Robot industrial

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Un robot industrial es un sistema robótico utilizado para la fabricación . Los robots industriales están automatizados, son programables y pueden moverse en tres o más ejes. ^[1]

Las aplicaciones típicas de los robots incluyen soldadura , pintura, ensamblaje, desmontaje , ^[2] recogida y colocación de placas de circuitos impresos , embalaje y etiquetado , paletización , inspección de productos y pruebas; todo ello realizado con alta resistencia, velocidad y precisión. Pueden ayudar en la manipulación de materiales .

En el año 2022, se estima que había 3.903.633 robots industriales en funcionamiento en todo el mundo según la Federación Internacional de Robótica (IFR) . ^{[3] [4]}

Hay seis tipos de robots industriales. ^[5]

Los robots articulados ^[5] son ​​los robots industriales más comunes. ^[6] Tienen aspecto de brazo humano , por lo que también se les llama brazo robótico o brazo manipulador . ^[7] Sus articulaciones con varios grados de libertad permiten a los brazos articulados un amplio rango de movimientos.

Un robot autónomo es un robot que actúa sin recurrir al control humano. Los primeros robots autónomos fueron conocidos como Elmer y Elsie , que fueron construidos a fines de la década de 1940 por W. Grey Walter . Fueron los primeros robots en la historia que fueron programados para "pensar" de la manera en que lo hacen los cerebros biológicos y se suponía que tenían libre albedrío. ^[8] Elmer y Elsie fueron etiquetados a menudo como tortugas debido a cómo tenían forma y la forma en que se movían. Eran capaces de fototaxis , que es el movimiento que ocurre en respuesta a un estímulo de luz. ^[9]

Los robots cartesianos, ^[5] también llamados rectilíneos, robots pórtico y robots xyz ^[6] tienen tres articulaciones prismáticas para el movimiento de la herramienta y tres articulaciones rotatorias para su orientación en el espacio.

Para poder mover y orientar el órgano efector en todas las direcciones, un robot de este tipo necesita 6 ejes (o grados de libertad). En un entorno bidimensional, tres ejes son suficientes, dos para el desplazamiento y uno para la orientación. ^[10]

Los robots de coordenadas cilíndricos ^[5] se caracterizan por tener una articulación rotatoria en la base y al menos una articulación prismática que conecta sus eslabones. ^[6] Pueden moverse vertical y horizontalmente mediante deslizamiento. El diseño compacto del efector permite al robot alcanzar espacios de trabajo reducidos sin ninguna pérdida de velocidad. ^[6]

Los robots de coordenadas esféricas solo tienen articulaciones rotatorias. ^[5] Son uno de los primeros robots que se han utilizado en aplicaciones industriales. ^[6] Se utilizan comúnmente para el cuidado de máquinas en fundición a presión, inyección y extrusión de plástico y para soldadura. ^[6]

SCARA ^[5] es el acrónimo de Selective Compliance Assembly Robot Arm (Brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo). ^[11] Los robots SCARA se reconocen por sus dos articulaciones paralelas que proporcionan movimiento en el plano XY. ^[5] Los ejes giratorios se colocan verticalmente en el efector. Los robots SCARA se utilizan para trabajos que requieren movimientos laterales precisos. Son ideales para aplicaciones de ensamblaje. ^[6]

Los robots delta ^[5] también se conocen como robots de enlace paralelo. ^[6] Consisten en enlaces paralelos conectados a una base común. Los robots delta son particularmente útiles para tareas de control directo y operaciones de alta maniobra (como tareas rápidas de pick and place). Los robots delta aprovechan los sistemas de enlace de cuatro barras o paralelogramos.

Además, los robots industriales pueden tener una arquitectura en serie o en paralelo.

Las arquitecturas seriales, también conocidas como manipuladores seriales, son robots industriales muy comunes y están diseñados como una serie de enlaces conectados por articulaciones accionadas por motor que se extienden desde una base hasta un efector final. Los manipuladores SCARA y Stanford son ejemplos típicos de esta categoría.

