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Una singularidad robótica aparece cuando el robot adopta una posición que limita ciertos movimientos de su herramienta. El punto de trabajo puede estar dentro del alcance del brazo. Sin embargo, la posición de los ejes puede impedir que el TCP siga una trayectoria con la orientación requerida.
En estas condiciones, algunos ejes pueden necesitar moverse muy rápido para mantener la trayectoria programada. Además, el controlador puede reducir la velocidad, generar una advertencia o detener el movimiento. Por eso, comprobar solo el alcance del robot no es suficiente al diseñar una celda.
La posición de la base, la orientación de la herramienta y los puntos de aproximación también influyen. Lo mismo ocurre con el tipo de movimiento programado. Por tanto, estudiar las singularidades desde la fase de diseño ayuda a evitar trayectorias difíciles y cambios costosos durante la puesta en marcha.
¿Qué es una singularidad robótica?
Un robot articulado llega a cada posición mediante una combinación de ángulos en sus ejes. En algunas configuraciones, esa combinación pierde capacidad para producir ciertos movimientos del TCP. Esa condición se conoce como singularidad.
¿Qué ocurre en la cinemática del robot?
La relación entre el movimiento de las articulaciones y el movimiento del TCP puede expresarse mediante la matriz jacobiana. Cuando el robot llega a una singularidad, esa relación pierde capacidad en alguna dirección.
En la práctica, un pequeño movimiento del TCP puede exigir un cambio grande en uno o varios ejes. Sin embargo, esto no significa que exista una avería mecánica. La causa está en la geometría y en la configuración del manipulador.
¿Por qué se producen las singularidades?
Las singularidades aparecen por la relación entre los ejes del robot. Cuando algunos ejes quedan alineados o el brazo adopta ciertas posiciones, el sistema pierde libertad de movimiento en una dirección concreta.
La orientación también influye.
La orientación del TCP puede acercar al robot a una configuración problemática. Por ejemplo, una herramienta que debe mantener siempre el mismo ángulo puede obligar a la muñeca a trabajar cerca de una singularidad.
Además, un mismo punto puede alcanzarse mediante distintas configuraciones articulares. Algunas ofrecen más margen que otras. Por eso, conviene evaluar la posición del robot y también la orientación necesaria durante el proceso.
¿Qué tipos de singularidades son frecuentes?
El tipo exacto depende de la geometría del robot. También depende de cómo estén distribuidos sus ejes. Aun así, en robots industriales de seis ejes suelen aparecer problemas relacionados con la muñeca, la extensión del brazo y determinadas posiciones respecto a la base.
Singularidad de muñeca
Una singularidad de muñeca puede aparecer cuando ciertos ejes finales se alinean. En ese momento, el controlador puede necesitar movimientos rápidos en otros ejes para mantener la orientación del TCP.
Este efecto es importante en trayectorias lineales. Sin embargo, la posición concreta de la singularidad cambia entre modelos. Por eso, siempre debe revisarse la documentación del fabricante.
Singularidades de brazo y base
También pueden aparecer configuraciones difíciles cuando el brazo está muy extendido o muy replegado. Del mismo modo, algunas posiciones cercanas al eje de la base pueden limitar determinados movimientos.
Por tanto, no debe suponerse que dos robots distintos tengan las mismas zonas problemáticas. Cada modelo debe analizarse con sus propios límites y su propia geometría.
¿Cómo afecta la singularidad robótica al diseño de la celda?
La posición física del robot influye directamente en las configuraciones articulares que utilizará. Una base mal situada puede obligar al brazo a trabajar cerca de una singularidad durante una parte importante del ciclo.
Posición del robot y puntos de trabajo
Además, conviene analizar el alcance, la orientación y el recorrido antes de fijar la posición del robot. Eurobots explica estos criterios en su artículo sobre cómo elegir un robot para una prensa industrial. Esta revisión también ayuda a detectar posiciones en las que una singularidad robótica podría limitar el movimiento.
Además, pequeños cambios pueden mejorar el movimiento. Por ejemplo, puede modificarse la altura del robot, la posición de una máquina o el ángulo de una estación. Estos cambios suelen ser más sencillos antes de fabricar la estructura definitiva.
¿Cómo afectan las singularidades a las trayectorias?
