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Efectores Finales. Arellano Quintana Víctor Manuel, Lozano Lázaro Jesús, Osorio Benítez Anahí. Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Azcapotzalco. [email protected], [email protected], [email protected] . Resumen Un robot puede alcanzar cualquier punto dentro de su volumen de trabajo, sin embargo requiere de una herramienta o elementos de sujeción dependiendo de su aplicación. El efector final es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realiz ación de una tarea específica. Es la parte más importante de un robot, y representa un costo aproximado del 80% total del robot. Esto se debe a la precisión que requiere, al diseño particular y a la complejidad de varios grados de libertad que se requieran para el desarrollo de su tarea. Existen principalmente dos tipos de efectores: de sujeción y herramientas, y se detallan en este documento. Palabras clave Robot, robot industrial, efector final, pinzas, herramientas Abstract A robot can reach any point within its volume of work, but requires a tool or fasteners depending on their application. The end effector is a device that attaches to the wrist of the robot arm in order to enable it to perform a specific task. It is the most important part of a robot, and represents a cost of approximately 80% of the total robot. This is due to the precision required, the particular design and the complexity of multiple degrees of freedom required for the development of their task. There are mainly two types of effectors: holding (pliers, grippers) and tools, and detailed in this document. Key words Robot, industrial robot, end effector, gripper, tools. 1. Introducción Los robots son utilizados actualmente en infinidad de aplicaciones, desde las domésticas, pasando por las industriales y hasta fuera del planeta, como en los transbordadores espaciales y la superficie de Marte. Cada robot está diseñado o seleccionado para cumplir con una tarea específica y de esta manera, realizarla mucho más eficientemente y en mejores condiciones en las que la desarrollaría un humano. Es sabido que la implementación de robots, y en especial los robots industriales, ha tenido un gran impacto en la actualidad, principalmente en la industria automotriz donde se encuentran operando aproximadamente la mitad de estos robots. Esto se debe a su total flexibilidad, a que aumentan la producción, a que mejoran las condiciones de trabajo, por mencionar algunas de sus características. Debemos destacar que gran parte de la funcionalidad que tenga un robot depende de su efector final, que es el elemento que realiza directamente la tarea para la que este haya sido destinado, como pintura, soldadura, sujeción. El diseño o la selección de estos efectores es de gran importancia en este campo, y es elemental conocer sus diferentes usos y aplicaciones, así como su funcionamiento para asegurar que su desempeño sea óptimo.
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Efectores Finales.Arellano Quintana Víctor Manuel, Lozano Lázaro Jesús, Osorio Benítez Anahí.
Instituto Politécnico Nacional. Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica UnidadAzcapotzalco.
[email protected], [email protected], [email protected]
.
Resumen
Un robot puede alcanzar cualquier punto dentrode su volumen de trabajo, sin embargo requierede una herramienta o elementos de sujecióndependiendo de su aplicación. El efector finales un dispositivo que se une a la muñeca delbrazo del robot con la finalidad de activarlo
para la realización de una tarea específica. Es laparte más importante de un robot, y representaun costo aproximado del 80% total del robot.Esto se debe a la precisión que requiere, aldiseño particular y a la complejidad de variosgrados de libertad que se requieran para eldesarrollo de su tarea. Existen principalmentedos tipos de efectores: de sujeción yherramientas, y se detallan en este documento.
Palabras clave
Robot, robot industrial, efector final, pinzas,herramientas
Abstract
A robot can reach any point within its volumeof work, but requires a tool or fastenersdepending on their application. The end effectoris a device that attaches to the wrist of the robotarm in order to enable it to perform a specific
task. It is the most important part of a robot,and represents a cost of approximately 80% of the total robot. This is due to the precisionrequired, the particular design and thecomplexity of multiple degrees of freedomrequired for the development of their task.There are mainly two types of effectors:holding (pliers, grippers) and tools, and detailedin this document.
Key words
Robot, industrial robot, end effector, gripper,tools.
