Criterios de Implantación de un robot industrial Diseño Dise ño y control de una célula robotizada robotizada Característic Ca racterístic as a cons iderar en la selecció selecció n Seguridad en instalaciones robotizadas Mercado Me rcado de robot s Robotica IndustrialIndustrial- Criterios de Implantación
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Lay-out de la célu célula la robotizada Selección, definición, situación (y diseño) de elementos de la célula Elementos activos (robots, máquinas CNC, etc.) Elementos pasivos (mesas, alimentadores, utillajes, etc.) Definición y selección de la arquitectura de control proceso iterativo Definición del lay-out Ayuda de sistemas sistemas CAD Utilización de simuladores gráficos para robots Utilización de simuladores de FMS
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Robotica IndustrialIndustrial- Criterios de Implantación Implantación
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Ejemplo de lay-out de una célula flexibl e robotizada para la fabricació n d e calzado
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Disposición del robot en la célula de trabajo (I) Robot
en el centro de la célula
Máximo aprovechamiento del campo de acción Robots articulares, SCARA, polares y cilíndricos
M Aplicaciones: carga/descarga, soldadura, A paletización, ensamblado S I Robot en línea Trabajo sobre líneas de transporte D - Transporte intermitente o continuo M Aplicaciones: líneas de soldadura de automóviles P U Robotica Industrial- Criterios de Implantación
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Robot en el centro de la célula. Robot en línea
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Disposición del robot en la célula de trabajo (II)
Robot móvil Desplazamiento lineal del robot sobre una vía Aplicaciones: trabajo sobre piezas móviles, elevado campo
de acción, carga/descarga de varias máquinas M Robot suspendido A Intrínseca de robots tipo pórtico. También en articulares S Mejor aprovechamiento del área de trabajo I Aplicaciones: proyección de material, aplicación de D adhesivos, corte, soldadura al arco M P U
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Robot móvil. Robot suspendido
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Características a considerar en la selección de un robot (I) Area
de trabajo
Especificada por un dibujo acotado Tener en cuenta orientaciones y puntos singulares
M Grados de libertad A Dependiente de la aplicación S I Típicamente entre 3 (paletizado) y 6 (pintura, soldadura al arco) D - Coste del robot proporcional al número de GDL M P U Robotica Industrial- Criterios de Implantación
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Características a considerar en la selección de un robot (II)
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Resolución: Mínimo incremento que puede aceptar la unidad de control del robot. Su valor está limitado por la resolución de los captadores de posición y convertidores A/D y D/A, por el número de bits con los que se realizan las operaciones aritméticas en la CPU y por los elementos motrices, si son discretos
Precisión: Distancia entre el punto programado y el valor medio de los puntos realmente alcanzados al repetir el movimiento varias veces con carga y temperatura nominales. Su origen se debe a errores en la calibración del robot (punto de sincronismo por ejemplo), deformaciones por origen térmico y dinámico, errores de redondeo en el cálculo de la transformación cinemática , errores entre las dimensiones reales y teóricas del robot, etc.
