Unidad 1_ Morfología deñ Robot

7/27/2019 Unidad 1_ Morfologa de Robot

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INSTITUTO TECNOLGICODE TLHUAC

Ingeniera Mecatrnica

Materia: ROBTICA INDUSTRIAL

UNIDAD 1: MORFOLOGA DEL ROBOT

Grupo: 9M2

Alumno (a):

Lpez Jimnez Violeta

Profesor:

Ing. Carlos Alberto Garca Ortiz

Mxico, D.F., a 30 de Agosto de 2013.


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OBJETIVO

Investigar, conocer y presentar la informacin relacionada con la morfologa y estructura de losrobots que actualmente son una parte muy importante en la industria y en la sociedad.

INTRODUCCIN

En la presente investigacin se expone la informacin relacionada con el origen de los robots,los componentes que los caracterizan, como los eslabones, las articulaciones, los actuadores,los sensores, etc.

Tambin es posible encontrar datos acerca de los tipos de robots que se manejan a nivelindustrial y sus caractersticas principales. As como unas de las aplicaciones que tienenactualmente en la industria.


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Contenido

OBJETIVO .................................................................................................................................. 3

INTRODUCCIN ........................................................................................................................ 3

UNIDAD 1: MORFOLOGA DEL ROBOT .................................................................................... 5

1.1 Historia de los Robots ................................................................................................... 5Los primeros autmatas....................................................................................................... 5

Desarrollo moderno ............................................................................................................. 5

La robtica en la actualidad ................................................................................................. 6

1.2 Estructura Mecnica de un Robot ................................................................................. 6

1.3 Transmisiones y Reductores ......................................................................................... 6

1.3.1 Transmisiones ....................................................................................................... 6

1.3.2 Reductores ............................................................................................................ 7

1.3.3 Accionamiento Directo ........................................................................................... 8

1.4 Comparacin de Sistemas de Accin ................................................................................ 9

1.4.1 Actuadores Neumticos ....................................................................................... 10

1.4.2 Actuadores Hidrulicos ........................................................................................ 11

1.4.3 Actuadores Elctricos .......................................................................................... 11

1.5 Sensores Internos ....................................................................................................... 16

1.5.1 Sensores de Posicin .......................................................................................... 17

1.5.2 Sensores de Velocidad ........................................................................................ 21

1.5.3 Sensores de Presencia ........................................................................................ 21

1.6 Elementos Terminales ............................................................................................... 22Configuracin de estructuras. ............................................................................................ 22

1.7 Tipos y Caractersticas de Robots .............................................................................. 24

Tipos de configuraciones: .................................................................................................. 24

Caractersticas de los Robots ............................................................................................ 26

1.8 Grados de Libertad y Espacio de Trabajo (Workspace) .............................................. 28

Articulaciones/ Joints/ Junturas .......................................................................................... 28

Eslabn/ Link ..................................................................................................................... 28

Grados de Libertad (GDL) .................................................................................................. 28

El espacio de trabajo (Workspace) .................................................................................... 281.9 Aplicaciones Generales .............................................................................................. 29

CONCLUSIN .......................................................................................................................... 31

FUENTES DE INFORMACIN ................................................................................................. 31


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UNIDAD 1: MORFOLOGA DEL ROBOT

1.1 Historia de los Robots

Los primeros autmatas

En el siglo IV antes de Cristo, el matemtico griego Arquitas de Tarento construy un avemecnica que funcionaba con vapor y al que llam La paloma. Tambin el ingeniero Hernde Alejandra (10-70 d. C.) cre numerosos dispositivos automticos que los usuarios podanmodificar, y describi mquinas accionadas por presin de aire, vapor y agua. Por su parte, elestudioso chino Su Song levant una torre de reloj en 1088 con figuras mecnicas que dabanlas campanadas de las horas.

Al Jazari (11361206), un inventor musulmn de la dinasta Artuqid, dise y construy unaserie de mquinas automatizadas, entre los que haba tiles de cocina, autmatas musicalesque funcionaban con agua, y en 1206 los primeros robots humanoides programables. Lasmquinas tenan el aspecto de cuatro msicos a bordo de un bote en un lago, entreteniendo alos invitados en las fiestas reales. Su mecanismo tena un tambor programable con clavijas que

chocaban con pequeas palancas que accionaban instrumentos de percusin. Podancambiarse los ritmos y patrones que tocaba el tamborilero moviendo las clavijas.

Desarrollo moderno

El artesano japonsHisashige Tanaka(17991881), conocido como el Edisonjapons, creuna serie de juguetes mecnicos extremadamente complejos, algunos de los cuales servan t,disparaban flechas retiradas de un carcaj e incluso trazaban un kanji(caracteres utilizados en laescritura japonesa).

Por otra parte, desde la generalizacin del uso de la tecnologa en procesos de produccin conlaRevolucin industrialse intent la construccin de dispositivos automticos que ayudasen o

sustituyesen al hombre. Entre ellos destacaron los Jaquemarts, muecos de dos o msposiciones que golpean campanas accionados por mecanismos de relojera china y japonesa.

Robots equipados con una sola rueda fueron utilizados para llevar a cabo investigaciones sobreconducta, navegacin y planeo de ruta. Cuando estuvieron listos para intentar nuevamente conlos robots caminantes, comenzaron con pequeos hexpodos y otros tipos de robots demltiples patas. Estos robots imitaban insectos yartrpodosen funciones y forma. Como se hahecho notar anteriormente, la tendencia se dirige hacia ese tipo de cuerpos que ofrecen granflexibilidad y han probado adaptabilidad a cualquier ambiente.

Con ms de 4 piernas, estos robots sonestticamenteestables lo que hace que el trabajar conellos sea ms sencillo. Slo recientemente se han hecho progresos hacia los robots conlocomocin bpeda.

En el sentido comn de un autmata, el mayor robot en el mundo tendra que ser el Maeslantkering, una barrera para tormentas delPlan Delta en los Pases Bajosconstruida enlos aos 1990, la cual se cierra automticamente cuando es necesario. Sin embargo, estaestructura no satisface los requerimientos de movilidad o generalidad.

En 2002 Honda y Sony, comenzaron a vender comercialmente robots humanoides comomascotas. Los robots con forma deperroo de serpiente se encuentran, sin embargo, en unafase de produccin muy amplia, el ejemplo ms notorio ha sidoAibode Sony.


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La robtica en la actualidad

En la actualidad, los robots comerciales e industriales son ampliamente utilizados, y realizantareas de forma ms exacta o ms barata que los humanos. Tambin se les utiliza en trabajosdemasiado sucios, peligrosos o tediosos para los humanos. Los robots son muy utilizados enplantas de manufactura, montaje y embalaje, en transporte, en exploraciones en la Tierra y enel espacio, ciruga, armamento, investigacin en laboratorios y en la produccin en masa de

bienes industriales o de consumo.

