Automatización IndustrialEnfoque a la robotización aplicada a la Industria..Uso de sistemas de control y de tecnología informática para reducir la necesidad de la intervención humana en un proceso.

UPV

Universidad Pedro de ValdiviaUPV

Francisco Torres

Andrés Del Villar

Índice

Arquitectura de robots_______________8Automatización Industrial____________3Bibliografía_________________________28Conclusión_________________________8Control de movimientos_____________8El mercado mundial de Robots_______8Herramientas para la automatización____6Impacto en la Automatización

Industrial_________________________8Impacto en la competitividad_________8Impacto en la Educación_____________4Impacto Social________________________3

Integración de robots________________8Introducción________________________2La Robótica en el Mundo_____________8Nuevo Enfoque______________________5Principales Tendencias______________8Producción industrial__________________8Programación, planificación y

aprendizaje_______________________8Robótica____________________________8Robótica industrial en Chile__________8Sensores y percepción______________8Tipos de Robots_____________________8

pág. 1

IntroducciónLos términos Automatización Industrial y Control Automático son usados en las industrias como un equivalente a la optimización, economía y productividad de un proceso.

Cualquier sistema es susceptible de ser controlado, lo que habría que especificar es cual es el grado o nivel de automatización impuesto y cuantas soluciones simples o complejas son viables.

Las aplicaciones de la automatización y control automático son el resultado de varios años de trabajo, tanto de investigadores, fabricantes y usuarios para buscar mejores caminos en el desarrollo de los procesos industriales.

En la actualidad se ha dado que conocer la importancia de Conocer y manejar varios campos de la automatización esto con el fin de contribuir con el Mejoramiento continuo ya sea de una maquina o proceso. El Término automatización se refiere a una amplia variedad de sistemas y Procesos que operan con mínima o sin intervención del ser humano.

pág. 2

Automatización Industrial

Automatización es el uso de sistemas de control y de tecnología informática para reducir la necesidad de la intervención humana en un proceso. En el enfoque de la industria, automatización es el paso más allá de la mecanización en donde los procesos industriales son asistidos por maquinas o sistemas mecánicos que remplazan las funciones que antes eran realizada por animales. Mientras en la mecanización los operadores son asistidos con maquinaria a través de su propia fuerza y de su intervención directa, en la automatización se reduce de gran manera la necesidad mental y sensorial del operador. De esta forma presenta grandes ventajas en cuanto a producción más eficiente y disminución de riesgos al operador. Las principales ventajas de aplicar automatización a un proceso son:

•Remplazo de operadores humanos en tareas repetitivas o de alto riesgo.

•Remplazo de operador humano en tareas que están fuera del alcance de sus capacidades como levantar cargas pesadas, trabajos en ambientes extremos o tareas que necesiten manejo de una alta precisión

•Incremento de la producción. Al mantener la línea de producción automatizada, las demoras del proceso son mínimas, no hay agotamiento o desconcentración en las tareas repetitivas, el tiempo de ejecución se disminuye considerablemente según el proceso.

La automatización de un nuevo producto requiere de una inversión inicial grande en comparación con el costo unitario del producto, sin embargo mientras la producción se mantenga constante esta inversión se recuperara, dándole a la empresa una línea de producción con altos índice de ingresos.

Impacto Social

Es un pensamiento muy común que la automatización es fuente directa de desempleo. Sin embargo el desempleo es causa por políticas económicas de las empresas como despedir a un operador en lugar de cambiar sus tareas, que quizás ya no sean de máxima concentración en el proceso sino tareas de supervisión del proceso. En lugar de ser despedidos los trabajadores son desplazados y por lo general son contratados para otras tareas dentro de la misma empresa, o bien en el mismo trabajo en otra empresa que todavía no se ha automatizado. Esto se puede establecer porque existen muchos trabajos donde no existe riesgo inmediato de la automatización. Ningún dispositivo ha sido inventado que pueda competir contra el ojo humano para la precisión y certeza en muchas tareas; tampoco el oído humano. El más inútil de los seres humanos puede identificar y distinguir mayor cantidad de esencias que cualquier dispositivo automático. Las habilidades para el patrón de reconocimiento humano, reconocimiento de lenguaje y producción de lenguaje se encuentran más allá de

pág. 3

cualquier expectativa de los ingenieros de automatización. De esta forma también Hay quienes sostienen que la automatización genera más puestos de trabajo de los que elimina. Señalan que aunque algunos trabajadores pueden quedar en el paro, la industria que produce la maquinaria automatizada genera más trabajos que los eliminados. Para sostener este argumento suele citarse como ejemplo la industria informática. Los ejecutivos de las empresas suelen coincidir en que aunque las computadoras han sustituido a muchos trabajadores, el propio sector ha generado más empleos en fabricación, venta y mantenimiento de ordenadores que los que ha eliminado el dispositivo.

Impacto en la Educación

El auge de la Robótica y la imperiosa necesidad de su implantación en numerosas instalaciones industriales, requiere el concurso de un buen número de especialistas en la materia. La Robótica es una tecnología multidisciplinar. Hace uso de todos los recursos de vanguardia de otras ciencias afines, que soportan una parcela de su estructura.Destacan las siguientes:

Mecánica Cinemática

Dinámica

Matemáticas

Automática

Electrónica

Informática

Energía y actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos

Visión artificial

Sonido de máquinas

Inteligencia artificial.

