Introducción a la Robótica Industrial

¿Qué es un robot?

La palabra robot viene del checo robota, que significa trabajo forzado o servidumbre. Apareció en 1920 en la obra de teatro R.U.R. de Karel Čapek. El término robótica lo introdujo Isaac Asimov en sus relatos de ciencia ficción de los años cuarenta. Ambos nombres nacieron en la literatura, pero hoy el robot industrial es una máquina con una definición técnica precisa.

La norma ISO 8373:2021 (vocabulario de robótica) define al robot industrial como un manipulador multipropósito, reprogramable y controlado automáticamente, programable en tres o más ejes, que puede estar fijo o montado sobre una plataforma móvil y que se usa en aplicaciones de automatización industrial. Cada parte de la definición tiene consecuencias prácticas:

Tabla 1.1. Lectura técnica de la definición de robot industrial (ISO 8373:2021).

La misma norma también define al robot de servicio, que trabaja para personas o equipos fuera de la automatización industrial (limpieza, logística, inspección), y al robot médico, que se considera aparte de los otros dos.

La robótica como disciplina mecatrónica

Un robot reúne varias disciplinas en una sola máquina:

• Mecánica: estructura, eslabones, reductores, rigidez y masa.
• Electrónica de potencia y accionamientos: inversores, servomotores, frenos y fuentes.
• Instrumentación: encoders, sensores de corriente, de fuerza y de visión.
• Control automático: lazos de posición y velocidad, compensación de la dinámica.
• Computación: cinemática en tiempo real, planificación de trayectorias, comunicaciones e interfaz de usuario.

Por eso la robótica es un terreno natural para el ingeniero electrónico o mecatrónico. Gran parte de lo que distingue a un robot de otro está en los accionamientos, los sensores y el controlador, no solo en la mecánica.

Breve historia

La historia del robot industrial sigue de cerca a la de la electrónica:

• 1954–1961, la era hidráulica. George Devol patentó un dispositivo programable para transferir piezas y, con Joseph Engelberger, fundó Unimation. En 1961 el Unimate, de accionamiento hidráulico y con memoria de tambor magnético, empezó a atender una máquina de fundición a presión en General Motors.
• 1969–1974, la transición eléctrica. El Stanford Arm (1969) demostró un brazo eléctrico controlado por computadora. En 1973 KUKA presentó el FAMULUS, con seis ejes electromecánicos. En 1974 ASEA (hoy ABB) instaló el IRB 6, completamente eléctrico y controlado por microprocesador.
• 1978–1990, nuevas cinemáticas. Unimation lanzó el PUMA (1978) y en Japón se desarrolló el SCARA, comercializado a partir de 1981. En los años ochenta Reymond Clavel (EPFL) concibió el robot Delta de cinemática paralela.
• 2008 en adelante, la colaboración. Universal Robots comercializó el UR5, que popularizó los robots ligeros pensados para trabajar cerca de personas. En 2025 se publicó la revisión de la norma de seguridad ISO 10218, que incorpora los requisitos de colaboración.

La tendencia es clara: de actuadores hidráulicos a servomotores, de memoria fija a controladores digitales, y de robots enjaulados a aplicaciones que comparten el espacio con las personas.

La robótica industrial hoy

Según el informe World Robotics 2025 de la Federación Internacional de Robótica (IFR):

• En 2024 se instalaron 542 076 robots industriales en el mundo, más del doble que diez años antes. Fue el cuarto año consecutivo por encima de 500 000 unidades.
• El parque en operación llegó a 4.66 millones de unidades, un 9 % más que el año anterior.
• Asia concentró el 74 % de las instalaciones, Europa el 16 % y América el 9 %. China, por sí sola, representó el 54 %.
• Para 2025 la IFR estima unas 575 000 instalaciones y prevé superar las 700 000 anuales en 2028.

Históricamente la industria automotriz definía la demanda de robots. Hoy la industria eléctrica y electrónica compite con ella como principal cliente. En esta industria abundan las tareas de manipulación de tarjetas, ensamble, atornillado, dispensado, inspección por visión y carga de equipos de prueba.