Otras aplicaciones incluyen la limpieza de residuos txicos, minera, bsqueda y rescate depersonas y localizacin de minas terrestres. (WIKIPEDIA, 2013)

1.2 Estructura Mecnica de un Robot

Un robot est formado por los siguientes elementos: estructura mecnica, transmisiones,sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y elementos terminales.

Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos de estos (maquinasherramientas y otras muchas maquinas emplean tecnologas semejantes), las altasprestaciones que se exigen a los robots han motivado que en ellos se empleen elementos concaractersticas especificas.

Mecnicamente, un robot est formado por una serie de elementos o eslabones unidosmediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabonesconsecutivos. La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda ciertasimilitud con la anatoma del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer referencia alos distintos elementos que componen el robot, se usan trminos como cuerpo, brazo, codo ymueca. (Guadalajara, 1995)

1.3 Transmisiones y Reductores

Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde losactuadores hasta las articulaciones. Se incluirn junto con las transmisiones a los reductores,encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuadospara el movimiento de los elementos del robot.

1.3.1 Transmisiones

Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia

reducir al mximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estticos que debenvencer los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Porestos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estn lo ms cercaposible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisin quetrasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo delrobot.

Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal oviceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario.


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Existen actualmente en el mercado robots industriales con acoplamiento directo entreaccionamiento y articulacin. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de lageneralidad que en los robots industriales actuales supone la existencia de sistemas detransmisin junto con reductores para el acoplamiento entre actuadores y articulaciones

Es de esperar que un buen sistema de transmisin cumpla con una serie de caractersticasbsicas: debe tener un tamao y peso reducido, se ha de evitar que presente juegos u

holguras1

considerables y se deben buscar transmisiones con gran rendimiento.

Sistemas de transmisin para robots.

Entrada-Salida Denominacin Ventajas Inconvenientes

Circular-Circular

EngranajeCorrea dentadaCadenaParalelogramoCable

Pares altosDistancia grandeDistancia grande--

Holguras-RuidoGiro limitadoDeformabilidad

Circular-LinealTornillo sin finCremallera

Poca holguraHolgura media

RozamientoRozamiento

Lineal-Circular Paral, articuladoCremallera

-Holgura media

Control difcilRozamiento

Aunque no existe un sistema de transmisin especifico para robots, si existen algunos usadoscon mayor frecuencia y que se mencionan en la tabla. La clasificacin se ha realizado sobre labase del tipo de movimiento posible en la entrada y la salida: lineal o circular.

En la citada tabla tambin quedan reflejados algunas ventajas e inconvenientes propios dealgunos sistemas de transmisin. Entre ellas cabe destacar la holgura o juego. Es muyimportante que el sistema de transmisin a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya

sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste puedaintroducir. Tambin hay que tener en cuenta que el sistema de transmisin sea capaz desoportar un funcionamiento continuo a un par elevado, y a ser posible entre grandes distancias.

Las transmisiones ms habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a laentrada como a la salida. Incluidas en estas se encuentran los engranajes, las correas dentadasy las cadenas.

1.3.2 Reductores

En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, si que existen determinadossistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que los

reductores utilizados en robtica se les exigen unas condiciones de funcionamiento muyrestrictivas. La exigencia de estas caractersticas viene motivada por las altas prestaciones quese le piden al robot en cuanto a precisin y velocidad de posicionamiento.

1Holgura:1 Amplitud o anchura de una cosa, que hace que algo o alguien quepa en ella con espacio de sobras.2 Espacio vaco que queda entre dos cosas que estn encajadas una dentro de la otra.


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La siguiente tabla muestra valores tpicos de los reductores para robtica actualmenteempleados.

Caractersticas de los reductores para robtica.

Caractersticas Valores tpicos

Relacin de reduccinPeso y tamaoMomento de inerciaVelocidades de entrada mximaPar de salida nominalPar de salida mximoJuego angularRigidez torsionalRendimiento

50 / 300.1 / 30kg.0001kg m6000 / 7000 rpm5700Nm7900Nm0-2"100 / 2000 Nm/rad85% / 98%

Se buscan reductores de bajo peso, reducido tamao, bajo rozamiento y que al mismo tiemposean capaces de realizar una reduccin elevada de velocidad en un nico paso. Se tiendetambin a minimizar su momento de inercia, de negativa influencia en el funcionamiento delmotor, especialmente crtico en el caso de motores de baja inercia.

Los reductores, por motivos de diseo, tienen una velocidad mxima admisible, que como reglageneral aumenta a medida que disminuye el tamao del motor. Tambin existe una limitacinen cuanto al par de entrada nominal permisible (T2) que depende del par de entrada (T1) y de larelacin de transmisin a travs de la relacin:

Donde el rendimiento (n) puede llegar a ser cerca del 100% y la relacin de reduccin develocidades (W1 = velocidad de entrada; W2 = velocidad de salida) vara entre 50 y 300.

Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos que implican continuos arranques y paradas, esde gran importancia que le reductor sea capaz de soportar pares elevados puntuales. Tambinse busca que el juego angular sea lo menor posible.

Este se define como el ngulo que gira al eje de salida cuando se cambia su sentido de giro sinque llegue a girar al eje de entrada. Por ltimo, es importante que los reductores para robticaposean una rigidez torsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salidapara que, manteniendo bloqueado el de entrada, aquel gire un ngulo unitario. (Guadalajara,Transmisiones y Reductores, 1995)

1.3.3 Accionamiento Directo

Como se ha indicado anteriormente, desde hace un tiempo que existen robots que poseenaccionamiento directo(Direct Drive DD), en que el eje del actuador se conecta directamente ala carga o articulacin, sin la utilizacin de un reductor intermedio. Este trmino suele utilizarseexclusivamente para robots con accionamiento elctrico.


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Este tipo de accionamiento aparece debido la necesidad de utilizar robots en aplicaciones queexigen combinar gran precisin con alta velocidad. Los reductores introducen una serie deefectos negativos, como son el juego angular, rozamiento o disminucin de la rigidez delaccionador, que pueden impedir alcanzar los valores de precisin y velocidad requeridos.

La utilizacin de accionamientos directos tiene muchas ventajas entre cuales se puedendestacar como las ms importantes:

Posicionamiento rpido y preciso, pues se evitan los rozamientos y juegos de lastransmisiones y reductores.

Aumento de las posibilidades de controlabilidad del sistema a costa de una mayorcomplejidad.

Simplificacin del sistema mecnico al eliminarse el reductorAs como ventajas tambin tiene desventajas, como que en la aplicacin prctica de unaccionamiento directo el problema radica en el motor a emplear, estos deben tratarse demotores que proporcionen un par elevado (unas 50-100 veces mayor que un reductor) a bajasrevoluciones (las de movimiento de la articulacin) manteniendo la mxima rigidez posible.(Borger, 2004)

1.4 Comparacin de Sistemas de Accin

Los actuadores tienen por misin generar el movimiento de los elementos del robot segn lasrdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robtica pueden emplearenerga neumtica, hidrulica o elctrica. Cada uno de estos sistemas presenta caractersticasdiferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador msconveniente. Las caractersticas a considerar son:

Potencia

Controlabilidad Peso y volumen Precisin Velocidad Mantenimiento Costo

Se clasifican en tres grandes grupos, segn la energa que utilizan:

Neumticos. Hidrulicos. Elctricos.