Dos puntos pueden estar dentro del alcance y, aun así, crear una trayectoria problemática. El robot debe pasar por todas las posiciones intermedias. Además, debe mantener la orientación programada y respetar los límites de cada eje.
Movimiento lineal y movimiento articular
Un movimiento lineal obliga al TCP a seguir una línea definida. Por eso, el controlador dispone de menos libertad para modificar la configuración del robot durante el recorrido.
En cambio, un movimiento articular permite que cada eje avance hacia su destino de forma coordinada. Esto puede ofrecer más libertad. Sin embargo, no debe sustituir un movimiento lineal cuando el proceso exige una trayectoria precisa.
¿Cómo detectar una singularidad robótica antes de instalar el robot?
La simulación offline permite estudiar una singularidad robótica antes de instalar el equipo. Además, ayuda a revisar posiciones articulares, orientaciones y trayectorias completas.
También conviene observar cómo cambian los valores articulares. Si un pequeño movimiento del TCP produce cambios grandes en uno o varios ejes, puede existir una configuración cercana a una singularidad.
Sin embargo, la simulación depende de la calidad del modelo. La herramienta, la pieza y los equipos de la celda deben estar representados de forma correcta. Después, el movimiento debe validarse durante la puesta en marcha.
Lista práctica para reducir problemas de singularidad
Antes de aprobar la distribución de una celda, conviene revisar si alguna singularidad robótica puede afectar el ciclo. Para ello, deben comprobarse estos ocho puntos:
- Revisar la posición de todos los ejes en los puntos críticos del proceso.
- Analizar la trayectoria completa y no solo los puntos inicial y final.
- Comparar varias posiciones de la base antes de fijar el robot.
- Comprobar si la orientación del TCP fuerza una posición difícil de la muñeca.
- Revisar los límites articulares durante todo el ciclo.
- Simular las maniobras de aproximación y retirada.
- Incluir la herramienta y los equipos periféricos en el modelo de simulación.
- Validar los movimientos con velocidad controlada durante la puesta en marcha.
Esta revisión ayuda a identificar el origen del problema. Por ejemplo, una trayectoria puede necesitar ajustes. En otros casos, será mejor cambiar la posición del robot o de la estación de trabajo.
Seguridad y validación del diseño
Una singularidad no debe tratarse solo como un problema de programación. Los movimientos rápidos de algunos ejes también deben considerarse dentro de la evaluación general del sistema robotizado.
La norma ISO 10218-2:2025 sobre aplicaciones y celdas de robots industriales establece requisitos relacionados con la integración de sistemas robotizados. Además, cada instalación debe cumplir las normas y requisitos legales que correspondan.
Antes de seleccionar un robot, conviene revisar alcance, carga, orientaciones y trayectorias. Si necesita analizar estos puntos para una aplicación concreta, puede contactar con Eurobots y proporcionar los datos técnicos del proceso.
Preguntas frecuentes
¿Una singularidad significa que el robot está averiado?
No. Es una condición relacionada con la geometría y la posición de los ejes. Un robot en buen estado puede entrar en una singularidad.
¿Puede aparecer una singularidad dentro del alcance del robot?
Sí. Un punto puede estar dentro del volumen de trabajo y, aun así, requerir una configuración difícil para alcanzar cierta orientación.
¿Todos los robots tienen las mismas singularidades?
No. Las singularidades dependen de la arquitectura del robot, la posición de los ejes y sus límites de movimiento.
¿Cambiar la orientación del TCP puede ayudar?
Sí, en algunos casos. Una orientación diferente puede alejar la muñeca de una posición singular. Sin embargo, el cambio debe ser compatible con el proceso.
¿La simulación puede detectar una singularidad?
Sí, puede ayudar a localizar configuraciones problemáticas. Sin embargo, el resultado depende del modelo y de las funciones del software utilizado.
¿Trabajar cerca del alcance máximo puede generar problemas?
Puede reducir el margen de movimiento disponible. Por eso, esas posiciones deben analizarse junto con la orientación y la trayectoria necesarias.
¿Un movimiento articular evita siempre una singularidad?
No. Puede ofrecer más libertad que un movimiento lineal, pero todavía debe validarse según el modelo de robot y la trayectoria programada.
¿Cuándo deben revisarse las singularidades?
Deben revisarse durante el diseño de la celda. También conviene analizarlas cuando se cambia la herramienta, la posición del robot o las trayectorias existentes.