ROBÓTICA

TRABAJO COLABORATIVO 1

STELLA DIANA RODRIGUEZ RINCÓN, CÓDIGO 52436564

JOHN RICHARD VELÁSQUEZ PRIETO, CÓDIGO

MÜLLER HERNÁNDEZ ROJAS, CÓDIGO 80420611

JUAN SEBASTIÁN CASTRO SOLANO, CÓDIGO

LEONARDO ENRIQUE PATERNINA URIBE, CÓDIGO

GRUPO 299011_5

TUTOR

SANDRA ISABEL VARGAS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA, UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

BOGOTÁ

2015

Introducción

Este documento presenta los resultados de apropiación del conocimiento propuestos

para la fase uno, y el correspondiente trabajo colaborativo. Las actividades propuestas

corresponden a la realización de una investigación sobre configuración morfológica, fuentes

de almacenamiento, actuadores, sensores y volumen de trabajo de los robots industriales; el

desarrollo de un mapa mental sobre las generalidades de la robótica y la síntesis del artículo

“Robots modulares para cirugía mínimamente invasiva”. El trabajo se realizó basado en los

aportes individuales de todo el grupo colaborativo, las observaciones de la tutora y

compañeros, para terminar consolidando un único trabajo con los mejores aportes realizados.

Desarrollo de la Actividad

Configuración morfológica de un robot industrial.

Un robot está compuesto por seis estructuras las cuales contienen:

• Manipulador

• Controlador.

• Sistemas sensoriales

• Elementos terminales

Es una serie de elementos o estructuras unidas mediante articulaciones que permiten

un movimiento consecutivo. La constitución física de la gran parte de los robots industriales

guarda cierta similitud con la anatomía del brazo humano, los elementos que componen el

robot se les denomina en términos como cuerpo, brazo, codo muñeca.

• Manipulador.

Son componentes principales conformando una serie de elementos estructurales

solidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permite moverse.

• Controlador.

Es la que regula cada uno de los movimientos manipulador, las acciones, cálculos y

procesado en la información. Controlador recibe y envía a otras máquinas (por media de

señales en entradas y salidas) y almacena programas.

• Sistemas sensoriales.

El objetivo de los sensores es permitir que los robots puedan recibir y percibir

información desde el mundo que los rodea. Su función es similar a la de nuestros sentidos,

con el cual logramos luego de un proceso poder interactuar con nuestro medio.

• Elementos terminales.

Los elementos terminales, también llamados efectores finales son los encargados de

interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de

aprehensión como herramientas.

Si bien un mismo robot industrial es, dentro de unos límites lógicos, versátil y

readaptadle a una gran variedad de aplicaciones, no ocurre así con los elementos terminales,

que son en muchos casos específicamente diseñados para cada tipo de trabajo.

Según Borges (2013) un robot está constituido por 6 elementos componentes: estructura

mecánica, transmisiones, sistema de seccionamiento, sistema sensorial, sistema de control,

elementos terminales.

Estructura mecánica de un robot

        Un robot está constituido por una serie de elementos o eslabones unidos mediante

articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos.

La constitución física de la gran parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la

anatomía del brazo humano, es decir, que poseen ciertas características antropomórficas, por

lo que en ocasiones a los distintos elementos que componen el robot se les denomina en

términos como cuerpo, brazo, codo muñeca. (Borges, 2013)

Fig 1. Estructura mecánica de un robot. (Borges, 2013)

        Cada articulación provee al robot de un grado de libertad (GDL), movimientos

independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. El movimiento

de cada articulación puede ser de desplazamiento, de giro o una combinación de ambos. De

este modo son posibles seis tipos diferentes de articulaciones: esférica o rótula (3 GDL),

planar (2 GDL), tornillo (1 GDL), prismática (1 GDL), rotación (1 GDL), cilíndrica (2 GDL)

        Aunque en la práctica, en los robots sólo se emplean la de rotación y la prismática.

Fig 2. Articulaciones y grados de movimiento

        El empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, da lugar a

diferentes configuraciones, con ciertas características tanto en el diseño y construcción del

robot como en su aplicación.