Los actuadores neumticos el aire comprimido como fuente de energa y son muy indicados enel control de movimientos rpidos, pero de precisin limitada.

Los motores hidrulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una grancapacidad de carga, junto a una precisa regulacin de velocidad.

Los motores elctricos son los ms utilizados, por su fcil y preciso control, as como por otraspropiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de laenerga elctrica.


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A continuacin se examinan los tres tipos de actuadores mencionados, comparndolos encuanto a las caractersticas anteriores.

1.4.1 Actuadores Neumticos

En ellos la fuente de energa es aire a presin entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos deneumticos:

Cilindros neumticos: En este tipo de actuador se consigue el desplazamiento de unmbolo encerrado en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de presin a amboslados del mbolo. Los cilindros neumticos pueden ser de simple o doble efecto. En el deefecto simple, el mbolo se desplaza en un sentido como resultado del empuje ejercidopor el aire a presin, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del

efecto de un muelle (que recupera al mbolo asu posicin de reposo). En el cilindro de dobleefecto el aire a presin es el encargado deempujar al mbolo en las dos direcciones, alpoder ser introducido de forma arbitraria encualquiera de las dos cmaras. En este tipo de

actuadores normalmente slo se persigue unposicionamiento en los extremos del mismo y noun posicionamiento continuo. Esto ltimo sepuede conseguir con una vlvula de distribucin(generalmente de accionamiento elctrico) que

canaliza el aire a presin hacia una de las dos caras del mbolo alternativamente. Existenno obstante sistemas de posicionamiento continuo de accionamiento neumtico, aunquedebido a su costo y calidad todava no resultan competitivos.

Motores neumticos: Aqu se consigue el movimiento de rotacin de un eje medianteaire a presin. Los dos tipos ms usados son los motores dealetas rotativas y los motores de pistones axiales. En los

motores de aletas rotativas, sobre el rotor excntrico estndispuestas las aletas de longitud variable. Al entrar aire apresin en uno de los compartimentos formados por dosaletas y la carcasa, stas tienden a girar hacia una situacinen la que el compartimento tenga mayor volumen. Losmotores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario aun tambor que se ve obligado a girar por las fuerzas queejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un planoinclinado.

Otro mtodo comn ms sencillo de obtener movimientos de rotacin a partir de actuadoresneumticos, se basa en el empleo de cilindros cuyo mbolo se encuentra acoplado a unsistema de pin-cremallera. El conjunto forma una unidad compacta que puede adquirirse enel mercado como tal.

En general y debido a la compresibilidad del aire, los actuadores neumticos no consiguen unabuena precisin de posicionamiento. Sin embargo, su sencillez y robustez hacen adecuado suuso en aquellos casos en los que sea suficiente un posicionamiento en dos situacionesdiferentes (todo o nada).

Siempre debe tenerse en cuenta que el empleo de un robot con algn tipo de accionamientoneumtico deber disponer de una instalacin de aire comprimido, incluyendo: Compresor,


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sistema de distribucin (tuberas, electrovlvulas), filtros, secadores, etc. No obstante, estasinstalaciones neumticas son frecuentes y existen en muchas de las fbricas donde se da ciertogrado de automatizacin.

1.4.2 Actuadores Hidrulicos

Este tipo de actuadores no se diferencian funcionalmente de los neumticos. En ellos, en vez

de aire se utilizan aceites minerales a una presin comprendida normalmente entre los 50 y 100bar, llegndose en algunas ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de losneumticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motoresde aletas y pistones.

Sin embrago, las caractersticas del fluido utilizado en losactuadores hidrulicos marcan ciertas diferencias con losneumticos. Primero, el grado de compresibilidad de losaceites usados es considerablemente inferior a la del aire,por lo que la precisin obtenida en este caso es mayor. Pormotivos similares, es ms fcil en ellos realizar un control

continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un rango devalores (haciendo uso de servocontrol) con notableprecisin. Adems las elevadas presiones de trabajo, diezveces superiores a la de los actuadores neumticos,permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares.

Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidadfrente a cargas estticas. Esto indica que el actuador escapaz de soportar cargas, como el peso o una presinejercida sobre una superficie, sin aporte de energa (paramover el mbolo de un cilindro sera preciso vaciar ste de

aceite). Tambin es destacable su elevada capacidad de carga y relacin potencia-peso, ascomo sus caractersticas de autolubricacin y robustez.

Frente a estas ventajas existen tambin ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las elevadaspresiones a las que se trabaja propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de lainstalacin. (Borger, 2004)

1.4.3 Actuadores Elctricos

Las caractersticas de control, sencillez y precisin de los accionamientos elctricos ha hechoque sean los ms usados en los robots industriales actuales.

Dentro de los actuadores elctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:

1) Motores de corriente continua (DC): Controlados por inducido Controlados por excitacin

2) Motores de corriente alterna (AC): Sncronos Asncronos

3) Motores paso a paso

A continuacin se examina cada uno de estos:


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Motores de c orr iente cont inua (DC)

Son los ms usados en la actualidad debido a su facilidad de control. Los motores DC estnconstituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimenta con corrientecontinua:

El inductor, tambin denominado devanado de excitacin, est situado en el estator y crea un

campo magntico de direccin fija, denominado excitacin.

El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz que aparececomo combinacin de la corriente circulante por l y del campo magntico de excitacin. Recibela corriente del exterior a travs del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas degrafito.

Para que se pueda realizar la conversin de energa elctrica en energa mecnica de formacontinua es necesario que los campos magnticos del estator y del rotor permanezcan estticosentre s. Esta transformacin es mxima cuando ambos campos se encuentran en cuadratura.El colector de delgas es un conmutador sincronizado con el rotor encargado de que se

mantenga el ngulo relativo

entre el campo del estator y elcreado por las corrientesretoricas. De esta forma seconsigue transformarautomticamente, en funcin dela velocidad de la mquina, lacorriente continua que alimentaal motor en corriente alterna defrecuencia variable en elinducido. Este tipo defuncionamiento se conoce conel nombre de autopilotado.

Al aumentar la tensin delinducido aumenta la velocidadde la mquina. Si el motor estalimentado a tensin constante,se puede aumentar la velocidaddisminuyendo el flujo deexcitacin. Pero cuando msdbil sea el flujo, menor ser elpar motor que se puededesarrollar para una intensidadde inducido constante. En el

caso de control por inducido, la intensidad del inductor se mantiene constante, mientras que latensin del inducido se utiliza para controlar la velocidad de giro. En los controlados porexcitacin se acta al contrario.

Del estudio de ambos tipos de motores, y realizndose las simplificaciones correspondientes, seobtiene que la relacin entre tensin de control y velocidad de giro (funcin de transferencia),responde a un sistema de primer orden en los controlados por inducido, mientras que en el casode los motores controlados por excitacin, esta relacin es la de un segundo orden.


