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¿Cómo funcionan los robots industriales? | Robots KUKA — Transcript

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0:01Robots. La pieza fundamental de la
0:03industria moderna, la llamada industria
0:064.0, están en [resoplido] Tesla,
0:08Porsche, Coca-Cola, Airbus, Boeing,
0:11Bentley, Siemens, Pirelli, Mercedes.
0:15Bueno, solo por mencionar algunas.
0:19Los robots son máquinas realmente
0:20increíbles, capaces de realizar diversas
0:22tareas con gran rapidez y precisión sin
0:25necesidad de intervención humana.
0:27Y actualmente existen varios robots,
0:28cada uno diseñado y construido para
0:30ejecutar una tarea específica.
0:32¿Pero por qué están dominando las
0:33industrias? ¿Y por qué cada vez más
0:35empresas están optando por los robots
0:37como su principal fuerza laboral en
0:39lugar de los humanos? ¿No estarían ellos
0:41robando el tan soñado puesto?
0:44Primero tenemos que definir qué es un
0:46robot industrial.
0:47Según la ISO, la Organización
0:49Internacional de Normalización, un robot
0:51industrial es un manipulador
0:52multipropósito, controlado
0:54automáticamente, reprogramable,
0:56programable en tres o más ejes.
0:58O también un robot es un sistema
1:00mecánico de geometría variada, formado
1:02por cuerpos rígidos articulados entre
1:04sí, destinados a sostener y posicionar u
1:07orientar el efector final, que dotado de
1:09una garra mecánica o herramienta
1:11especializada, está en contacto directo
1:13con el proceso.
1:14Bueno, dejando de lado esas definiciones
1:16más simples, podemos decir que un robot
1:18es un dispositivo mecánico programable,
1:21usado en lugar de personas para ejecutar
1:23tareas precisas o repetitivas con un
1:25alto grado de precisión. Y actualmente
1:27existen cerca de 22 empresas que
1:29fabrican estos robots, siendo ABB y KUKA
1:32algunas de las principales y más
1:33reconocidas empresas en el ramo.
1:35[música]
1:35Fabrican estos robots, siendo ABB y KUKA
1:38algunas de las principales y más
1:39reconocidas empresas en el ramo.
1:42La primera empresa en producir robots
1:44industriales fue Unimation, fundada en
1:461956,
1:48y el primer robot industrial recibió el
1:50nombre de Unimate, creado por George
1:53Devol, instalado en una fábrica de Ford
1:55Motor Company en 1961.
1:59En lo que respecta a la realización de
2:00tareas entre humanos y robots, podemos
2:02tomar en cuenta los siguientes aspectos.
2:04Para un humano capacitado, al inicio de
2:06la realización de una tarea dada, el
2:08gráfico se vería más o menos así.
2:11Con la precisión,
2:13la concentración,
2:15la velocidad,
2:17la tasa de acierto y la capacidad de
2:19repetitividad bastante elevadas,
2:22mientras que el error y la fatiga serían
2:24bastante bajos. En este momento, el
2:26humano está en su mejor fase de
2:28ejecución de la tarea, realizándola con
2:30bastante agilidad y flexibilidad y con
2:32muy pocos errores. Si le damos la misma
2:35tarea a un robot, al inicio de la
2:37realización de la tarea, el gráfico se
2:39vería más o menos así.
2:41Con el robot ejecutando la tarea con
2:43alta precisión, tasa de acierto,
2:45velocidad y repetitividad, mientras que
2:47el error estaría en niveles mucho más
2:49bajos y la fatiga [música] no existiría.
2:53Después de algunas horas realizando la
2:54tarea, el gráfico para el ser humano
2:56cambiaría drásticamente y se vería más o
2:58menos así. Con la precisión, la
3:00concentración, la velocidad y la tasa de
3:03acierto bastante reducidas, mientras que
3:06el error y la fatiga, que antes casi no
3:08existían, ahora están en niveles mucho
3:11más altos, haciendo que la calidad del
3:13producto final esté comprometida. Eso es
3:15porque los humanos necesitan intervalos
3:17regulares de descanso para que la
3:19precisión,
3:20el ritmo y la concentración se
3:22restablezcan.