Un manipulador paralelo está diseñado de modo que cada cadena sea generalmente corta, simple y, por lo tanto, pueda ser rígida contra movimientos no deseados, en comparación con un manipulador en serie . Los errores en el posicionamiento de una cadena se promedian junto con los de las demás, en lugar de ser acumulativos. Cada actuador debe seguir moviéndose dentro de su propio grado de libertad , como en el caso de un robot en serie; sin embargo, en el robot paralelo, la flexibilidad fuera del eje de una articulación también está limitada por el efecto de las otras cadenas. Es esta rigidez de bucle cerrado la que hace que el manipulador paralelo en general sea rígido en relación con sus componentes, a diferencia de la cadena en serie que se vuelve progresivamente menos rígida con más componentes.

Un manipulador completamente paralelo puede mover un objeto con hasta 6 grados de libertad (DoF), determinados por 3 coordenadas de traslación 3T y 3 coordenadas de rotación 3R para una movilidad 3T3R completa . Sin embargo, cuando una tarea de manipulación requiere menos de 6 DoF, el uso de manipuladores de menor movilidad, con menos de 6 DoF, puede traer ventajas en términos de arquitectura más simple, control más fácil, movimiento más rápido y menor costo. Por ejemplo, el robot Delta de 3 DoF tiene una movilidad 3T menor y ha demostrado ser muy exitoso para aplicaciones rápidas de posicionamiento traslacional de pick-and-place. El espacio de trabajo de los manipuladores de menor movilidad se puede descomponer en subespacios de "movimiento" y "restricción". Por ejemplo, 3 coordenadas de posición constituyen el subespacio de movimiento del robot Delta de 3 DoF y las 3 coordenadas de orientación están en el subespacio de restricción. El subespacio de movimiento de los manipuladores de menor movilidad se puede descomponer en subespacios independientes (deseado) y dependientes (concomitantes): que consisten en movimiento "concomitante" o "parásito", que es el movimiento no deseado del manipulador. ^[12] Los efectos debilitantes del movimiento concomitante deben mitigarse o eliminarse en el diseño exitoso de manipuladores de menor movilidad. Por ejemplo, el robot Delta no tiene movimiento parásito ya que su efector final no gira.

Los robots presentan distintos grados de autonomía . Algunos robots están programados para llevar a cabo fielmente acciones específicas una y otra vez (acciones repetitivas) sin variación y con un alto grado de precisión. Estas acciones están determinadas por rutinas programadas que especifican la dirección, la aceleración, la velocidad, la desaceleración y la distancia de una serie de movimientos coordinados.

Otros robots son mucho más flexibles en cuanto a la orientación del objeto sobre el que están operando o incluso la tarea que debe realizarse sobre el objeto en sí, que el robot puede incluso necesitar identificar. Por ejemplo, para una orientación más precisa, los robots a menudo contienen subsistemas de visión artificial que actúan como sensores visuales, conectados a potentes computadoras o controladores. ^[13] La inteligencia artificial se está convirtiendo en un factor cada vez más importante en el robot industrial moderno.

El primer robot industrial conocido, conforme a la definición ISO, fue completado por "Bill" Griffith P. Taylor en 1937 y publicado en Meccano Magazine en marzo de 1938. ^{[14] [15]} El dispositivo similar a una grúa se construyó casi en su totalidad con piezas de Meccano y estaba impulsado por un solo motor eléctrico. Eran posibles cinco ejes de movimiento, incluida la pinza y la rotación de la pinza . La automatización se logró utilizando cinta de papel perforada para energizar solenoides, lo que facilitaría el movimiento de las palancas de control de la grúa. El robot podía apilar bloques de madera en patrones preprogramados. El número de revoluciones del motor necesarias para cada movimiento deseado se trazó primero en papel cuadriculado. Luego, esta información se transfirió a la cinta de papel, que también era impulsada por el motor único del robot. Chris Shute construyó una réplica completa del robot en 1997.

George Devol solicitó las primeras patentes de robótica en 1954 (concedidas en 1961). La primera empresa en producir un robot fue Unimation , fundada por Devol y Joseph F. Engelberger en 1956. Los robots Unimation también se llamaban máquinas de transferencia programables ya que su principal uso al principio era transferir objetos de un punto a otro, a menos de una docena de pies de distancia. Utilizaban actuadores hidráulicos y estaban programados en coordenadas articulares , es decir, los ángulos de las distintas articulaciones se almacenaban durante una fase de aprendizaje y se reproducían en funcionamiento. Tenían una precisión de 1/10.000 de pulgada ^[16] (nota: aunque la precisión no es una medida apropiada para los robots, normalmente se evalúa en términos de repetibilidad - ver más adelante). Unimation más tarde licenció su tecnología a Kawasaki Heavy Industries y GKN , que fabricaban Unimates en Japón e Inglaterra respectivamente. Durante algún tiempo, el único competidor de Unimation fue Cincinnati Milacron Inc. de Ohio . Esto cambió radicalmente a finales de la década de 1970, cuando varios grandes conglomerados japoneses comenzaron a producir robots industriales similares.