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Adems, en los motores controlados por inducido se produce un efecto estabilizador de lavelocidad de giro originado por la realimentacin intrnseca que posee a travs de la fuerzacontraelectromotriz. Por estos motivos, de los dos tipos de motores DC es el controlado porinducido el que se usa en el accionamiento de robots.

Para mejorar el comportamiento de este tipo de motores, el campo de excitacin se generamediante imanes permanentes, con lo que se evitan fluctuaciones del mismo. Estos imanes son

de aleaciones especiales como samario-cobalto. Adems, para disminuir la inercia que poseeraun rotor bobinado, que es el inducido, se construyeste mediante una serie de espiras serigrafiadasen un disco plano. En contrapartida, este tipo derotor no posee apenas masa trmica lo queaumenta los problemas de calentamiento porsobrecarga.

Las velocidades de rotacin que se consiguen conestos motores son los del orden de 1000 a 3000r.p.m., con un comportamiento muy lineal y bajasconstantes de tiempo. Las potencias que pueden

manejar pueden llegar a los 10 kW.

Como se ha indicado, los motores DC son loscontrolados mediante referencias de velocidad.stas normalmente son seguidas mediante unbucle de retroalimentacin de velocidad analgicoque se cierra mediante una electrnica especfica(accionador del motor). Sobre este bucle de velocidad se coloca otro de posicin, en el que lasreferencias son generadas por la unidad de control (microprocesador) en base al error entre laposicin deseada y la real.

El motor de corriente continua presenta el inconveniente del obligado mantenimiento de las

escobillas. Por otra parte, no es posible mantener el par con el rotor parado ms de unossegundos, debido a los calentamientos que se producen en el colector.

Motor es de corr iente alterna (AC)

Este tipo de motores no ha tenido aplicacin en el campo de la robtica hasta hace unos aos,debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embrago, las mejoras que se hanintroducido en las mquinas sncronas hacen que se presenten como un claro competidor delos motores de corriente continua. Esto se debeprincipalmente a tres factores:

La construccin de rotores sncronos sin escobillas Uso de convertidores estticos que permiten variar

la frecuencia (y as la velocidad de giro) con facilidady precisin

Empleo de la microelectrnica que permite una grancapacidad de control

El inductor se sita en el rotor y est constituido porimanes permanentes, mientras que el inducido, situado enel estator, est formado por tres devanados igualesdesfasados 120 elctricos y se alimenta con un sistema


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trifsico de tensiones. Es preciso resaltar la similitud que existe entre este esquema defuncionamiento y el del motor sin escobillas.

En los motores sncronos la velocidad de giro depende nicamente de la frecuencia de latensin que alimenta el inducido. Para poder variar sta con precisin, el control de velocidad serealiza mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de prdida se sincronismose utiliza un sensor de posicin continuo que detecta la posicin del rotor y permite mantener en

todo momento el ngulo que forman los campos del estator y del rotor. Este mtodo de controlse conoce como autosncrono o autopilotado.

El motor sncrono autopilotado excitado con imn permanente, tambin llamado motor senoidal,no presenta problemas de mantenimiento debido a que no posee escobillas y tiene una grancapacidad de evacuacin de calor, ya que los devanados estn en contacto directo con lacarcasa. El control de posicin se puede realizar sin la utilizacin de un sensor externoadicional, aprovechando el detector de posicin del rotor que posee el propio motor. Ademspermite desarrollar, a igualdad de peso, una potencia mayor que el motor de corriente continua.En la actualidad diversos robots industriales emplean este tipo de accionamientos con notablesventajas frente a los motores de corriente continua.

En el caso de los motores asncronos, no se ha conseguido resolver satisfactoriamente losproblemas de control que presentan. Esto ha hecho que hasta el momento no tenga aplicacinen robtica.

Motores paso a paso

Generalmente no han sido considerados dentro de los accionamientos industriales, debidoprincipalmente a que los pares para los que estabandisponibles eran muy pequeos y los pasos entreposiciones consecutivas eran grandes. Esto limitabasu aplicacin a controles de posicin simples. En losltimos aos se han mejorado notablemente sus

caractersticas tcnicas, especialmente en lo relativoa su control, lo que ha permitido fabricar motorespaso a paso capaces de desarrollar paressuficientes en pequeos pasos para su uso comoaccionamientos industriales.

Existen tres tipos de motores paso a paso:

De imanes permanentes De reluctancia variable Hbridos

En los primeros, de imanes permanentes,el rotor, que posee una polarizacinmagntica constante, gira para orientarsus polos de acuerdo al campo magnticocreado por las fases del estator. En losmotores de reluctancia variable, el rotorest formado por un materialferromagntico que tiende a orientarse demodo que facilite el camino de las lneas de fuerza del campo magntico generado por las


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bobinas del estator. Los motores hbridos combinan el modo de funcionamiento de los dos tiposanteriores.

En los motores paso a paso la seal de control son trenes de pulso que van actuandorotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulsorecibido, el rotor del motor gira un determinado nmero discreto de grados.

Para conseguir el giro del rotor en un determinado nmero de grados, las bobinas del estatordeben estar excitadas secuencialmente a una frecuencia que determina la velocidad de giro.Las inercias propias del arranque y parada (aumentadas por las fuerzas magnticas enequilibrio que se dan cuando est parado) impiden que el rotor alcance la velocidad nominalinstantnea, y por tanto la frecuencia de los pulsos que la fija, debe ser aumentadaprogresivamente.

Para simplificar el control de estos motores existen circuitos especializados que a partir de tresseales (tren de pulsos, sentido de giro e inhibicin)generan, a travs de una etapa lgica, lassecuencias de pulsos que un circuito de conmutacindistribuye a cada fase.

Su principal ventaja con respecto a los servomotorestradicionales es su capacidad para asegurar unposicionamiento simple y exacto. Pueden giraradems de forma continua, con velocidad variable,como motores sncronos, ser sincronizados entre s,obedecer a secuencias complejas de funcionamiento,etc. Se trata al mismo tiempo de motores muyligeros, fiables y fciles de controlar, pues al ser cada

estado de excitacin del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidadde sensores de retroalimentacin.

Entre los inconvenientes se puede citar que su funcionamiento a bajas velocidades no essuave, y que existe el peligro de prdida de una posicin por trabajar en bucle abierto. Tiendena sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas y presentan un lmite en el tamao quepueden alcanzar.

Su potencia nominal es baja y su precisin (mnimo ngulo girado) llega tpicamente hasta 1,8.Se emplean para el posicionado de ejes que no precisan grandes potencias (giro de pinzas) opara robots pequeos (educacionales); tambin son muy utilizados en dispositivos perifricosdel robot, como mesas de coordenadas.


