INTRODUCCION ROBOTICAx

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FUNDAMENTOS DE FUNDAMENTOS DE

ROBOTICAROBOTICAMiguel Angel Chávez

[email protected]

Certified LabVIEW Developer National Instruments AUSTIN TEXAS USA

Industrial Automation

Data Acquisition

Machine Vision

Ingeniería Mecatrónica MEXICO JICA CNAD DEGETI MEXICO D.F.

2000

Especialización Automatización y Mecatrónica (2005). BRASIL

Electrónica de Sistemas Computarizados TECSUP

Definición de RobóticaDefinición de Robótica

Robot Institute of America

Un manipulador multifuncional reprogramadle

diseñado para mover material, partes o

dispositivos especiales a través del moviendo

programados variables para la ejecución de

una variedad de tareas. (Shiussel)

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Aplicaciones Aplicaciones

• Industriales

• Medicina

• Inteligencia Artificial

• Robots domésticos

• Robots militares

Robots IndustrialesRobots Industriales

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Prótesis

Robot´s con Inteligencia Artificial

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Robot´s Inteligencia Artificial

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Humanoides

• Evolución de ASIMO

Definiciones BDefiniciones Báásicassicas

� Sistemas Coordenados: Un sistema coordenado

consiste de ejes ortogonales, los cuales intersectan al

llamado origen.

� Los ejes de un espacio cartesiano tridimensional son

llamados X, Y, y Z. Un punto P en el espacio

cartesiano esta definido por las coordenadas [x, y, z].

Las coordenadas x, y, z definen la distancia del punto

P hacia los tres ejes coordenados X, Y, y Z del sistema

coordenado de referencia.

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Sistemas CoordenadosSistemas Coordenados

� Pose: La pose de un cuerpo en un espacio tridimensional está definida

por su posición y su orientación.

� Posición: La posición de un cuerpo está descrita por sus coordenadas [x,

y, z] relativas a un sistema coordenado de referencia (usualmente el

sistema coordenado global). Las coordenadas x, y, z son las tres

distancias a un punto especial P del cuerpo desde los tres ejes X, Y, y Z

del sistema coordenado de la referencia.

� Orientación: La orientación de un cuerpo en el espacio esta descrita por

la pose del sistema coordenado K (cuya base está en el punto P) relativa

al sistema coordenado de referencia.


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� Grado de Libertad (GDL): El grado de libertad especifica el

número de posibilidades no interdependientes para mover un

robot, relativo a las coordenadas estáticas del sistema.

La pose de un objeto con libertad de movimiento esta definida

por la posición [x, y, z] y la orientación (rotación alrededor de X, Y,

Z). Por lo tanto tiene 6 GDL.

Una juntura es necesaria para cada GDL.


� TCP: Tool Central Point (Punto Central de la Herramienta), es la

base del sistema de coordenadas del efector.

� Los robots sujetan las piezas de trabajo o herramientas. La tarea

del efector final es recogerlas y sostenerlas. El TCP esta

normalmente en el medio de los dedos de las tenazas. Se debe

tener en cuenta para un ajuste fino, que el programa del robot

permita la especificación del TCP.


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� Junturas: o articulaciones, permiten al robot moverse a lo

largo de una trayectoria. Las junturas conectan los enlaces

simples. Los robots típicos tienen de 4 a 6 junturas.

� Junturas principales: son las tres junturas próximas a la base

del robot. Las junturas principales determinan el espacio de

trabajo del actuador final.

� Junturas de la mano: Las junturas restantes son llamadas

junturas de la mano. Estas determinan la muñeca del brazo

robot, además de habilitar la posición y orientación del

actuador final. Solo las junturas rotacionales sirven como

junturas de la mano.


� Exactitud:

Es el grado en el que la actual posición del manipulador del

robot corresponde a la posición deseada. Es su capacidad de

alcanzar el punto deseado en el espacio.

Elementos que afectan la exactitud:

• La resolución del sistema de control.

• Imprecisiones producidas por las junturas y engranajes,

diferentes cargas y deflecciones de los eslabones.

• Velocidad a la cual actua el brazo robot.