Realmente la Robótica es una combinación de todas las disciplinas expuestas, más el conocimiento de la aplicación a la que se enfoca, por lo que su estudio se hace especialmente indicado en las carreras de Ingeniería Superior y Técnica y en los centros de formación profesional, como asignatura practica. También es muy recomendable su estudio en las facultades de informática en las vertientes dedicadas al procesamiento de imágenes, inteligencia artificial, lenguajes de robótica, programación de tareas, etc.

pág. 4

Finalmente, la Robótica brinda a investigadores y doctorados un vasto y variado campo de trabajo, lleno de objetivos y en estado inicial de desarrollo.

La abundante oferta de robots educacionales en el mercado y sus precios competitivos, permiten a los centros de enseñanza complementar un estudio teórico de la Robótica, con las prácticas y ejercicios de experimentación e investigación adecuados.

Una formación en robótica localizada exclusivamente en el control no es la más útil para la mayoría de los estudiantes, que de trabajar con robots lo harán como usuarios y no como fabricantes. Sin embargo, no hay que perder de vista que se esta formando a ingenieros, y que hay que proveerles de los medios adecuados para abordar, de la manera más adecuada, los problemas que puedan surgir en el desarrollo de su profesión.

Nuevo Enfoque

El enfoque pasado de la automatización simplemente planteaba el máximo incremento de la producción y la reducción de costos. Este enfoque se quedo corto porque además de todo esto se tiene que proveer una fuerza de trabajo calificada que pueda reparar y administrar la maquinaria y que mantenga la producción constante. En estos casos los costos iníciales de la automatización son difícilmente recuperados. El nuevo enfoque de la automatización está siendo aplicado principalmente en mejorar al máximo la calidad del proceso y luego mantener esta calidad en el producto a través de operadores calificados. Ya en segundo plano se encuentra los tiempos de producción. Otro cambio importante en el nuevo enfoque de la automatización es la demanda por la flexibilidad de la línea de producción. Las empresas tienen una producción flexible cuando tienen la habilidad de cambiar la manufactura de un producto A por una manufactura diferente para un producto B sin tener que reconstruir completamente la línea de producción. También una línea de producción es flexible cuando se pueden cambiar parámetros bases como la producción por día o adición o remoción de procesos dentro de la línea sin afectar la calidad del producto Esta capacidad de cambios de células de producción es fácilmente implementada con un buen diseño previo en la automatización de la línea de producción.

Herramientas de Automatización

Con la implementación de métodos numéricos en dispositivos de automatización el resultado es una gama de aplicaciones de rápida expansión y de enfoque especializado en la industria. La Tecnología asistida por computadora (CAx) ahora sirve de base para las herramientas matemáticas y de organización utilizada para crear sistemas complejos. Ejemplos notables de CAx incluyen el diseño asistido por computadora (CAD) y fabricación asistida por ordenador (CAM). La mejora en

pág. 5

el diseño, análisis, y la fabricación de productos basados en CAx ha sido beneficiosa para la industria.

La tecnología informática, junto con los mecanismos y procesos industriales, pueden ayudar en el diseño, implementación y monitoreo de sistemas de control. Un ejemplo de un sistema de control industrial es un controlador lógico programable (PLC). Los PLC’s están especializados sincronizar el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos. La Interfaz hombre-máquina (HMI) o interfaces hombre computadora, se suelen utilizar para comunicarse con los PLC’s y otros equipos. El personal de servicio se encarga del seguimiento y control del proceso a través de los HMI, en donde no solo puede visualizar el estado actual proceso sino también hacer modificaciones a variables críticas del proceso.

Existen diferentes tipos de herramientas para la automatización como: • ANN - Artificial neural network:

Una red neuronal artificial (ANN) , usualmente llamado red neuronal (NN) , es un modelo matemático o modelo computacional que se inspira en la estructura y / o aspectos funcionales de redes neuronales biológicas . Una red neuronal se compone de un grupo interconectado de neuronas artificiales , y procesa la información usando un conexionista enfoque de cálculo . En la mayoría de los casos una RNA es un sistema adaptativo que cambia su estructura sobre la base de la información externa o interna que fluye a través de la red durante la fase de aprendizaje. Las modernas redes neuronales son no lineales   estadísticos   de modelado de datos de herramientas. Por lo general se utiliza para modelar las relaciones complejas entre entradas y salidas o para encontrar patrones en los datos.

La palabra de red en la red neuronal artificial 'el término se refiere a las interconexiones entre las neuronas de las diferentes capas de cada sistema. Un sistema de ejemplo tiene tres capas. La primera capa tiene neuronas de entrada, que envían datos a través de sinapsis a la segunda capa de neuronas, y luego a través de más sinapsis a la tercera capa de neuronas de salida. Los sistemas más complejos tienen más capas de neuronas con algunas capas que tienen un aumento de neuronas de entrada y las neuronas de salida. Las almacenan parámetros de sinapsis llamado "pesos" que manipulan los datos en los cálculos.Una RNA se define por tres tipos de parámetros:

1. La estructura de interconexión entre diferentes capas de neuronas2. El proceso de aprendizaje para la actualización de los pesos de las

interconexiones3. La función de activación que convierte la entrada ponderada de una

neurona de salida para su activación.

pág. 6

• DCS - Distributed Control System:

Un Sistema de Control Distribuido más conocido por sus siglas en inglés DCS, es un sistema de control aplicado, por lo general, a un sistema de fabricación, proceso o cualquier tipo de sistema dinámico, en el que los elementos del tratamiento no son centrales en la localización (como el cerebro), sino que se distribuyen a lo largo de todo el sistema con cada componente o sub-sistema controlado por uno o más controladores. Todo el sistema de los controladores está conectado mediante redes de comunicación y de monitorización.DCS es un término muy amplio que se utiliza en una variedad de industrias, para vigilar y controlar los equipos distribuidos.