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Como resumen de los tipos de actuadores empleados en robtica, se presenta el siguientecuadro, que los muestra en forma comparativa (Borger, 2004):

Tabla de caractersticas de distintos tipos de actuadores para robots

Neumtico Hidrulico Elctrico

Energa Aire a presin

(5-10 bar)

Aceite mineral

(50-100 bar)

Corriente elctrica

Opciones CilindrosMotor de paletasMotor de pistn

CilindrosMotor de paletasMotor de pistones axiales

Corriente continuaCorriente alternaMotor paso a paso

Ventajas BaratosRpidosSencillosRobustos

RpidosAlta relacin potencia-pesoAutolubricantesAlta capacidad de cargaEstabilidad frente a cargasestticas

PrecisosFiablesFcil controlSencilla instalacinSilenciosos

Desventajas Dificultad de controlcontinuoInstalacin especial(compresor, filtros)Ruidoso

Difcil mantenimiento

Instalacin especial (filtros,eliminacin de aire)Frecuentes fugasCaros

Potencia limitada

1.5 Sensores Internos

Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisin, velocidad einteligencia, ser preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como el estado desu entorno. La informacin relacionada con su estado (fundamentalmente la posicin de susarticulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se

refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos.

Tipos de sensores internos de robots.

Presencia

Inductivo

Capacitivo

Efecto hall

Clula Reed

ptico

UltrasonidoContacto

Posicin Analgicos

Potencimetros

Resolver

Sincro

Inductosyn

LVDT


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Posicin Digitales

Encoders absolutos

Encoders incremntales

Regla ptica

Velocidad Taco generatriz

1.5.1 Sensores de Posicin

Para el control de posicin angular se emplean fundamentalmente los denominados encoders yresolvers. Los potencimetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo encontadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).

Codi f icadores angulares de p osic in (encod ers).

Los codificadores pticos o encoders incremntales constan, en su forma ms simple, de undisco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre

s; De un sistema de iluminacin en el que la luz es colimada de forma correcta, y de unelemento fotorreceptor. El eje cuya posicin se quiere medir va acoplado al disco transparente.Con esta disposicin a medida que el eje gire se irn generando pulsos en el receptor cada vezque la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer laposicin del eje.

Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se est realizando un giroen un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Unasolucin a este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de laanterior de manera que el tren de pulsos que con ella se genere este desplazado 90 elctricoscon respecto al generado por la primera franja.

De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es posible obtener una seal adicionalque indique cual es el sentido de giro, y que actu sobre el contador correspondiente indicandoque incremente o decremente la cuenta que se est realizando. Es necesario adems disponerde una marca de referencia sobre el disco que indique que se ha dado una vuelta completa yque, por tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo. Esta marca sirve tambin para poder

comenzar a contar tras recuperarse de unacada de tensin.

La Figura muestra el esquema defuncionamiento del codificador angular deposicin Encoder.

La resolucin de este tipo de sensores depende

directamente del nmero de marcas que sepueden poner fsicamente en el disco. Unmtodo relativamente sencillo para aumentar

esta resolucin es, no solamente contabilizar los flancos de subida de los trenes de pulsos, sinocontabilizar tambin los de bajada, incrementando as la resolucin del captador, pudindosellegar, con ayuda de circuitos adicionales, hasta 100,000 pulsos por vuelta.

El funcionamiento bsico de los codificadores o encoders absolutos es similar al de losincremntales. Se tiene una fuente de luz con las lentes de adaptacin correspondientes, un


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disco graduado y unos fotorreceptores. En este caso, el disco transparente se divide en unnmero determinado de sectores (potencia de 2), codificndose cada uno de ellos segn uncdigo binario cclico (normalmente cdigo Gray) que queda representado por zonastransparentes y opacas dispuestas radialmente.

No es necesario ahora ningn contador o electrnica adicional para detectar el sentido del giro,pues cada posicin (sector) es codificado de forma absoluta. Su resolucin es fija, y vendr

dada por el nmero de anillos que posea el disco graduado. Resoluciones habituales van desde2 X 108 a 2 X 1019 bits (desde 256 a 524,288 posiciones distintas). Normalmente los sensoresde posicin se acoplan al eje del motor. Considerando que en la mayor parte de los casos entreel eje del motor y el de la articulacin se sita un reductor de relacin N, cada movimiento de laarticulacin se ver multiplicado por N al ser medido por el sensor. Este aumentara as suresolucin multiplicndola por N.

Este problema se soluciona en los encoders absolutos con la utilizacin de otro encoderabsoluto ms pequeo conectado por un engranaje reductor al principal, de manera que cuandoeste gire una vuelta completa, el codificado adicional avanzara una posicin. Son losdenominados encoder absolutos multivuelta.

Esta misma circunstancia originara que en el caso de los codificadores incremntales la sealde referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el punto origen para la cuenta depulsos, pues habr N posibles puntos de referencia para un giro completo de la articulacin.Para distinguir cul de ellos es el correcto se suele utilizar un detector de presencia denominadosincronismo, acoplado directamente al eslabn del robot que se considere. Cuando se conectael robot desde una situacin de apagado, es preciso, ejecutar un procedimiento de bsqueda dereferencias para los sensores (sincronizado).

Durante su ejecucin se leen los detectores de sincronismo que detectan la presencia oausencia de eslabn del robot. Cuando se detecta la conmutacin de presencia o ausencia depieza, o viceversa, se atiende al encoder incremental, tomndose como posicin de origen lacorrespondiente al primer pulso de marca de cero que aquel genere.

Los encoders pueden presentar problemas mecnicos debido a la gran precisin que se debetener en su fabricacin. La contaminacin ambiental puede ser una fuente de interferencias enla transmisin ptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones,estando su margen de temperatura de trabajo limitado por la presencia de componenteselectrnicos.

Captadores angulares de posic in (sincro-resolvers).

La otra alternativa en sensores de posicin para robots la representan los resolvers y los sincro-resolvers, tambin llamados sincros. Setrata de sensores analgicos conresolucin tericamente infinita. Elfuncionamiento de los resolvers se basaen la utilizacin de una bobina soldada aleje y excitada por una portadora,generalmente con 400Hz, y por dosbobinas fijas situadas a su alrededor.


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El giro de la bobina mvil hace que elacoplamiento con las bobinas fijasvari, consiguiendo que la sealresultante en estas dependa del senodel ngulo de giro. La bobina mvilexcitada con tensin Vsen (wt) y giradaun ngulo induce en las bobinas fijas

situadas en cuadratura las siguientestensiones:

V1=Vsen (wt)sen

V2=Vsen (wt)cos

Que la llamada representacin del ngulo en formato sincro.

El cambio del llamado formato sincro a formato resolver o viceversa es inmediato, ya que se

puede pasar de uno a otro a travs de la llamada red de scott o transformador de scott ofuncionamiento bidireccional. Para poder tratar el sistema de control la informacin generadapor los resolvers y los sincros es necesario convertir las seales analgicas en digitales. Paraello se utilizan los llamados convertidores resolver/ digital (r/d), que tradicionalmente se basanen dos tipos de estructuras distintas (traking) y (muestreo sampling).


