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Definición y clasificación de los robots

El concepto de robot se revisa y redefine constantemente para adaptarlo al gran campo de dispositivos que hoy día se consideran como tal, es por ello difícil definir de forma clara y precisa este concepto.

Para ello, se muestran a continuación algunas de las definiciones consideradas por diccionarios y enciclopedias de prestigio.

Definición del robot

Enciclopedia Británica

Máquina operada automáticamente que sustituye el esfuerzo de los humanos, aunque no tiene por qué tener apariencia humana o desarrollar sus actividades del mismo modo que los humanos.

Diccionario Merrian Webster

Máquina que se asemeja a los humanos y desarrolla como ellos tareas complejas como andar o hablar.
Dispositivo que desarrolla de manera automática tareas complicadas, a menudo de manera repetitiva.
Mecanismo guiado por control automático.

Diccionario de la Real Academia Española

Máquina o ingenio electrónico programable, capaz de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas solo a las personas.

Como estas definiciones generalistas resultan insuficientes en la técnica, se añade un adjetivo al término robot para acotar el campo de aplicación, existiendo por ejemplo, robots manipuladores, robots aéreos o robots clasificadores.

Definición de robot industrial manipulador

Instituto de Robótica de América (RIA)

En el año 1979 surge la primera definición formal de robot, por parte de la RIA:

Robot (RIA): Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.

Asociación internacional de Estándares (ISO)

Actualmente la definición la establece la Asociación internacional de Estándares (ISO), que en su norma ISO8373 (en España corresponde a la UNE EN ISO8373:1998), define:

Robot manipulador industrial (ISO): Manipulador de 3 o más ejes, con control automático, reprogramable, multiaplicación, móvil o no, destinado a ser utilizado en aplicaciones de automatización industrial. Incluye al manipulador (sistema mecánico y accionadores) y al sistema de control (software y hardware de control y potencia).

Por tanto, según ISO, un robot debe tener al menos 3 ejes servocontrolados y con realimentación para así poder considerar la posición de referencia y la posición real que este tiene en cada momento.

Definición de otros tipos de robots

A continuación se muestra una lista detallada de definiciones importantes relacionadas con otro tipo de robots diferentes a los industriales manipuladores:

Robots de servicio (Federación Internacional de Robótica, IFR)

Un robot que opera de manera semi o totalmente autónoma para realizar servicios útiles a las personas y equipos, excluyéndose las operaciones de manufactura.

Robot doméstico

Aquel robot destinado a ser usado por humanos sin formación técnica específica, con objeto de servirle como ayudante o colaborador en sus actividades generales.

Robot móvil (ISO)

Robot que contiene todo lo necesario para su pilotaje y movimiento (potencia, control y sistema de navegación).

Robot teleoperado (NASA)

Dispositivo robótico con brazos manipuladores y sensores, con cierto grado de movilidad y controlado remotamente por un operador humano de manera directa o a través de un ordenador.

Robot teleoperado (ISO)

Un robot que puede ser controlado remotamente por un operador humano, extendiendo las capacidades sensoriales y motoras de este a localizaciones remotas.

Telerobot

Cualquier robot cuya tarea pueda ser monitorizada y reprogramada a distancia por el humano. Estos robots combinan tecnologías avanzadas de control remoto y automatización para permitir a los operadores humanos intervenir, ajustar y supervisar las operaciones del robot desde ubicaciones remotas, a menudo a través de redes de comunicación seguras.

Cobot

Un cobot, o robot colaborativo, es un dispositivo robótico diseñado para trabajar en estrecha colaboración con los humanos en un entorno compartido. A diferencia de los robots industriales tradicionales, los cobots son compactos, fáciles de programar y pueden reubicarse fácilmente, lo que les permite adaptarse a diversas tareas y entornos de trabajo. Equipados con sensores avanzados, los cobots garantizan la seguridad al detenerse automáticamente cuando detectan la presencia de un humano, facilitando una interacción segura y eficiente.

Estos robots son especialmente útiles en la manufactura, la logística y el sector médico, donde asisten en tareas repetitivas, peligrosas o físicamente exigentes, permitiendo a los trabajadores concentrarse en actividades más complejas y creativas. Aunque su capacidad de carga es menor y representan una inversión significativa, los cobots mejoran la productividad y flexibilidad en diversas aplicaciones industriales.