Arquitectura de un sistema robótico

ISO 8373 distingue entre el robot industrial (manipulador, controlador y medios de programación) y el sistema robótico, que además incluye el efector final, los sensores y los equipos que el robot necesita para su tarea. La Figura 1.2 muestra ese sistema completo.

Manipulador

Es la estructura mecánica: una cadena de eslabones rígidos unidos por articulaciones. En un robot serie, cada articulación mueve todo lo que tiene después. Por eso los ejes de la base cargan con la masa de todo el brazo y suelen ser los más grandes. El último eslabón termina en una brida normalizada (ISO 9409-1) donde se monta la herramienta.

Actuadores

Convierten energía en movimiento. La tecnología dominante es el servomotor síncrono de imanes permanentes (AC brushless), con freno de retención y encoder integrados.

Tabla 1.2. Comparación de actuadores.

Transmisiones y reductores

Un servomotor entrega poco par a muchas revoluciones, y la articulación necesita lo contrario. El reductor de relación N multiplica el par por N (menos pérdidas) y divide la velocidad entre N. En un robot, el reductor también determina buena parte de la rigidez, el juego (backlash) y la exactitud.

Tabla 1.3. Transmisiones más comunes en robots.

Sensores

Los sensores internos miden el estado del propio robot. Los sensores externos miden el entorno o la interacción con la pieza.

• Encoder absoluto multivuelta (internos). Es el estándar actual. Da la posición sin rutina de referencia al encender y, en servomotores, suele tener de 17 a 24 bits por vuelta con interfaz serial digital.
• Encoder incremental y resolver (internos). El incremental necesita una referencia (homing). El resolver es analógico y muy robusto ante temperatura y vibración.
• Sensor de corriente (internos). En shunt o de efecto Hall. Como el par del motor es proporcional a la corriente, permite estimar el par y detectar colisiones.
• Sensor de par en la articulación (internos). Aparece en algunos robots colaborativos para medir directamente la interacción con el entorno.
• Visión 2D/3D (externos). Localiza piezas, corrige la posición del robot e inspecciona.
• Sensor de fuerza/par de seis ejes (externos). Va en la muñeca y se usa en ensamble con ajuste estrecho, pulido y guiado manual.
• Sensores de seguridad (externos). Cortinas de luz, escáneres láser y tapetes, que detectan personas en zonas de riesgo.

Controlador y servoaccionamientos

El controlador del robot interpreta el programa, planifica la trayectoria y resuelve la cinemática. Después interpola posiciones articulares en ciclos del orden de milisegundos y las envía a los servoaccionamientos. Cada accionamiento contiene un inversor trifásico con modulación PWM y cierra los lazos de corriente, velocidad y posición de su motor (sección 1.8). Para el ingeniero electrónico, aquí aparecen los temas conocidos: rectificación y bus de DC, puentes de IGBT o MOSFET, frenado regenerativo, filtrado EMI y aislamiento.

Efector final

Es la herramienta que convierte al robot de propósito general en una solución concreta: pinzas eléctricas o neumáticas, ventosas de vacío, antorchas de soldadura, pistolas de pintura, atornilladores y dispensadores. El punto de trabajo de la herramienta se llama TCP (tool center point). Definirlo y calibrarlo bien es indispensable, porque el controlador programa y mide las trayectorias en ese punto.

Morfología del manipulador

Grados de libertad

Un cuerpo rígido libre en el espacio tiene seis grados de libertad (GDL): tres de posición (x, y, z) y tres de orientación. En un robot serie, cada articulación motorizada aporta un GDL. De aquí salen tres reglas prácticas:

• Para colocar la herramienta en cualquier posición y orientación dentro del espacio de trabajo hacen falta al menos 6 GDL.
• Muchas tareas necesitan menos. Para ensamble vertical bastan x, y, z y un giro alrededor de z: los 4 GDL de un SCARA.
• Un robot con más GDL de los que exige la tarea es redundante, como los brazos de 7 ejes. Los ejes extra permiten evitar obstáculos y singularidades, pero complican la cinemática inversa.

Articulaciones

Casi todos los robots usan dos tipos de articulación de un GDL: la rotacional (R), cuya variable es un ángulo θ, y la prismática (P), cuya variable es un desplazamiento d o s. El conjunto de variables articulares forma el vector q = (q₁, …, q_n). Una configuración se describe con la secuencia de sus articulaciones desde la base: PR, RR, RRP, etcétera.