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Ambos captadores son del tipo absoluto en cada vuelta del eje acoplado a ellos. Entre susventajas destacan su buena robustez mecnica durante el funcionamiento y su inmunidad a

contaminacin, humedad, altastemperaturas y vibraciones. Debido a sureducido momento de inercia, imponenpoca carga mecnica del funcionamientodel eje.

Dado el carcter continuo de la seal, laresolucin de los resolvers es tericamenteinfinita. Bien es verdad que depende en lamayora de las ocasiones de unaelectrnica asociada, lo que limita laprecisin de forma prctica. En cada casode los codificadores pticos. El rango

dinmico se encuentra ms limitado en el caso de los codificadores pticos la resolucin vienelimitada por el numero de secciones opaco-transparentes que se utilicen.

La exactitud esttica, definida como la diferencia entre la posicin fsica del eje y la seal

elctrica de salida, es relativamente alta tanto en los resolvers como en los codificadorespticos o digitales, no as en los resolvers donde con conversiones adecuadas se puedetrabajar con velocidades superiores a las 6000 rpm.

Senso res l ineales de pos icin (LVDT).

Entre los sensores de posicin lineales destaca el transformador diferencial de variacin lineal(LVDT) debido a su casi infinita resolucin, poco rozamiento y alta repetitividad. Sufuncionamiento se basa en la utilizacin de un ncleo de material ferromagntico unido al ejecuyo movimiento se quiere medir.

Este ncleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con

su movimiento que vari la inductancia entre ellos.Los dos devanados secundarios conectados en oposicin serie ven como la induccin de latensin alterna del primario, al variar la posicin del ncleo, hace crecer la tensin de undevanado y disminuir en el otro. Del estudio de la tensin E se deduce que esta esproporcional a la diferencia de inductancias mutuas entre el devanado primario con cada uno delos secundarios, y que por tanto depende linealmente del desplazamiento del vstago solidarioal ncleo.

Adems de las ventajas sealadas, el LVDT presenta una alta linealidad, gran sensibilidad yuna respuesta dinmica elevada. Su uso estampliamente extendido, a pesar delinconveniente de poder ser aplicadonicamente en la medicin de pequeosdesplazamientos.

Otros sensores lineales que tambin seemplean con relativa frecuencia son lasdenominadas reglas pticas (equivalentes a loscodificadores pticos angulares) y las reglasmagnticas o Inductosyn. El funcionamiento delInductosyn es similar a la del resolver con la


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diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator.

El estator se encuentra excitado por una tensin conocida que induce en el rotor dependiendode su posicin relativa una tensin Vs.

1.5.2 Sensores de Velocidad

La captacin de la velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinmico de losactuadores del robot. La informacin de la velocidad de movimiento de cada actuador serealimenta normalmente a un bucle de control analgico implementado en el propio accionadordel elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema de control del robot exija,la velocidad de giro de cada actuador es llevada hasta la unidad de control del robot.

Normalmente, y puesto que el bucle de control de velocidad es analgico, el sensor usado esuna taco generatriz que proporciona una tensin proporcional a la velocidad de giro de su eje(10 milivolts por rpm).

Otra posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise valorar lavelocidad de giro de las articulaciones, consiste en derivar la informacin de posicin que esta

posee.1.5.3 Sensores de Presencia

Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de accindeterminado. Esta deteccin puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundocaso se utilizan diferentes principios fsicos para detectar la presencia, dando lugar a losdiferentes tipos de sensores. En el caso de deteccin con contacto, se trata siempre de uninterruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado segn interese, actuandomecnicamente a travs de un vstago u otro dispositivo. Los detectores de presencia seutilizan en robtica principalmente como auxiliares de los detectores de posicin, para indicarlos lmites de las articulaciones y permitir localizar la posicin de referencia de cero de estos en

el caso de que sean incremntales.Adems de esta aplicacin, los sensores de presencia se usan como sensores externos, siendomuy sencillos de incorporar al robot por su carcter binario y su costo reducido. Los detectoresinductivos permiten detectar la presencia o contar el nmero de objetos metlicos sin necesidadde contacto. Presentan el inconveniente de distinto comportamiento segn del tipo de metal delque se trate. El mismo tipo de aplicacin tiene los detectores capacitivos, ms voluminosos,aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metlicos. En cambio presentanproblemas de trabajo en condiciones hmedas y con puestas a tierra defectuosa.

Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagnticos por ladeformacin que estos provocan sobre un campo magntico. Los sensores pticos, sinembargo, pueden detectar la reflexin del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.(Guadalajara, Sensores Internos, 1995)


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1.6 Elementos Terminales

Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot bsico deben aumentarse pormedio de dispositivos adicionales. Podramos denominar a estos dispositivos como losperifricos del robot, incluyen el herramental que se une a la mueca del robot y a los sistemassensores que permiten al robot interactuar con su entorno.

Configuracin de estructuras.

En robtica, el trmino de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que estunida a la mueca. El efector final representa el herramental especial que permite al robot de

uso general realizar una aplicacin particular. Este herramentalespecial debe disearse especficamente para la aplicacin.

Los efectores finales pueden dividirse en dos categoras: pinzas yherramientas. Las pinzas se utilizaran para tomar un objeto,normalmente la pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo detrabajo del robot. Hay una diversidad de mtodos de sujecin quepueden utilizarse, adems de los mtodos mecnicos obvios de

agarrar la pieza entre dos o ms dedos. Estos mtodossuplementarios incluyen el empleo de casquetes de sujecin,

imanes, ganchos, y cucharas.

Una herramienta se utilizara como efector final en aplicaciones en donde se exija al robotrealizar alguna operacin en la pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura porpuntos, la soldadura por arco, a la pintura por pulverizacin y las operaciones de taladro. Encada caso, la herramienta particular est unida a la mueca del robot para realizar la operacin.

Se puede establecer una clasificacin de los elementos terminales atendiendo as si se trata deun elemento de sujecin o de una herramienta. Los primeros se pueden clasificar segn elsistema de sujecin empleado.

Herramientas terminales para robots.

Tipo de herramienta Comentarios

Pinza soldadura porpuntos

Soplete soldadura de arco

Cucharn para colada

Atornillador

Fresa-lijaPistola de pintura

Can lser

Can de agua a presin

Dos electrodos que se cierran sobre la pieza desoldar

Aportan el flujo de electrodo que se funde

Para trabajos de fundicin

Suelen incluir la alimentacin de tornillos

Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.Por pulverizacin de la pintura

Para corte de materiales, soldadura o inspeccin

Para corte de materiales


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Los elementos de sujecin se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominarpinzas. Se distingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecnico y las que utilizanalgn otro tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnticas, adhesivas, ganchos, etc.)

En la eleccin o diseo de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los queafectan al tipo de objeto y de manipulacin a realizar destacan el peso, la forma, el tamao delobjeto y la fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. Entre los parmetros de lapinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el equipo de accionamiento yla capacidad de control.