Robot colaborativo o cobot

Ejemplos notables de cobots incluyen la serie UR de Universal Robots y KUKA LBR iiwa.

A continuación se muestra un vídeo con una breve historia y perspectiva futura para los cobots o robots colaborativos

La norma UNE EN ISO 8373:1998 realiza también algunas definiciones importantes, referentes a los útiles que pueden portar los robots:

Elemento terminal de robot (ISO): Objeto unido a la interfase mecánica dispuesta en el extremo del robot, para dotarle a este de la funcionalidad necesaria para realizar su tarea. Se incluyen pinzas, herramientas y dispositivos para facilitar la conexión con otros elementos.

Pinza (ISO): Elemento terminal concebido para coger y sujetar.

Clasificación atendiendo a la generación

La clasificación por generación atiende a un criterio subjetivo, ya que hace referencia al momento tecnológico en el que el robot fue creado.

Los saltos generacionales indican cambios significativos en la técnica y el diseño de los robots, reflejando avances en la tecnología y la ingeniería. Cada nueva generación de robots tiende a ofrecer mejoras en términos de capacidad, eficiencia, versatilidad y seguridad, lo que lleva a una evolución continua en este campo.

Primera generación

Se considera desde el comienzo de la robótica hasta los años ochenta. Estos robots repiten las tareas programadas secuencialmente y no toman en cuenta las posibles alteraciones en su entorno.

Segunda generación

Se consideran los de los años 80 y son los que se encuentran mayoritariamente en la industria actual. Estos adquieren información de su entorno, aún un poco limitada, y actúan en consecuencia. Pueden, entre otras cosas, localizar, clasificar y detectar esfuerzos y actuar en consecuencia.

Tercera generación

Se consideran los que están desarrollándose en la actualidad y, por tanto, objeto de un futuro cercano. Se emplea el lenguaje natural para su programación y poseen la capacidad para la planificación automática de tareas.

Clasificación atendiendo al área de aplicación

En este apartado se recogen tres tipos de clasificación:

Clasificación de las aplicaciones de los robots industriales manipuladores, con su código (IFR)

000

Sin especificar.

110

Manipulación en fundición.

130

Manipulación en moldeo de plásticos.

140

Manipulación en tratamientos térmicos.

150

Manipulación en la forja y estampación.

160

Soldadura.

170

Aplicación de materiales.

180

Mecanización.

190

Otros procesos.

200

Montaje.

210

Paletización y empaquetado.

220

Medición, inspección, control de calidad.

230

Manipulación de materiales.

240

Formación, enseñanza e investigación.

900

Otros.

Clasificación de robots de servicio por categoría y tipo de interacción con humanos, con su código (IFR)

510

Robots de servicios a humanos (personales, seguridad, entretenimiento, etc.).

520

Robots de servicios a equipos (mantenimiento, reparación, limpieza, etc.).

530

Otros robots desarrollando funciones autónomas (vigilancia, transporte, adquisición de datos, etc.) y/o robots de servicio que no entran en 510 y 520.

Clasificación de los robots de servicio por áreas de aplicación (IFR)

Sección I

Robots personales y domésticos, como los robots de entrenamiento, transporte personal o robots para tareas domésticas.

Sección II

Robots de servicios profesionales, como robots de medicina, robots submarinos o robots humanoides.

Sección III

I+D en robótica, como robots de navegación y control, o micro y nano robots.

Clasificación atendiendo al tipo de actuadores

La clasificación atendiendo al tipo de actuadores se basa en el tipo de energía empleada por los ejes principales del robot para generar movimiento y realizar sus funciones.

Esta categorización proporciona una comprensión fundamental de la tecnología subyacente que impulsa el movimiento de los robots, lo que permite identificar las características y capacidades específicas de cada tipo de robot según sus actuadores.

Entender cómo cada tipo de actuador aprovecha diferentes formas de energía para generar movimiento es esencial para seleccionar el robot adecuado para una tarea específica y optimizar su funcionamiento en el entorno de trabajo correspondiente.

Robot eléctrico

Un robot eléctrico es el tipo de robot más comúnmente utilizado en la actualidad. Los actuadores de estos robots son de accionamiento eléctrico, lo que significa que utilizan motores eléctricos para generar el movimiento.