1. Introducción
Los robots son utilizados actualmente en
infinidad de aplicaciones, desde las domésticas,pasando por las industriales y hasta fuera delplaneta, como en los transbordadores espacialesy la superficie de Marte. Cada robot estádiseñado o seleccionado para cumplir con unatarea específica y de esta manera, realizarlamucho más eficientemente y en mejorescondiciones en las que la desarrollaría unhumano. Es sabido que la implementación derobots, y en especial los robots industriales, hatenido un gran impacto en la actualidad,
principalmente en la industria automotriz dondese encuentran operando aproximadamente lamitad de estos robots. Esto se debe a su totalflexibilidad, a que aumentan la producción, aque mejoran las condiciones de trabajo, pormencionar algunas de sus características.Debemos destacar que gran parte de lafuncionalidad que tenga un robot depende de suefector final, que es el elemento que realizadirectamente la tarea para la que este haya sidodestinado, como pintura, soldadura, sujeción. El
diseño o la selección de estos efectores es degran importancia en este campo, y es elementalconocer sus diferentes usos y aplicaciones, así como su funcionamiento para asegurar que sudesempeño sea óptimo.
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2. ¿Que es un efector final?
Los robots han demostrado ser especialmentecapaces de realizar actividades repetitivas, quepara los seres humanos podrían resultartediosas. Son también ideales para manejar
materiales peligrosos en ambientes nocivos(Sotomayor Nelson, 2009).
Un robot puede alcanzar cualquier punto dentrode su volumen de trabajo, sin embargo parapoder manipularlo requiere de una herramientao elementos de sujeción dada la aplicación enparticular a realizar. Los manipuladoresrobóticos son capaces de realizar una tareadeterminada de forma adecuada únicamentecuando son equipados con la herramienta
correcta y el método de agarre apropiado (S.Hesse, 2004).
El efector final es un dispositivo que se une a lamuñeca del brazo del robot con la finalidad deactivarlo para la realización de una tareaespecífica. La razón por la que existen distintostipos de efectores finales es, precisamente, porlas funciones que realizan. Existen tantosefectores finales como aplicaciones, por elloestos pueden ser divididos en dos grandes
categorías: pinzas y herramientas (García H.Andrés, 2007).
Los efectores finales pueden emplearactuadores eléctricos, neumáticos o hidráulicosdependiendo del ambiente de trabajo, lapotencia requerida, el espacio disponible entreotros factores.
La parte más importante de un robot laconstituye el efector final, representa un costo
del 80% total del costo del robot. Esto se debe ala precisión que requiere, al diseño particular ya la complejidad de varios grados de libertadque se requieran para el espacio de trabajonecesario para trabajar.
3. Tipos de efectores finales
Existen tantos efectores finales como lasaplicaciones lo requieran, como pueden ser parasoldadura, corte, pulido, sujeción,manipulación, entre otras
Básicamente se pueden clasificar en dos tipos:
1. Herramienta
En muchos procesos industriales se necesitandiferentes tipos de herramienta, segúnGroover (1989), se pueden clasificar ensoldadura por puntos, soplete de soldadura porarco, tobera de pintura por pulverización,husillos giratorios para operaciones de
maquinado, aplicadores de cemento líquidopara montaje, sopletes de calentamiento y decorte por chorro de agua.
A continuación se hace mención de los másutilizados en la industria:
Soldadura por puntos Soplete de soldadura por arco: Tobera de pintura por pulverización: Corte por chorro de agua:
2. Sujeción
Los dispositivos de sujeción pueden dividirseen ventosas, ganchos, electroimanes o pinzas.Las ventosas son elementos capaces de sostenerobjetos blandos no porosos, a partir de lageneración de un vacío entre el mismo y laventosa. Los ganchos se desplazan sosteniendola verticalidad y se limitan a objetos provistos
de argollas. Los electros imanes sostienenpiezas fabricadas de materiales ferromagnéticos(Aguilar V. Casandra)
Tipo pinza:
Un gripper o pinza mecánica es un efector finalque utiliza dedos mecánicos impulsados por unmecanismo para manipular una pieza. Los
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dedos, son los accesorios de la pinza que estánen contacto con la pieza. Se pueden diseñarconjuntos diferentes de dedos para utilizar conel mismo mecanismo de pinza con el objeto deacoplarlos a modelos de objetos diferentes(Bautista P. Gesaví J., 2010).
Las pinzas se pueden clasificar en diferentestipos de acuerdo a su sistema de impulsión queson:
Pinzas hidráulicas Pinzas neumáticas Pinzas eléctricas Pinzas mecánicas
Aplicaciones industriales de los robots
La implantación de un robot industrial en undeterminado proceso exige un detallado estudioprevio del proceso en cuestión, examinando lasventajas e inconvenientes que implica laintroducción del robot. A continuación semencionan algunas de las aplicacionesindustriales de los robots para tener una mejoridea de las aplicaciones que puede tener cadatipo de efector.