3:23En cambio, para el robot, después de
3:25algunas horas realizando la misma tarea,
3:27su gráfico seguiría igual, manteniendo
3:29los mismos niveles elevados de
3:30precisión, tasa de acierto, velocidad y
3:33repetitividad, así como el error que se
3:35mantendría en el mismo nivel bajo. Eso
3:37es porque los robots no se cansan ni
3:39siquiera después de varias horas
3:40trabajando continuamente.
3:42La única diferencia notable sería que
3:44ahora el robot estaría ligeramente más
3:45caliente, pero eso no afectaría su
3:47desempeño.
3:49Esto demuestra el potencial que tienen
3:50los robots para ejecutar tareas de forma
3:52continua y repetitiva durante largos
3:54periodos de tiempo y también explica por
3:56qué varias empresas optan por robots
3:58como su principal fuerza laboral en las
4:00líneas de ensamblaje, donde la precisión
4:02y la repetitividad son factores clave y
4:04críticos, además de otros factores que
4:06veremos más adelante.
4:08Los robots pueden dividirse en seis
4:10categorías o tipos:
4:12cartesianos, articulados, cilíndricos,
4:14Scara,
4:18Delta y Polar.
4:20En este vídeo me enfocaré en los robots
4:22articulados.
4:24El robot articulado, también conocido
4:25como brazo robotizado, es el tipo de
4:28robot más presente en las industrias.
4:30Tienen articulaciones y movimientos que
4:32se asemejan a los de un brazo humano.
4:34Sus aplicaciones típicas incluyen:
4:37pintura, fundición, soldadura,
4:38movimiento de cargas, inspección de
4:40productos,
4:41realización de pruebas de calidad, todo
4:44realizado de forma totalmente autónoma,
4:47con alta precisión, velocidad y
4:50repetitividad.
4:51Los brazos robotizados, comunes en
4:54empresas como Tesla y Porsche, son
4:56robots que cuentan con seis ejes de
4:58movimiento, los llamados grados de
5:00libertad, que se refieren al grado de
5:03libertad que un cuerpo rígido, en este
5:05caso el robot, posee al moverse en un
5:07espacio tridimensional.
5:10Estos ejes pueden dividirse en dos
5:11clases:
5:12ejes de la base del robot
5:16y ejes del extremo del robot.
5:19Los ejes de la base del robot son un
5:20conjunto de tres ejes que permiten que
5:22el robot se mueva a una posición
5:24determinada en el espacio.
5:26Estos ejes se denominan cintura, hombro
5:29y codo.
5:30Waist, shoulder y elbow.
5:33La cintura o waist es el primer eje del
5:35robot y permite que el robot gire en 180
5:39o 360 grados con respecto a su base, que
5:42puede ser fija como estos robots o móvil
5:44como estos.
5:46Esa rotación se realiza mediante un
5:47actuador interno.
5:49El hombro o shoulder es el segundo eje
5:51del robot que permite que el robot haga
5:53movimientos hacia delante y hacia atrás.
5:57El codo o elbow es el tercer eje del
5:59robot que le permite hacer movimientos
6:01hacia arriba o hacia abajo.
6:05Los otros tres ejes pertenecen a la
6:06clase de los ejes de la extremidad del
6:08robot, siendo el primero, que
6:09corresponde al cuarto eje del robot,
6:12responsable de los movimientos de
6:13rotación, y el quinto eje es responsable
6:16de los movimientos hacia arriba y hacia
6:18abajo.
6:19Y el sexto eje, también llamado efector
6:21final, es responsable de los movimientos
6:23de rotación o de agarre, como en el caso
6:25de los robots con pinzas, o incluso en
6:28otros casos puede ser fijo.
6:31La configuración de estos tres últimos
6:32ejes puede variar dependiendo de la
6:34aplicación y la tarea para la cual el
6:36robot fue diseñado. Entonces, si el
6:38robot realiza soldaduras, el sexto eje
6:40será de agarre.
6:41Si el robot realiza pinturas, el eje
6:43podrá ser rotativo o fijo dependiendo
6:45del robot.