El robot articulado de seis ejes

Es la configuración más común en la industria. Sus ejes se dividen en dos grupos (Figura 1.4):

• Brazo (A1–A3): los tres ejes principales llevan la muñeca a la posición deseada. A1 gira la columna sobre la base, A2 mueve el brazo (hombro) y A3 el antebrazo (codo).
• Muñeca (A4–A6): los tres ejes menores orientan la herramienta. A4 gira el antebrazo sobre su eje, A5 inclina la muñeca y A6 gira la brida.

En la mayoría de los diseños los ejes A4, A5 y A6 se cortan en un punto, el centro de la muñeca. A esto se le llama muñeca esférica. Con ella, la posición del centro de la muñeca depende solo de A1–A3 y la orientación depende de A4–A6. El problema cinemático inverso se divide así en dos problemas pequeños con solución analítica, una de las razones por las que este diseño se volvió estándar.

Configuraciones

La combinación de los tres primeros ejes define la forma del espacio de trabajo, es decir, el volumen que el robot puede alcanzar. La IFR clasifica los robots industriales por esta estructura mecánica.

Tabla 1.4. Comparación de configuraciones.

Especificaciones técnicas

Para seleccionar un robot hay que leer su hoja de datos con criterio. Los valores de la Tabla 1.5 son órdenes de magnitud representativos. Los de un modelo concreto se toman siempre de la hoja de datos del fabricante.

Tabla 1.5. Especificaciones principales de un robot industrial.

Exactitud y repetibilidad

Son dos conceptos distintos que con frecuencia se confunden (Figura 1.6):

• La repetibilidad mide qué tan cerca unas de otras quedan las posiciones alcanzadas al repetir el mismo movimiento. Es la que importa cuando los puntos se enseñan moviendo el robot con el teach pendant, porque el robot regresa a donde ya estuvo.
• La exactitud mide qué tan cerca queda el promedio de las posiciones alcanzadas del punto ordenado en coordenadas. Es la que importa en la programación fuera de línea y con visión, porque el robot va a un punto calculado en el que nunca ha estado.

La norma ISO 9283 define la repetibilidad de posición a partir de n mediciones (normalmente 30) de un mismo punto. Primero se calcula la distancia l_j de cada medición al baricentro de todas ellas y luego:

donde S_l es la desviación estándar de las distancias l_j. Las fuentes de error son el juego y la flexibilidad del reductor, la deflexión de los eslabones por la carga, la dilatación térmica y los errores en los parámetros geométricos que usa el controlador. Las dos últimas afectan sobre todo a la exactitud.

Panorama del modelado cinemático

La cinemática estudia el movimiento del robot sin considerar las fuerzas que lo producen. Relaciona dos descripciones de un mismo estado: los valores articulares que miden los encoders y la posición y orientación de la herramienta que exige la tarea. Esta sección presenta las ideas y la notación básicas.

• Cinemática directa: conocidos los valores articulares y la geometría, calcular la posición y orientación del efector. Siempre tiene una sola solución.
• Cinemática inversa: conocida la posición y orientación deseadas, encontrar los valores articulares. Puede no tener solución (punto fuera de alcance), tener varias (codo arriba o abajo) o tener infinitas (robot redundante o en singularidad).
• Modelo diferencial: relacionar las velocidades articulares con la velocidad del efector mediante la matriz Jacobiana.

Posición, orientación y transformaciones homogéneas

La posición de un sistema de coordenadas respecto a otro se da con un vector p ∈ ℝ³. Su orientación se da con una matriz de rotación R de 3 × 3, cuyas columnas son los vectores unitarios de los ejes del sistema girado. Ambas se combinan en una sola transformación homogénea de 4 × 4:

La ventaja es que una cadena de eslabones se describe multiplicando matrices. Si A_i describe el eslabón i respecto al anterior, la pose de la herramienta respecto a la base es el producto de todas.