Tipos de configuraciones:

Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física que se le

ha dado al brazo del robot. El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones

clásicas: la cartesiana, la cilíndrica, la polar y la angular:

1. Configuración cartesiana: Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados

de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y

Z. Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en

interpolaciones lineales. Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoria

que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro. A la trayectoria

realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha

de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama

interpolación por articulación.

Fig 3. Configuración Cartesiana

2. Configuración cilíndrica: Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o

sea, que presenta tres grados de libertad. El robot de configuración cilíndrica está

diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e

interpolación por articulación. La interpolación por articulación se lleva a cabo por

medio de la primera articulación, ya que ésta puede realizar un movimiento

rotacional.

Fig 4. Configuración cilíndrica

3. Configuración polar: Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un

movimiento distinto: rotacional, angular y lineal. Este robot utiliza la interpolación

por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación

lineal para la extensión y retracción.

Fig. 5. Configuración Polar

4. Configuración angular (o de brazo articulado): Presenta una articulación con

movimiento rotacional y dos angulares. Aunque el brazo articulado puede realizar el

movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover

simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de

interpolación por articulación, tanto rotacional como angular.

Fig. 6 Configuración angular

        Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas, existen otras

configuraciones llamadas no clásicas. El ejemplo más común de una configuración no clásica

lo representa el robot tipo SCARA. Este brazo puede realizar movimientos horizontales de

mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración

SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercera articulación).

Fig. 7. Ejemplo de un robot Scara

Fuentes de alimentación para robots.

En un robot autónomo la gestión de la alimentación es fundamental, desde la

generación de energía hasta su consumo, ya que el robot será más autónomo cuanto mejor

gestione su energía. Un robot que no gestione bien su energía se quedará sin alimentación y

no podrá seguir desarrollando la tarea para la que fue desarrollado

Fig. 8 Esquema de alimentación sin gestión de energía

En cualquier robot, necesitaremos una fuente de energía, es una parte fundamental en

cualquier circuito eléctrico. Estas fuentes de energía lo que hacen es provocar una diferencia

de potencial para que los electrones circulen entre sus dos polos, del negativo al positivo. En

el caso de la corriente alterna, simplemente se agitan (van hacia un lado y luego dan la

vuelta).

En un robot autónomo la gestión de la alimentación es fundamental, desde la

generación de energía hasta el suministro, dado que así se reconocerá su autonomía. En la

gestión de la energía de un robot hay varios aspectos a tener en cuenta: las baterías (las tienen

todos los robots), la fuente de alimentación (lo tienen todos los robots) y un módulo de

gestión de energía (hay robots que no lo tienen).

Fig. 9 Diagrama de una fuente de alimentación para un robot.

Tensión: varía según la reacción química que se use para generar electricidad. Por

ejemplo, la mayor parte de las celdas alcalinas suelen ser de 1.5 voltios. Mientras que una

batería de un coche tiene seis celdas de 2 voltios cada una.

Capacidad: para un mismo tipo de reacción química cuanto más grande sea una celda,

mayor electricidad será capaz de dar. La capacidad se mide en amperios-hora (Ah), que son

los amperios que la celda puede suministrar en una hora antes de que su tensión baje de un

umbral determinado. Por ejemplo: una batería de 1Ah, funciona durante una hora dando un

amperio, o durante 2 horas dando medio amperio.

Densidad de potencia: es el cociente entre la capacidad y el peso. Depende de la

reacción química interna de la celda y de lo eficiente que sea la misma. Este aspecto es

determinante a la hora de decidir qué batería poner en un robot autónomo. De hecho los

motores y las baterías de un robot son los componentes que más pesan. Si las baterías pesan

mucho se necesitan motores más grandes para poder mover el robot, lo que hace que pese aún

más, por lo que necesitará más energía para poder moverse y así sucesivamente. Cuanto más

grande sea la densidad de potencia, se pueden hacer robots o bien más pequeños, o bien con

más autonomía, lo que remarca el carácter de robots autónomos.

La curva de descarga: cuando una celda se está descargando, su voltaje va bajando

con el paso del tiempo. La curva de descarga varía considerablemente según los tipos de pilas

que se usen. Por ejemplo, las celdas alcalinas tienen una curva de descarga muy lineal, lo que

hace muy sencillo determinar cuándo la celda se está debilitando. En cambio las celdas de

Níquel-Cadmio tienen una curva de descarga lineal que de repente cae de forma muy abrupta,

lo que hace que un robot deje de funcionar de forma repentina, sin darle tiempo a dar un

aviso o a ir a un punto de carga.

