Fundamentos Generales de la Robotica

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UNIDAD I FUNDAMENTOS
GENERALES DE LA ROBOTICA
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UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES 
DE LA ROBOTICA 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD TECNICA DE AMBATO 
FACULTAD DE INGENIERIA EN SISTEMAS, ELECTRONICA E INDUSTRIAL 
MODULO DE ROBOTICA INDUSTRIAL 
2009 
UNIDAD I 
FUNDAMENTOS 
GENERALES DE LA 
ROBOTICA 
Definiciones, clasificación, historia, evolución y 
estructura de robots industriales 
Autor: Ing. Guillermo Almeida 
D E R E C H O S R E S E R V A D O S D E A U T O R F I S E I U T A 
UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA 
 
 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
2 
INDICE GENERAL 
OBJETIVOS DE UNIDAD: ................................................................................................................... 3 
INTRODUCCION A LA ROBOTICA ...................................................................................................... 3 
HISTORIA DE LA ROBOTICA .............................................................................................................. 4 
CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA ................................................................................................ 5 
HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA ....................................................................................... 6 
ROBOTS MOVILES ......................................................................................................................... 6 
ROBOTS INDUSTRIALES ................................................................................................................ 7 
ROBOTS HUMANOIDES ................................................................................................................ 9 
DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL .............................................................................. 10 
CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS ..................................... 13 
CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES .............................................................. 13 
ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS MANIPULADORES .......................................................... 14 
CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT ................................................... 15 
CLASIFICACION DE ROBOTS.................................................................................................... 16 
CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA ............................................................. 16 
CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL ................................................................. 18 
CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN: ..................................................................................... 18 
MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS ............................................................ 18 
TRABAJO INDIVIDUAL DE APLICACIÓN .................................. ¡Error! Marcador no definido. 
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 19 
 
 
UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA 
 
 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
3 
 
OBJETIVOS DE UNIDAD: 
 
 RESUMIR LA HISTORIA Y EVOLUCIÓN DE LA ROBÓTICA INDUSTRIAL  INTERPRETAR CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE ROBOTICA  CLASIFICAR A LOS ROBOTS INDUSTRIALES  DISTINGUIR LA ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES  INVESTIGAR ALGUNOS PROYECTOS ROBOTICOS ACTUALES 
INTRODUCCION A LA ROBOTICA 
 
La Robótica es una disciplina dedicada al estudio, diseño, realización y manejo de los robots. 
El primer requisito en la conceptualización de la robótica, parece entonces claro: la definición 
contextualizada de robot en todos los ámbitos bajo una perspectiva actual. 
El análisis de la evolución histórica, merecerá un tratamiento específico en un apartado 
posterior. La robótica está caracterizada por cierta dispersión conceptual, que ha propiciado 
algunas definiciones a lo largo de la historia, por una parte el diccionario Webster define un 
robot como: ”Un dispositivo automático que ejecuta funciones normalmente atribuídas a los 
seres humanos, o una máquina con la forma de un ser humano” 
El término robot, procede de la palabra checa robota, que significa 'trabajo obligatorio' y fue 
empleado por primera vez en la obra teatral de 1921 R.U.R. (Robots Universales de Rossum) 
por el novelista y dramaturgo checo Karel Capek. 
 
Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que realiza 
trabajos para ayudar a las personas o efectuar tareas difíciles o desagradables para los 
humanos, siendo la robótica un área de la mecatrónica aplicada, esta representa por lo tanto la 
confluencia de varias áreas: mecánica, electricidad, electrónica, automatización e informática, 
que hacen que el estudio de un robot resulte enormemente atractivo para especialistas en 
cualquiera de ellas. 
 