6:48Los robots de última generación
6:50presentes en las grandes industrias
6:51automotrices cuentan con una amplia
6:53diversidad de sistemas que permiten al
6:55robot moverse a diversas posiciones
6:57diferentes. Para que el robot pueda
6:58realizar sus tareas, estos sistemas
7:00incluyen actuadores, caja reductora,
7:02cámaras, sensores, servomotores, además
7:06de una programación compleja. El uso de
7:07sensores permite que el robot pueda
7:09obtener información sobre sí mismo y
7:11sobre su entorno, con el fin de realizar
7:14el trabajo para el cual fue destinado,
7:16además de poder modificarlo de acuerdo
7:18con dicha información. Los sensores
7:20pueden agruparse en dos categorías
7:22principales.
7:23Los sensores internos que proporcionan
7:25información sobre las variables del
7:26propio robot. Estos sensores pueden ser
7:28codificadores ópticos, los llamados
7:30encoders. Están situados en los ejes del
7:33robot e indican a las computadoras del
7:34robot cuánto se ha movido el eje
7:36rotativo del motor en relación con la
7:38posición inicial. Esto es posible
7:40gracias a los diodos emisores de luz o
7:42LED que emiten luz y según cuánto se
7:44haya movido el motor, esa luz se atenúa.
7:47Y con eso es posible determinar con
7:49precisión cuánto se ha movido el motor y
7:51en qué posición está el robot.
7:53También existen otros codificadores que
7:55se encuentran dentro de los robots como
7:57los síncros, los resolvers, los
8:00potenciómetros multivueltas, los
8:01tacómetros, entre otros, que trabajan en
8:04conjunto en el funcionamiento del robot.
8:07El otro tipo de sensores son los
8:08sensores externos, cuyo objetivo es
8:11obtener información del entorno
8:12alrededor del robot. Normalmente son
8:14sensores de seguridad para protección
8:16humana, como cortinas de luz,
8:18ultrasonido, barreras mecánicas,
8:20dispositivos sensibles a la presión,
8:22sensores de contacto, sensores ópticos
8:24para determinación de distancias y
8:26obstáculos y reconocimiento de objetos,
8:28láseres para determinación de proximidad
8:30de las piezas a manipular, entre otros.
8:34Equipados con todos estos dispositivos,
8:36los robots son capaces de tener una
8:37buena noción del entorno que los rodea,
8:39así como información precisa sobre sí
8:41mismo. La otra pieza fundamental en los
8:43brazos robotizados son los actuadores,
8:46que son dispositivos que causan
8:47movimiento en los ejes del robot, que
8:50pueden ser movimientos lineales o
8:51movimientos rotativos, es decir,
8:54permiten que el robot se mueva hacia
8:56arriba o hacia abajo, así como
8:58movimientos de rotación.
9:00El actuador convierte algún tipo de
9:02energía en movimiento mecánico.
9:04Los tres tipos de energía más comunes
9:06para accionar los actuadores de un robot
9:07son neumática, eléctrica e hidráulica.
9:11Los actuadores hidráulicos tienen un
9:12alto torque y velocidad de respuesta,
9:15siendo adecuados para trabajar con
9:16cargas pesadas.
9:18Sin embargo, requieren equipos como
9:19bombas, lo que implica la necesidad de
9:21mantenimiento frecuente, además de
9:23generar mucho ruido.
9:26Los actuadores neumáticos son más
9:27baratos y sencillos, sin embargo, no
9:29pueden ser controlados con precisión.
9:31Actualmente los motores eléctricos de
9:33corriente continua y corriente alterna
9:35son los más atractivos para ser
9:36empleados en robótica debido a su menor
9:39costo y porque son silenciosos. Así, los
9:41robots que tienen actuadores movidos por
9:43energía eléctrica, combinados con las
9:46cajas reductoras, permiten movimientos
9:48precisos en los diferentes ejes del
9:50robot.
9:51Pero aún así, no serían capaces de
9:53realizar ninguna tarea porque falta la
9:55parte más importante, el software y su
9:57programación.
9:59La programación es la parte más
10:00importante, más compleja y la que más
10:03tiempo consume de todo el proceso de
10:05adquisición del robot. Es ahí donde se
10:07define qué base va a hacer el robot,
10:08cómo lo va a hacer, qué herramientas va
10:10a usar,
10:12por dónde debe empezar y por dónde debe
10:13terminar. Y todo eso debe hacerse con
10:15precisión y dentro de un tiempo
10:17cronometrado, de manera que la siguiente
10:20etapa de la línea de producción pueda
10:22comenzar.