Resistencia interna: una celda puede ser modelada como una fuente de tensión ideal

con una resistencia en serie. Cuando la celda genera corriente, la tensión de salida cae de

forma proporcional a tensión que cae en su resistencia interna. Esta resistencia es la que

determina la capacidad que tiene una celda de generar energía de forma instantánea. Cuanto

menor sea la resistencia interna, más potencia puede generar la celda. Por lo tanto, una pila

será mejor cuanto menor sea su resistencia interna, pero tienen una desventaja ya que un

cortocircuito hace que la celda sea capaz de generar una elevada corriente que puede llegar a

quemar los cables o a la propia celda. Es necesario tener en cuenta que la celda tiene que ser

capaz de disipar el calor que genera la caída de tensión en su resistencia interna. Por ejemplo,

las celdas de Litio-Polímetro, son las que menos resistencia interna tienen, pero son muy

peligrosas ya que pueden provocar un incendio o una explosión si se tratan mal.

Recargable: es importante saber si una celda es recargable, y si lo es cuántas veces se

puede cargar y si tiene memoria. Se dice que una celda tiene memoria si la celda se va

deteriorando en caso de que no se use en ciclos completos (cargas y descargas completas).

Todas las pilas recargables tienen memoria pero hay unas que tienen más que otras, de forma

que siempre se habla de que las celdas no tienen memoria cuando son las que menos memoria

tienen en ese momento en el mercado. Hace unos años eran las pilas de Níquel Metal-

Hidruro, pero actualmente las celdas que menos memoria tienen son las de Litio-Ion y Litio-

Polímero. En cualquier caso, conviene al menos una vez al año hacer que las celdas hagan un

ciclo completo de carga y descarga. Debido a que las celdas son toxicas para el entorno,

conviene usar celdas recargables. El tiempo de carga depende de la capacidad de la pila; por

ejemplo, una pila de 1Ah, tarda una hora en cargarse a 1A, o 2 horas en cargarse a 0.5A.

Como las baterías no mantienen la tensión constate, bien porque se descargan o bien

porque cuando están en carga no son capaces de mantener la tensión, es necesario un módulo

que sea capaz de generar una tensión constante a partir de unas baterías. Eso es lo que se

llama fuente de alimentación de tensión estabilizada. Un módulo de gestión de energía tiene

las siguientes tareas:

Controlar la carga de las baterías de forma óptima. El proceso de carga de las baterías

depende de la reacción química en la que se basen. Para este propósito generalmente existen

circuitos integrados que se encargan de esta labor. En el caso de usar baterías de Litio

Polímero no se recomienda cargar las baterías en este módulo, ya que es tan compleja que

necesita un micro controlador que se encargue de ella.

Monitorizar en todo momento la tensión de cada batería. De esta manera el robot

puede determinar cuándo debe dar una alarma para que se ponga a cargar. En el caso de las

baterías de Litio-Polímero, es obligatorio monitorizar esta tensión de cada celda de la batería,

ya que en ningún caso se debe dejar que alguna de las celdas se quede por debajo de un

mínimo de carga permisible.

Detectar la conexión o desconexión de una fuente de alimentación externa y conmutar

de fuente de energía de forma automática. Es decir, actúa como fuente de alimentación

ininterrumpida. La conmutación de fuente de energía debe hacerse lo suficientemente rápido

como para que el robot no pierda alimentación. Por ello, se debe hacer usando diodos.

Actuadores

Corresponden a los elementos que responden a las instrucciones dadas por el sistema

de control del robot para generar los movimientos requeridos. De acuerdo con la fuente de

energía empleada se clasifican en neumáticos, hidráulicos, y eléctricos.

Actuadores neumáticos

Actuadores neumáticos se alimentan empleando aire a presión, el cual es

suministrado mediante unas mangueras al sistema. Las presiones típicas son de 5 a 10 bares.