Incorporando nuevos argumentos relacionados con la robótica y algunas nuevas areas 
científicas importantes desarrolladas en la actualidad como la Inteligencia Artificial, es 
posible entonces considerar un nuevo concepto de robot como el más aproximado a nuestra 
realidad: “Robot es todo aquel dispositivo que actúa en un entorno real y que es capaz de 
establecer algún tipo de conexión inteligente entre percepción y acción”, el cual integra todos 
los tipos de robots desarrollados en todos los ámbitos como son: exploración científica, 
industriales y humanoides. 
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 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
4 
 
HISTORIA DE LA ROBOTICA 
 
El concepto de máquinas automatizadas se remonta a la antigüedad, con mitos de seres 
mecánicos vivientes. Los primeros precursores de la robótica 
móvil aparecieron en el siglo XIII y se les denominó autómatas 
pues consistían en máquinas semejantes a figuras humanas 
fundidas en metal y diseñadas para funciones específicas así 
tenemos por ejemplo los Jaquemarts o muñecos tocacampanas, 
los Papamoscas de la catedral de Burgos en España, 
posteriormente se desarrollaron diseños un poco mas 
evolucionados y que funcionaban en base a mecanismos de 
relojería como por ejemplo el concertista de tímpano que podía 
cambiar de melodía, y el autómata de Maillardet al que se podía 
programar para realizar cuatro dibujos y tres poemas(dos en 
francés y uno en inglés). 
 
Mas tarde comenzaron a desarrollarse prototipos de robots 
móviles un poco más avanzados, así tenemos el caso de Walterbot 
o Tortuga de Walter, desarrollado por Grey Walter en Inglaterra 
en el año de 1941 en el Burden Neurological Institute que era un 
dispositivo compuesto por un fototubo como ojo, tenía una serie 
de comportamientos tropistas como por ejemplo bailar o moverse 
alrededor de una luz, y recargarse una vez descargado. 
 
Luego y gracias al desarrollo de la electrónica se construyeron prototipos como el robot 
Shakey enla Standford University de los Estados Unidos, constituído por un computador 
externo de planificación, un computador interno de control, una cámara de televisión, que le 
permitía buscar y encontrar objetos regulares y cuya tarea principal era la planificación de 
movimientos. Mas adelante, el mismo vehículo fué optimizado con dos cámaras de televisión 
para obtener una visión artificial estereoscópica para navegación en entornos estructurados, la 
principal dificultad en los dos diseños era la lentitud, debido al incipiente desarrollo en 
sistemas de procesamiento de señales. 
 
Años más tarde se construyeron dos prototipos de robots móviles usados hasta la actualidad 
en la simulación de comportamientos de insectos como son el Robot Koala y el Khepera en el 
Massachussets Institute of Technology (MIT) de los Estados Unidos. 
 
Algunos de los primeros robots empleaban mecanismos de realimentación para corregir 
errores, mecanismos que siguen empleándose actualmente. Un ejemplo de control por 
realimentación es un tanque cisterna que emplea un flotador para determinar el nivel del 
agua. Cuando el agua cae por debajo de un nivel determinado, el flotador baja, abre una 
válvula y deja entrar más agua en el bebedero. Al subir el agua, el flotador también sube, y al 
llegar a cierta altura se cierra la válvula y se corta el paso del agua. 
 
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 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
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El primer auténtico controlador realimentado fue el regulador de Watt, inventado en 1788 por 
el ingeniero británico James Watt. Este dispositivo constaba de dos bolas metálicas unidas al 
eje motor de una máquina de vapor y conectadas con una válvula que regulaba el flujo de 
vapor. A medida que aumentaba la velocidad de la máquina de vapor, las bolas se alejaban 
del eje debido a la fuerza centrífuga, con lo que cerraban la válvula. Esto hacía que 
disminuyera el flujo de vapor a la máquina y por tanto la velocidad. 
 
El control por realimentación, el desarrollo de herramientas especializadas y la división del 
trabajo en tareas más pequeñas que pudieran realizar obreros o máquinas fueron ingredientes 
esenciales en la automatización de las fábricas en el siglo XVIII. A medida que mejoraba la 
tecnología se desarrollaron máquinas especializadas para tareas como poner tapones a las 
botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas 
máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podían alcanzar objetos alejados y 
colocarlos en la posición deseada. 
 
CATEGORIZACION DE LA ROBOTICA 
 
 
 
 
 
ROBOTS 
HUMANOIDES
ROBOTS MOVILES
ROBOTS INDUSTRIALES
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HISTORIA Y EVOLUCION DE LA ROBOTICA 
 
Para detallar la historia y evolución de la robótica, es necesario distinguir inicialmente sus 
categorías y detallarlas en forma independiente 
ROBOTS MOVILES 
 
Los robots móviles son dispositivos que puede usan como medio 
de locomoción ruedas o patas, según sea su aplicación, y a lo 
largo de la historia han venido siendo desarrollados con fines 
netamente científicos y/o de investigación. 
Con la venida de nuevas tecnologías de planificación y 
razonamiento automático, de 1966 a 1972 se desarrolló en el SRI el primer robot móvil 
llamado Shakey1, que era una plataforma móvil independiente controlada por visión mediante 
una cámara y dotada con un detector táctil. A partir de ese momento, la investigación y 
diseño de robots móviles (que contaron con características muy diferentes entre ellos) creció 
de manera exponencial. 
 