Convención de Denavit-Hartenberg

En 1955 Denavit y Hartenberg propusieron una forma sistemática de colocar un sistema de coordenadas en cada eslabón, de modo que cada matriz A_i dependa solo de cuatro parámetros. El procedimiento se resume así:

1. Alinear el eje z_i−1 con el eje de giro o de deslizamiento de la articulación i.
2. Colocar el sistema de la base con su origen en cualquier punto de z₀ y completar los ejes con la regla de la mano derecha.
3. Ubicar el origen o_i donde la normal común a z_i−1 y z_i corta a z_i. Si los ejes se cortan, en la intersección; si son paralelos, en cualquier punto conveniente de z_i.
4. Dirigir x_i a lo largo de esa normal común (o perpendicular al plano de ambos ejes si se cortan) y completar y_i con la mano derecha.
5. Elaborar la tabla de parámetros de la Tabla 1.6.

Tabla 1.6. Parámetros de Denavit-Hartenberg (convención clásica).

Con estos parámetros, la transformación de cada eslabón es una rotación θ_i y una traslación d_i sobre z, seguidas de una traslación a_i (longitud del eslabón) y una rotación α_i (torsión) sobre x:

Un ejemplo completo: el brazo plano 2R

El brazo RR de la Figura 1.3(b), con eslabones de longitud L₁ y L₂, permite ver los tres problemas con álgebra sencilla. Abreviamos c₁ = cos θ₁, s₁₂ = sen(θ₁ + θ₂), etcétera.

Cinemática directa. Basta sumar las proyecciones de los dos eslabones:

Cinemática inversa. Por la ley de cosenos se obtiene primero θ₂. El signo de la raíz elige entre las dos soluciones:

Si |c₂| > 1, el punto está fuera del alcance y no hay solución. La función atan2(y, x), disponible en cualquier lenguaje, devuelve el ángulo en el cuadrante correcto, cosa que atan(y/x) no hace.

Jacobiano y singularidades

Si se derivan las ecuaciones de la cinemática directa respecto al tiempo, se obtiene una relación lineal entre velocidades: ẋ = J(q) q̇. La matriz J es el Jacobiano, la versión matricial de la derivada. Para el brazo 2R:

El Jacobiano sirve para generar trayectorias suaves en línea recta, convertir fuerzas en el efector a pares articulares (τ = J^TF) y, sobre todo, detectar singularidades: configuraciones donde det J = 0. En una singularidad:

• El efector pierde la capacidad de moverse en alguna dirección.
• Cerca de ella, una velocidad pequeña en el efector exige velocidades articulares muy grandes. El controlador limita la velocidad o se detiene con un error.
• La cinemática inversa deja de tener una solución aislada: pueden aparecer infinitas soluciones.

En el brazo 2R, det J = 0 cuando θ₂ = 0° (brazo extendido, en el borde exterior del alcance) o 180° (brazo plegado, en el borde interior). En un robot de seis ejes, la más común en la práctica es la singularidad de muñeca: ocurre cuando A5 = 0° y los ejes A4 y A6 quedan alineados.

Dinámica y control

El modelo dinámico

La dinámica relaciona los pares que aplican los actuadores con el movimiento que producen. Para un robot de n articulaciones tiene la forma general:

Cada término tiene un significado físico:

• M(q) es la matriz de inercia, que cambia con la postura del brazo.
• C agrupa los efectos centrífugos y de Coriolis.
• g son los pares de gravedad.
• τ_f es la fricción.

Es un sistema no lineal y acoplado: lo que hace una articulación afecta a las demás.

Control en cascada por articulación

En la práctica industrial, cada articulación se controla con tres lazos anidados en su servoaccionamiento. Es la misma estructura que se usa en cualquier servo de máquina CNC (Figura 1.10):

• Lazo de corriente (par): es el más rápido. Como el par del motor es τ = k_t · i, controlar la corriente equivale a controlar el par.
• Lazo de velocidad: normalmente un PI que usa la velocidad estimada a partir del encoder.
• Lazo de posición: es el más lento. Suele ser proporcional y llevar prealimentación (feedforward) de velocidad y aceleración que calcula el controlador.