Estos robots son altamente precisos y eficientes, adecuados para una amplia gama de aplicaciones industriales, como ensamblaje, soldadura, manipulación o empaquetado. Su popularidad se debe a su facilidad de control, mantenimiento relativamente bajo y capacidad para integrar sofisticados sistemas de sensores y control.

En la industria automotriz, los robots eléctricos son ampliamente utilizados en líneas de ensamblaje para realizar tareas precisas y repetitivas, como soldadura, pintura y montaje de componentes. Por ejemplo, un brazo robótico eléctrico puede ser programado para soldar piezas metálicas con alta precisión y consistencia, garantizando una calidad uniforme en la producción de vehículos.

Clasificación atendiendo al tipo de actuadores

Robot eléctrico KUKA

Robot hidráulico

Los robots hidráulicos son recomendados en situaciones que requieren una elevada relación de capacidad de carga-peso, o cuando es necesario aislar el robot eléctricamente del resto del sistema.

Estos robots utilizan fluidos a presión, como agua o aceites, para accionar sus movimientos. Los actuadores hidráulicos proporcionan una gran fuerza y son ideales para aplicaciones que requieren alta potencia, como la construcción, la minería y algunas tareas industriales pesadas.

La capacidad de operar con altas fuerzas y precisión en entornos exigentes hace que los robots hidráulicos sean indispensables en ciertas industrias. En la industria de la construcción, los robots hidráulicos son utilizados para realizar tareas que requieren una gran fuerza.

Clasificación atendiendo al tipo de actuadores - 2

Vehículo de obra con brazo de accionamientos hidráulicos

Robot neumático

Los robots neumáticos utilizan actuadores que funcionan mediante aire a presión. Este tipo de robot es especialmente útil en aplicaciones que requieren movimientos rápidos y repetitivos, con una fuerza moderada.

Los robots neumáticos son valorados por su simplicidad, rapidez y coste relativamente bajo. Son comunes en industrias que manejan productos ligeros, como la industria alimentaria, el ensamblaje de componentes pequeños y el empaquetado.

La naturaleza del aire comprimido permite que estos robots sean seguros para trabajar en entornos sensibles a la electricidad, eliminando riesgos de explosión en áreas con atmósferas volátiles.

Robot piezoeléctrico

Los robots piezoeléctricos utilizan actuadores que se deforman cuando se les aplica un voltaje eléctrico, permitiendo movimientos extremadamente finos y controlados. Son ideales para aplicaciones que requieren alta precisión, como la manipulación de microcomponentes y la nanotecnología.

Los NanoWalkers, desarrollados por IBM, son robots piezoeléctricos que realizan movimientos nanométricos. Se utilizan en la fabricación de semiconductores y en microscopía de fuerza atómica (AFM) para manipular átomos y moléculas con precisión extrema.

Otro ejemplo es su uso en dispositivos robóticos para cirugía ocular, donde los actuadores piezoeléctricos permiten maniobras precisas en procedimientos delicados como la cirugía de retina.

Robot magnético

Los robots magnéticos utilizan actuadores que funcionan mediante campos magnéticos, lo que les permite moverse y operar sin contacto físico directo. Son ideales para aplicaciones donde se necesita evitar la contaminación por fluidos o aire comprimido, como en entornos de fabricación de semiconductores o en medicina.

Los microrobots magnéticos, por ejemplo, son pequeños dispositivos que se mueven y realizan tareas utilizando campos magnéticos externos. Estos robots pueden ser controlados de forma remota y son especialmente útiles en aplicaciones médicas y de laboratorio, donde pueden navegar a través de líquidos biológicos o realizar manipulaciones en entornos microscópicos.

Se emplean, por ejemplo, en la administración controlada de medicamentos y en aplicaciones de diagnóstico y terapia, donde pueden llevar a cabo tareas específicas dentro del cuerpo humano, como la entrega de fármacos en áreas específicas o la eliminación de tejido enfermo.

Robot termomecánico

Los robots termomecánicos emplean materiales con memoria de forma que cambian de forma en respuesta a cambios de temperatura. Estos materiales permiten generar movimiento sin necesidad de actuadores tradicionales. Son ideales para aplicaciones que requieren movimientos precisos a pequeña escala y en entornos donde otros tipos de actuadores no son prácticos.