En 1969, Victor Scheinman, de la Universidad de Stanford, inventó el brazo de Stanford , un robot articulado de 6 ejes totalmente eléctrico diseñado para permitir una solución de brazo . Esto le permitió seguir con precisión trayectorias arbitrarias en el espacio y amplió el uso potencial del robot a aplicaciones más sofisticadas, como el ensamblaje y la soldadura. Scheinman luego diseñó un segundo brazo para el Laboratorio de IA del MIT , llamado "brazo MIT". Scheinman, después de recibir una beca de Unimation para desarrollar sus diseños, vendió esos diseños a Unimation, que los desarrolló aún más con el apoyo de General Motors y luego los comercializó como la Máquina Universal Programable para Ensamblaje (PUMA).

La robótica industrial despegó con bastante rapidez en Europa, con ABB Robotics y KUKA Robotics introduciendo robots en el mercado en 1973. ABB Robotics (anteriormente ASEA) presentó IRB 6, uno de los primeros robots controlados por microprocesador totalmente eléctricos disponibles comercialmente del mundo. Los primeros dos robots IRB 6 se vendieron a Magnusson en Suecia para esmerilar y pulir curvas de tuberías y se instalaron en producción en enero de 1974. También en 1973, KUKA Robotics construyó su primer robot, conocido como FAMULUS, ^{[17] [18]} también uno de los primeros robots articulados en tener seis ejes accionados electromecánicamente.

El interés por la robótica aumentó a finales de los años 1970 y muchas empresas estadounidenses entraron en el campo, incluidas grandes firmas como General Electric y General Motors (que formó la empresa conjunta FANUC Robotics con FANUC LTD de Japón). Las empresas emergentes estadounidenses incluyeron Automatix y Adept Technology , Inc. En el auge de la robótica en 1984, Unimation fue adquirida por Westinghouse Electric Corporation por 107 millones de dólares estadounidenses. Westinghouse vendió Unimation a Stäubli Faverges SCA de Francia en 1988, que todavía fabrica robots articulados para aplicaciones industriales generales y de salas blancas e incluso compró la división robótica de Bosch a finales de 2004.

Sólo unas pocas empresas no japonesas lograron finalmente sobrevivir en este mercado, siendo las más importantes: Adept Technology , Stäubli , la empresa sueco - suiza ABB Asea Brown Boveri , la empresa alemana KUKA Robotics y la empresa italiana Comau .

• Número de ejes : se requieren dos ejes para alcanzar cualquier punto en un plano; se requieren tres ejes para alcanzar cualquier punto en el espacio. Para controlar completamente la orientación del extremo del brazo (es decir, la muñeca ), se requieren tres ejes más ( guiñada, cabeceo y balanceo ). Algunos diseños (por ejemplo, el robot SCARA) sacrifican las limitaciones en las posibilidades de movimiento por el costo, la velocidad y la precisión.
• Grados de libertad : normalmente es lo mismo que el número de ejes.
• Envolvente de trabajo : la región del espacio que un robot puede alcanzar.
• Cinemática : la disposición real de los elementos rígidos y las articulaciones del robot, que determina los posibles movimientos del robot. Las clases de cinemática de robots incluyen la cinemática articulada, cartesiana, paralela y SCARA.
• Capacidad de carga o carga útil : cuánto peso puede levantar un robot.
• Velocidad : la rapidez con la que el robot puede posicionar el extremo de su brazo. Puede definirse en términos de la velocidad angular o lineal de cada eje o como una velocidad compuesta, es decir, la velocidad del extremo del brazo cuando todos los ejes están en movimiento.
• Aceleración : la velocidad a la que puede acelerar un eje. Dado que se trata de un factor limitante, es posible que un robot no pueda alcanzar su velocidad máxima especificada para movimientos en distancias cortas o en trayectorias complejas que requieran cambios de dirección frecuentes.
• Precisión : la distancia a la que un robot puede alcanzar una posición determinada. Cuando se mide la posición absoluta del robot y se compara con la posición determinada, el error es una medida de precisión. La precisión se puede mejorar con sensores externos, por ejemplo, un sistema de visión o infrarrojos. Consulte calibración del robot . La precisión puede variar con la velocidad y la posición dentro del área de trabajo y con la carga útil (consulte cumplimiento).
• Repetibilidad : la precisión con la que el robot vuelve a una posición programada. No es lo mismo que precisión. Puede suceder que, cuando se le ordena que vaya a una determinada posición XYZ, llegue solo a 1 mm de esa posición. Esta sería su precisión, que se puede mejorar mediante calibración. Pero si esa posición se memoriza en la memoria del controlador y cada vez que se envía allí vuelve a 0,1 mm de la posición memorizada, entonces la repetibilidad será de 0,1 mm.