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� Repetibilidad:

Es la habilidad del robot para reposicionarse en el punto al cual fue

programado para detenerse. Describe el error posicional del actuador

final cuando automaticamente retorna al punto designado

anteriormente. Es entonces una medida mas fina de la performance del

robot. Por ejemplo un manipulador con repetibilidad de +-0.3mm

significa que el robot no va a detenerse en el mismo punto cada vez que

el experimento se repita.

Elementos que afectan la repetibilidad:

• La resolución del sistema de control.

• Imprecisiones producidas por las junturas y engranajes, diferentes

cargas y deflecciones de los eslabones.

• Velocidad a la cual actua el brazo robot.


Exactitud y RepetibilidadExactitud y Repetibilidad

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� Precisión en la Repetibilidad:

Establece le grado de exactitud en la repetición de los

movimientos de un manipulador al realizar la tarea

programada. Por ejemplo en ensamblado de piezas debe ser

menor a +-0.1mm. En soldadura y pintura entre 1mm y

3mm.

� Resolución del Mando:

Es el incremento mas pequeño de movimiento en que el

robot puede dividir su volumen de trabajo. Se debe a dos

factores, los sistemas que controlan la resolución y las

inexactitudes mecánicas.


� Velocidad:

La velocidad de un robot se refiere a la de la brida de la herramienta del

robot. Indica la velocidad en la dirección de movimiento de la brida de

la herramienta. Se puede hallar por la combinaciónón de todos los

movimientos de los ejes de los robots. Característica importante para la

selección de un robot.

En tareas de soldadura y manejo de piezas es aconsejable alta

velocidad. En pintura y ensamblaje debe ser media o incluso baja.

� Carga Nominal:

Es el peso que puede transportar la garra del manipulador. Puede

oscilar entre 250 y 0.9kg. Es una de las características más importantes

a tomar en cuenta en la selección de un robot.


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CaracterCaracteríísticas Morfolsticas Morfolóógicasgicas

1. Estructura Mecánica

2. Transmisiones y reductores

3. Actuadores

4. Sensores

5. Elementos terminales

Estructura de un RobotEstructura de un Robot

Nivel 1

Mechanical Unit

Nivel 2

Servo Driver Unit

Nivel 3

Motion Control Unit

Nivel 4

Operational Control Unit

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• Similitud anatómica con el brazo humano.

• Espacio de Trabajo: es el volumen en el espacio que elefector final de un robot puede alcanzar, tanto enposición como orientación.

• Robot: elementos o eslabones unidos por articulaciones.

• Tipos de movimiento en articulaciones:

• Desplazamiento

• Giro

• Combinación

• Grado de libertad (GDL): cada uno de los movimientosindependientes que puede realizar cada articulación conrespecto a la anterior.

1.1. Estructura MecEstructura Mecáánica de un Robotnica de un Robot

1.1 Junturas Típicas de los Robots

IndustrialesEl movimiento de cada articulación puede ser de

desplazamiento, de giro o una combinación de ambos.

En la práctica los robots emplean las de rotación y

prismática.

Rotacional Prismática

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1.2 Otras Junturas TípicasUniversalPlanar

EsféricaCilíndrica

1.3 Configuraciones de los Robots1.3 Configuraciones de los Robots

Dependiendo de su configuración física se clasifican en:

i. Robots Cartesianos

ii. Robots Polares o Esféricos

iii. Robots Cilindricos

iv. Robots Antropomórficos o Angulares

v. Robots SCARA

vi. Robots Paralelos

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i.i. Robots CartesianosRobots Cartesianos

Son los robots que están formados por eslabones conectados entre ellos

por junturas prismáticas o lineales (L). Ejemplo de ello son los robots

Gantry (LLL).

En la figura se puede apreciar el

espacio de trabajo de los robots

cartesianos los ejes de movimiento

coinciden con el sistema de

coordenadas

En este tipo de configuración el

robot es colocado por encima del

área de trabajo.

Propiedades del robot cartesiano:

� Arreglo de junturas: LLL

� Velocidad: Hasta 8 m/s

� Carga: de 10 kg hasta 10 000 kg.