A principios de la década del setenta, el robot Newt2 fue desarrollado por Hollis. El robot 
Hilare3 desarrollado en el LAAS en Francia. En el Jet Propulsion Laboratory (JPL) se 
desarrolló el Lunar rover 4, diseñado particularmente para la exploración planetaria. 
A finales de esa década, Moravec desarrolló el robot Stanford cart5 , capaz de seguir una 
trayectoria delimitada por una línea establecida en una superficie, en el SAIL. En 1983, el 
robot Raibert6, fue desarrollado en el MIT, un robot de una sola pata diseñado para estudiar la 
estabilidad de éstos sistemas. A principios de la década del noventa, Vos et al. desarrollaron 
un robot “uniciclo”7 (una sola rueda, similar a la de una bicicleta) en el MIT. 
 
Años más tarde, en 1994, el Instituto de robótica CMU desarrolló el robot Dante II 8 , un 
sistema de seis patas. En 1996 también en el CMU, se desarrolló el robot Gyrover9 , un 
mecanismo ausente de ruedas y patas basado en el funcionamiento del giroscopio. 
 
1
 Nilsson Nills, Artificial Intelligence, 1984 
2
 Hollis, Robotics, 1977 
3
 Giralt, Nuevos desafios en la Robotica Movil,1979 
4
 Thompson, Robots de exploracion especial,1977 
5
 Movarec, 1979 
6
 Raibert, 1986 
7
 Vos et al., 1990 
8
 Bares et al., 1999 
9
 Brown et al., 1997 
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ROBOTS INDUSTRIALES 
La robótica industrial se puede definir como el estudio, diseño y uso de robots para la 
ejecución de procesos industriales. También conocido como 
un manipulador programable multifuncional, diseñado para 
mover piezas, herramientas, dispositivos especiales mediante 
movimientos variados, programados para la ejecución de 
diversas tareas. 
Se entiende por Robot Industrial a un dispositivo de maniobra 
y dotado de varias articulaciones, fácilmente programable 
para cumplir operaciones y destinado a sustituir la actividad 
física del hombre en las tareas repetitivas, monótonas y 
peligrosas. 
La sucesión de los movimientos se ordena con el fin de que 
se quiere hacer, siendo fundamental la memorización de las secuencias correspondientes a los 
diversos movimientos. Los desplazamientos rectilíneos y giratorios son neumáticos, 
hidráulicos o eléctricos. 
El desarrollo del brazo artificial multiarticulado, o manipulador, llevó al moderno robot. El 
inventor estadounidense George Devol desarrolló en 1954 un brazo primitivo que se podía 
programar para realizar tareas específicas. 
 
EVOLUCION 
ROBOTICA 
MOVIL
ROBOT 
SHAKEY
ROBOT 
NEWT
ROBOT 
HYLARE
LUNAR 
ROVER 
SOJOURNER
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8 
En 1956 Joseph F. Engelberger, director de ingeniería de la división aeroespacial de la 
empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, Conneticut. Juntos Devol y Engelberger 
comenzaron a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated 
Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation(Universal Automation), e 
instalando su primera máquina Unimate (1960), en la fábrica de General Motors de Trenton, 
Nueva Jersey, en una aplicación de fundición por inyección. Otras grandes empresas como 
AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares. 
 
En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y poco más tarde se firmaron acuerdos con Kawasaki 
para la construcción de robots tipo Unimate. El crecimiento de la robótica en Japón aventaja 
en breve a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formó la primera asociación robótica del 
mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. Dos años más tarde se 
formo el Instituto de Robótica de América (RIA),que en 1984 cambio su nombre por el de 
Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas (RIA. 
Por su parte Europa tuvo un despertar más tardío. 
 