Entre los actuadores más comunes se encuentran: cilindros y motores

Los actuadores neumáticos se caracterizan por no ser suficientemente precisos, lo que

se relaciona con la compresibilidad del aire. Por esta razón, su empleo solo es recomendable

en aplicaciones donde sea suficiente una configuración todo/nada. (Camargo, 2011)

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos son similares a los neumáticos en la medida que emplean

un fluido para desplazar los mismos. En este caso, el fluido corresponde a un aceite mineral a

presiones elevadas (las cuales son de 50-100 bares). Los actuadores hidráulicos, sin embargo,

son más precisos que los neumáticos, por lo cual pueden emplearse para tareas en las cuales

se requiera un rango completo de posiciones o valores. Del mismo modo, los actuadores

hidráulicos pueden soportar cargas pesadas y desarrollar un gran par motor. Una desventaja

de los actuadores hidráulicos es la dificultad y complejidad para realizar la instalación de los

sistemas de suministro de fluido. Adicionalmente, las altas presiones generalmente conllevan

riesgos de seguridad en caso de que se presente una ruptura de una manguera de fluido.

(Camargo, 2011)

Actuadores eléctricos (Motores)

Estos sistemas emplean electricidad para alimentarse, y son ampliamente utilizados en

la industria, ya que son versátiles, robustos, precisos, y adicionalmente, se pueden

implementar estrategias de control electrónico para mejorar la precisión en los mismos.

Fundamentalmente, existen tres clases de motores:

1. Motores de DC: Son motores que se encuentran alimentados por corriente continua.

Su estructura interna se compone de dos devanados (inductor e inducido), cada uno de

los cuales se ubica en una de las dos partes que componen el motor. El inductor se

ubica en el estator del mismo, y es el devanado que se encuentra conectado a la fuente

de voltaje. El inducido se encuentra conectado a la parte móvil del motor (rotor) y es

aquel que produce el movimiento, en función de la corriente inducida que proviene

del campo generado por el inductor. Usualmente, el control de los motores DC se

hace realimentando el valor de su velocidad a un controlador, el cual realiza las

correcciones efectuadas para ajustarlas al valor deseado. Una aplicación de los

motores DC es la del servomotor, el cual no es sino un motor DC que se encuentra

conectado a un encoder y un sistema de control, con el fin de ubicar el motor de

manera precisa en un valor angular dado.

2. Motor paso a paso. Estos motores, como su nombre lo indica, pueden desplazarse en

un número limitado de pasos a la vez, a medida que se activan de manera secuencial

los devanados correspondientes a cada uno de los pasos del mismo. Usualmente se

emplean en aplicaciones donde se requiere precisión en la posición.

3. Motor AC: Estos motores se caracterizan por alimentarse con corriente alterna en

lugar de corriente continua. La aplicación de los motores de AC es muy reciente, ya

que realizar esquemas de control es más complicado que para los motores DC. Sin

embargo, estos motores permiten mayores potencias con menores tamaños, por lo

cual se convierten en una alternativa para aplicaciones de mayor potencia. (Camargo,

2011)

Tabla 1. Características de distintos tipos de actuadores para robots:

Neumático Hidráulico Eléctrico

Energía Aire a presión

(5-10 bar)

Aceite mineral

(50-100 bar)

Corriente eléctrica

Opciones Cilindros

Motor de paletas

Motor de pistón

Cilindros

Motor de paletas

Motor de pistones

axiales

Corriente continua

Corriente alterna

Motor paso a paso

Ventajas Baratos

Rápidos

Sencillos

Robustos

Rápidos

Alta relación potencia-

peso

Auto lubricantes

Alta capacidad de carga

Estabilidad frente a

cargas estáticas

Precisos

Fiables

Fácil control

Sencilla

instalación

Silenciosos

Desventajas Dificultad de

control continuo

Instalación especial

(compresor, filtros)

Ruidoso

Difícil mantenimiento

Instalación especial

(filtros, eliminación de

aire)

Frecuentes fugas

Caros

Potencia limitada

El sensor y el transductor.

El sensor es un dispositivo que convierte una señal física en otra señal física distinta,

es decir, convierte un tipo de energía en otro.Las variables de instrumentación pueden ser por

ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación,

desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud

eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica

(como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente

eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto

con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo

que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la

pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que

aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la

temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma

de energía en otra.