� Repetibilidad: aprox. +/- 0.1 mm

� Peso: Hasta muchas toneladas

Principales usos:

� Inserción de componentes

� Manejo de almacen

� Transporte

� Empaque


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Ventajas:

� Habilidad para hacer movimientos de inserción en línea recta.

� Gran capacidad de carga y espacio de trabajo.

� Fácil programación y cálculo computacional.

� Posee la estructura mas rígida.

Desventajas:

� Las superficies expuestas de las guias requieren de protección

para ambientes corrosivos o con mucho polvo.

� Requiere grandes volúmenes de operación.

� Las guias son difícilies de sellar.


ii.ii. Robots PolaresRobots Polares

También se les llama robots de configuración esférica. Poseen un espacio

de trabajo de forma esférica. Esta configuración se caracteriza por dos

junturas de rotación y una prismática (RRL)

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Robots de configuración polar:

� Unimate

� Stanford Manipulator

� Fanuc L-1000

Principales usos:

� Aplicaciones de desplazamiento que no

requieren movimientos complejos.

� Extremadamente adecuado cuando se

tienen que alcanzar posiciones dentro de

túneles horizontales o inclinados.


Ventajas:

� Buena exactitud y repetibilidad para largos alcances.

� Puede alcanzar puntos por debajo de la base.

� Gran capacidad de carga y rápida operación.

� Posee una gran espacio de trabajo.

Desventajas:

� Resolución relativamente baja, y varía a lo largo del espacio de

trabajo. Es baja cuando el efector final está alrededor de la base,

cambios pequeños producen grandes movimientos.

� El acceso al volumen total del espacio de trabajo es limitado.

� Requiere de complejos algoritmos de control.


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iii.iii. Robots CilRobots Cilííndricosndricos

El robot tiene un movimiento de rotación sobre la base, una juntura

prismática para la altura, y una juntura prismática para el radio (RLL). Este

robot satisface los espacios de trabajo circulares.

En la figura se puede

apreciar el espacio de

trabajo de los robots

cilíndricos

iii.iii. Robots CilRobots Cilííndricosndricos

Robots de configuración cilíndrica:

� Arreglo de junturas: RLL


� Carga: de 2 kg hasta 250 kg.

� Repetibilidad: +/- 0.5 a 0.1 mm

Principales usos:

� Carga y descarga de materiales.

� Operaciones de ensamblaje.

� Soldadura de punto.

S19 from Sands Technology

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iii.iii. Robots CilRobots CilííndricosndricosVentajas:

� El eje radial permite que el robot se retraiga y extienda rápidamente.

� Rápido desplazamiento en dirección vertical.

� Fácil acceso a cavidades y aperturas.

� Fácil de programar.

Desventajas:

� La estructura no es muy rígida, esto influye en la exactitud.

� Las articulaciones prismáticas son difíciles de sellar.

� No puede pasar alrededor de obstáculos.

iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficosrficos

El robot posee tres junturas de rotación (RRR) para posicionar

el robot. El volumen de trabajo es esférico. La mayoría de

estos robots se parecen al brazo humano, con una cintura, el

hombro, el codo y la muñeca.

En la figura se

puede apreciar

el espacio de

trabajo de los

robots

antropomórficos

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Robots antropomórficos con 5 GDL:

� Arreglo de junturas: RRR RR




Principales usos:

� Automatización en laboratorios.

� Carga y descarga de máquinas.


� Educación.

iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficos (5GDL)rficos (5GDL)

Ventajas:

� Las articulaciones rotacionales dan una mayor flexibilidad.

� Todas las articulaciones pueden ser selladas y protegidas

del medio ambiente fácilmente.

� Gran espacio de trabajo.

� Movimientos rápidos.

� Fácil instalación.

Desventajas:

� Restringidas posibilidades de orientación del TCP (Tool

Central Point) debido a la ausencia de 1 GDL.

� Cobertura restringida del espacio de trabajo.

� Difícil de visualizar, controlar y programar.