En 1973 la firma sueca ASEA construyó el primer robot con accionamiento totalmente 
eléctrico, en 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica con sede en Estocolmo 
Suecia. 
 
En 1975, el ingeniero mecánico estadounidense Victor Scheinman, cuando estudiaba la 
carrera en la Universidad de Stanford, en California, desarrolló un manipulador polivalente 
realmente flexible conocido como Brazo Manipulador Universal Programable (PUMA, siglas 
en inglés). 
 
El robot PUMA era capaz de mover un objeto y colocarlo en cualquier orientación en un 
lugar deseado que estuviera a su alcance. El concepto básico multiarticulado del PUMA es la 
base de la mayoría de los robots manipuladores actuales. 
 
 
EVOLUCION 
ROBOTICA 
INDUSTRIAL
BRAZO MECANICO 
PRIMITIVO DE 
GEORGE DEVOL
BRAZO 
MANIPULADOR 
UNIVERSAL 
PROGRAMABLE
VICTOR 
SCHEINMAN
ROBOT SCARA
UNIVERSIDAD DE 
YAMANASHI
ROBOT DE 
IMPULSION 
DIRECTA
UNIVERSIDAD 
CARNEGIE 
MELLON
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CUADRO RESUMEN DE EVOLUCION DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL
 
 
Actualmente, los principales beneficios del uso de los robots, se derivan de: Eliminación de condiciones peligrosas o mejora de condiciones de trabajo Reducción de costos Aumento de la productividad Mejora de la calidad de producción 
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ROBOTS HUMANOIDES 
 
Se entiende como robot humanoide at tipo de robot que constructiva y 
morfológicamente se asemeja a un ser humano y puede realizar casi las 
mismas funciones que él . 
En el año 1997, la empresa japonesa HONDA, dio a conocer el robot P3, el 
primer humanoide capaz de imitar movimientos del cuerpo humano. Al 
siguiente año, se desarrolla en la universidad Waseda en Japón, el 
WABIAN R-III, un robot humanoide. En 1999 en el CMU, Zeglin propuso 
un nuevo diseño de robot con una pata llamado Bow Leg Hopper, un 
diseño que permite almacenar la energía potencial de la pata. 
Un alto porcentaje de los robots humanoides que se implementan hoy en 
día intentan imitar nuestro sistema motriz para desplazarse e interactuar con el medio que les 
rodea. De todos los movimientos que realizamos, andar es, sin ninguna duda el más complejo 
de todos ellos, ya que, aunque no nos demos cuenta, andar no es sólo desplazar nuestros pies 
por el suelo, sino que nuestras rodillas, cadera, columna, brazos, cabeza… se unen para 
conseguir mantener en todo momento el equilibrio. 
 
 
DESARROLLO DE LA ROBOTICA INDUSTRIAL Y DEFINICIONES 
 
Entre los escritores de ciencia ficción, Isaac Asimov contribuyó con varias narraciones 
relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuñamiento del término Robótica. La 
imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una 
seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios. 
 
Estos principios fueron denominados por Asimov las Tres Leyes de la Robótica, y son: 
 
P3 Wabian RIII
Bog Leg 
Hopper
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1. Un robot no puede actuar contra un ser humano o, mediante la inacción, que un ser 
humano sufra daños. 
 
2. Un robot debe de obedecer las ordenes dadas por los seres humanos, salvo que estén 
en conflictos con la primera ley. 
 
3. Un robot debe proteger su propia existencia, a no ser que esté en conflicto con las dos 
primeras leyes. 
 
Uno de los primeros aspectos derivados del crecimiento rápido y descentralizado de la 
robótica es la existencia de una variedad de definiciones para el término ROBOT. 
 
De hecho, uno de los primeros usuarios, la Ford Motor Company, que jugó un importante 
papel en el desarrollo de la robótica, se resitió a aceptar este nombre debido aconnotaciones 
literiarias, denominándolos UTD (Universal Transfer Device). 
 
Hoy en día, no existe una única definición formal de lo que es un robot industrial. La 
existencia de múltiples definiciones, muchas de ellas diferenciadas en ligeros matices, resulta 
confuso, en particular a la hora de estudiar el mercado japonés frente al occidental. 
 