Este esquema funciona bien gracias al reductor: la inercia de la carga, que varía con la postura del robot, se ve desde el motor dividida entre N²:

Más allá del control independiente

Cuando se busca más velocidad o exactitud de trayectoria, el controlador usa el modelo dinámico. Algunas estrategias son:

• PD con compensación de gravedad: agrega g(q) al par ordenado.
• Par calculado: cancela la dinámica completa.
• PID: la teoría de estabilidad de Lyapunov permite sintonizar sus ganancias de modo que garanticen un equilibrio único en lazo cerrado.

Una referencia recomendada para estas técnicas es el texto de Kelly y Santibáñez.

Programación e integración

Métodos de programación

• Por enseñanza (teach pendant): el programador lleva el robot a cada punto con el control portátil y lo graba. Es intuitivo y aprovecha la repetibilidad, pero detiene la producción mientras se programa.
• Por guiado manual (lead-through): el operador mueve físicamente el brazo. Es común en robots colaborativos y en tareas como la pintura.
• Fuera de línea (offline programming, OLP): el programa se genera en un simulador a partir del modelo CAD de la celda (gemelo digital). La producción no se detiene y se pueden verificar alcances, colisiones y tiempos de ciclo antes de comprar. Requiere buena exactitud absoluta o una calibración de la celda.
• Guiado por sensores: la trayectoria se corrige en tiempo real con visión o fuerza, por ejemplo para tomar piezas desordenadas o seguir una costura de soldadura.

Lenguajes y herramientas

Cada fabricante tiene su propio lenguaje, con estructuras parecidas: tipos de movimiento (articular, lineal, circular), definición de herramienta y sistema de coordenadas de trabajo, E/S, y lógica de control.

Tabla 1.7. Lenguajes y herramientas de programación representativos.

Un movimiento típico se expresa como «mover en línea recta al punto P10, a 500 mm/s, con la herramienta Pinza1 y aproximación fina». Los tipos de movimiento corresponden directamente a la Sección 1.7. Un movimiento articular interpola en el espacio articular: es el más rápido, pero la trayectoria de la herramienta es curva. Un movimiento lineal interpola en el espacio cartesiano: la herramienta va en línea recta, el controlador resuelve la cinemática inversa en cada ciclo y el movimiento puede fallar si la recta pasa cerca de una singularidad.

Integración con la celda

El robot casi nunca trabaja solo. Normalmente un PLC coordina la celda: transportadores, máquinas, sensores de presencia, sistema de visión y equipo de prueba. El intercambio con el robot se hace de dos formas:

• E/S digitales, en celdas sencillas.
• Buses de campo industriales, como PROFINET, EtherNet/IP o EtherCAT. Sus perfiles de seguridad (PROFIsafe, CIP Safety, FSoE) transportan también las señales de seguridad.

Una práctica sana es definir el intercambio como un protocolo de handshake explícito: «pieza lista», «robot fuera de zona», «máquina en ciclo», con tiempos de espera y estados de falla. Así cada condición de error tiene un diagnóstico claro y la celda se recupera sin intervención manual.

Seguridad y aplicaciones colaborativas

Un robot industrial mueve masas grandes a alta velocidad y con trayectorias que una persona no puede anticipar. La seguridad no es un accesorio: se diseña desde el inicio con una evaluación de riesgos (ISO 12100) y con funciones de seguridad cuyo nivel de desempeño (PL) se determina según ISO 13849-1.

La norma específica es la ISO 10218, cuya revisión se publicó en 2025 en dos partes:

• ISO 10218-1:2025, para el fabricante del robot. Introduce clases de robot según su potencial de daño, amplía el catálogo de funciones de seguridad y agrega requisitos de ciberseguridad relacionados con la seguridad.
• ISO 10218-2:2025, para el integrador. Cubre las aplicaciones y celdas robóticas e incorpora la mayor parte de la especificación técnica ISO/TS 15066 sobre colaboración, incluidos los valores límite biomecánicos de fuerza y presión en caso de contacto.

Un cambio conceptual importante es que la norma ya no habla de «robot colaborativo», sino de aplicación colaborativa: lo que debe ser seguro es la aplicación completa, con su herramienta, su pieza y su entorno, no solo el brazo. Un cobot con un cuchillo en la brida no es seguro por el hecho de ser cobot.

