Brazos mecánicos: tipos, aplicaciones, fabricantes y los brazos robóticos más avanzados del mercado

Los brazos robóticos, y los brazos mecánicos en general, hace muchos años que entraron a formar parte del desarrollo industrial y humano, pero la mayoría de nosotros desconocemos las increíbles características y aplicaciones que tienen estas máquinas en nuestro día a día…

Brazos mecánicos: tipos, aplicaciones, fabricantes y los brazos robóticos más avanzados del mercado

Los brazos robóticos y los brazos mecánicos son máquinas indispensables en la actualidad, basta con considerar qué pasaría si dejasen de existir, o si no estuviesen tan desarrollados como lo están. La producción automotriz se vería enormemente afectada y quienes carecen de alguna de sus extremidades superiores saldrían muy perjudicados.

Son muchos los aspectos que hacen de los brazos mecánicos objetos muy interesantes. A continuación nos ocuparemos de hablar sobre las partes que los componen, los distintos tipos de brazos mecánicos y de las aplicaciones que reciben en la actualidad. También detallaremos algunos modelos avanzados de brazos robóticos y de brazos prostéticos para que te hagas una idea del estado actual de estos artefactos.

Qué es un brazo mecánico

Un brazo mecánico es un tipo de máquina que imita a grandes rasgos la función del brazo humano. Por lo general, los brazos mecánicos son diseñados para tener una forma similar a sus contrapartes humanas, pero esto depende de cada tipo de mano mecánica.

Los brazos mecánicos cumplen distintas funciones entre las que está servir de apoyo a las personas o sustituirlas en la realización de diferentes labores. El desarrollo tecnológico les ha permitido ocupar diversos espacios, como las líneas de montaje, la exploración aeroespacial, la medicina, y otros, siempre al servicio de las necesidades humanas.

Un subtipo bastante común de brazo mecánico lo constituyen los brazos de robot, que son los brazos mecánicos programados mediante un ordenador. Este rasgo permite que hablar de un “brazo robótico humano” sea técnicamente un error dado que, para que sea robótico, tendría que ser manejado por un ordenador y no por una persona. Una forma más adecuada sería prótesis mecánica, o brazo robótico prótesis.

La historia del brazo robótico se remonta hasta la Antigua Grecia, donde la idea de la robótica tuvo un primer precedente en los libros Neumática y Autómata de Herón de Alexandría, donde describía máquinas y artilugios cuyas funciones eran similares a las que cumplen los robots en la actualidad.

El primer brazo robótico industrial implementado en la historia fue el Unimate en el año 1960 en una fábrica de Nueva Jersey. Esta máquina tenía la función de levantar y apilar piezas de metal caliente. El Unimate, que también es el primer brazo robótico patentado, sería el brazo robot que daría pie a una nueva etapa de la industria mundial, trayendo grandes beneficios a nivel producción.

Partes de un brazo mecánico

Los brazos mecánicos funcionan a partir de la correspondencia que sus distintos componentes entre sí. Aunque las partes varían entre cada versión y proyecto de brazo robótico, es posible identificar una estructura básica que comparten la mayoría de brazos mecánicos para poder funcionar adecuadamente.

Manipulador

El manipulador es el componente principal de los brazos robóticos en términos mecánicos. Está formado a partir de un grupo de elementos estructurales sólidos o eslabones que están unidos mediante articulaciones. Estas articulaciones permiten un movimiento relativo cada dos eslabones consecutivos. Entre los tipos de articulaciones de un robot se pueden distinguir dos muy especiales:

Prismática/Lineal: Es una articulación en la que el eslabón se apoya sobre un deslizador lineal. Actúa linealmente mediante los tornillos de los motores, o los cilindros.
Rotacional: Es una junta giratoria manejada comúnmente por motores eléctricos y transmisiones, o por cilíndricos hidráulicos y palancas.

