A robot multiarticular, también conocido como robot articulado, es un tipo de robot industrial que tiene dos o más juntas giratorias. Estas articulaciones permiten que el robot se mueva y opere de una manera que se asemeja a un brazo humano u otro sistema de extremidades. Los robots multiarticulares proporcionan más flexibilidad y destreza que los robots estándar de una sola articulación.
Cómo funciona un robot multiarticular
La característica clave de un robot multiarticular que lo diferencia de otros diseños de robots es la presencia de juntas giratorias. Son articulaciones que permiten el movimiento alrededor de uno o más ejes de rotación. Las juntas rotativas comunes utilizadas en robótica incluyen:
-Articulaciones de revolución: Permiten la rotación alrededor de un solo eje. Las articulaciones giratorias permiten movimientos de flexión y plegado.
-Articulaciones prismáticas: Permiten un movimiento lineal a lo largo de un solo eje. Las articulaciones prismáticas permiten movimientos telescópicos y deslizantes.
-Juntas esféricas: Permiten la rotación alrededor de tres ejes perpendiculares. Las articulaciones esféricas permiten movimientos de torsión.
Al conectar múltiples articulaciones giratorias mediante enlaces rígidos, se pueden construir brazos robóticos de múltiples articulaciones que imiten el rango de movimiento de un brazo humano. Las juntas funcionan mediante servomotores que giran o deslizan los enlaces conectados en función de señales de control. Los robots multiarticulares también incorporan sensores para proporcionar retroalimentación sobre la configuración actual del robot al sistema de control.
Configuraciones comunes
Existen varias configuraciones comunes de robots multiarticulares o articulados:
- Robots cartesianos: utilizados para recoger y colocar y otros movimientos lineales, los robots cartesianos tienen tres articulaciones prismáticas cuyos ejes coinciden con un sistema de coordenadas cartesianas. Esto proporciona movimiento en las dimensiones X, Y y Z.
- Robots SCARA: Los robots de brazo robótico de ensamblaje de cumplimiento selectivo (SCARA) son muy comunes. Tienen dos juntas rotativas paralelas para proporcionar cumplimiento, además de una junta prismática para movimiento vertical. Las juntas paralelas permiten que los robots SCARA se muevan eficientemente en un plano horizontal.
- Robots antropomórficos: diseñados para imitar los movimientos de un brazo humano, estos robots multiarticulares tienen articulaciones giratorias de hombro, codo y muñeca. Algunos incluso incorporan manos multiarticuladas. Su forma humana les permite realizar tareas destinadas a humanos.
- Robots cilíndricos: construidos alrededor de una "columna vertebral" central con juntas giratorias, los robots cilíndricos pueden cubrir una gran área de trabajo porque la junta de "hombro" permite la rotación alrededor del cilindro.
Aplicaciones
Gracias a su flexibilidad rotacional, los robots multiarticulares son muy versátiles y pueden automatizar una amplia gama de aplicaciones industriales, que incluyen:
-Recoger y colocar tareas
-Operaciones de embalaje y paletizado.
-Montaje de piezas
-Moldeo por inyección
-Tienda de máquinas CNC
-Soldadura de carrocerías y electrodomésticos.
-Pintar superficies curvas.
-Inspección de calidad mediante movimiento y escaneo.
En esencia, los robots multiarticulares pueden abordar casi cualquier tarea que requiera mover herramientas o efectores finales a través de una variedad de posiciones y orientaciones. Es importante destacar que su capacidad para ampliar su ámbito de trabajo y evitar colisiones automáticamente los hace muy útiles para interactuar con entornos complejos o abarrotados de forma dinámica.
Ventajas sobre los robots de una sola articulación
Si bien los robots de una sola articulación pueden alcanzar índices muy altos de velocidad y precisión, adolecen de una flexibilidad limitada. Por ejemplo, un robot de pórtico cartesiano simple sólo puede lograr un movimiento lineal en tres ejes.
Por el contrario, los brazos robóticos multiarticulares pueden:
- Alcanzar obstáculos: al doblarse o girarse para apartarse, pueden operar en espacios reducidos.
- Reorientar herramientas: las herramientas montadas en la muñeca o brida del robot se pueden girar e inclinar en casi cualquier orientación durante una tarea.
- Prevención de autocolisiones: los brazos multiarticulares tienen un software que les permite apartarse de manera efectiva y automática de ellos mismos y de otros elementos en su espacio de trabajo.
