humana.

21. Pregunta: Describir el equipamiento necesario de un robot industrial utilizado para recubrimiento. - pistola rociadora (spray) - sistema de distribución del proceso de transferencia del recubrimiento – externo,

apoyado a lo largo de la parte externa del robot, o integrado en el interior de los brazos (mejor integrado)

- transferencia del material de recubrimiento – por medio de una bomba de engranajes. El movimiento de los engranajes es realizado por un servomotor clásico y, una vez conectado al sistema de control del robot, actúa como un séptimo eje.

- Alimentación de las capas de recubrimiento – por medio de reguladores de presión de control neumático y con medidor de caudal

- cambio de tipo de pintura – válvulas de control neumático protección externa del robot– materia textil, capa de teflón