Cada articulación le provee, por lo menos, 1 grado de libertad al robot. Los grados de libertad son los movimientos independientes que una articulación puede realizar respecto a la articulación anterior.

Controlador

El controlador es el encargado de regular todos los movimientos realizados por el manipulador, así como los cálculos y procesamiento de información. El controlador recibe y envía señales de otras máquinas-herramientas gracias a dispositivos de entrada/salida, y también almacena programas.

Es posible identificar varios tipos de controladores según los grados de control, es decir, los tipos de parámetros que se regulan:

De posición: el controlador interviene solamente en el control de la posición del actuador final.
Cinemático: este controlador regula la posición y velocidad del manipulador
Dinámico: además de regular la posición y la velocidad, este controlador regula las propiedades dinámicas del manipulador, y de los elementos asociados a él.
Adaptativo: el controlador adaptativo realiza todas las funciones anteriores, y también se encarga de controlar la variación de las características del manipulador al este cambiar de posición.

Otra posible clasificación entre los controladores de un brazo robótico es aquella que distingue entre control de bucle abierto y control de bucle cerrado.

Control de bucle cerrado: El control de bucle cerrado se realiza con un sensor de posición real montado en el elemento terminal del manipulador. La información recibida desde el sensor se compara con el valor inicial deseado, y el manipulador actúa a partir del error obtenido. La idea es que la posición real del brazo pueda coincidir con lo establecido inicialmente a partir de la retroalimentación.
Control de bucle abierto: Un sistema de control de bucle abierto también cambia un valor físico, pero sin que haya una retroalimentación sobre la variable de salida X. Sin esta retroalimentación, el sistema de control no puede minimizar la desviación de control.

El control de bucle abierto es más simple y económico que el control en bucle cerrado, pero no puede ser usado para aplicaciones industriales por no ser tan exacto como éste, y además por ser susceptible a arrojar errores. La inmensa mayoría de brazos robóticos industriales que se usan en la actualidad dependen mucho del proceso de retroalimentación que efectúan los controladores de bucle cerrado.

Actuadores

Los actuadores son las partes del brazo robótico que se encargan de producir el movimiento en las articulaciones, sea de manera directa o por medio de cables, poleas, antenas, etcétera. También se les conoce como elementos motrices, y pueden clasificarse en tres grandes grupos:

Neumáticos: usan aire comprimido como fuente de energía. Su precisión es limitada, pero son perfectos para la realización de movimientos rápidos.
Hidráulicos: son muy buenos en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, pero que requieren también de una regulación precisa de la velocidad.
Eléctricos: los actuadores eléctricos son los más usados debido a su facilidad de control y precisión.

Efector terminal

El efector terminal es la garra o herramienta que se acopla a la muñeca del manipulador, y entre las partes de un brazo robótico, esta es la que realiza la labor prevista para el brazo robótico. Por ende, es posible encontrar diferentes efectores terminales, como pinzas, tenazas, electroimanes, u otro aparato.

Muchas veces, el manipulador tiene que diseñado para que pueda cargar con el efector terminal que está previsto a usar.

Tipos de brazos mecánicos

En la actualidad es posible distinguir varios tipos de brazos robóticos según su forma y aplicaciones. Como cabe esperar, la estructura de un brazo robótico varía para poder especializarlo a la tarea que el brazo está dirigido a cumplir, razón por la que existen diferentes tipos de brazos robóticos en la actualidad. Algunos de los más comunes son los siguientes:

Brazo articulado industrial

El robot articulado es un tipo de brazo mecánico que se encuentra comúnmente en las cadenas de montaje automotriz. Estas máquinas suelen incorporar entre 3 y 7 ejes que les permiten muchas facilidades como la manipulación, sujeción de piezas y de herramientas. Debido a esto, el brazo articulado industrial se ha vuelto un componente indispensable para el sector automotriz.

Este brazo manipulador puede integrar varias tecnologías según su función. Algunas de estas son rayos infrarrojos, visión artificial, capacidad de realizar radiografías, y otras.

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