Tabla 1.8. Tecnologías de colaboración reconocidas por ISO 10218-2:2025.

En una celda convencional, las personas se mantienen fuera de la zona de peligro con guardas fijas, puertas con interruptor de seguridad y dispositivos de detección como cortinas de luz y escáneres. Una cortina debe estar lo bastante lejos del peligro para que el robot se detenga antes de que la mano o el cuerpo lo alcancen. La norma ISO 13855 da la distancia mínima:

Aquí S está en mm, K es la velocidad de aproximación del cuerpo en mm/s y T es el tiempo total de paro en segundos. Si el resultado con K = 2000 mm/s supera 500 mm, se recalcula con K = 1600 mm/s, con un mínimo de 500 mm.

Aplicaciones

Los robots son ideales para tareas repetitivas, que exigen precisión constante o que exponen a las personas a riesgos: calor, humos, cargas pesadas, posturas forzadas. A diferencia de una persona, un robot mantiene el mismo ritmo y la misma calidad durante todo el turno. A cambio, necesita que la pieza, el proceso y el entorno sean predecibles, o que los sensores compensen la variación.

Tabla 1.9. Aplicaciones industriales representativas.

Análisis de factibilidad

Antes de elegir un modelo de robot hay que responder si conviene robotizar y cómo. La pregunta no es si el robot puede hacer la tarea, sino si la celda completa —robot, herramienta, alimentación de piezas, seguridad y personal— cumple el objetivo de producción con un costo razonable. Un análisis preliminar recorre siete preguntas:

1. Volumen de producción. ¿Cuántas piezas al año y en qué lotes? Si se fabrican piezas variadas, deben ser parecidas entre sí, y cada lote debe durar lo suficiente para justificar el cambio de herramienta y programa.
2. Almacenamiento. Para un flujo automático hace falta un almacén de piezas antes y después de las máquinas que atiende el robot: transportadores paso a paso, cajas de nivel regulable o rampas por gravedad en los casos sencillos. Su capacidad depende de la tasa de producción y del tiempo que la celda debe trabajar sin intervención.
3. Tiempo de manipulación. ¿Cabe el ciclo del robot dentro del tiempo disponible? Depende de las distancias, de la velocidad y la aceleración del robot, de los tiempos de la pinza y de la sincronización con la máquina. Hay que estimarlo con la carga real: en robots neumáticos, por ejemplo, la velocidad cambia mucho con la carga, y una pinza doble cargada lleva el doble de masa.
4. Distribución (layout). ¿Se acomoda el robot en la distribución actual o hay que rediseñarla? En una celda circular, un robot atiende varias máquinas a su alrededor sin acumular piezas entre ellas. En una línea, cada máquina tiene su robot y las piezas se acumulan en transportadores intermedios. Ese almacén intermedio debe poder recibir toda la producción de una máquina durante un cambio de herramienta. La línea permite más producción, pero exige más robots (Figura 1.11).
5. Accesibilidad. ¿Hay espacio en la máquina para que entren la mano del robot y la pieza? Las pinzas suelen entrar de forma lateral, por lo que hace falta espacio libre entre la herramienta de la máquina y el punto de trabajo. Algunos layouts exigen robots con ejes adicionales.
6. Personal. ¿Qué operación y supervisión se necesitan? La inspección visual suele seguir siendo manual, y alguien debe llenar y vaciar los almacenes. Como referencia, una persona puede supervisar de 4 a 5 robots si las tareas auxiliares están bien organizadas. Además hay que prever capacitación en operación, programación y mantenimiento.
7. Inversión. ¿Se recupera en un plazo aceptable? El costo del robot suele ser una fracción menor del total: herramienta, seguridad, alimentadores, ingeniería, integración y puesta en marcha suelen costar más que el brazo.