Esto es debido a que el Japón se considera una clasificación amplia de robot industrial, 
englobando todo tipo de dispositivos manipuladores, mientras que en el mercado occidental 
el robot industrial tiene una aceptación más restrictiva en cuanto a las capacidades de control 
del manipulador. 
 
En la primera mitad de los años setenta, se crean las primeras asociaciones nacionales de 
robótica, siendo las más importantes la JIRA(Japan Industrial Robot Association), la 
RIA(Robot Institute of America) y la AFRI(Association Francaise de Robotique Industrielle) 
 
Según la RIA la definición de Robot industrial es: 
¨UN MANIPULADOR REPROGRAMABLE CON VARIOS GRADOS DE LIBERTAD, 
CAPAZ DE MANIPULAR CARGAS, PIEZAS, HERRAMIENTAS O DISPOSITIVOS 
ESPECIALES SEGÚN TRAYECTORIAS VARIABLES PROGRAMADAS PARA 
REALIZAR TAREAS DIVERSAS¨ 
 
Dentro de las muchas definiciones formales para un robot industrial propuestas o establecidas 
por diferentes organizaciones internacionales relacionadas con la robótica, la ISO 
(International Standards Organization) ha adoptado con ligeras modificaciones la definición 
anterior así un robot industrial es: 
“UN MANIPULADOR DE TRES O MAS EJES, CON CONTROL AUTOMATICO 
REPROGRAMABLE , MULTIPLICACION, MOVIL O NO DESTINADO A SER 
UTILIZADO EN APLICACIONES DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL. INCLUYE 
AL MANIPULADOR (SISTEMA MECANICO Y ACCIONADORES) Y AL SISTEMA DE 
CONTROL(SOFTWARE Y HARDWARE DE CONTROL Y POTENCIA)” 
 
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Ambas definiciones coinciden en indicar que el robot debe ser reprogramable y 
multifuncional o multi-aplicación, pero mientras que en la definición original de la RIA, 
asume que todo robot industrial debe ser manipulador, no cuestionando la existencia de 
robots que no lo sean, la definición de ISO acota su alcance solo a los robots manipuladores, 
mostrando así que considera la existencia de otros tipos de robots, no incluidos en la 
definición, que no están destinados a manipular o incluso que no tienen esta capacidad. 
 
Por otro lado, la ISO exige que el robot tenga al menos 3 grados de libertad, dejando de lado 
aquellos tipos de robot constructivamente mas simples y de capacidades mas limitadas. 
 
Otras definiciones importantes en relación a diferentes tipos de robots son las siguientes: 
 
ROBOT DE SERVICIO (IFR) “ES UN TIPO DE ROBOT QUE OPERA DE MANERA 
SEMI O TOTALMENTE AUTONOMA PARA REALIZAR SERVICIOS UTILES A LOS 
HUMANOS Y EQUIPOS, EXCLUIDAS LAS OPERACIONES DE MANUFACTURA” 
 
ROBOT DOMESTICO (IFR) “AQUEL ROBOT DESTINADO A SER USADO POR 
HUMANOS SIN FORMACION TECNICA ESPECIFICA, AL OBJETO DE SERVIRLE 
COMO AYUDANTE O COLABORADOR EN SUS QUEHACERES O ACTIVIDADES 
DIARIAS” 
 
ROBOT MOVIL (ISO) “ROBOT QUE CONTIENE TODO LO NECESARIO PARA SU 
PILOTAJE Y MOVIMIENTO(POTENCIA, CONTROL Y SISTEMA DE 
NAVEGACION)” 
 