Redes de energía eléctrica y plantas de generación eléctrica Sistemas de control ambiental Señales de tránsito Sistemas de gestión del agua Plantas de refinación de petróleo Plantas químicas Fabricantes de productos farmacéuticos Redes de sensores • HMI - Human Machine Interface :

HMI significa “Human Machine Interface”, es decir es el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre la persona y la máquina. Tradicionalmente estos sistemas consistían en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y análogos, registradores, pulsadores, selectores y otros que se interconectaban con la máquina o proceso. En la actualidad, dado que las máquinas y procesos en general están implementadas con controladores y otros dispositivos electrónicos que dejan disponibles puertas de comunicación, es posible contar con sistemas de HMI bastantes más poderosos y eficaces, además de permitir una conexión más sencilla y económica con el proceso o máquinas, como mostraremos a continuación.

• SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition:

(Control de Supervisión y Adquisición de Datos): Es un sistema basado en computadores que permite supervisar y controlar variables de proceso a distancia, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos) y controlando el proceso de forma automática por medio de un software especializado. También provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros

pág. 7

usuarios supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.).

• PLC - Programmable Logic Controller

• PAC - Programmable automation controller

• Robótica

• Instrumentación

• Control de movimiento

RobóticaLa historia de la robótica moderna tiene su punto de partida en 1954 con la patente de George C. Devol, Jr., seguida de la instalación en 1959 del primer modelo de prueba "Unimate" en la planta de fundición inyectada de General Motors en Turnstead y la creación en 1961 de Unimation Inc.

El tiempo transcurrido desde entonces ha contemplado un intenso desarrollo de la robótica y, en concreto, de la denominada robótica industrial, de tal forma que los robots, que llegaron a ser considerados como el paradigma de la automatización industrial, se han convertido en nuestros días en un elemento más, e importante, de dicha automatización.

Las aportaciones de una informática en continuo adelanto, junto a las novedosas metodologías de la inteligencia artificial, permitían prever la disponibilidad, en pocos años, de robots dotados de una gran flexibilidad y capacidad de adaptación al entorno, que invadirían todos los sectores productivos de forma imparable.

La Robótica en el Mundo

La Robótica es una nueva tecnología, que surgió como tal, hacia 1960. Han transcurrido pocos años y el interés que ha despertado, desborda cualquier previsión. Quizás, al nacer la Robótica en la era de la información, una propaganda desmedida ha propiciado una imagen irreal a nivel popular y, al igual que sucede con el microprocesador, la mitificación de esta nueva maquina, que de todas formas, nunca dejara de ser eso, una maquina.

La principal fuente de información sobre la situación de la robótica en el mundo y

pág. 8

sus previsiones inmediatas es la publicación "World Robotics" realizada conjuntamente por la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (UN/ECE) y la Federación Internacional de Robótica (IFR). Esta última recopila anualmente la información de los países más significativos desde el punto de vista de la robótica a través de las asociaciones nacionales de robótica de dichos países que son miembros de la federación. La información se complementa con los datos macro-económicos aportados por la UN/ ECE y por la OCDE.

La clásica definición de la "Robotic Industries Association (RIA)" americana ha sido sustituida por la de la norma ISO 8373. Según esta norma, "un robot industrial manipulador es un manipulador programable en tres o más ejes, controlado automáticamente, reprogramable y multifuncional, que puede estar fijado en un lugar o ser móvil, y cuya finalidad es la utilización en aplicaciones de automatización industrial".

No existe aún, por el contrario, una definición reglada de robot de servicio. A la espera de un acuerdo sobre la misma, la IFR ha adoptado la siguiente definición provisional: "Robot de servicio es un robot que opera de forma parcial o totalmente autónoma para realizar servicios útiles para el bienestar de los humanos y del equipamiento, excluyendo operaciones de manufactura". Con esta definición, que tendrá que ser afinada con el tiempo, los robots industriales manipuladores pueden ser considerados robots de servicio si están dedicados a operaciones diferentes de la manufactura.

La IFR ha adoptado también una clasificación provisional de los robots de servicio, por áreas de aplicación:

a. Servicio a humanos (personal, protección, entretenimiento, …)

b. Servicio a equipos (mantenimiento, reparación, limpieza, ...)

c. Otras funciones autónomas (vigilancia, transporte, adquisición de datos, ...)