Repetibilidad: Radio de la esfera que abarca los puntos
alcanzados por el robot tras suficientes movimientos, al ordenarle ir al mismo punto de destino programado, con condiciones de carga, temperatura, etc.., iguales. El error de repetibilidad es debido fundamentalmente a problemas en el sistema mecánico de transmisión como rozamientos, histéresis, zonas muertas (backlash). Robotica Industrial- Criterios de Implantación
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Conceptos de resolución, precisión y repetibilidad
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Características a considerar en la selección de un robot (III)
Velocidad Inversamente proporcional a la carga Puede suministrarse la velocidad de cada articulación o el valor medio
del extremo
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Util para calcular tiempos de ciclo Se suministra la velocidad nominal
Capacidad d e carga Depende del tipo de accionamiento, tamaño y configuración del robot Se puede superar con pérdida de prestaciones dinámicas
Sistema de control Control punto a punto (PTP) o trayectoria continua Control en cadena abierta o en cadena cerrada Programación textual o por guiado
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Tabla de características para la selección de un robot Caract. geométricas
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Caract. cinemáticas Caract. dinámicas
Tipo movimientos
Modo programación Tipo accionamiento
Comunicaciones Servicio proveedor
· Área de trabajo · Grados de libertad · Errores de posicionamiento · Distancia tras emergencia · Repetibilida d · Resolución · Errores en el seguimiento de trayectorias · Calidad de una línea recta, arco,... · Precisión cuando se mueve el mínimo incremento posible · Velocidad nominal máxima · Aceleración y deceleración · Fuerza · De agarre · Carga máxima · Control de fuerza-par · Frecuencia de resonancia · Movimientos punto a punto · Movimientos coordinados · Trayectorias continuas (CP) · Enseñanza (guiado) · Textual · Eléctrico (c. alterna o c. continua) · Neumático · Hidráulico · E/S Digitales/Anal \ gicas · Comunicaciones l R nea serie · Mantenimiento, Servicio T Jcnico, Cursos de formaci \n
Coste
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Características deseables en un robot según su aplicación PIN T URA
P A LE T IZ A C IÓ N
Programación por guiado Campo de acción similar al humano Estructura antropomórfica 6 grados de libertad
Elevada capacidad de carga Relación grande en tre área de trabajo y tamaño d el robot Control PTP
PRO C E SA D O
E N S A M BL A D O
Sistema de programación 5-6 grados de libertad Campo de acción similar al humano Control de trayectoria continua
Elevada precisión y rapidez Campo de acción similar al humano Potencia del sistema de programación Sistema sensorial
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Causas y tipos de accidentes en instalaciones robotizadas
Causas de accidentes Colisión entre robots y hombre. Aplastamiento al quedar atrapado el hombre entre robot y algún
elemento fijo. Proyección de una pieza o material transportada por el robot.
M Tipos de accidentes mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware, A Un potencia). S Acceso indebido de personal a la zona de trabajo del robot. I Errores humanos de los operarios en las etapas de mantenimiento, programación, etc. D Rotura de partes mecánicas por corrosión o fatiga. Liberación de energía almacenada (eléctrica, hidráulica, potencial, etc.). M Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas). ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de P Medio agua, oxicorte, etc.). 14 U
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Comparación entre un robot industr ial y otras máquinas de contr ol n umérico
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Robot industrial
Máquina convencional de control numérico
Movimiento simultáneo de varios ejes (seis o más).
Normalmente mueve simultaneamente sólo uno o dos ejes.
Movimiento independiente de cada uno de los ejes. Trayectorias complejas.
Movimientos limitados y con trayectorias simples.
Campo de acción fuera del volumen cubierto por la propia máquina. Espacio de trabajo no reconocido fácilmente.
Campo de acción dentro del volumen abarcado por la máquina.
Campo de acción solapado con el de otras máquinas y dispositivos.
Normalmente sin solapamiento del campo de acción.
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Medidas de seguridad 90% de accidentes en operaciones de mantenimiento, ajuste, programación, etc. Normativa europea adoptada en España: UNE-EN 775:
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Determinación de los límites del sistema: intención de uso,
espacio y tiempos de trabajo, etc. Identificación y descripción de todos aquellos peligros que pueda generar la máquina durante las fase de trabajo. Se deben incluir los riesgos derivados de un trabajo conjunto entre la máquina y el operador y los riesgos derivados de un mal uso de la máquina. Definición del riesgo de que se produzca el accidente. Se definirá probabilísticamente en función del daño físico que pueda producir. Comprobar que las medidas de seguridad son adecuadas Robotica Industrial- Criterios de Implantación
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Medidas de seguridad en la fase de diseño del robot Supervisió n del sistema de control (bucles de realimentación, accionamientos, watch-dog). Paradas de emergencia Velocid ad máxima limi tada (inferior a 0,3 m/s). Detector es de sob reesfuerzo (caso de colisión o de atrapar a una persona contra una parte fija). Pulsador de seguridad: (pulsador de hombre muerto) Códigos d e acceso (llaves, códigos de seguridad etc.) Frenos mecánicos adicionales Comprobación de señales de autodiagnóstico
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Medidas de seguridad en la fase de diseño de la célula robotizada de acceso a la célula (parada inmediata al entrar en la zona de trabajo).