- Movimiento de trayectoria continua: pueden "girarse" suavemente a través de posiciones intermedias, lo que permite operaciones como soldar grandes superficies curvas.
En esencia, los robots multiarticulares correctamente implementados ofrecen mayor autonomía, eficiencia y flexibilidad de producción en comparación con robots más rígidos.
Sistemas de control para robots multiarticulares
Se necesitan sistemas de control informático sofisticados para coordinar el movimiento en numerosas articulaciones y ejes presentes en los robots articulados:
- Cinemática: las transformaciones de coordenadas matemáticas deben rastrear continuamente la posición 6D de la información sobre herramientas del robot en función de las posiciones angulares de múltiples juntas giratorias.
- Planificación de rutas: para evitar colisiones y maximizar la eficiencia, las rutas de movimiento óptimas deben calcularse previamente o generarse dinámicamente a medida que se completan las tareas.
- Algoritmos de compensación: la desviación de las trayectorias objetivo debido a la flexibilidad del brazo y el juego en las articulaciones/engranajes se debe detectar y contrarrestar mediante señales de compensación enviadas a los actuadores.
- Control multivariable: Múltiples ecuaciones diferenciales parciales acopladas gobiernan la dinámica compleja de brazos multiarticulares, lo que requiere un control muy sensible y en tiempo real de múltiples actuadores para lograr precisión y velocidad.
Como resultado, la programación de robots multiarticulares se basa en un software que simplifica el control hasta entradas de coordenadas básicas, ajustes preestablecidos de movimiento, orientaciones de herramientas y acciones de efectores finales. Esto libera a los ingenieros de tener que resolver manualmente cálculos matemáticos y dinámicos complejos.
Las ventajas de los robots colaborativos
Un área relativamente nueva en la robótica multiarticular es la de los robots colaborativos o "cobots". Los cobots están diseñados para operar de forma segura mientras interactúan físicamente con humanos en un espacio de trabajo compartido, sin peligro ni necesidad de vigilancia de seguridad. Los sensores incorporados hacen que el brazo o la mano del robot se detengan automáticamente ante el contacto humano.
Este enfoque colaborativo ofrece numerosos beneficios:
- Programación intuitiva: los cobots se pueden entrenar manualmente mediante enseñanza guiada en lugar de codificación, lo que los hace muy fáciles de usar.
- Fácil implementación: los diseños livianos permiten que los cobots se configuren rápidamente en casi cualquier lugar. No se necesitan vallas rígidas ni cimientos.
- Interacción más segura: Las pieles táctiles sensibles y/o la detección de torsión en cada articulación hacen que los cobots reaccionen adecuadamente al contacto humano.
- Automatización flexible: los espacios de celda de trabajo compartidos significan que los operadores pueden alternar tareas con robots en una coordinación eficiente.
- Soluciones más asequibles: la eliminación de las barreras de seguridad reduce en gran medida los costos y el espacio total del sistema.
- Fuerzas de trabajo aumentadas: los humanos manejan tareas cognitivas complejas, mientras que los cobots los liberan de actividades aburridas y ergonómicamente exigentes.
De este modo, los cobots reducen las barreras para la adopción de robots por parte de las pequeñas empresas y, al mismo tiempo, promueven una colaboración más segura entre humanos y máquinas en las instalaciones existentes. Este nuevo paradigma de automatización intuitiva y asequible continúa impulsando soluciones cobot innovadoras en muchas industrias.
El futuro de los robots multiarticulares
A medida que la capacidad de procesamiento de las computadoras siga mejorando, también lo harán las capacidades de los robots articulados y sus interfaces de control. La expansión de las aplicaciones combinada con una programación más sencilla hará que los robots multiarticulares sean cada vez más frecuentes en más industrias.
Y al fusionar la flexibilidad de los diseños de múltiples articulaciones con la inteligencia artificial y la percepción sensorial ampliada, los robots del mañana lograrán una autonomía mucho mayor. Los robots para espacios de trabajo grandes también están pasando de masas rígidas de metal a "robots blandos" más flexibles y receptivos mediante el uso de polímeros, cinemática expandida e incluso cables.
En última instancia, a medida que avancen sus capacidades físicas y su capacidad de respuesta inteligente, los robots multiarticulares desempeñarán funciones colaborativas cada vez mayores junto con sus socios humanos, lo que los convertirá en un impulsor clave de la Cuarta Revolución Industrial.
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