En estos momentos, el número de robots de servicio operando en todo el mundo se estima en unos pocos miles y claramente por debajo de la cifra de 10.000 unidades. Estos robots están realizando principalmente tareas de transporte y mensajería (p.ej. en hospitales), limpieza, cirugía y asistencia a minusválidos, aunque se espera su extensión a otras aplicaciones en un futuro próximo. 

pág. 9

El mercado mundial de Robots

En el período 1987 – 1997, la venta anual de robots industriales tuvo un claro crecimiento hasta 1990, año en que se vendieron del orden de 81 000 unidades, para caer en los años siguientes, debido principalmente al brutal descenso del mercado japonés, hasta alcanzar un mínimo en 1993 con poco más de 54 000 unidades vendidas. Después de una pequeña recuperación en 1994, el año siguiente contempló un espectacular crecimiento de casi un 29% que se moderó a un 11 % 1996 y a un 6,5% en 1997, año en el que se ha alcanzado la cifra récord de casi 85 000 unidades vendidas.

El número total estimado de robots operativos al final de 1997 supera la cifra de 711000, con un crecimiento del 6,4% respecto al año anterior. De ellos, Japón, con prácticamente 413 000 robots, se lleva la parte del león y junto con los otros cinco grandes países en robótica, totalizan casi 611 000 robots, quedando únicamente 100 000 para el resto del mundo.

El mercado anual de robots se mueve alrededor de la cifra de 5 000 millones de dólares, con un ligero descenso en 1997, pese al incremento de ventas de robots. Este hecho pone de manifiesto el continuo descenso del precio de los robots desde 1990, que en el período 1990 - 97 ha supuesto un decremento en dólares corrientes que va desde algo más del 21 % en EEUU hasta el casi 50% en Francia. No obstante ha de tenerse en cuenta que, tal como indica destacadamente el informe UN/ECE - IFR, el precio del robot sólo representa en media un 30% del coste total del sistema.

En cuanto a las áreas de aplicación, el 29,2% de los robots instalados en 1997 han estado dedicados a soldadura (13,2% al arco y 15,7% por puntos que ha sido la aplicación mayoritaria, seguida por montaje (25,7%), manipulación (13,1%), mecanizado (8,7%) y paletización (3,1 %). Estos porcentajes varían considerablemente cuando se refieren al total de robots operativos al final de 1997. En este caso, el montaje se destaca claramente con un 33,3%, pasando la soldadura a un segundo puesto, con un 23,9%. A mecanizado le corresponde el 9,6%, a manipulación, el 7,2% y a paletizado, el 2,8%. Únicamente del orden de 5.600 robots en todo el mundo (0,9%) están dedicados a enseñanza e investigación.

Por sectores industriales, la fabricación de vehículos automovilísticos es claramente el sector mayoritario, rozando el 30% del total, tanto en nuevas

pág. 10

instalaciones de robots como en número de robots operativos.

En cuanto a los tipos de robots, los de 5 ó más ejes instalados en 1997 representan el 65% del total, mientras que los de 3 y 4 ejes se reparten el resto en partes aproximadamente iguales. Los robots angulares (con al menos tres articulaciones de rotación) suponen el 47,1 % de los robots instalados en 1997. A este respecto, cabe destacar el reducido número de nuevas instalaciones de robots SCARA que alcanza solamente el 2,6% del total, únicamente por encima de los robots paralelos (cuyos brazos tienen articulaciones prismáticas o de rotación concurrentes) que tienen el 0,5%. Finalmente, los robots de trayectoria continua controlada representan la inmensa mayoría (82,4%) de los instalados en 1997.

Principales Tendencias

Hacer previsiones sobre la evolución de la robótica, como sobre la de cualquier tecnología en rápido desarrollo, es siempre difícil y arriesgado. La historia reciente de la robótica, tal como mencionamos en la introducción, está plagada de previsiones no cumplidas y esperanzas no confirmadas. No obstante, es siempre conveniente mirar hacia el futuro y, con las salvedades del caso, se indican en este apartado algunas de las tendencias previsibles a corto y medio plazo.

Arquitectura de robots

La estructura mecánica condiciona tanto el espacio de trabajo como las prestaciones que pueden esperarse de un robot manipulador. Por este motivo ha sido objeto de numerosos estudios en el intento de lograr estructuras que puedan sustituir con ventaja a las tradicionales, al menos en determinadas aplicaciones. A pesar de las numerosas propuestas realizadas, ninguna de ellas se ha abierto camino de una manera clara en el ámbito industrial.

No obstante, la investigación en este campo continúa adelante y son de esperar avances en el mismo. En lo que hace referencia a las articulaciones, dos interesantes paradigmas marcan los objetivos a alcanzar. Por un lado, la articulación tipo nudillo que se caracteriza por su ligereza, tamaño reducido, precisión y rapidez, y, por otro, la de tipo rodilla, paradigma de relación entre diseño mecánico, control complejo y suspensión activa.

En cuanto a los sistemas de locomoción, aspecto esencial para los robots móviles, las ruedas siguen siendo la opción de mayor futuro, si bien combinadas con algún tipo de soporte articulado, activo o pasivo, para su utilización en terrenos

pág. 11

irregulares.

Control de movimientos

En los últimos años, los robots han constituido una planta excelente para la aplicación y ensayo de numerosas técnicas de control. En este sentido, cabe mencionar el control adaptativo, el control por modos deslizantes, las técnicas de pasividad, el control difuso y el control neuronal, entre otros. Muchos de los sistemas desarrollados han sido probados únicamente en simulación y no han sido sometidos aún a una verificación experimental que permita su validación real.