El accionamiento neumtico es el ms utilizado por ofrecer mayores ventajas en simplicidad,precio y fiabilidad, aunque presenta dificultades de control de posiciones intermedias. Enocasiones se utilizan accionamientos de tipo elctrico.

Tipos de sujecin Accionamiento UsoPinzas de presin

Desplazamientoangular

Desplazamiento lineal

Neumtico o elctricoTransporte y manipulacin de

piezas sobre las que noimporte presionar

Pinza de enganche Neumtico o elctrico Piezas de grandesdimensiones o sobre las queno se puede ejercer presin.

Ventosas de vaco NeumticoCuerpos con superficie lisa

poco porosa (cristal, plstico,etc.)

Electroimn Elctrico Piezas ferromagnticas.

En la pinza se suelen situar sensores para detectar el estado de la misma (abierto o cerrado).Se pueden incorporar a la pinza otro tipo de sensores para controlar el estado de la pieza,sistemas de visin que incorporen datos geomtricos de los objetos, detectores de proximidad,

sensores fuerza par, etc.

Existen ciertos elementos comerciales que sirven de base para la pinza, siendo posible a partirde ellos disear efectores validos para cada aplicacin concreta. Sin embargo, en otrasocasiones el efector debe ser desarrollado ntegramente, constituyendo un coste un porcentajeimportante dentro del total de la aplicacin.

En muchas ocasiones el robot ha de realizar operaciones que no consisten en manipularobjetos, si no que implica el uso de una herramienta. Aparte de estos elementos de sujecin yherramientas ms o menos convencionales, existen interesantes desarrollos e investigaciones,


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muchos de ellos orientados a la manipulacin de objetos complicados y delicados. Por ejemplopinzas dotadas de tacto. (Guadalajara, Elementos Terminales, 1995)

Tipo de herramienta ComentariosPinza soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran sobre la pieza a soldar.Soplete soldadura al arco Aportan el flujo de electrodo que se funde.Cucharn para colada Para trabajos de fundicin.

Atornillador Suelen incluir la alimentacin de tornillos.Fresa-lija Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.Pistola de pintura Por pulverizacin de la pintura.Can lser Para corte de material, soldadura o inspeccin.Can de agua a presin Para corte de materiales.

1.7 Tipos y Caractersticas de Robots

Tipos de configuraciones:

Cuando se habla de la configuracin de un robot, se habla de la forma fsica que se le ha dado

al brazo del robot. El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clsicas: lacartesiana, la cilndrica, la polar y la angular, las cuales sern explicadas a continuacin.

NOTA:R = Rotacional P = Prismtica

1) Configuracin cartesiana (PPP): Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tresgrados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y yZ.

Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base eninterpolaciones lineales.

Interpolacin, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuandose desplaza entre un punto y otro.

A la trayectoria realizada en lnea recta se le conoce como interpolacin lineal y a latrayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se lellama interpolacin por articulacin.

2)Configuracin cilndrica (RPP): Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, osea, que presenta tres grados de libertad.


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El robot de configuracin cilndrica est diseado para ejecutar los movimientos conocidoscomo interpolacin lineal e interpolacin por articulacin.

La interpolacin por articulacin se lleva a cabo por medio de la primera articulacin, ya questa puede realizar un movimiento rotacional.

3) Configuracin polar o esfrica (RRP): Tiene varias articulaciones. Cada una de ellaspuede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal.

Este robot utiliza la interpolacin por articulacin para moverse en sus dos primerasarticulaciones y la interpolacin lineal para la extensin y retraccin.

4) Configuracin angular (o de brazo articulado)/ Articulado/ Articulado esfrico/Antropomrfico/ Rotacin (RRR): Presenta una articulacin con movimiento rotacional ydos angulares.

Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolacin lineal (para locual requiere mover simultneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento naturales el de interpolacin por articulacin, tanto rotacional como angular.


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Adems de las cuatro configuraciones clsicas mencionadas, existen otras configuracionesllamadas no clsicas. El ejemplo ms comn de una configuracin no clsica lo representa elrobot tipo SCARA (RRP).

Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dosarticulaciones rotacionales. El robot de configuracin SCARA tambin puede hacer unmovimiento lineal (mediante su tercera articulacin).

Ejemplo de un robot SCARA:

Caractersticas de los Robots

Elementos de la posicin: La herramienta, sin tener en cuenta la orientacin, puede moversea varias posiciones en el espacio. Se satisfacen las varias geometras del robot a lasgeometras de trabajo diferentes.

Capacidad de carga: El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra del manipuladorrecibe el nombre de capacidad de carga. A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes,

incluyendo el peso de la propia garra.

En modelos de robots industriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre205kg y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las caractersticas que ms se tienen encuenta en la seleccin de un robot, segn la tarea a la que se destine. En soldadura ymecanizado es comn precisar capacidades de carga superiores a los 50kg.

Repetibilidad: El mecanismo del robot tendr alguna variacin natural en l. Esto significa quecuando el robot se devuelve al mismo punto repetidamente, no siempre se detendr a la mismaposicin. Se considera que Repetibilidad es +/- 3 veces la desviacin normal de la posicin, odonde 99.5% de toda la cada de dimensiones de repetibilidad. Esta figura variar encima delespacio, especialmente cerca de los lmites del espacio de trabajo, pero los fabricantes darn

un solo valor en las especificaciones.Exactitud: Esto es determinado por la resolucin del espacio de trabajo. Si el robot se ordenapara viajar a un punto en el espacio, estar apagado a menudo por alguna cantidad, la distanciamxima debe ser considerada la exactitud. ste es un efecto de un sistema del mando que noes necesariamente continuo.

Tiempo de establecimiento: Durante un movimiento, el robot se mueve rpidamente, pero losacercamientos del robot a la posicin final reducen la velocidad. El tiempo de establecimiento esel tiempo requerido para el robot, para estar dentro de una distancia dada de la ltima posicin.


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Control de la Resolucin: ste es el cambio ms pequeo que puede medirse por lossensores de regeneracin, a causa del actuador, quien es ms grande. Si una juntura rotatoriatiene un encoder que mide cada 0.01 grados de rotacin, y un motor servo de paseo directo seusa para manejar la juntura, con una resolucin de 0.5 grados, entonces la resolucin delmando es aproximadamente 0.5 grados (el peor caso puede ser 0.5+0.01).

Coordenadas: El robot se puede mover, por consiguiente es necesario definir las posiciones.

Nota: las coordenadas son una combinacin de la posicin de origen y la orientacin de loseslabones.

Punto Central de la Herramienta (TCP): Se localiza en la herramienta del robot. Tpicamenteel TCP se usa al referirse a la posicin de los robots, as como al punto focal de la herramienta.En el TCP pueden especificarse las coordenadas dependiendo del tipo de robot (cartesiano,cilndrico, esfrico, etc.).