La precisión y la repetibilidad son medidas diferentes. La repetibilidad suele ser el criterio más importante para un robot y es similar al concepto de "precisión" en la medición (consulte exactitud y precisión) . La norma ISO 9283 ^[19] establece un método mediante el cual se pueden medir tanto la precisión como la repetibilidad. Normalmente, se envía un robot a una posición programada varias veces y se mide el error en cada retorno a la posición después de visitar otras 4 posiciones. A continuación, se cuantifica la repetibilidad utilizando la desviación estándar de esas muestras en las tres dimensiones. Por supuesto, un robot típico puede cometer un error de posición superior a ese valor y eso podría ser un problema para el proceso. Además, la repetibilidad es diferente en distintas partes del entorno de trabajo y también cambia con la velocidad y la carga útil. La norma ISO 9283 especifica que la precisión y la repetibilidad deben medirse a la velocidad máxima y a la carga útil máxima. Pero esto da como resultado valores pesimistas, mientras que el robot podría ser mucho más preciso y repetible con cargas y velocidades ligeras. La repetibilidad en un proceso industrial también está sujeta a la precisión del efector final, por ejemplo, una pinza, e incluso al diseño de los "dedos" que hacen coincidir la pinza con el objeto que se está agarrando. Por ejemplo, si un robot coge un tornillo por su cabeza, el tornillo podría estar en un ángulo aleatorio. Un intento posterior de insertar el tornillo en un agujero podría fallar fácilmente. Estos y otros escenarios similares se pueden mejorar con "entradas", por ejemplo, haciendo que la entrada al agujero sea cónica.

• Control de movimiento : para algunas aplicaciones, como el ensamblaje sencillo de selección y colocación, el robot solo necesita regresar repetidamente a un número limitado de posiciones preprogramadas. Para aplicaciones más sofisticadas, como la soldadura y el acabado ( pintura por pulverización ), el movimiento debe controlarse continuamente para seguir una trayectoria en el espacio, con orientación y velocidad controladas.
• Fuente de energía : algunos robots utilizan motores eléctricos , otros utilizan actuadores hidráulicos . Los primeros son más rápidos, los segundos son más fuertes y ventajosos en aplicaciones como la pintura en aerosol, donde una chispa podría provocar una explosión ; sin embargo, la baja presurización de aire interna del brazo puede evitar la entrada de vapores inflamables, así como otros contaminantes. Hoy en día, es muy poco probable ver robots hidráulicos en el mercado. Los sellados adicionales, los motores eléctricos sin escobillas y la protección a prueba de chispas facilitaron la construcción de unidades que pueden trabajar en un entorno con una atmósfera explosiva.
• Accionamiento : algunos robots conectan motores eléctricos a las articulaciones mediante engranajes ; otros conectan el motor a la articulación directamente ( accionamiento directo ). El uso de engranajes da como resultado un "juego" medible, que es el movimiento libre en un eje. Los brazos robóticos más pequeños emplean con frecuencia motores de corriente continua de alta velocidad y bajo par, que generalmente requieren relaciones de transmisión altas; esto tiene la desventaja del juego. En tales casos, se suele utilizar el accionamiento armónico .
• Compliancia : es una medida de la cantidad de ángulo o distancia que se moverá el eje de un robot cuando se le aplique una fuerza. Debido a la compliancia, cuando un robot se desplaza a una posición que lleva su carga máxima, estará en una posición ligeramente inferior a la que ocuparía cuando no lleva carga. La compliancia también puede ser responsable de un exceso de velocidad cuando se transportan cargas elevadas, en cuyo caso sería necesario reducir la aceleración.