No obstante, diversos fabricantes de robots han incorporado mejoras derivadas de estos desarrollos y puede apreciarse una paulatina mejora en las prestaciones de los sistemas de control, ligada también, evidentemente, a la disponibilidad de micro procesadores más rápidos y potentes. En esta línea, algunos fabricantes han comenzado a incorporar en sus sistemas módulos de compensación dinámica que permiten al robot cargado seguir con precisión trayectorias a velocidad elevada.

La identificación en línea del modelo del robot puede permitir mejorar su comportamiento dinámico y supervisar su funcionamiento en vistas a detectar disfuncionalidades o fallos del sistema.

Sensores y percepción

La incorporación de sensores a los robots que les permitan obtener información de su entorno e interaccionar con él, ha sido mucho más lenta de lo previsto. Sensores como los de tacto que en un momento dado fueron objeto de intensa investigación e, incluso de comercialización en algunos casos, han quedado prácticamente aparcados. No obstante, no parece demasiado arriesgado afirmar que el desarrollo de la robótica futura, tanto de los robots manipuladores como de los robots móviles, pasa en gran parte por la incorporación de nuevos y más eficientes sensores.

En robots manipuladores y, en concreto, para tareas de montaje y mecanizado en las que existe contacto entre la pieza manipulada por el robot y el entorno, la utilización de sensores de fuerza puede tener un incremento apreciable a medio

pág. 12

plazo. Esta utilización se verá facilitada por el abaratamiento del coste de los sensores, y la disponibilidad de procesadores para el tratamiento en tiempo real de su información, y de estrategias eficientes de ejecución de esas tareas que hagan uso efectivo de la información de fuerza.

Los sistemas de visión seguirán siendo, en cualquier caso, los más utilizados y los de mayor desarrollo futuro, tanto para los robots manipuladores como para los robots móviles, aunque para estos últimos los sensores de proximidad y distancia sigan constituyendo un elemento esencial. La iluminación controlada aparece como uno de los factores fundamentales de los sistemas de visión futuros, Aspectos como la posición y tipo de los focos, la utilización de luz estructurada y la explotación de las posibilidades de la longitud de onda y de la polarización serán, sin duda, de gran importancia en dichos sistemas.

Estas técnicas han de permitir, por un lado, un uso más eficiente de los sensores disponibles con un incremento de la cantidad y de la calidad de la información obtenida, y, por otro lado, la detección de errores y fallos en algún sensor, y la continuidad del funcionamiento, aunque degradado, del sistema.

Programación, planificación y aprendizaje

La inter fase hombre-máquina y, en concreto, la programación de los robots para la ejecución de las tareas es uno de los temas básicos para la efectiva expansión de los robots en los ambientes industriales. Uno de los temas recientes de discusión es la necesidad o conveniencia de alcanzar un estándar sobre un lenguaje de programación para robots que pudiese ser convertido por software en el lenguaje específico de cada robot. Sobre este punto, diversos fabricantes han expresado opiniones contrapuestas, pero parece haber un consenso generalizado sobre la necesidad de hacer más fácil, seguro y eficiente para el usuario el desarrollo de aplicaciones robotizadas.

En esta dirección cumple un papel decisivo la programación fuera de línea, que no ocupa tiempo de trabajo del robot, asistida de la simulación gráfica y de elementos como el posicionamiento relacional que facilita la obtención de posiciones y orientaciones que ha de alcanzar el robot.

La planificación de tareas fue un tema de boga hace unos años que quedó después en un segundo plano debido a la dificultad de realizar planificadores realistas y utilizables en un entorno industrial. En estos momentos, los objetivos son claramente más modestos y la planificación se orienta más como una ayuda a

pág. 13

la programación en tareas complejas que como un sistema autónomo. Ejemplos de este enfoque son la planificación de movimientos sin colisión, de la acomodación activa en tareas de montaje con robots y de las curvas de pulido en el acabado de piezas. En todo caso, los planificadores, para ser realistas, deben tener en cuenta la incertidumbre siempre presente en la ejecución de una tarea y la utilización de los sensores disponibles para llevar a cabo la misma.

La programación reactiva y el aprendizaje son otras técnicas prometedoras aunque todavía incipientes en el entorno industrial. La introducción del aprendizaje en el campo de la robótica viene motivada básicamente por la necesidad del robot para adquirir  automáticamente los conocimientos necesarios para la realización de determinadas tareas. Esta necesidad es debida, en algunos casos, a la existencia de tareas difíciles de programar pero cuya forma de realización puede ser mostrada fácilmente al robot. Otras veces, sucede que la información necesaria para programar el robot no es accesible y el robot ha de adquirir ese conocimiento mediante la exploración. Un caso similar se produce en entornos dinámicos en los que el robot ha de ser capaz de tener constantemente actualizado el conocimiento de los mismos.

Integración de robots

Tal como se ha mencionado en la introducción, el robot industrial es cada vez más un elemento dentro de un sistema automático de producción. En este sentido, adquiere una gran importancia la integración del robot con otros robots y con otras máquinas.

En el campo de la cooperación entre robots pueden mencionarse como temas abiertos el reparto de tareas entre los distintos robots, el control combinado fuerza-posición en la manipulación conjunta por parte de varios robots y la evitación de colisiones entre ellos.