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Robots antropomórficos con 6 GDL:

� Arreglo de junturas: RRR RRR

� Llamado “Robot Universal”



� Repetibilidad: +/- 0.03 hasta +/- 0.5 mm

Principales usos:

� Soldadura de arco y de punto.


� Carga y descarga máquinas.

� Barnizado.


Ventajas:

� Las articulaciones rotacionales dan una mayor flexibilidad.

� Orientación arbitraria de las tenazas o herramientas.

� Gran espacio de trabajo.

� Movimientos rápidos.

� Fácil instalación.

Desventajas:



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v.v. Robots SCARARobots SCARA

Un tipo de robot con un brazo horizontal es llamado SCARA

(Selective Compliance Assembly Robot Arm). El robot

conforma a las de coordenadas cilíndricas, pero el radio y la

rotación se obtienen por eslabones unidos por junturas de

rotación. Tiene por lo menos dos junturas de rotación

paralelas y una lineal (RRL).

En la figura se puede

apreciar el espacio de

trabajo de los robots

SCARA

Robots SCARA:

� Arreglo de junturas: RRL




� Peso: Desde 10 kg hasta aprox. 200 kg

Principales usos:

� Carga y descarga de materiales.



AdeptOne

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Ventajas:

� La configuración permite una rigidez sustancial en la

dirección vertical, y a la vez flexibilidad en el plano

horizontal.

� Moderadamente fácil de programar.

� Produce movimientos rápidos.

Desventajas:

� Brazo altamente complejo difícil de controlar.


� Dos vias para alcanzar el mismo punto.

� Aplicaciones limitadas.


vi.vi. Robots ParalelosRobots Paralelos

Son los robots en donde el efector final está unido a la base directamente

por los accionamientos o por barras. Al haber más de una cadena

cinemática cerrada, la cinemática de estos robots es diferente a la de un

robot en serie.

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Propiedades del robot IRB 340 FlexPicker:


� Aceleraciones 100m/s2

� Carga: de 1 kg.

� Repetibilidad: +/- 0.5 mm

Principales usos:

� Industria farmacéutica.

� Industria alimenticia.

� Industria electrónica.

vi.vi. Robots Robots ParalelosParalelos

Ventajas:

� Gran capacidad de aceleración y velocidad de operación.

� La cinemática inversa se resuelve fácilmente.

� Accionamiento directo (sin reductores).

� Elevada rigidez y bajo peso.

Desventajas:

� El espacio de trabajo es reducido, dependiendo del

robot.

� Dificultad en resolver la cinemática directa.

vi.vi. Robots ParalelosRobots Paralelos

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2.2. Transmisiones y ReductoresTransmisiones y Reductores

� Las transmisiones son los elementos encargados de

transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las

articulaciones.

� Se incluyen junto con las transmisiones a los reductores,

encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida

del actuador a los valores adecuados para el movimiento

de los elementos del robot.

2.1 Transmisiones y Reductores2.1 Transmisiones y Reductores

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2.1 Transmisiones2.1 Transmisiones

Justificación:

� Reducción del momento de inercia (acercamiento de los

actuadores a la base).

� Conversión linear – circular y viceversa.

Características necesarias:

� Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par

elevado.

� No debe afectar el movimiento.

� Mínimos juegos u holguras.

� Tamaño y peso reducido.

� Gran rendimiento.

2.1 Transmisiones2.1 Transmisiones

EntradaEntrada--SalidaSalida DenominaciónDenominación VentajasVentajas InconvenientesInconvenientes

CircularCircular--CircularCircular

EngranajeEngranaje Pares altosPares altos HolgurasHolguras

Correa dentadaCorrea dentada Distancia grandeDistancia grande --

CadenaCadena Distancia grandeDistancia grande RuidoRuido

ParalelogramoParalelogramo -- Giro limitadoGiro limitado

CableCable -- DeformabilidadDeformabilidad

CircularCircular--LinealLineal

Tornillo sin finTornillo sin fin Poca holguraPoca holgura RozamientoRozamiento

CremalleraCremallera Holgura mediaHolgura media RozamientoRozamiento

LinealLineal--CircularCircular

Mec. articuladoMec. articulado -- Control difícilControl difícil

CremalleraCremallera Holgura mediaHolgura media RozamientoRozamiento

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2.1 Transmisiones2.1 TransmisionesParalelogramoParalelogramoCremalleraCremallera

MecanismoMecanismo ArticuladoArticulado

2.2 ReductoresMisión:

� Adaptar par y velocidad de salida del actuador a los

valores adecuados para el movimiento de los eslabones

del robot.