ROBOTS TELEOPERADOS (NASA) “DISPOSITIVOS ROBOTICOS CON BRAZOS 
MANIPULADORES Y SENSORES Y CIERTO GRADO DE MOVILIDAD, 
CONTROLADOS REMOTAMENTE POR UN OPERADOR HUMANODE MANERA 
DIRECTA O A TRAVES 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” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CUADRO COMPARATIVO DE CARACTERISTICAS DE TIPOS DE ROBOTS 
CARACTERISTICAS 
ROBOTS MOVILES 
CARACTERISTICAS 
ROBOTS INDUSTRIALES 
CARACTERISTICAS DE 
ROBOTS HUMANOIDES 
Son cadenas cinemáticas 
abiertas y alternativamente 
abiertas y cerradas en el caso 
de robots con patas 
Son generalmente cadenas 
cinemáticas abiertas provistos de 
una base y un efector final, sin 
embargo, actualmente se desarrollan 
cadenas cinemáticas cerradas 
llamadas robots paralelos 
Son cadenas cinemáticas que 
combinan las caracteriscas de 
robots móviles con patas y 
manipuladores 
Empleados mayormente en 
ambientes académicos y de 
investigación 
Empleados en ambientes 
industriales y de producción 
Empleados en ambientes 
sociales como guias turísticos, 
asistente de niños y ancianos 
etc 
Disponen de sistemas 
sensoriales mas sofisticados 
Su sistema sensorial se limita 
al control de precisión del 
movimiento de sus 
articulaciones 
El sistema sensorial utiliza 
sistemas avanzados de 
Inteligencia Artificial, como 
visión y reconocimiento de voz 
Su cinematica y dinámica 
suele ser simple y limitada a 
cuatro tipos de configuracion 
Su cinematica y dinámica 
puede ser compleja 
dependiendo de sus 
articulaciones 
La cinemática y dinámica de 
estos robots se concentra en la 
estabilidad y equilibrio al 
caminar, correr o saltar 
Emplean sistemas 
electrónicos en su sistema de 
actuadores 
Pueden emplear electrónica, 
neumática, hidráulica en su 
sistema de actuadores. 
Emplean una combinación de 
actuadores electrónicos 
neumáticos e hidraulicos en su 
sistema de actuación. 
 
CLASIFICACION DE LOS ROBOTS POR GENERACIONES 
Generación Nombre Tipo de 
Control 
Grado de 
Movilidad 
Uso mas 
frecuente 
Primera Pick & Place Fines de carrera Ninguno Manipulacion y 
Sevicio de 
máquinas 
Segunda Servo Servocontrol Desplazamiento 
por via 
Soldadura y 
Pintura 
Tercera Ensamblado Servo de 
precisión 
AGV, Guiado por 
via 
Ensamblado 
Cuarta Móvil Sensores 
inteligentes 
Patas, ruedas Construccion, 
mantenimiento 
y exploracion 
Quinta Especiales Tecnicas de I.A. Andante,saltarín Uso militar y 
especial 
 
 
 
 
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14 
ESTRUCTURA MECANICA DE ROBOTS INDUSTRIALES 
 
Un manipulador robótico consiste en una secuencia de cuerpos rígidos, llamados eslabones 
(links) que se conectan unos a otros mediante articulaciones (joints). Todos juntos forman 
una cadena cinemática abierta. Se dice que una cadena cinemática es abierta si,numerando 
secuencialmente los enlaces desde el primero, cada enlace está conectado mediante 
articulaciones exclusivamente al enlace anterior, y al siguiente, excepto el primero, que se 
suele fijar al suelo y se denomina base, y el último, uno de cuyos extremos queda libre y 
generalmente suele ser conectado a un efector final. 
 
El numero de grados de libertad de una cadena cinemática puede ser obtenido mediante la 
fórmula de Grübler , según la cual: 
 
NGDL = ���. � − 倹 − 1 + fi倹件=1 
GDL = Grados de Libertad del espacio de trabajo (típicamente tres en el plano y seis en el espacio) 
n = Numero de eslabones 
j = Numero de articulaciones 
fi = Grados de libertad permitidos a la articulación i 
 
 
Ejemplos cadena cinemática a) abierta y b) cerrada 
 
Aplicación de la Formula de Grübler 
 Figura a Figura b 
GDL 3 
n 4 
j 3 
f i f1=1; f2=1; f3=1 
NGDL 3 
 
 
Una parte de las características del robot quedan determinadas por su estructura, tales como 
su configuración, espacio en planta y volumen de trabajo o de alcance del robot. Otras 
características, como por ejemplo, la velocidad y la capacidad de carga, dependen de los 
sistemas de accionamiento de sus articulaciones. 
 
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Un brazo robot mecánico generalmente consta de los siguientes elementos: 
 
1. Carcasa o chasis, generalmente formada por elementos de acero o aluminio 
2. Sistema de accionamiento de los ejes: actuadores, transmisiones, sensores de 
posición y velocidad 
3. Cableado, conectores, fines de carrera y otros elementos, como topes mecánicos 
y compensadores. 
CONFIGURACION DE LAS ARTICULACIONES DE UN ROBOT 
 
 Las articulaciones son los elementos de unión entre los ejes del robot y es en ella donde se 
origina el movimiento del mismo. El movimiento de cada articulación puede ser de 
desplazamiento o de giro o, de una combinación de los dos tipos de movimiento. 
 