10:23La elección del lenguaje de programación
10:24correcto es uno de los grandes problemas
10:26[música] y requiere bastante
10:27conocimiento en el área, ya que cada
10:29robot es diseñado, construido y
10:31programado para ejecutar una tarea muy
10:33específica.
10:34Actualmente existen más de 1,500
10:36lenguajes de programación en el mundo y
10:38para complicar aún más las cosas, varias
10:40empresas desarrolladoras de robots
10:42tienen su propio lenguaje de
10:43programación. Por ejemplo, ABB tiene su
10:45lenguaje de programación Rapid, Kuka
10:47tiene el lenguaje KRL y Kawasaki usa el
10:50lenguaje AS.
10:52Pero los lenguajes populares en la
10:54industria robótica se reducen a C#,
10:56.NET, Java, Python, [música] C y C++.
11:01Pero existen otros lenguajes bastante
11:03usados para propósitos específicos, como
11:05es el caso de [música] MATLAB, usado por
11:07ingenieros en el análisis, investigación
11:09y procesamiento de datos y en el
11:11desarrollo [música] de sistemas de
11:12control. También existen los HDL,
11:15lenguajes de descripción de hardware,
11:17que se usan en la programación de
11:18dispositivos electrónicos en los robots.
11:20La empresa Kuka ofrece la familia Kuka
11:23Architect, que es un conjunto de
11:25diversos softwares destinados a la
11:26programación de robots para la
11:27realización de tareas específicas. Por
11:29ejemplo, Kuka Pallet Pallet Tech es un
11:31software que permite la programación y
11:33configuración para que el robot ejecute
11:35funciones de paletización con diversos
11:37patrones de empaque.
11:39Por otro lado, Kuka gripper y spot,
11:41spot, tech, permiten la colaboración
11:43entre varios robots para que ejecuten
11:44funciones de soldadura, con gas de
11:46protección y corte por plasma.
11:48También está Kuka vision, vision, tech,
11:50que permite el procesamiento de imágenes
11:52gracias a herramientas eficaces para la
11:54detección de objetos 2D, control de
11:56calidad, detección de códigos, entre
11:59otros.
12:01Con esto, el mismo robot puede servir
12:02para diferentes aplicaciones sin la
12:04necesidad de adquirir nuevos, haciendo
12:06que los robots sean más versátiles y
12:08disminuyendo los costos en la empresa.
12:10Eso es lo que sucede en Tesla con
12:11algunos de sus robots. El mismo robot
12:13que coloca los asientos dentro del auto,
12:15posteriormente cambia de herramientas y
12:17pasa a colocar los vidrios delantero y
12:19trasero en el mismo auto, todo de forma
12:21totalmente autónoma.
12:25El precio del robot puede variar mucho
12:27dependiendo del estado, si es nuevo o
12:29usado, de la aplicación y de la que el
12:32robot puede levantar. Por ejemplo, el
12:34robot Kuka modelo KR 200 y KR 210 que
12:37puede cargar hasta 200 y 210 kg, muy
12:40utilizado en las fábricas de Audi, BMW y
12:42Mercedes para aplicaciones de
12:43selladores, carga de materiales, así
12:46como en el montaje de piezas, cuesta
12:4837,000 dólares solo el robot y el
12:51controlador.
12:53Por otro lado, el robot Kuka modelo KR
12:55500 que se utiliza para montaje, corte
12:57de piezas, inspección de piezas y carga
13:00de materiales más pesados, tiene un
13:02precio que varía de 96,000 a 120,000
13:05dólares. Algunos robots cuestan más de
13:07400,000 dólares.
13:09Pero cuando se agregan algunos
13:10periféricos como controladores, smart
13:12pad, software específico, herramientas
13:15para el manejo de cargas,
13:17el costo sube a más de 800,000 dólares.
13:20En algunos casos supera el millón de
13:22dólares.
13:24[música]
13:28[música]
13:33[música]
13:38[música]
13:43Ah.

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