Los tipos de señales que dan los sensores pueden ser: mecánicas, térmicas,

magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares.

Los sensores se caracterizan por: Sensibilidad de un sensor, suponiendo que es de

entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.

Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de

entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada,

habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

Linealidad. o correlación lineal. Rango, tiempo de respuesta, exactitud. Resolución.

Mínima variación de la magnitud de entrada que puede detectarse a la salida. Repetitividad.

Error esperado al repetir varias veces la misma medida. Tipo de salida.

Precisión es el error de medida máximo esperado. Rango de medida dominio en la

magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la

magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la

magnitud de entrada.

El transductor

Es el dispositivo que transforma la señal que sale del sensor. En otra de tipo eléctrico.

El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo

electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Es un dispositivo

usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultura, en robótica, en

aeronáutica, etc.

El captador. Es un transductor en el que la señal de salida no es de tipo eléctrico.

También incluye al sensor.

El transmisor. Son los circuitos que transforman la señal que sale del sensor,

transductor o captador y la convierte en señal normalizada.

El regulador optimiza las respuestas.

El comparador. Da una señal comparando la señal de salida y el valor esperado.

Las entradas externas. pueden proceder de un ser humano, condiciones de arranque o

alteración del control del proceso, cambio de velocidad, parada de emergencia... , también

pueden medirse determinadas condiciones externas, como presión, temperatura y humedad

del entorno, y ser utilizadas para alterar el proceso de control.

Los términos sensor, captador y transmisor se pueden considerar sinónimos.

Tipos sensores.

Detectores de ultrasonido. Se usan para el control de presencio o ausencia, distancia o

rastreo.

Sensores láser. Tienen la misma función que los sensores de ultrasonidos. Mucho más

precisos que los de ultrasonidos, pero también mucho más caros.

Sensores de interruptor. Se trata de un tipo de sensor sencillo que puede ser interno o

externo. Su principio básico es el de circuito abierto/ cerrado. Son idóneos para aplicaciones

que requieren tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Interruptor de final de carrera. Son interruptores que sirven para detectar la posición

de una determinada pieza, de un móvil, etc. .Cuando este alcanza el extremo de su carrera,

actúan mecánicamente sobre una palanca, produciendo el cambio de ciertos contactos

internos. Dependiendo del actuador se dividen en:

Final de carrera de palanca

Final de carrera de émbolo

Final de carrera de varilla.

Sensores de caudal de aire. Contienen una estructura de película fina aislada

térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor.

Sensores de corriente. Monitorizan corriente continua o alterna. Estos sensores pueden

hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula, etc. La señal lineal duplica la

forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta

para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Sensor de posición. Es un sensor sencillo, pasivo e interno que indica la posición en

que se encuentra un objeto. Estos pueden ser rotacionales o traslacionales. Los tipos básicos

son: eléctricos y ópticos.

Sensores de rotación. Miden la rotación angular (odómetro, velocímetro).

Sensores de velocidad. Son sensores internos que miden la velocidad. Los hay

eléctrico y ópticos.

Sensores de aceleración. Miden la aceleración.

Sensores de humedad. Los sensores de humedad y temperatura están configurados con

circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Contienen un elemento

sensible capacitivo que intereacciona con electródos de platino.

Sensores de temperatura. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia

variable con la temperatura y están calibrados por láser para una mayor precisión, las salidas

lineales son estables y rápidas.

Sensores de turbidez. Aportan una información rápida y práctica de la cantidad de

sólidos en el agua.

Sensores de presión y fuerza. Son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una gran

precisión bajo condiciones ambientales variables.

Sensores magnéticos. Se basan en la tecnología magnetoresistiva. Ofrecen una alta

sensibilidad. Tienen multitud de aplicaciones como: brújulas, detección de vehículos,

realidad virtual, sistemas de seguridad.

Sensores de presión. Están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con

microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y

de la capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones son múltiples, se

hacen instrumentos para aviación, laboratorios.

La célula fotoeléctrica. La célula fotoeléctrica consta de un emisor que transmite un

rayo de luz a un emisor. Cuando algo corta el rayo de luz el emisor deja de detectarlo y se

produce la acción que deseemos realizar (abrir o cerrar un circuito). El ejemplo más claro de

célula fotoeléctrica lo podemos encontrar en los ascensores, en los cuales, cuando se corta el

rayo de luz se abre la puerta.