En general se distinguen seis tipos de articulaciones: prismática, de revoluta, cilíndrica, 
esférica o rótula, planar y de tornillo. 
 
 
Los tipos de rotación o revoluta y lineal o prismática, son los que se utilizan 
mayoritariamente en los robots industriales. Las articulaciones prismáticas ofrecen un cálculo 
sencillo para su posicionamiento, alta precisión y gran robustez, y las de rotación son mas 
fáciles de construír y poseen envolventes de trabajo mayores con un menor espacio en planta. 
 
A cada movimiento independiente que es capaz de realizar una articulación, se le denomina 
grado de libertad (gdl). Puesto que en el caso de las articulaciones de rotación y 
prismáticas, el gdl es uno, en los robots industriales el número de gdl del robot suele coincidir 
con el de la suma de sus articulaciones. Estrictamente, el gdl de un manipulador es el número 
de movimientos independientes que puede realizar. Considerando en un espacio 3D, el 
máximo gdl es seis, tres desplazamientos y tres giros, de ahí que la mayor parte de los robots 
industriales tenga seis articulaciones. 
 
A pesar de que en la práctica es necesario tener estos seis grados gdl para tener total libertad 
en el posicionado y orientación del extremo del robot, existen robots con menos de seis 
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articulaciones, puesto que puede ser suficiente para llegar a cabo las tareas que han de 
realizar. Por el contrario, también se da la situación en la que se encuentran robots con más 
articulaciones, con la intención de facilitar el sortear obstáculos o ampliar el campo de 
trabajo del robot. En estos casos se dice que el robot es redundante. 
 
Los ejes se subdividen comúnmente en dos grupos: 
 
· Ejes Principales (1,2 y 3), mayoritariamente responsables de la posición del objeto. 
· Ejes de la muñeca (del 4 en adelante), como los responsables de la orientación. 
 
El empleo de combinaciones de los diferentes tipos de articulaciones en los primerostres ejes 
del robot da lugar a lo que se denomina configuración del robot. Se nombra a las 
configuraciones encadenando las iniciales de sus articulaciones de la base a la muñeca, por 
ejemplo, RPR(rotación, prismática, rotación), 3R(tres articulaciones rotacionales), 2RP(dos 
articulaciones rotacionales seguidas de una prismática). El tipo de configuración determina, 
entre otras características, el campo de trabajo del robot, es decir el volumen de espacio en el 
que el robot puede posicionar su muñeca. El campo de trabajo, se obtiene de trazar las 
envolventes de las posiciones alcanzadas por la muñeca del robot como combinación de los 
movimientos en las articulaciones de sus ejes principales. 
 
CLASIFICACION DE ROBOTS 
 
Existen diferentes clasificaciones de robots, detalladas a continuación, que tienen relación 
con tres aspectos fundamentales: geometría, tipo de control y función 
 
CLASIFICACION DE ROBOTS POR SU GEOMETRIA 
 
Esta clasificación tiene relación directa con los manipuladores industriales y se basan en la 
configuración de las articulaciones de los tres ejes principales. 
· Robot Cartesiano 
· Robot Angular 
· Robot Polar 
· Robot Cilíndrico 
· Robot Scara 
 
Robot Cartesiano, tiene tres ejes de movimiento lineal PPP, perpendiculares entre sí, este 
tipo de configuración da lugar a robots de alta precisión, velocidad y 
capacidad de carga constante en todo su alcance, amplia zona de 
trabajo y simplificación del sistema de control. Presentan una mala 
relación entre su volumen de trabajo y el espacio que ocupan en 
planta. Se usan en aplicaciones que requieren movimientos lineales de 
alta precisión y en los casos en que la zona de trabajo sea básicamente 
un plano. 
 
 
Gráfico 1 
UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA 
 
 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
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Robot Cilindrico, se trata de un robot RPP, con movimiento rotacional en la base y dos ejes 
lineales perpendiculares, el segundo de ellos paralelo al de la base, tal 
y como se ilustra en la figura respecti va. Su eje rotacional hace que 
este robot presente una mejor maniobrabilidad y velocidad que el 
robot cartesiano. 
 