La configuración o programación de movimientos y secuencias de un robot industrial generalmente se enseña vinculando el controlador del robot a una computadora portátil , una computadora de escritorio o una red (interna o de Internet) .

Un robot y un conjunto de máquinas o periféricos se denominan celda de trabajo o célula. Una celda típica puede contener un alimentador de piezas, una máquina de moldeo y un robot. Las distintas máquinas están "integradas" y controladas por una única computadora o PLC . La forma en que el robot interactúa con otras máquinas en la celda debe programarse, tanto en lo que respecta a sus posiciones en la celda como a la sincronización con ellas.

Software: El ordenador está equipado con el software de interfaz correspondiente . El uso de un ordenador simplifica enormemente el proceso de programación. El software robótico especializado se ejecuta en el controlador del robot o en el ordenador, o en ambos, según el diseño del sistema.

Hay dos entidades básicas que se deben enseñar (o programar): los datos posicionales y el procedimiento. Por ejemplo, en una tarea para mover un tornillo desde un alimentador hasta un orificio, primero se deben enseñar o programar las posiciones del alimentador y del orificio. En segundo lugar, se debe programar el procedimiento para llevar el tornillo desde el alimentador hasta el orificio junto con cualquier E/S involucrada, por ejemplo, una señal para indicar cuándo el tornillo está en el alimentador listo para ser recogido. El propósito del software del robot es facilitar ambas tareas de programación.

La enseñanza de las posiciones del robot se puede lograr de varias maneras:

Comandos posicionales El robot puede ser dirigido a la posición requerida usando una GUI o comandos basados ​​en texto en los que se puede especificar y editar la posición XYZ requerida.

Teach pendant: Las posiciones del robot se pueden enseñar a través de un teach pendant. Se trata de una unidad de control y programación portátil. Las características comunes de estas unidades son la capacidad de enviar manualmente el robot a una posición deseada, o "avanzarlo" o "dar un empujón" para ajustar una posición. También tienen un medio para cambiar la velocidad, ya que normalmente se requiere una velocidad baja para un posicionamiento cuidadoso, o mientras se realiza una prueba a través de una rutina nueva o modificada. Por lo general, también se incluye un botón de parada de emergencia grande. Por lo general, una vez que se ha programado el robot, ya no se puede usar el teach pendant. Todos los teach pendants están equipados con un interruptor de hombre muerto de 3 posiciones . En el modo manual, permite que el robot se mueva solo cuando está en la posición intermedia (parcialmente presionado). Si se presiona por completo o se suelta por completo, el robot se detiene. Este principio de funcionamiento permite utilizar los reflejos naturales para aumentar la seguridad.

Guiar por la nariz: esta es una técnica que ofrecen muchos fabricantes de robots. En este método, un usuario sostiene el manipulador del robot mientras otra persona ingresa un comando que desenergiza el robot y lo hace quedar inmóvil. Luego, el usuario mueve el robot con la mano a las posiciones requeridas o a lo largo de una trayectoria requerida mientras el software registra estas posiciones en la memoria. Posteriormente, el programa puede hacer que el robot se mueva a estas posiciones o a lo largo de la trayectoria enseñada. Esta técnica es popular para tareas como la pulverización de pintura .

La programación fuera de línea es aquella en la que se mapean gráficamente toda la célula, el robot y todas las máquinas o instrumentos en el espacio de trabajo. Luego, el robot se puede mover en la pantalla y simular el proceso. Un simulador de robótica se utiliza para crear aplicaciones integradas para un robot, sin depender del funcionamiento físico del brazo robótico y del efector final. Las ventajas de la simulación robótica es que ahorra tiempo en el diseño de aplicaciones robóticas. También puede aumentar el nivel de seguridad asociado con el equipo robótico, ya que se pueden probar y evaluar varios escenarios hipotéticos antes de activar el sistema.[8] El software de simulación de robots proporciona una plataforma para enseñar, probar, ejecutar y depurar programas que se han escrito en una variedad de lenguajes de programación.

Las herramientas de simulación de robots permiten escribir y depurar cómodamente programas de robótica sin conexión y probar la versión final del programa en un robot real. La capacidad de previsualizar el comportamiento de un sistema robótico en un mundo virtual permite probar una variedad de mecanismos, dispositivos, configuraciones y controladores antes de aplicarlos a un sistema del "mundo real". Los simuladores de robótica tienen la capacidad de proporcionar computación en tiempo real del movimiento simulado de un robot industrial utilizando tanto modelado geométrico como cinemático.