La integración de robots en celdas robotizadas pone de manifiesto una serie de problemas hasta ahora resueltos solamente de forma parcial, como son el diseño de la arquitectura de la célula, la comunicación entre máquinas, la simulación del funcionamiento y la programación de la celda.

Impacto de la Robótica

La Robótica es una nueva tecnología, que surgió como tal, hacia 1960. Han transcurrido pocos años y el interés que ha despertado, desborda cualquier previsión. Quizás, al nacer la Robótica en la era de la información, una propaganda desmedida ha propiciado una imagen irreal a nivel popular y, al igual que sucede con el microprocesador, la mitificación de esta nueva maquina, que de

pág. 14

todas formas, nunca dejara de ser eso, una maquina.

Éste robot, está introducido hoy en día en su versión personal en multitud de hogares, y el ciudadano medio va conociendo en creciente proporción, además de su existencia, su modo de uso y buena parte de sus posibilidades.

Pero dejando de lado esta verdadera revolución social, existen otros conceptos procedentes del desarrollo tecnológico que han superado las barreras impuestas por las industrias y centros de investigación, incorporándose en cierta medida al lenguaje coloquial. Es llamativo como entre éstas destaca el concepto robot.

Pero el robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros días, no surge como consecuencia de la tendencia o afición de reproducir seres vivientes, sino de la necesidad. Fue la necesidad la que dio origen a la agricultura, el pastoreo, la caza, la pesca, etc. Más adelante, la necesidad provoca la primera revolución

pág. 15

industrial con el descubrimiento de la máquina de vapor de Watt y, actualmente, la necesidad ha cubierto de ordenadores la faz de la tierra.

Al enfocarse la producción industrial moderna hacia la automatización global y flexible, han quedado en desuso las herramientas, que hasta hace poco eran habituales:

Forja, prensa y fundición Esmaltado

Corte

Encolado

Desbardado

Pulido.

Finalmente, el resto de los robots instalados en 1979 se dedicaban al montaje y labores de inspección. En dicho año, la industria del automóvil ocupaba el 58% del parque mundial, siguiendo en importancia las empresas constructoras de maquinaria eléctrica y electrónica. En 1997 el parque mundial de robots alcanzó la

pág. 16

cifra de aproximadamente 830.000 unidades, de los cuales la mitad se localizaba en Japón.

Impacto en la Automatización Industrial

El concepto que existía sobre automatización industrial se ha modificado profundamente con la incorporación al mundo del trabajo del robot, que introduce el nuevo vocablo de "sistema de fabricación flexible", cuya principal característica consiste en la facilidad de adaptación de este núcleo de trabajo, a tareas diferentes de producción.

Las células flexibles de producción se ajustan a necesidades del mercado y están constituidas, básicamente, por grupos de robots, controlados por ordenador. Las células flexibles disminuyen el tiempo del ciclo de trabajo en el taller de un producto y liberan a las personas de trabajos desagradables y monótonos.La interrelación de las diferentes células flexibles a través de potentes computadores, dará lugar a la factoría totalmente automatizada, de las que ya existen algunas experiencias.

Impacto en la competitividad

La adopción de la automatización parcial y global de la fabricación, por parte de las poderosas compañías multinacionales, obliga a todas las demás a seguir sus pasos para mantener su supervivencia.Cuando el grado de utilización de maquinaria sofisticada es pequeño, la inversión no queda justificada. Para poder compaginar la reducción del número de horas de trabajo de los operarios y sus deseos para que estén emplazadas en el horario normal diurno, con el empleo intensivo de los modernos sistemas de producción, es preciso utilizar nuevas técnicas de fabricación flexible integral.

¿Qué esperamos?

En las historias de robots de Isaac Asimov, éste prevé un mundo futuro en el que existen reglas de seguridad para que los robots no puedan ser dañinos para los seres humanos. Por tal razón Asimov propuso las siguientes tres leyes de la

pág. 17

robótica:

1ª.- Un robot no puede dañar a un ser humano o, a través de la inacción, permitir que se dañe a un ser humano.

2ª.- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.

3ª.- Un robot debe proteger su propia existencia siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.

Sin llegar a la ciencia-ficción, por ahora nos gustaría que los robots tuvieran las siguientes características:

Autónomos, que pudiesen desarrollar su tarea de forma independiente. Fiables, que siempre realizasen su tarea de la forma esperada.

Versátiles, que pudiesen ser utilizados para varias tareas sin necesidad de modificaciones en su control.

 Tipos de RobotsDesde un punto de vista muy general los robots pueden ser de los siguientes tipos:

Androides

Una visión ampliamente compartida  es que todos los robots son "androides". Los androides son artilugios que se parecen y actúan como seres humanos. Los robots de hoy en día vienen en todas las formas y tamaños, pero a excepción de los robots que aparecen en las ferias y espectáculos, no se parecen a las personas y por tanto no son androides. Actualmente, los androides reales sólo existen en la imaginación y en las películas de ficción.

pág. 18

Móviles

Los robots móviles están provistos de patas, ruedas u orugas que los capacitan para desplazarse de acuerdo a su programación. Elaboran la información que reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el transporte de mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan robots de este tipo para la investigación en lugares de difícil acceso o muy distantes, como es el caso de la exploración espacial y de las investigaciones o rescates submarinos.

pág. 19

   

 

Industriales

Los robots industriales son artilugios mecánicos y electrónicos destinados a realizar de forma automática determinados procesos de fabricación o manipulación.