Dos estimaciones rápidas ayudan a responder las preguntas 3 y 7. Para un desplazamiento de longitud L con velocidad máxima v y aceleración a (perfil trapezoidal):

Resumen

• Un robot industrial es un manipulador multipropósito, reprogramable y controlado automáticamente, programable en tres o más ejes (ISO 8373:2021).
• El sistema robótico incluye el manipulador, los servomotores con reductor, los sensores, el controlador, el efector final y el sistema de seguridad. La electrónica de accionamiento y control es una parte central del sistema.
• Se necesitan seis GDL para posicionar y orientar libremente una herramienta. La configuración de los tres primeros ejes define el espacio de trabajo y las aplicaciones adecuadas.
• La repetibilidad (volver al mismo punto) y la exactitud (llegar al punto calculado) son diferentes. En los robots modernos las limita la mecánica, no la resolución del encoder.
• La cinemática directa tiene una solución única. La inversa puede tener ninguna, varias o infinitas. Denavit-Hartenberg sistematiza el modelado con cuatro parámetros por eslabón, y el Jacobiano relaciona velocidades e identifica singularidades.
• Cada articulación se controla con lazos en cascada de corriente, velocidad y posición. El reductor amplifica el par y reduce la sensibilidad a la variación de la carga.
• La seguridad se basa en la evaluación de riesgos y en ISO 10218:2025. La colaboración se considera una propiedad de la aplicación, no del robot.
• La factibilidad de una celda se decide con el volumen, el almacenamiento, el tiempo de ciclo, el layout, la accesibilidad, el personal y la inversión. La integración suele costar más que el robot.

PrácticaEjercicios

1. Un brazo plano 2R tiene L₁ = 0.5 m y L₂ = 0.3 m y no tiene límites articulares. Calcule los radios mínimo y máximo de su espacio de trabajo y el área que alcanza.

   Ver respuesta

   r_mín = 0.2 m, r_máx = 0.8 m. Área = π (0.8² − 0.2²) = 0.6π ≈ 1.885 m².

2. Para el mismo brazo, con θ₁ = 0° y θ₂ = 90°, calcule la posición del efector y el determinante del Jacobiano. ¿Está cerca de una singularidad?

   Ver respuesta

   x = 0.5 + 0.3 cos 90° = 0.5 m; y = 0 + 0.3 sen 90° = 0.3 m. det J = 0.5 · 0.3 · sen 90° = 0.15 m². Es el valor máximo posible para este brazo, así que la configuración está lo más lejos posible de una singularidad.

3. Un eje tiene un encoder de 18 bits en el motor, un reductor de 120:1 y un alcance de 1.2 m. Calcule la resolución lineal en el extremo y explique por qué la hoja de datos especifica una repetibilidad de ±0.05 mm.

   Ver respuesta

   Δs = 1.2 · 2π / (2¹⁸ · 120) ≈ 2.4 × 10⁻⁷ m = 0.24 µm. La repetibilidad es unas 200 veces mayor porque la limitan el juego y la flexibilidad del reductor, la deflexión de la estructura y los efectos térmicos, no la resolución del encoder.

4. Calcule el tiempo de un desplazamiento de 0.3 m con v = 2 m/s y a = 8 m/s². ¿Alcanza el robot su velocidad máxima?

   Ver respuesta

   No la alcanza: v²/a = 0.5 m > 0.3 m, así que el perfil es triangular. t = 2√(0.3/8) ≈ 0.387 s y la velocidad pico es √(a L) = √2.4 ≈ 1.55 m/s. En movimientos cortos, la aceleración pesa más que la velocidad máxima de la hoja de datos.

5. Una cortina de luz de resolución 30 mm protege una celda cuyo tiempo total de paro es 0.25 s. Calcule la distancia mínima de montaje con la Ec. (1.10).

   Ver respuesta

   Con K = 2000: S = 2000·0.25 + 8·(30 − 14) = 500 + 128 = 628 mm. Como supera 500 mm, se recalcula con K = 1600: S = 400 + 128 = 528 mm. Como es mayor o igual que 500 mm, la distancia es 528 mm.

6. ¿Es un robot, según ISO 8373, (a) un posicionador cartesiano de dos ejes que mueve una cámara de inspección y (b) una insertadora automática de componentes axiales que solo puede insertar ese tipo de componente? Justifique.

   Ver respuesta

   (a) No: tiene menos de tres ejes programables. (b) No: aunque es automática y programable, es una máquina dedicada y no un manipulador multipropósito. Las dos son automatización, pero no robots industriales en el sentido de la norma.