� Determinados sistemas son usados preferentemente en

los robots industriales debido a que se requieren altas

prestaciones.

Características necesarias:

� Capacidad de reducción elevada a un solo paso.

� Bajo peso, tamaño y rozamiento.

� Mínimo momento de inercia.

� Mínimo juego o backslash.

� Alta rigidez torsional.

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2.2 Reductores

Características de los reductores para robóticaCaracterísticas Valores típicos

Relación de reducciónRelación de reducción 50 50 –– 300300

Peso y tamañoPeso y tamaño 0.1 0.1 -- 30kg30kg

Momento de inerciaMomento de inercia .0001kg m².0001kg m²

Velocidades de entrada máximaVelocidades de entrada máxima 6000 6000 -- 7000 rpm7000 rpm

Par de salida nominalPar de salida nominal 5700Nm5700Nm

Par de salida máximoPar de salida máximo 7900Nm7900Nm

Juego angularJuego angular 0 0 -- 2"2"

Rigidez torsionalRigidez torsional 100 100 -- 2000 Nm/rad2000 Nm/rad

RendimientoRendimiento 85% 85% -- 98%98%

2.2 Reductores2.2 ReductoresUno de los reductores para robots más usados es de la

empresa Harmonic Drive. Denominados HDUC. Se basa

en una corona exterior rígida con dentado interior

(circular spline), y un vaso flexible (flexspline) con

dentado exterior que engrana al primero. El número de

dientes de ambos difiere en 1 o 2.

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Funcionamiento del HDUC:

� Interiormente el vaso gira un rodamiento elipsoidal (wave

generator) que deforma el vaso poniendo en contacto la

corona exterior con la zona del vaso correspondiente al

máximo diámetro de la elipse.

� Al girar el wave generator (entrada) se obliga a que los

dientes del flexspline engranen uno con uno con los del

circular spline, de modo que al haber una diferencia de

dientes Z=Nc-Nf, tras una vuelta completa del wave

generator, el flexspline solo avanza Z dientes.

� La relación de reducción es de Z/Nf. Se consiguen

reducciones de hasta 320 y capacidad de transmisión de

par de 5720N-m.

2.2 Reductores2.2 Reductores

Su misión es generar los movimientos de los elementos del

robot según las órdenes dadas por la unidad de control.

Pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctricos

Las características a considerar son:

� Controlabilidad.

� Mantenimiento.

� Velocidad.

� Precision.

� Potencia.

� Coste.

� Peso.

3.3. ActuadoresActuadores

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� Fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar.

� Debido a la compresibilidad del aire, los actuadores

neumáticos no consiguen una buena precisión de

posicionamiento.

� Su sencillez y robustez hacen adecuado su uso en

aquellos casos en los que es suficiente un

posicionamiento en dos situaciones diferentes, como

apertura y cierre de pinzas .

� Debe disponer de una instalación de aire comprimido:

compresor, sistema de distribución, filtros, secadores, etc.

3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticos


CilindrosCilindros neumáticosneumáticos::

Se consigue el desplazamiento de un émbolo encerrado

en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de

presión a ambos lados de aquel. Normalmente se busca

un posicionamiento en los extremos del dispositivo y no

un posicionamiento continuo. Pueden ser de simple o

doble efecto.

MotoresMotores neumneumááticosticos::

Se consigue la rotación del eje mediante aire a presión. Los

dos tipos más usados son los motores de aletas rotativas y

los motores de pistones axiales.

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3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticosCilindroCilindro neumáticoneumático dede efectoefecto simplesimple::

CilindroCilindro neumáticoneumático dede efectoefecto dobledoble::


MotorMotor dede PaletasPaletas MotorMotor dede PistonesPistones AxialesAxiales

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� No se diferencian funcionalmente de los neumáticos. En ellos en vez

de aire se utilizan aceites minerales a una presión entre 50 y 100 bar.