También reciben el nombre de robots algunos electrodomésticos capaces de realizar varias operaciones distintas de forma simultánea o consecutiva, sin necesidad de intervención humana, como los también llamados «procesadores», que trocean los alimentos y los someten a las oportunas operaciones de cocción hasta elaborar un plato completo a partir de la simple introducción de los productos básicos.

Los robots industriales, en la actualidad, son con mucho los más frecuentemente encontrados. Japón y Estados Unidos lideran la fabricación y consumo de robots industriales siendo Japón el número uno. Es curioso ver cómo estos dos países han definido al robot industrial:

La Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA): Los robots son "dispositivos capaces de moverse de modo flexible análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales, permitiendo

pág. 20

operaciones en respuesta a las órdenes humanas".

El Instituto de Robótica de América (RIA): Un robot industrial es "un manipulador multifuncional y reprogramable diseñado para desplazar materiales, componentes, herramientas o dispositivos especializados por medio de movimientos programados variables con el fin de realizar tareas diversas".

La definición japonesa es muy amplia, mientras que la definición americana es más concreta. Por ejemplo, un robot manipulador que requiere un operador "mecánicamente enlazado" a él se considera como un robot en Japón, pero no encajaría en la definición americana. Asimismo, una máquina automática que no es programable entraría en la definición japonesa y no en la americana. Una ventaja de la amplia definición japonesa es que a muchos de los dispositivos automáticos cotidianos se les llama "robots" en Japón. Como resultado, los japoneses han aceptado al robot en su cultura mucho más fácilmente que los países occidentales, puesto que la definición americana es la que es internacionalmente aceptada.

  

 

Médicos

Los robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos físicos que se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando.

pág. 21

Con ellos se logra igualar con precisión los movimientos y funciones de los órganos o extremidades que suplen.

  

Tele operadores

Hay muchos "parientes de los robots" que no encajan exactamente en la definición precisa. Un ejemplo son los tele operadores. Dependiendo de cómo se defina un robot, los tele operadores pueden o no clasificarse como robots. Los tele operadores se controlan remotamente por un operador humano. Cuando pueden ser considerados robots se les llama "tele robots". Cualquiera que sea su clase, los tele operadores son generalmente muy sofisticados y extremadamente útiles en entornos peligrosos tales como residuos químicos y desactivación de bombas.

 

Se puede concretar más, atendiendo a la arquitectura de los robots. La arquitectura, definida por el tipo de configuración general del robot, puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales -cambio de herramienta o de efector terminal-, hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. 

Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: Poli articulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e

pág. 22

Híbridos.

Poli articulados 

Bajo este grupo están los robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios -aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados- y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad. En este grupo se encuentran los manipuladores y algunos robots industriales, y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en la base.  

 

 

Zoomórficos 

Los robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos.

A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numerosos y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, pilotados o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.

pág. 23

 

 

Híbridos 

Estos robots corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas, tiene al mismo tiempo uno de los atributos de los robots móviles y de los robots zoomórficos. De igual forma pueden considerarse híbridos algunos robots formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los robots industriales. En parecida situación se encuentran algunos robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como androides, tal es el caso de los robots personales.

pág. 24

  

Robótica industrial en ChileTecnología para hacer crecer la producción 

Respecto a nuestro país, la robótica industrial a nivel mundial nos lleva varias décadas de ventaja. Partió en la industria automotriz de los años ‘60, -mercado que la vio nacer-, pero durante los últimos años también ha penetrado la industria con soluciones de automatización destinadas a aumentar la eficiencia y productividad. Actualmente, algunas señales indican que la industria nacional está volviendo su mirada hacia el mundo de la robótica aplicada a los procesos, lo que hace pensar que en la próxima década la penetración de robots en nuestro mercado será una tendencia fuerte. En este reportaje, ejecutivos de empresas proveedoras y académicos nos entregan su visión acerca del nivel de desarrollo de la robótica industrial en Chile y sus proyecciones.

Moverse, hacer funcionar un brazo mecánico, sentir y manipular su entorno y mostrar un comportamiento inteligente, especialmente en imitación de humanos y

pág. 25

animales, son algunas de las propiedades de los robots. Y a juicio de Carolina Lagos, Directora de Vinculación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Andrés Bello, presentan varias ventajas sobre el trabajo humano: mayor productividad, mayor control de calidad y reducción de exposición humana a sustancias dañinas.

Hoy en día hay más de 800 mil unidades de sistemas robóticos a nivel mundial. Desde los ‘80, comenzaron a surgir los denominados "Robots de Servicio", destinados a aplicaciones en diversas áreas, como manufactura, industria pesada, militar y de seguridad, medicina, entretenimiento, entre muchas otros.

Los primeros pasos

Aunque en Chile existe un buen número de empresas robotizadas en proporción a la cantidad de habitantes del país -superando incluso a Brasil y Argentina- aún estamos muy por debajo de los países europeos. Así lo indica José Manuel Terán, Ingeniero de Proyectos de Rambal, quien además explica que el nivel de robótica de un país está siempre asociado al nivel de profesionalización. De esta manera, mientras más cara es la mano de obra, mayor es el grado de automatización y robótica.

