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Innovación y Tecnología

¿Qué es un brazo robótico?

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Un brazo robótico, también denominado como robot industrial o brazo robótico mecánico. Es un dispositivo que funciona de manera similar a un brazo humano, con una serie de articulaciones que se mueven a lo largo de un eje y pueden girar en determinadas direcciones. De hecho, algunos brazos robóticos son antropomórficos e intentan imitar los movimientos exactos de los brazos humanos.

En la mayoría de los casos, son programables y se utilizan para realizar tareas específicas, más comúnmente para aplicaciones industriales y de fabricación. Pueden ser dispositivos pequeños que realizen tareas complejas y detalladas, lo suficientemente pequeñas como para sostenerlas con una mano; o tan grandes que su alcance sea lo suficientemente amplio como para construir edificios enteros.

¿Para qué sirve un brazo robótico?

Los brazos robóticos se diseñaron originalmente para ayudar en las fábricas de producción en masa, principalmente en la fabricación de automóviles. También se implementaron para mitigar el riesgo de lesiones de los trabajadores y para realizar tareas monótonas, a fin de liberar a los trabajadores para concentrarse en los elementos más complejos de la producción. Estos primeros brazos robóticos se empleaban principalmente para realizar tareas de soldadura simples y repetitivas.

A medida que se desarrollan las tecnologías, en particular la inteligencia artificial y la tecnología de sensores, el papel de los brazos robóticos está cambiando. Este artículo proporciona una breve descripción general de los brazos robóticos en la industria.

¿Cómo funciona un brazo robótico?

Para «enseñar» o programar al robot la secuencia de movimientos que debe realizar repetidamente para realizar el trabajo en cuestión, inicialmente se utiliza un controlador de mano. Es decir, el usuario por medio de un controlador guía el brazo robótico a través de cada movimiento de la secuencia que debe seguirse para realizar una tarea específica. El robot almacena información sobre estos movimientos en su memoria y luego sigue exactamente la misma secuencia cada vez.

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Partes de un brazo robótico

Por ejemplo, si se va a utilizar un robot para roscar las tapas de las botellas en un frasco de comida, entonces el programador utilizará inicialmente un controlador para hacer que el robot recoja la tapa de la botella y luego la gire en una botella que baja por la línea de montaje en una cinta transportadora.

Una vez que esta secuencia se ingresa en la memoria del brazo robótico, permitirá que se siga realizando el mismo proceso de manera repetitiva, es decir cogerá las tapas de las botellas y las seguirá enroscando en cada frasco que llegue por la línea.

Los brazos robóticos se pueden programar para realizar también otras funciones similares. Se pueden hacer para apretar tornillos, ensamblar componentes de un automóvil e incluso colocar microchips en un ordenador. Dependiendo del tipo de periférico instalado en el extremo del brazo robótico, se puede hacer de todo, desde componentes pequeños que requieren manos hábiles hasta componentes grandes y pesados ​​que requieren mucha fuerza, se pueden manejar programando el robot en cuestión.

Tipos de brazos robóticos en la industria

Robot Cartesiano

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También se denominan robots rectilíneos o de pórtico. Los robots cartesianos tienen tres articulaciones lineales que utilizan el sistema de coordenadas cartesianas (X, Y y Z). También pueden tener una muñeca adjunta para permitir el movimiento de rotación. Las tres articulaciones prismáticas producen un movimiento lineal a lo largo del eje.

Robot Articulado

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Este diseño de robot presenta juntas rotativas y puede variar desde estructuras simples de dos juntas hasta 10 o más juntas. El brazo está conectado a la base con una articulación giratoria. Los eslabones del brazo están conectados por juntas giratorias. Cada articulación se llama eje y proporciona un grado adicional de libertad o rango de movimiento. Los robots industriales suelen tener cuatro o seis ejes.

Robot Cilíndrico

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El robot tiene al menos una articulación giratoria en la base y al menos una articulación prismática para conectar los enlaces. La articulación rotatoria utiliza un movimiento de rotación a lo largo del eje de la articulación, mientras que la articulación prismática se mueve en un movimiento lineal. Los robots cilíndricos operan dentro de un área de trabajo de forma cilíndrica.

Robot Scara

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SCARA es el acrónimo de brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo o brazo robótico articulado de cumplimiento selectivo. Este tipo de robots funcionan respecto 3 ejes (X, Y y Z) y también disponen de un movimiento giratorio. Los robots SCARA destacan por los movimientos laterales y normalmente pueden moverse más rápido, inluso tienen una integración más fácil que los robots cartesianos. Normalmente, los robots SCARA se utilizan para el montaje y paletizado, así como para aplicaciones biomédicas.

Robot Delta

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Estos robots con forma de araña se construyen a partir de paralelogramos articulados conectados a una base común. Los paralelogramos mueven un solo EOAT en un área de trabajo en forma de cúpula. Muy utilizada en las industrias alimentaria, farmacéutica y electrónica, esta configuración de robot es capaz de realizar movimientos delicados y precisos.

Robot Esférico o Robot Polar

También llamados robots esféricos, en esta configuración el brazo está conectado a la base con una junta giratoria y una combinación de dos juntas giratorias y una junta lineal. Los ejes forman un sistema de coordenadas polares y crean un entorno de trabajo de forma esférica.

