Robótica industrial

Un robot industrial es un brazo programable que repite movimientos con gran precisión. Para trabajar con él no basta con saber mover la consola: hay que entender sus ejes, sus sistemas de coordenadas, los tipos de movimiento, la seguridad de la célula y cómo se comunica con el PLC que gobierna la máquina. Este tema reúne lo esencial, válido para cualquier marca.

Tipos de robot

Ejes y TCP

• Ejes 1, 2 y 3: la base gira, el brazo sube y baja, y el antebrazo se extiende. Juntos sitúan la muñeca.
• Ejes 4, 5 y 6: la muñeca orienta la herramienta.
• TCP (punto central de la herramienta): la punta de la pinza, del electrodo o de la ventosa. Cuando se programa un punto, lo que llega a ese punto es el TCP.

Sistemas de coordenadas

Al mover el robot con la consola o al programar puntos, se elige en qué sistema de coordenadas se trabaja. Los nombres cambian según la marca, pero los conceptos son los mismos.

Tipos de movimiento

• Los movimientos articulares se usan para desplazarse por zonas libres. Cerca de la pieza o de obstáculos se usan los lineales, porque su trayectoria es previsible.
• En cada punto se elige si el robot debe pararse exactamente en él (punto fino) o puede redondear la trayectoria para no frenar. Redondear acorta el ciclo, pero el TCP no pasa exactamente por el punto.

Singularidades

Una singularidad es una posición en la que dos ejes quedan alineados y el robot pierde un grado de libertad. Un ejemplo típico: con la muñeca estirada, los ejes 4 y 6 quedan alineados. En un movimiento lineal que pase cerca, algunos ejes tendrían que girar muy deprisa y el robot se para con un aviso. Se evita cambiando la orientación de la herramienta o usando un movimiento articular en ese tramo.

Datos que hay que declarar bien

• Carga útil: el peso máximo que puede llevar el robot, incluida la herramienta. La pinza también cuenta.
• Datos de carga: masa y centro de gravedad de la herramienta y de la pieza. Si están mal, el robot sigue peor la trayectoria, se desgasta antes y la detección de colisiones da falsos avisos o reacciona tarde.
• Alcance: la distancia máxima a la que llega la muñeca.
• Repetibilidad: lo que se desvía el robot al volver muchas veces al mismo punto enseñado; suele ser de centésimas de milímetro. La precisión absoluta, ir a una coordenada calculada, es bastante peor si el robot no está calibrado.

Programación

• Con la consola (programación por aprendizaje): se lleva el robot a cada punto y se guarda. Es lo más común en planta.
• Fuera de línea: se programa y simula en el ordenador con el modelo de la célula, y luego se ajustan los puntos en la máquina. Reduce el tiempo de parada de la producción.
• Cada fabricante tiene su lenguaje: RAPID en ABB, KRL en KUKA, TP y KAREL en FANUC, por ejemplo. Las ideas (puntos, movimientos, entradas, salidas, bucles) son las mismas.

Seguridad

Un robot industrial se mueve con mucha fuerza y velocidad, y puede arrancar sin aviso dentro de su ciclo. Las normas de referencia son la UNE-EN ISO 10218-1 (el robot) y la UNE-EN ISO 10218-2 (la célula y su integración). Para la colaboración con personas, la especificación ISO/TS 15066 recoge límites de fuerza y presión según la zona del cuerpo.

• Protección de la célula: vallado, puertas con enclavamiento, barreras fotoeléctricas o escáneres láser que paran el robot si alguien entra.
• Modos de funcionamiento: manual a velocidad reducida (T1, con el TCP limitado a 250 mm/s), manual a alta velocidad (T2, en los robots que lo tienen y con restricciones) y automático.
• Dispositivo de validación de tres posiciones en la consola: el robot solo se mueve en manual con el pulsador a media presión. Si se suelta o se aprieta a fondo, por un susto, el robot se para.
• Paro de emergencia en la consola y en la célula.

Robot y PLC

En una máquina, normalmente el PLC manda y el robot ejecuta. Se comunican por un bus de campo (Profinet, EtherNet/IP) o por señales cableadas. Un intercambio típico:

• El intercambio se hace con un «apretón de manos»: el PLC pide una tarea, el robot confirma que la ha empezado y avisa cuando termina. El PLC no da la siguiente orden hasta recibir ese aviso. Es fácil de modelar con un GRAFCET.
• Cuando el robot comparte espacio con otra máquina u otro robot, se usan señales de zona: cada uno solo entra si el otro ha confirmado que está fuera.
• Las funciones de seguridad (paros de emergencia, puertas) van por circuitos de seguridad cableados o por un protocolo de seguridad como PROFIsafe, nunca por las señales normales.

Errores típicos

• No volver a medir el TCP después de cambiar o golpear la herramienta.
• Programar todos los puntos en el sistema base cuando la pieza está sobre un útil que se puede mover.
• Declarar mal la carga: el robot sigue mal las trayectorias y la detección de colisiones falla.
• Probar un programa nuevo directamente en automático y a velocidad alta.
• Puentear una puerta o una barrera de la célula «solo para probar».
• Dar por hecho que un cobot es seguro en cualquier aplicación.
• Gestionar las funciones de seguridad con señales normales del bus.

Resumen

• Articulado, SCARA, cartesiano, delta y colaborativo: cada tipo tiene su aplicación.
• Los ejes 1 a 3 sitúan la muñeca, y los ejes 4 a 6 orientan la herramienta. El TCP es el punto que se programa.
• Sistemas de coordenadas: ejes, base, herramienta y usuario. Programar sobre un sistema de usuario facilita los ajustes.
• Movimientos articular, lineal y circular, con punto fino o redondeo. Ojo con las singularidades.
• Seguridad según la ISO 10218: célula protegida, T1 a 250 mm/s como máximo y validación de tres posiciones.
• El PLC manda con un apretón de manos; la seguridad va por circuitos de seguridad.