7. Explique por qué un SCARA es una mejor elección que un robot articulado de seis ejes para insertar componentes de agujero pasante en una tarjeta de circuito impreso.

   Ver respuesta

   La inserción es un movimiento vertical sobre un plano. Al SCARA le bastan sus 4 GDL, es muy rígido en Z (no se deforma al empujar el componente) y algo dócil en XY, lo que ayuda a que las terminales entren en los agujeros aunque haya pequeños errores de posición. Además, es más rápido, repetible y económico en esa tarea que un robot de seis ejes, cuyos GDL adicionales no aportan nada aquí.

Referencia rápidaGlosario español / inglés

Grado de libertad (GDL)

Degree of freedom (DOF)

Eslabón · articulación

Link · joint

Efector final · brida

End effector · tool flange

Punto central de la herramienta

Tool center point (TCP)

Espacio de trabajo

Workspace, work envelope

Carga útil

Payload

Repetibilidad · exactitud

Repeatability · accuracy

Cinemática directa · inversa

Forward · inverse kinematics

Singularidad

Singularity

Muñeca esférica

Spherical wrist

Reductor armónico · cicloidal

Strain-wave (harmonic) gear · cycloidal (RV) reducer

Juego mecánico

Backlash

Servoaccionamiento

Servo drive

Consola de programación

Teach pendant

Programación fuera de línea

Offline programming (OLP)

Guiado manual

Hand guiding, lead-through

Monitoreo de velocidad y separación

Speed and separation monitoring (SSM)

Limitación de potencia y fuerza

Power and force limiting (PFL)

Desconexión segura del par

Safe torque off (STO)

Evaluación de riesgos

Risk assessment

BibliografíaReferencias

Libros

1. Kelly, R. y Santibáñez, V. Control de movimiento de robots manipuladores. Pearson Prentice Hall, Madrid, 2003.
2. Craig, J. J. Introduction to Robotics: Mechanics and Control, 4.ª ed. Pearson, 2017.
3. Spong, M. W., Hutchinson, S. y Vidyasagar, M. Robot Modeling and Control, 2.ª ed. Wiley, 2020.
4. Siciliano, B., Sciavicco, L., Villani, L. y Oriolo, G. Robotics: Modelling, Planning and Control. Springer, 2009.
5. Barrientos, A., Peñín, L. F., Balaguer, C. y Aracil, R. Fundamentos de robótica, 2.ª ed. McGraw-Hill, Madrid, 2007.
6. Lewis, F. L., Abdallah, C. T. y Dawson, D. M. Control of Robot Manipulators. Macmillan, Nueva York, 1993.
7. Murray, R. M., Li, Z. y Sastry, S. S. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press, 1994.
8. Rembold, U. (ed.). Robot Technology and Applications. Marcel Dekker, Nueva York, 1990.

Normas

1. ISO 8373:2021. Robotics — Vocabulary.
2. ISO 9283:1998. Manipulating industrial robots — Performance criteria and related test methods.
3. ISO 10218-1:2025 e ISO 10218-2:2025. Robotics — Safety requirements, partes 1 y 2.
4. ISO 12100:2010. Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction.
5. ISO 13849-1:2023. Safety of machinery — Safety-related parts of control systems.
6. ISO 13855. Safety of machinery — Positioning of safeguards with respect to the approach of the human body (consultar la edición vigente).

Estadísticas y fuentes en línea

1. International Federation of Robotics. World Robotics 2025 — Industrial Robots, resumen ejecutivo. ifr.org
2. International Federation of Robotics. Industrial robots — definition and classification. ifr.org/industrial-robots
3. ABB Review 2/2008. Perpetual pioneering: a look back at ABB's contribution to industrial robotics. library.e.abb.com

© David Topete. Las figuras de este tema son ilustraciones vectoriales elaboradas para esta obra; se adaptan automáticamente a la pantalla y al modo claro u oscuro, y se imprimen sin pérdida de calidad. Los datos estadísticos corresponden al informe World Robotics 2025 de la IFR. Los valores de especificaciones, tiempos y costos de los ejemplos son ilustrativos: en un proyecto real deben tomarse de las hojas de datos del fabricante y de la edición vigente de cada norma.