Características de los brazos robóticos

Los brazos robóticos suelen definirse según unos catorce parámetros o características comunes a todos ellos:

  • Número de ejes: para llegar a cualquier punto de un plano, se necesitan dos ejes. Se requieren tres para llegar a un punto en el espacio. Además, se necesitará un control de balanceo, cabeceo y guiñada para un control total del manipulador en el extremo.
  • Grados de libertad: es el número de puntos alrededor de los que se puede controlar direccionalmente un robot. Un brazo humano tiene siete grados; Los brazos robóticos articulados suelen tener hasta 6.
  • Envolvente de trabajo: es la región del espacio que puede abarcar un robot.
  • Espacio de trabajo: es la región en el espacio con la que un robot puede interactuar de manera completa.
  • Cinemática – Disposición y tipos de juntas (cartesianas, cilíndricas, esféricas, SCARA, articuladas, paralelas). Según el tipo de robot, explicado en el punto anterior.
  • Carga útil: es la cantidad que se puede levantar y transportar.
  • Velocidad: se puede definir como la velocidad de movimiento lineal o angular individual o total.
  • Aceleración: limita la velocidad máxima en distancias cortas. La aceleración se da en términos de cada grado de libertad o por eje.
  • Precisión: dado como el mejor de los casos con modificadores basados ​​en la velocidad de movimiento y la posición desde la posición óptima dentro del sobre.
  • Repetibilidad: está más relacionado con la precisión que con la exactitud. Los robots con un factor de repetibilidad bajo y alta precisión a menudo solo necesitan ser recalibrados.
  • Control de movimiento: para ciertas aplicaciones, es posible que los brazos solo necesiten moverse a ciertos puntos en el espacio de trabajo. También pueden necesitar interactuar con todos los puntos posibles.
  • Fuente de energía: generalmente se utilizan motores eléctricos o hidráulicos, aunque están surgiendo y probando nuevos métodos.
  • Accionamiento: los motores se pueden conectar directamente a los segmentos para accionamiento directo. También se pueden conectar mediante engranajes o en un sistema de transmisión armónica.
  • Cumplimiento: medida de la distancia o el ángulo que se moverá una articulación de robot bajo una fuerza.

Pinzas para brazos roboticos

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Brazo robot con tentáculo en extremo. Propiedad de FESTO

Las pinzas para robots son solo uno de los muchos tipos de manipuladores que se pueden colocar en la parte del efector final (la «mano») de un robot o brazo robótico, con el fin de proporcionarle ciertas funciones y habilidades clave. Las pinzas robóticas brindan a la máquina un medio para lograr una compra confiable en una amplia gama de objetos y componentes, que es esencial para la mayoría de las aplicaciones de línea de producción, ensamblaje y pick and place.

Por lo general, están diseñados para ser operados eléctrica, neumáticamente o basados en principios de vacío. Pero al final, como con la mayoría de las piezas robóticas, la mejor solución para una aplicación determinada dependerá de la naturaleza precisa de la tarea y las características específicas del entorno en el que se encuentra el robot.

Ventajas de automatizar un proceso con un brazo robótico

Los avances en los sensores robóticos han tenido un impacto significativo en el trabajo que los robots pueden realizar de forma segura. A continuación se muestra un resumen de algunos de estos sensores y las prestaciones y ventajas que ofrecen al automatizar un proceso.

  • Los sensores de visión 2D incorporan una cámara de video que permite al robot detectar movimiento en una ubicación específica. Esto permite que el robot adapte sus movimientos o acciones en referencia a los datos que obtiene de la cámara.
  • Los sensores de visión 3D son una tecnología nueva y emergente que tiene el potencial de ayudar al robot a tomar decisiones más complejas. Esto se puede lograr utilizando dos cámaras en diferentes ángulos o utilizando un escáner láser para proporcionar vistas tridimensionales del robot.
  • Un sensor Force Torque ayuda al brazo robótico a comprender la cantidad de fuerza que está aplicando y le permite cambiar la fuerza en consecuencia.
  • Los sensores de detección de colisiones proporcionan al robot una conciencia de su entorno.
  • Los sensores de seguridad se utilizan para garantizar que las personas que trabajan alrededor del robot estén seguras. Estos sensores de seguridad alertan al robot si necesita moverse o dejar de funcionar si detecta a una persona dentro de un cierto rango.
  • Hay muchos otros sensores disponibles que incluyen sensores táctiles o sensores de calor. Los beneficios de estos diferentes tipos de sensores para brazos robóticos es que proporcionan al robot información detallada y variada a partir de la cual puede tomar decisiones. Cuanta más información tenga el robot a su disposición, más complejas decisiones podrá tomar. En última instancia, el propósito de estos sensores es ayudar a que los entornos de trabajo alrededor de los robots sean seguros para las personas.

Precio de un brazo robótico

Dependiendo del tipo de brazo robótico que desee comprar, terminará pagando entre 1,000 € y 400,000 €. Los brazos robóticos de consumo destinados a escuelas, universidades y aplicaciones no industriales se pueden comprar por alrededor de 1,000 € a 3,000 €.

Los robots industriales, por otro lado, pueden costar entre 25,000 € y 400,000 €. Además, se suelen comprar junto con periféricos o acoples adicionales como controladores, o distintas herramientas para el extremo del brazo dependiendo del servicio que se quiera proporcionar y el software.

En general, el precio de los brazos robóticos se ha reducido en los últimos años. Si alguien quiere comprar un brazo robótico pero no puede pagar el precio normal, entonces puede mirar brazos robóticos usados o reacondicionados. A veces se pueden comprar a un precio de descuento del 50%.

Marcas de brazos robóticos

Algunas de las mejores marcas de brazos robóticos con gran experiencia y recorrido en el sector son:

  • FANUC
  • KAWASAKI
  • ABB
  • KUKA
  • YASKAWA
  • COMAU
  • NACHI FUJIKOSHI
  • EPSON

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Puede consultar en nuestro repositorio acerca de que empresas instalan brazos robóticos o consultarnos a través de nuestra página de contacto para que le asesoremos.

Fuentes:

  1. Robotic Arms in Manufacturing
  2. 3dinsider