Trabajos de fundición
El trabajo por fundición fue el primer procesorobotizado (1960). En la fundición porinyección el robot puede realizar tareasauxiliares como:
Extracción de las piezas del molde ytransporte de estas a un lugar deenfriado y posteriormente a otroproceso.
Limpieza y mantenimiento de losmoldes eliminando rebabas y aplicandoel lubricante.
Colocación de piezas en el interior delos moldes.
Soldadura
La industria automotriz ha sido la granimpulsora de la robótica industrial, empleandola mayor parte de los robots hoy en díasinstalados. La soldadura puede ser por arco
eléctrico o soldadura a puntos; en la soldadurapor puntos el robot deberá de transportar lapieza a soldar y presentarla a los electrodos o ensu caso transportar los electrodos hacia la pieza,esto dependiendo de la maniobrabilidad y pesode las partes. En la soldadura por arco eléctricose transportan los electrodos por las trayectoriasdonde se debe de aplicar la soldadura.
Aplicaciones de materiales. Pintura
En esta actividad los robots aplican pintura através de una pistola, con ello se obtiene unaaplicación uniforme, el menor consumo depintura y una gran velocidad de aplicación.Otro razón para la implementación de un robotde pintura es que el entorno donde esta serealiza es sumamente toxico, con alto nivel deruido, riesgo de incendios y peligroso.
Aplicación de adhesivos y sellantes
En este proceso los robots son frecuentementeutilizados para la aplicación de cordones dematerial sellante o adhesivos en la industriaautomotriz.
Alimentación de maquinas
La peligrosidad y monotonía de las operacionesde carga y descarga de máquinas como prensas,estampadoras, hornos o la posibilidad de usarun mismo robot para transferir una pieza a
través de diferentes maquinas, resultan tareasconvenientes para ser realizadas por un robot.
Montaje
Dada la gran precisión y repetitividad de unrobot, muchos robots son utilizados para lasoperaciones de manufactura flexible elensamblaje de componentes electrónicos.
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Corte
El corte de materiales mediante robots es unaaplicación reciente. Los métodos de corte masempleados son oxicorte, plasma, laser y chorrode agua. En estos el robot transporta la boquilla
por la que se emite el material de corte,proyectando este sobre la pieza al tiempo quesigue una trayectoria determinada.
Medicina
Desde hace varias décadas, se han diseñadomanipuladores robóticos para su aplicación enla medicina. Donde en especialidadesquirúrgicas como la neurocirugía y latraumatología, han requerido de su intervención
en forma exacta para localización anatómica.Asimismo, que presenten una mejorvisualización del campo operatorio. Además dedestrezas y precisión en las maniobras(Targarona Soler, 2003).
Referencias:
[1] Aguilar Velasco Casandra.; GalvánYáñez Oscar R.; Nieto Zepeda Cesar “Diseñode un efector final tipo pinza autoconformable
de 10 GDL” Tesis de Licenciatura, ESIME-IPN. México 2007
[2] Bautista Peña. Gesaví J.; GuerreroGuadarrama Elías E.; Jiménez LedesmaAlejandro REHABILITACIÓN DE UNROBOT MANIPULADOR DE 5 GDL“PEGASUS” PARA USO DIDÁCTICODERIVADO DEL PROYECTO DEINVESTIGACIÓN SEP/CONACYT 2007 – 4970, Tesis de Licenciatura, ESIME-IPN
México 2010[3] García H. Andrés; Castillo GarcíaFernando J. CIM: el computador en laautomatización de la producción. Universidadde Castilla La Mancha, 2007.
[4] Groover M., “Robótica Industrial”, McGraw Hill, 1989
[5] S. Hesse, Las pinzas y sus aplicaciones.USA: Festo AG & Co., 2004.
[6] Sotomayor Nelson, MSc., “RobóticaIndustrial” Departamento de Automatización yControl Industrial, Escuela Politécnica
Nacional, 2009 [7] Targarona-Soler, E. M. y Trías-Folch,M., Terapéutica mínimamente invasiva ynuevas tecnologías en cirugía general ydigestiva, Ed. Masson, 2003.