Fotodiodo. El más simple fotodiodo es la unión p-n polarizada inversamente. Cuando

la luz no incide sobre el dispositivo solo una pequeña cantidad de corriente fluye. Cuando la

luz incide, se generan portadores y fluye una mayor corriente eléctrica. Estos dispositivos

presentan una respuesta lineal que se incrementa con la iluminación, y generalmente

presentan una rápida respuesta de tiempo.

Fototransistor. Este dispositivo presenta mayor corriente que un fotodiodo, para

niveles comparables de iluminación. No operan tan rápido como un fotodiodo.

Volumen de trabajo

Se define el volumen de trabajo de un robot industrial como aquella parte del espacio

que puede ser alcanzada por el efector final. Dicho de otro modo, aquellas regiones que se

pueden alcanzar para cualquier configuración de movimientos del robot, medidas hasta el

extremo del efector, se consideran parte del espacio o volumen de trabajo.

Los fabricantes generalmente especifican el volumen de trabajo de un robot mediante

diagramas en los cuales ilustran los movimientos de las articulaciones del robot, lo que se

puede apreciar en la Figura 2.

Figura 2. Diagrama ilustrativo de la configuración de movimientos de las

articulaciones del robot industrial IRB-140 de ABB. Fuente: (ABB, 2015)

Ocasionalmente, también se especifica el espacio de trabajo de un robot ilustrándolo

mediante diagramas tridimensionales, por ejemplo, como se puede observar en la Figura 3,

tomada de un artículo de investigación sobre obtención del espacio de trabajo (Cao et al,

2011)

Figura 3. Posibles configuraciones para la obtención de modelos tridimensionales del

espacio de trabajo de un robot. Fuente (Cao et al, 2011)

Existen dos clases de configuraciones de espacios o volúmenes de trabajo, de acuerdo

con la configuración geométrica de los mismos. Los espacios de trabajo regulares son

aquellos que corresponden a sólidos geométricos estándares. Por ejemplo, los robots

cartesianos o cilíndricos cuentan con configuraciones regulares. Mientras que los espacios de

trabajo irregulares son aquellos que no presentan una configuración geométrica sencilla de

caracterizar (González, 2003). Un ejemplo son los robots SCARA. La Figura 4 presenta un

ejemplo de volumen regular, mientras que la Figura 5 presenta un volumen irregular.

Figura 4. Volumen de trabajo regular. Fuente: (González, 2003)

Figura 5. Volumen de trabajo irregular. Fuente (González, 2003)

Mapa conceptual generalidades de la robótica

Síntesis

Robots modulares para cirugía mínimamente invasiva

Este artículo presenta el diseño de un sistema robótico modular para la asistencia a la

cirugía laparoscópica. Su propósito es proporcionar una asistencia rápida en un quirófano sin

necesidad de ninguna modificación, y tiene como componente principal un robot

manipulador para el manejo de la cámara laparoscópica de funcionamiento totalmente

inalámbrico gracias a las baterías internas que posee y a un enlace de datos vía radio. Con el

propósito de hacer al sistema manipulador adaptable a diferentes necesidades, su diseño se ha

caracterizado por una acomodación a la posición del paciente.

En el desarrollo de este artículo describen los tres tipos de procedimientos que se

realizan para esta cirugía, estos procedimientos son:

Cirugía abierta tradicional, consiste en una incisión a nivel de la región subcostal

derecha, donde se separan los órganos, para llegar a la vesícula y es extirpada, posteriormente

se cierra la incisión con una sutura o grapas.

El segundo procedimiento se puede realizar a través de una colecistectomía

laparoscópica, donde el cirujano realiza cuatro o cinco incisiones en el abdomen, para

introducir el laparoscopia, las imágenes se ven en un monitor, donde se llega a la vesícula y

es removida. Las incisiones son cerradas con suturas.

El último procedimiento para el cual se han construido diferentes tipos de robots, es la

colecistectomía trans vaginal hibrida donde se realiza a través de una única incisión a nivel

del ombligo y un segundo acceso a través de la vagina, de esta forma llegan hasta el sitio para

extraer la vesícula.