En la nanotecnología, se utilizan actuadores termomecánicos basados en aleaciones con memoria de forma para realizar manipulaciones precisas a nivel atómico y molecular. Estos actuadores pueden cambiar su forma en respuesta a cambios de temperatura, permitiendo movimientos muy controlados en escalas extremadamente pequeñas.

Para hacerse una idea, estos se emplean para manipular átomos y moléculas individuales en aplicaciones de fabricación y ensamblaje a nivel nanométrico, así como en la investigación de nuevos materiales y dispositivos a escala nanométrica.

Robot biomecánico

Los robots biomecánicos aprovechan principios biológicos y actuadores basados en músculos artificiales para imitar la función muscular biológica. Estos robots están diseñados para interactuar de manera natural con entornos biológicos y humanos, y son ideales, por ejemplo, para prótesis avanzadas.

Clasificación atendiendo a la configuración

Esta categoría solamente aplica a robots o telerobots con cadena cinemática.

De acuerdo con el tipo de movimientos permitidos entre 2 eslabones consecutivos de la cadena del robot, estos se clasifican en:

Robots cartesianos

También conocidos como robots de pórtico, operan en tres ejes lineales perpendiculares entre sí (X, Y, Z). Son ideales para tareas de ensamblaje y manipulación de materiales debido a su alta precisión y la facilidad de programación.

Clasificación atendiendo a la configuración

Ilustración de robot cartesiano

Robots cilíndricos

Poseen un sistema de coordenadas cilíndrico, donde un eje se mueve linealmente y los otros dos realizan movimientos rotacionales. Son útiles en aplicaciones que requieren movimientos a lo largo de un cilindro, como generalmente en operaciones de ensamblaje en líneas de producción.

Clasificación atendiendo a la configuración - 6

Ilustración de robot cilíndrico

Robots polares o esféricos

Operan en un sistema de coordenadas polar, con un brazo articulado que se mueve en un patrón esférico. Pueden girar alrededor de una base y extenderse en varias direcciones, siendo adecuados para tareas como soldadura y manejo de materiales en espacios grandes y abiertos.

Clasificación atendiendo a la configuración - 3

Ilustración de robot esférico

Robots articulares

También llamados robots de brazo articulado, tienen múltiples ejes de rotación que emulan el movimiento del brazo humano. Son altamente versátiles.

Clasificación atendiendo a la configuración - 4

Ilustración de robot articular

Robots SCARA

Los robots SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) tienen cuatro grados de libertad y están especialmente diseñados para operaciones de ensamblaje de alta velocidad y precisión. Su estructura permite movimientos en el plano horizontal y vertical con rigidez en el eje vertical, lo que los hace ideales para tareas de pick and place.

Clasificación atendiendo a la configuración - 5

Ilustración de robot SCARA

Robots paralelos

Estos robots poseen múltiples brazos que se conectan a una única plataforma móvil.

Ilustración de robot paralelo

A continuación se adjunta un link a un vídeo donde se puede observar el proceso de diseño, construcción y el funcionamiento de un robot paralelo casero.

También se refresca el concepto de eslabón en mecánica, aportando un enlace a la Mecapedia, una enciclopedia técnica dedicada a conceptos relacionados con mecánica, donde se podrá observar gráficamente lo que es un eslabón.

Clasificación atendiendo al tipo de control

La norma ISO8373 y la IFR distinguen entre diversos tipos de robots atendiendo a su tipo de control.

Robot secuencial

Robot con un sistema de control en el que un conjunto de movimientos se efectúa eje a eje en un orden dado, de tal forma que la finalización de un movimiento inicia el siguiente.

Robot controlado por trayectoria

Robot que ejecuta un procedimiento controlado por el cual los movimientos de tres o más ejes controlados, se desarrollan según instrucciones que especifican en el tiempo la trayectoria requerida para alcanzar la siguiente posición (obtenida normalmente por interpolación).

Robot adaptativo

Robot que tiene funciones de control con sensores, control adaptativo o funciones de control de aprendizaje.

Robot Teleoperado

Un robot que puede ser controlado remotamente por un operador humano, extendiendo las capacidades sensoriales y motoras de este a localizaciones remotas (definición ya vista anteriormente).

Esta píldora formativa está extraída del Curso online de Fundamentos de robótica (FMEM0004).