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Velocidad: Se refiere a la velocidad mxima que es lograble por el TCP, o por las junturasindividuales. Este nmero no es exacto en la mayora de los robots, y variar encima delespacio de trabajo como la geometra del robot cambia (y de los efectos dinmicos). El nmeroreflejar a menudo la velocidad mxima ms segura posible. Algunos robots permiten la tasa develocidad mxima (100%) para ser aprobado, pero debe tenerse gran cuidado. (Guadalajara,Estructura Mecnica de un Robot, 1995)

1.8 Grados de Libertad y Espacio de Trabajo (Workspace)

Articulaciones/ Joints/ Junturas

Las junturas son los acoplamientos movibles entre los eslabones, estos:

Producen movimiento rotacional o lineal de traslacin. Si producen movimiento rotacional se denominan articulaciones rotacionales. Si producen movimiento lineal se denominan articulaciones prismticas o lineales.

Eslabn/ Link

Los eslabones son los miembros estructurales slidos de un robot. Est formado por una barrametlica acoplada mecnicamente al rotor y al estator de un motor.

Grados de Libertad (GDL)

Cada articulacin provee al robot de al menos un grado de libertad, o bien, cada uno de losmovimientos independientes que puede realizar cada articulacin con respecto a la anterior, sedenomina grado de libertad(GDL).

El movimiento de cada articulacin puede ser de desplazamiento, de giro o una combinacin deambos.

Los GDL son los parmetros que se precisan para determinar la posicin y la orientacin delelemento terminal del manipulador. Tambin se pueden definir los grados de libertad, como los

posibles movimientos bsicos (giratorios y dedesplazamiento) independientes. En la imagen se muestrael esquema de un robot de estructura moderna con 6grados de libertad; tres de ellos determinan la posicin enel espacio del aprehensor y los otros 3, la orientacin delmismo.

Un mayor nmero de grados de libertad conlleva unaumento de la flexibilidad en el posicionamiento delelemento terminal. Aunque la mayora de las aplicaciones

industriales requieren 6 grados de libertad, como las de lasoldadura, mecanizado y paletizacin, otras ms complejasreciben un nmero mayor, tal es el caso en las labores demontaje. Tareas ms sencillas y con movimientos ms

limitados, como las de la pintura y paletizacin, suelen exigir 4 o 5 grados de libertad.

El espacio de trabajo (Workspace)

El robot tiende a tener una geometra fija, y limitada. El espacio de trabajo es el lmite deposiciones en espacio que el robot puede alcanzar. Para un robot cartesiano (como una gra


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arriba) los espacios de trabajo podran ser un cuadrado, para los robots ms sofisticados losespacios podran ser de una forma esfrica. (Guadalajara, Estructura Mecnica de un Robot,1995)

1.9 Aplicaciones Generales

La principal aplicacin de los robots tiene lugar en la industria, donde es habitual la repeticinde tareas, como la fabricacin en serie de piezas y maquinaria, lo que obliga a realizar todasexactamente iguales. Un robot est programado para realizar los mismos movimientos y con lamisma precisin, por lo que es perfecto para aplicaciones industriales.

Aunque prcticamente todos los campos de la industria son susceptibles de emplear robotspara determinadas operaciones o trabajos, solo se van a describir las aplicaciones mscomunes:

Almacenamiento, carga y descarga de objetos. Casi todas las empresas industrialesnecesitan un espacio para almacenar las materias primas y los productos elaborados.

Cuanto mayor sea el trabajo de almacenamiento, ms justificado est el uso de sistemasautomticos que clasifican y almacenan estos elementos. Estos sistemas combinan unaestructura tridimensional de baldas y estanteras, en las que los objetos son colocadossiguiendo un patrn de clasificacin.

Cada una de las ubicaciones es memorizada en un sistema informtico, que es el queordena a determinados robots mviles la insercin o extraccin de los objetos, con unasimple orden que contenga el cdigo de ubicacin del material.

Operaciones industriales de mecanizacin. En industrias de automocin y fabricacin de

maquinaria en serie, los robots son de enorme utilidad en operaciones como: Ensamble y soldadura de piezas. Recubrimientos y aplicacin de pintura. Realizacin de taladros, remachado. Operaciones de atornillado o enroscado. Fabricacin de piezas torneadas. Corte de piezas mediante sierra o lser.


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Inspecciones en lugares inaccesibles. En ocasiones es necesario realizar tareas delimpieza y mantenimiento en lugares como tubos de aire acondicionado, alcantarillas, etc.

Para ello se utilizan robots dotados de un sistema de traccin adecuado a los que se lesincorpora una cmara. As se puede obtener una visin del recorrido que sigue el robot.

Manipulacin de residuos txicos o peligrosos. Las industrias que generan residuos

altamente txicos, como las industrias qumicas o las que trabajan con material radiactivo,requieren la utilizacin de robots para el traslado y manipulacin de este tipo de materiales,ya que no es posible que una persona opere en estos ambientes de trabajo.

Manipuladores en la industria alimentaria. Es cada vez mayor la utilizacin de robotsdedicados a los trabajos de poda de arbustos y rboles, recolectores de fruta, preparadoresy cortadores de animales en piezas en la industria crnica, etc.

Limpieza de ros y puertos. Este tipo de trabajos requiere robots que se sumerjan en elfondo fluvial o marino. Tambin suelen incorporar, adems de medios submarinos deimpulsin, cmaras de observacin para visualizar desde el centro de control del robot.(Kalipedia)


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CONCLUSIN

Se puede apreciar la importancia de cada componente de los robots, ya que intervienen en losaspectos importantes de su manejo, funcionamiento y mantenimiento.

Tambin ayuda a reconocer el tipo de robot a manejar, los movimientos que puede realizar y en

base a ello, desarrollar las trayectorias adecuadas para el trabajo que se requiera realizar conl.

FUENTES DE INFORMACIN

I. Borger, A. (2004). Morfoloa del Robot. Obtenido de Industria y negocios:http://www.industriaynegocios.cl/academicos/alexanderborger/docts%20docencia/seminario%20de%20aut/trabajos/2004/rob%C3%B3tica/seminario%202004%20robotica/seminario_robotica/documentos/morfolog%C3%8Da%20del%20robot.htm

II. Guadalajara, U. d. (Mayo de 1995). Elementos Terminales. Obtenido de Pronton:http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r70/r70.htm

III. Guadalajara, U. d. (Mayo de 1995). Estructura Mecnica de un Robot. Obtenido de Proton:http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r66/r66.htm

IV. Guadalajara, U. d. (Mayo de 1995). Sensores Internos. Obtenido de Proton:http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r69/r69.htm

V. Guadalajara, U. d. (Mayo de 1995). Transmisiones y Reductores. Obtenido de Proton:http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r67/r67.htm

VI. Kalipedia. (s.f.).Aplicaciones de los Robots en la Industria. Obtenido de Kalipedia UnProducto Santillana: http://mx.kalipedia.com/tecnologia/tema/aplicaciones-robots-industria.html?x=20070821klpinginf_96.Kes&ap=0

VII. WIKIPEDIA. (27 de Agosto de 2013). Robot. Obtenido de WIKIPEDIA La EnciclopediaLibre: http://es.wikipedia.org/wiki/Robot

Unidad 1_ Morfología deñ Robot

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