Las herramientas de programación de robots independientes de la fabricación son una forma relativamente nueva pero flexible de programar aplicaciones de robots. Mediante un lenguaje de programación visual , la programación se realiza mediante la función de arrastrar y soltar bloques de construcción o plantillas predefinidos. A menudo, incluyen la ejecución de simulaciones para evaluar la viabilidad y la programación fuera de línea en combinación. Si el sistema puede compilar y cargar el código nativo del robot en el controlador del robot, el usuario ya no tiene que aprender el lenguaje propietario de cada fabricante . Por lo tanto, este enfoque puede ser un paso importante para estandarizar los métodos de programación.

Además, otros operadores de máquinas suelen utilizar dispositivos de interfaz de usuario , normalmente unidades de pantalla táctil , que sirven como panel de control del operador. El operador puede cambiar de un programa a otro, realizar ajustes dentro de un programa y también operar una serie de dispositivos periféricos que pueden estar integrados dentro del mismo sistema robótico. Estos incluyen efectores finales , alimentadores que suministran componentes al robot, cintas transportadoras , controles de parada de emergencia, sistemas de visión artificial, sistemas de enclavamiento de seguridad , impresoras de códigos de barras y una gama casi infinita de otros dispositivos industriales a los que se accede y se controlan a través del panel de control del operador.

El dispositivo de programación o la computadora generalmente se desconectan después de la programación y el robot luego ejecuta el programa que se ha instalado en su controlador . Sin embargo, a menudo se utiliza una computadora para "supervisar" el robot y cualquier periférico, o para proporcionar almacenamiento adicional para acceder a numerosas rutas y rutinas complejas.

El periférico robótico más esencial es el efector final , o herramienta de extremo de brazo (EOAT). Los ejemplos comunes de efectores finales incluyen dispositivos de soldadura (como pistolas de soldadura MIG, soldadoras por puntos, etc.), pistolas de pulverización y también dispositivos de pulido y desbarbado (como amoladoras neumáticas de disco o banda, fresas, etc.) y pinzas (dispositivos que pueden agarrar un objeto, generalmente electromecánicos o neumáticos ). Otros medios comunes para recoger objetos son el vacío o los imanes . Los efectores finales suelen ser muy complejos, están hechos para adaptarse al producto manipulado y, a menudo, son capaces de recoger una serie de productos a la vez. Pueden utilizar varios sensores para ayudar al sistema robótico a localizar, manipular y posicionar los productos.

Para un robot determinado, los únicos parámetros necesarios para localizar completamente el efector final (pinza, soplete de soldadura, etc.) del robot son los ángulos de cada una de las articulaciones o los desplazamientos de los ejes lineales (o combinaciones de ambos para formatos de robot como SCARA). Sin embargo, existen muchas formas diferentes de definir los puntos. La forma más común y más conveniente de definir un punto es especificar una coordenada cartesiana para él, es decir, la posición del "efector final" en mm en las direcciones X, Y y Z con respecto al origen del robot. Además, dependiendo de los tipos de articulaciones que pueda tener un robot en particular, también se debe especificar la orientación del efector final en guiñada, cabeceo y balanceo y la ubicación del punto de la herramienta con respecto a la placa frontal del robot. Para un brazo articulado, el controlador del robot debe convertir estas coordenadas en ángulos de articulación y dichas conversiones se conocen como transformaciones cartesianas que pueden tener que realizarse de forma iterativa o recursiva para un robot de múltiples ejes. La matemática de la relación entre los ángulos de las articulaciones y las coordenadas espaciales reales se denomina cinemática. Véase control del robot

El posicionamiento por coordenadas cartesianas se puede realizar ingresando las coordenadas en el sistema o utilizando un dispositivo de programación que mueve el robot en direcciones XYZ. Es mucho más fácil para un operador humano visualizar movimientos hacia arriba/abajo, izquierda/derecha, etc. que mover cada articulación una a la vez. Cuando se alcanza la posición deseada, se define de alguna manera particular para el software del robot en uso, por ejemplo, P1 - P5 a continuación.