Su sistema de control es bastante sencillo y encuentra su aplicación en 
instalaciones sin obstáculos, en las que las máquinas se distribuyan 
radialmente y el acceso al punto deseado se realice horizontalmente. 
 
 
Robot Esférico o Polar, este tipo de configuración se halla formada por dos ejes rotacionales 
perpendiculares y uno lineal, su accesibilidad es mejor que la de los 
robots cartesiano y cilíndrico, así como también su capacidad de carga. 
Los primeros robots que aparecieron en e l mercado fueron polares, 
también denominados esféricos, por el tipo de coordenadas espaciales 
con las que se controlan. Presenta ciertos inconvenientes, como la 
dificultad de controlar un simple movimiento de traslación o pérdida de 
precisión producida al trabajar con cargas pesadas y con el brazo muy 
extendido. 
 
Se aplica en operaciones de manejo de cargas importantes que no precisen movimientos 
complejos, tanto estos robots como los cilíndricos han sido sustituidos por los robots de 
configuración angular. 
 
Robot Angular o Antropomórfico, es un tipo de robot que está formado por tres ejes 
rotacionales , con el primer eje perpendicular al suelo y los otros dos 
perpendiculares a éste y paral elos entre sí. Los robots con 
configuración angular presentan una gran maniobrabilidad y 
accesibilidad a zonas con obstáculos, ocupan poco espacio con relación 
a su alcance, son robots muy rápidos, que permiten trayectorias muy 
complejas. 
 
 
 
Robot Scara, se trata de dos ejes rotacionales paralelos y un eje lineal también paralelo a 
ambos, de desplazamiento vertical, este tipo de configuración 
produce robots muy rápidos y de muy alta precisión. 
 
Generalmente encuentra aplicación en operaciones de 
ensamblado o empaquetado, que requieran movimientos simples 
para inserción o toma de piezas. 
Gráfico 2 
Gráfico 3 
Gráfico 4 
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CLASIFICACIÓN POR EL MÉTODO DE CONTROL 
 
No servo-controlados, son aquellos en los que cada articulación tiene un número 
(normalmente, dos) posiciones con topes y sólo se desplazan para fijarse en ellas. Suelen ser 
neumáticos, bastante rápidos y precisos. 
 
Servo-controlados, en ellos cada articulación lleva un sensor de posición (lineal o angular) 
que es leído, y enviado al sistema de control, el cual genera la potencia para el motor. Se 
pueden así detener en cualquier punto deseado. 
 
Servo-controlados punto a punto, Para controlarlos sólo se les indican los puntos iniciales y 
finales de la trayectoria, el ordenador calcula el resto siguiendo ciertos algoritmos que se 
verán en el capitulo sobre cinemática y dinámica. Normalmente pueden memorizar 
posiciones. Basan su funcionamiento en el control numérico computarizado o técnicamente 
denominado CNC. 
 
CLASIFICACIÓN POR LA FUNCIÓN: 
 
De Producción, usados para la manufactura de bienes, pueden a su vez ser de manipulación, 
de fabricación, de ensamblado y de prueba, aquí se destacan todos los tipos de robots 
industriales implementados en ambientes industriales diversos como soldadura, ensamblaje, 
pintura. 
 
De Exploración, usados para obtener datos acerca de terreno desconocido, pueden ser 
exploración terreste, minera, oceánica, espacial, se destacan en esta clasificación todos los 
robos desarrollados para uso especial, militar o incorporados a sondas espaciales para la 
investigación espacial. 
 
De Rehabilitación, usados para ayudar a discapacitados, pueden ser una prolongación de la 
anatomía, o sustituir completamente la función del órgano perdido, se diferencian de prótesis 
médicas porque pueden ser integradas al control cerebral del individuo mediante un 
procesador central. 
 
MAPA MENTAL DE LA CLASIFICACION DE ROBOTS 
 
UNIDAD I FUNDAMENTOS GENERALES DE LA ROBOTICA 
 
 Ing. Guillermo Almeida G. 2009 
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BIBLIOGRAFIA 
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Industrial:Tecnología, Programación y Aplicaciones. McGraw Hill, 1990 
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de un Robot Industrial.