Los primeros pasos de la robótica aplicada a la industria en el país se están dando principalmente en dos campos de aplicación. El primero son las empresas de explotación de materias primas, fundamentalmente la minería, agricultura, sector pesquero y de celulosa y papel. El segundo lo constituyen empresas de manufactura, normalmente pequeñas y medianas, con volúmenes bajos de

pág. 26

producción y, por ende, también de inversión en robótica.

Robótica en la industria

En Chile, poco a poco la robótica comienza a estar presente en forma cada vez más importante en la industria. Ejemplos son los sectores papel, metalmecánico, plásticos, alimentos y packing, especialmente en el mercado de la fruta, con soluciones de fin de línea, entre ellas, manipulación de envases y productos, encajonado y paletizado. También se utiliza para transporte de material pesado y molienda de distinto tipo.

Pero, no cabe duda de que, aunque de data incipiente, la mayor implementación de robótica es en la minería. Se utiliza especialmente para movilizar gran cantidad de material y en faenas donde la presencia humana corre riesgo vital, como el trabajo en túneles, donde el hombre es sustituido por un manipulador robótico que, a través de cámaras, transmite información a la sala de control.

En general, la robótica es imprescindible para potenciar todos los procesos donde es necesario el traslado de un objeto desde un lugar a otro (pick and place), en procesos de soldaduras al arco, ensamblado, embalaje, servicios y en procesos donde se requiere el reconocimiento de imagen. Asimismo, la robótica puede aplicarse a la medicina en operaciones quirúrgicas, en la aviación para cargar combustible en zonas muy frías, en manufactura, fabricación, ensamblado, almacenamiento y control de calidad (aplicables a cualquier empresa), y en empresas especialistas en materias primas y de energía.

Inversión inicial: Un gran obstáculo

No cabe duda de que a pesar de sus ventajas y beneficios, el principal obstáculo de la implementación de tecnología robótica es su costo inicial, siempre largamente superior a la contratación de mano de obra tradicional. Sin embargo, dependiendo del proceso los resultados en términos de eficiencia y productividad pueden ser muy rápidos.

"Algunas máquinas se amortizan en un par de meses y otras en varios años, pero finalmente el análisis de los empresarios es positivo".

Para derribar la barrera económica, es fundamental considerar factores como la disminución de costos operacionales, mejor calidad, seguridad y confiabilidad de los procesos de producción.

Entonces, para impulsar el desarrollo de la robótica industrial en Chile un buen camino es mirar las experiencias internacionales. Por ejemplo, en países

pág. 27

desarrollados se han aplicado medidas tributarias especiales para empresas que han robotizado sus procesos, alivianando así la ‘carga’ financiera que implica la inversión inicial; un ejemplo que, de estudiarse para Chile, podría significar un buen estímulo para la oferta y la demanda.

El próximo desafío, es atreverse a dar los pasos necesarios para incorporar rápidamente las nuevas tecnologías en los procesos y dar respuesta a las demandas en materia de biotecnología, comunicaciones y automatización en general.

ConclusiónLos robots industriales ocupan un lugar destacado dentro de la automatización de la producción y su papel se ha ido consolidando en los últimos años. Después de un descenso en las ventas, tanto en el conjunto del mundo como en España, que tuvo su mínimo en 1993, el mercado de robots ha seguido una evolución creciente. No obstante, la industria automotriz continúa siendo el sector mayoritario en cuanto a utilización de robots, especialmente en España. Si bien la soldadura en sus diversos tipos sigue siendo un campo muy importante de aplicación, el número de robots dedicados al montaje en el conjunto del mundo es mayoritario.

Aunque resulta difícil hacer previsiones de futuro en el desarrollo de la robótica,

pág. 28

algunos temas destacan de manera clara: las exigencias crecientes de fiabilidad y eficiencia, la interfase hombre-máquina a través de sistemas gráficos y programación fuera de línea, la importancia creciente de los sensores y de la integración sensorial, la interconexión entre máquinas, la coordinación entre robots y otras máquinas, y la tele operación. Igualmente, es importante mencionar los nuevos campos en expansión de aplicación de la robótica como la exploración, la agricultura, la industria alimentaria y la medicina, que complementarán en el futuro la ya tradicional robótica industrial.

Bibliografía https://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:5DL47On74NsJ:www.tec.url.edu.gt/boletin/URL_10_MEC01.pdf+&hl=es-419&gl=cl&pid=bl&srcid=ADGEESiBUsCzQQfODqejB8WnfvNZWKOvN5JhRuvRpEP7S21ktcuLOhGgP1roHsOKID-XY-qCZDT-PYBGvZHU2KXJ_jLTLExNbkBe_IkyqW6pfSiHmmEckCUSfT1Z_Na-Q4HYL439ZkWa&sig=AHIEtbQA5va8VVoJBOD8QkAaEZbzpZ9u4g

http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/robotica/intro.htm

pág. 29

http://isa.umh.es/asignaturas/rvc/tema1.pdf

http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=1372&tip=9&xit=robotica-industrial-tecnologia-para-hacer-crecer-la-produccion

pág. 30

pág. 31