La mayoría de los robots articulados funcionan almacenando una serie de posiciones en la memoria y desplazándose hacia ellas en distintos momentos de su secuencia de programación. Por ejemplo, un robot que está moviendo objetos de un lugar (recipiente A) a otro (recipiente B) podría tener un programa simple de "recoger y colocar" similar al siguiente:

Definir los puntos P1–P5:

1. De forma segura por encima de la pieza de trabajo (definida como P1)
2. 10 cm por encima del contenedor A (definido como P2)
3. En posición de tomar parte desde el bin A (definido como P3)
4. 10 cm por encima del contenedor B (definido como P4)
5. En posición de tomar parte desde el bin B. (definido como P5)

Definir programa:

1. Mover a P1
2. Muévete a P2
3. Mudarse a P3
4. Pinza cerrada
5. Muévete a P2
6. Pasar a P4
7. Pasar a P5
8. Pinza abierta
9. Pasar a P4
10. Pasar a P1 y terminar

Para ver ejemplos de cómo se vería esto en lenguajes de robótica populares, consulte programación de robots industriales .

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La Norma Nacional Estadounidense para Robots Industriales y Sistemas de Robots - Requisitos de Seguridad (ANSI/RIA R15.06-1999) define una singularidad como "una condición causada por la alineación colineal de dos o más ejes del robot que resulta en un movimiento y velocidades impredecibles del robot". Es más común en los brazos robóticos que utilizan una "muñeca de triple giro". Se trata de una muñeca en la que los tres ejes de la muñeca, que controlan la guiñada, el cabeceo y el giro, pasan todos por un punto común. Un ejemplo de una singularidad de muñeca es cuando la trayectoria por la que se desplaza el robot hace que el primer y el tercer eje de la muñeca del robot (es decir, los ejes 4 y 6 del robot) se alineen. El segundo eje de la muñeca intenta entonces girar 180° en tiempo cero para mantener la orientación del efector final. Otro término común para esta singularidad es "giro de muñeca". El resultado de una singularidad puede ser bastante dramático y puede tener efectos adversos en el brazo robótico, el efector final y el proceso. Algunos fabricantes de robots industriales han intentado evitar esta situación modificando ligeramente la trayectoria del robot para evitar esta situación. Otro método consiste en reducir la velocidad de desplazamiento del robot, reduciendo así la velocidad necesaria para que la muñeca realice la transición. La ANSI/RIA ha ordenado que los fabricantes de robots deben informar al usuario de las singularidades si se producen mientras el sistema se manipula manualmente.

Un segundo tipo de singularidad en robots articulados verticalmente y con división de muñeca se produce cuando el centro de la muñeca se encuentra sobre un cilindro centrado en el eje 1 y con un radio igual a la distancia entre los ejes 1 y 4. Esto se denomina singularidad de hombro. Algunos fabricantes de robots también mencionan singularidades de alineación, en las que los ejes 1 y 6 coinciden. Esto es simplemente un subcaso de singularidades de hombro. Cuando el robot pasa cerca de una singularidad de hombro, la articulación 1 gira muy rápido.

El tercer y último tipo de singularidad en robots de seis ejes articulados verticalmente y con división de la muñeca se produce cuando el centro de la muñeca se encuentra en el mismo plano que los ejes 2 y 3.

Las singularidades están estrechamente relacionadas con el fenómeno del bloqueo del cardán , que tiene una causa raíz similar: los ejes se alinean.

Según el estudio World Robotics 2023 de la Federación Internacional de Robótica (IFR) , a finales de 2022 había unos 3.903.633 robots industriales operativos. ^{[3] [4]} Para el año 2018, la IFR estima las ventas mundiales de robots industriales en 16.500 millones de dólares. Incluyendo el coste del software, los periféricos y la ingeniería de sistemas, se estima que la facturación anual de los sistemas robóticos fue de 48.000 millones de dólares en 2018. ^[20]

China es el mayor mercado de robots industriales, con 154.032 unidades vendidas en 2018. ^[20] China tenía el mayor stock operativo de robots industriales, con 649.447 a finales de 2018. ^[21] Los fabricantes de robots industriales de Estados Unidos enviaron 35.880 robots a fábricas en Estados Unidos en 2018, un 7 % más que en 2017. ^[22]

El mayor cliente de los robots industriales es la industria automotriz con una participación de mercado del 30%, seguida por la industria eléctrica/electrónica con un 25%, la industria metalúrgica y de maquinaria con un 10%, la industria del caucho y plásticos con un 5% y la industria alimentaria con un 5%. ^[20] En la industria textil, de la confección y del cuero, están en funcionamiento 1.580 unidades. ^[23]