Entre las ventajas de esta última cirugía es que busca minimizar el daño del paciente,

reduciendo el número de orificios quirúrgicos, reduciendo el grado de invasión y respetando

aspectos estéticos, lo cual permite una recuperación más rápida del paciente. Esto solamente

está probado en CMI, en caso de ser mayor aún no se han probado.

Los robots quirúrgicos son una alternativa de solución para estas cirugías

mínimamente invasivas, teniendo como ventajas como aumenta la visualización

tridimensional, mejora la visión, mejora el sentido del tacto del cirujano, reduce los temblores

entre otras.

En el artículo presentan diferentes desarrollos de dispositivos robóticos que sirven a

los cirujanos en diferentes procedimientos, entre ellos encontramos robots modulares capaces

de adaptar su forma y función a ambientes y demandas cambiantes, pueden optimizar las

tareas requeridas. Desarrollos que consideran cámaras intra-abdominales y dispositivos

robóticos de imágenes del tracto gastrointestinal.

Entre otros diseños encontramos brazos articulados reducidos, para cirugías de

corazón; robots intrabdominales; microrobots compuestos por unidades magnéticas que se

autoensamblan en el interior del cuerpo humano, para tareas quirúrgicas como extirpar

tejidos, sutura, separación de tejidos, etc..; robot de puerto único para laparoscopia

(SPRINT), teleoperado reproduciendo los movimientos del cirujano; plataforma robótica

insertable con cámara y herramientas quirúrgicas; robots intracraneal para neurocirugías

mínimamente invasivas; entre otros.

También hacen referencia a los dispositivos y materiales quirúrgicos que se requieren

para el diseño de robots modulares, teniendo en cuenta que un robot quirúrgico debe

instalarse en el interior de un paciente, el diseño de este debe realizarse en materiales que no

sean dañinos para el paciente, se debe tener en cuenta tanto los efectos del material en el

organismo, como los del organismo en el material.

Para la construcción de robots para cirugías las Directivas de los Dispositivos

Médicos y el GHTF dan aspectos de normatividad para el diseño de dispositivos médicos que

deben ser tomados en cuenta en el diseño de robots modulares reconfigurables para usos

quirúrgicos. Entre los que encontramos: análisis del dispositivo para determinar cuál directriz

o norma es aplicable, identificar la lista de requerimientos esenciales aplicables, identificar

cualquier estándar armonizado, confirmar que el dispositivo cumple con los requerimientos

esenciales o estándares armonizados y documentar la evidencia, clasificar el dispositivo,

decidir sobre el procedimiento de conformidad apropiado, identificar y escoger un cuerpo

notificado, obtener las certificaciones de conformidad y aplicar por la marca de la Comisión

Europea. Los requerimientos generales de los dispositivos deben ser: Debe ser seguro, debe

estar diseñado de tal manera que el riesgo sea eliminado, debe trabajar de acuerdo con las

especificaciones marcadas por el fabricante, debe ser mantenida a lo largo de la vida útil del

producto y cualquier efecto secundario deben ser aceptables con relación a los beneficios.

En conclusión esta clase de robot son los utilizados como dispositivos en las cirugías con

algunas ventajas argumentadas que incitaron su aplicación en numerosos procedimientos

quirúrgicos que abarcan a prácticamente, todas las especialidades quirúrgicas. Su desarrollo

excepcional, fue posible gracias a la permanente evolución del equipamiento y el

instrumental usado en cirugía laparoscópica, los cuales permitieron dar respuestas a las

necesidades de cada técnica quirúrgica. Estos equipos e instrumentos son muy específicos y

requieren de un entrenamiento del cirujano para que el uso de los mismos sea óptimo,

adecuado y eficaz.

Conclusiones

Referencias bibliográficas

ABB (2015). “Technical data for the IRB 140 industrial robot”. Recuperado el 22 de Agosto

de 2015. URL: http://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-140/irb-140-

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http://www.industriaynegocios.cl/Academicos/AlexanderBorger/Docts%20Docencia/

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Camargo, Luis (2011). “299011-Robótica”. Recuperado el 08 de Septiembre de 2015. URL:

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