Barreras
M Movimientos con dicionados A Zonas de reparación S I Condici ones adecuadas en la inst alación D - auxiliar (protecciones, aislamientos, etc.) M P U Disposi tivo s
de intercambio de piezas
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Medid as de seguri dad en la fase de instalación y explotación del sistema Abs tenerse
de ent rar en l a zon a de tr abajo
Señalización
adecuada (señales luminosas
acústicas) M yPrueba pro gresiva del programa del robo t A (ejecución a velocidad lenta y paso a paso) S I Formación adecuada del personal que D - manejará la planta M P 19 U Robotica Industrial- Criterios de Implantación
Densidad de robots frente al índice de paro P a ís e s
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Ja p ón S u ecia A lem a n ia Ita lia E s ta d o s U n id o s F ra n cia E sp añ a
D e n sid a d d e ro b o ts
Ín d ice d e p a r o
N ú m er o d e r o b o t s
250 60 58 55 35 33 22
3 % 9 % 9 % 12 % 7 % 12 % 22 %
4 1 3 .5 7 8 5 .9 1 1 5 6 .1 7 5 2 5 .0 9 6 6 5 .1 9 8 1 4 .3 7 6 5 .3 4 6
D e n s i d a d d e r o b o t s = n º d e r o b o t s c a d a 1 0 . 0 0 0 t r a b a j a d o r e s d e l a in d u s t r ia
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Evolución del parque de robots en España (AER) 11000 10000
Total
9000
Excepto Automóvil
8000
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7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
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Parque mundial de robots (AER-2002) Japon Rusia USA
M A S I D M P U
Suecia Singapur
Rep. Checa
Reino Unido Korea Italia Francia España Benelux Alemania 0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
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350000
400000
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Distribución de robots en España por sectores (AER-1996) (I) Ind. no
M A S I D M P U
manufacturera
Otros
4%
5%
Ind. manufacturera 31%
Vehículos a motor 60%
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Distribución de robots en España por sectores (AER-1996) (II) Sector
M A S I D M P U
Alt. 95
Baj. 95
Total
Alimentación y bebidas Cerámica Educación Equipos eléctricos Industrias manufactureras Investigacion y desarrollo Madera y muebles Papel, impresión y edición Química, plásticos Textil Transformados metálicos Vehículos a motor Varios
Hasta 1995 18 62 82 162 47 81 2 1 227 12 904 2641 277
6 5 9 14 1 9 1 0 115 0 112 483 75
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
24 67 91 176 48 90 3 1 342 12 1016 3124 352
Total
4516
830
0
5346
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Distribución de robots en España por aplicaciones (AER-1996) (I)
M A S I D M P U
Montaje Otros 6% Mecanización 6% 7% Aplic. materiales 8%
Manipulación 18%
Soldadura 55%
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Distribución de robots en España por aplicaciones (AER-1996) (II)
M A S I D M P U
Aplicación
Hast a 1994
Alt. 95
Baj. 95
Tota l
Aplicación adhesivos Apliacación materiales Carga y descarga de máquinas Corte mecánico, desbarbado Corte por láser Corte por chorro de agua Desmoldeo en plástico Enseñanza, investigación Inserción y montaje Manipulación de materiales Manipulación en fundición Manipulación para paletizaci ón Medición e inspección Montaje mecánico Pintura Soldadura al arco
152 80 282 40 1 50 175 108 24 379 13 99 26 183 128 1004 1480 63 229
28 0 32 7 1 9 114 19 0 71 28 23 0 0 29 156 244 0 69
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
180 80 314 47 2 59 289 127 24 450 41 122 26 183 157 1160 1724 63 298
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