Estimación del suministro anual mundial de robots industriales (en unidades): ^{[3] [4] [24]}

La Federación Internacional de Robótica ha predicho un aumento mundial en la adopción de robots industriales y estimó 1,7 millones de nuevas instalaciones de robots en fábricas en todo el mundo para 2020 [IFR 2017] Archivado el 11 de febrero de 2017 en Wayback Machine . Los rápidos avances en las tecnologías de automatización (por ejemplo, robots fijos, robots colaborativos y móviles y exoesqueletos) tienen el potencial de mejorar las condiciones de trabajo, pero también de introducir peligros en el lugar de trabajo en los lugares de fabricación. ^[25] [3] A pesar de la falta de datos de vigilancia ocupacional sobre lesiones asociadas específicamente con robots, los investigadores del Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) de EE. UU. identificaron 61 muertes relacionadas con robots entre 1992 y 2015 utilizando búsquedas de palabras clave de la base de datos de investigación del Censo de Lesiones Ocupacionales Fatales de la Oficina de Estadísticas Laborales (BLS) (ver información del Centro de Investigación en Robótica Ocupacional). Utilizando datos de la Oficina de Estadísticas Laborales, NIOSH y sus socios estatales han investigado 4 muertes relacionadas con robots en el marco del Programa de Evaluación de Control y Evaluación de Fatalidades. Además, la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha investigado docenas de muertes y lesiones relacionadas con robots, que se pueden consultar en la página de búsqueda de accidentes de OSHA. Las lesiones y las muertes podrían aumentar con el tiempo debido al creciente número de robots colaborativos y coexistentes, exoesqueletos motorizados y vehículos autónomos en el entorno laboral.

La Asociación de Industrias Robóticas (RIA, por sus siglas en inglés) está desarrollando estándares de seguridad junto con el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI, por sus siglas en inglés).[4] El 5 de octubre de 2017, OSHA, NIOSH y RIA firmaron una alianza para trabajar juntos con el fin de mejorar la experiencia técnica, identificar y ayudar a abordar los posibles peligros en el lugar de trabajo asociados con los robots industriales tradicionales y la tecnología emergente de instalaciones y sistemas de colaboración entre humanos y robots, y ayudar a identificar la investigación necesaria para reducir los peligros en el lugar de trabajo. El 16 de octubre, NIOSH lanzó el Centro de Investigación en Robótica Ocupacional para "ofrecer liderazgo científico para guiar el desarrollo y el uso de robots ocupacionales que mejoren la seguridad, la salud y el bienestar de los trabajadores". Hasta el momento, las necesidades de investigación identificadas por NIOSH y sus socios incluyen: seguimiento y prevención de lesiones y muertes, estrategias de intervención y difusión para promover procedimientos seguros de control y mantenimiento de máquinas, y la traducción de intervenciones efectivas basadas en evidencia a la práctica en el lugar de trabajo.

• Automatización
• Robot doméstico
• Manipulador de tambor
• Asistente de trabajo industrial inteligente (iiwa)
• Luces apagadas (fabricación)
• Robots industriales móviles
• Robot de coordenadas cartesianas
• Robot de pórtico
• Seguridad robótica en el lugar de trabajo

• Nof, Shimon Y. (editor) (1999). Manual de robótica industrial , 2.ª ed. John Wiley & Sons. 1378 págs.  ISBN 0-471-17783-0 . 
• Lars Westerlund (autor) (2000). El brazo extendido del hombre. ISBN 91-7736-467-8 . 
• Michal Gurgul (autor) (2018). Robots industriales y cobots: todo lo que necesitas saber sobre tu futuro compañero de trabajo. ISBN 978-83-952513-0-6 . 

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Robots industriales .

• Seguridad de robots industriales y sistemas robóticos (por OSHA , por lo que es de dominio público).
• Federación Internacional de Robótica IFR (mundial)
• Asociación de Industrias Robóticas RIA (América del Norte)
• BARA, Asociación Británica de Automatización y Robótica (Reino Unido)
• Centro de Investigación en Robótica Ocupacional del NIOSH
• Normas de seguridad aplicadas a la Robótica
• Estrategias para abordar las nuevas tecnologías desde el INRS Archivado 2018-02-21 en Wayback Machine
• Protección de máquinas: por qué es un requisito legal Archivado el 15 de abril de 2021 en Wayback Machine