� El grado de comprensibilidad de los aceites es inferior al del aire, lo

que permite una mayor precisión y realizar control continuo.

� Las elevadas presiones de trabajo permiten desarrollar elevadas

fuerzas y pares.

� Presenta estabilidad frente a cargas estáticas, como el peso sobre

una superficie.

� Se utilizan en robots que manejan grandes cargas, entre los 70 y 250

kg.

� La instalación es más complicada que la necesaria para los

actuadores neumáticos.

3.2 Actuadores 3.2 Actuadores HidrHidrááulicosulicos

� Las características de control, sencillez y precisión de los

accionamientos eléctricos han hecho que sean los más usados en los

robots industriales actuales.

� Se distinguen tres tipos diferentes:

i. Motores de corriente continua (DC)

Controlados por inducido.

Controlados por excitación.

ii. Motores de corriente alterna (AC)

Síncronos.

Asíncronos

iii. Motores paso a paso

3.3 Actuadores 3.3 Actuadores ElElééctricosctricos

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i.i. MotoresMotores dede corrientecorriente continuacontinua (DC)(DC)

� Son los más usados debido a su fácil control.

� Presenta el inconveniente de obligado mantenimiento de las

escobillas.

� No es posible mantener el par con rotor parado más de unos

segundos, debido a los calentamientos que se producen en el

colector.

� Para evitar este problema se desarrollaron los motores sin escobillas

(brushless).


ii.ii. MotoresMotores dede corrientecorriente alternaalterna (AC)(AC)

� No han tenido aplicación en el campo de la robótica hasta hace unos

años debido a la dificultad de su control.

� Las mejoras introducidas en las maquinas sincronas hacen que se

presenten como un claro competidor de los motores DC. Esto se

debe a tres factores:

i. Uso de convertidores estaticos que permiten variar la frecuencia

(y asi la velocidad de giro) con facilidad y precision.

ii. Construccion de rotores sincronos sin escobillas.

iii. Empleo de microelectronica que permite gran capacidad de

control.


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iii.iii. MotoresMotores pasopaso aa pasopaso

� La señal de control son trenes de pulsos que actuan sobre los

electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulso el rotor del

motor gira un detrminado número discreto de grados.

� Su funcionamiento a bajas velocidades no es suave. Tienden a

sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas.

� Su potencia nominal es baja y su precisión llega típicamente a 1.8°.

� Se emplean para el posicionamiento de ejes que no requieren

grandes potencias (giro de pinza) o para robots educacionales.

3.3 Actuadores El3.3 Actuadores Elééctricosctricos

4.4. SensoresSensores

� Para realizar las tareas con precisión, velocidad e

inteligencia, es preciso el conocimiento del estado del

robot.

� La información relacionada con el estado del robot se

consigue con sensores internos.

� La información respecto al entorno del robot se obtine

con sensores externos.

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4.4. SensoresSensores�� PosiciónPosición::

� Potenciómetros, Resolver, Sincro - Resolver, Inductosyn, LVDT.

� Encoders Absolutos, Incrementales, Regla óptica.

�� PresenciaPresencia::

� Inductivo, Capacitivo, Efecto Hall, Optico, Ultrasonido, Contacto.

�� VelocidadVelocidad::

� Tacogeneratriz..

�� EsfuerzoEsfuerzo::

� Galgas Extensométricas.

4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n

((AnalAnalóógicosgicos))PotenciPotencióómetrosmetros::

Inconvenientes:

� Desgaste

� Ruido electrico

� Velocidad limitada

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((AnalAnalóógicosgicos))Resolver/Resolver/SincroSincro--resolverresolver::

� Una bobina móvil conectada al eje de giro, y varias bobinas fijas.

� Al excitar la bobina móvil con una señal senoidal (400Hz), en las

bobinas fijas se inducen tensiones que dependen del ángulo girado.

� Buena robustez mecánica durante el funcionamiento e inmunidad a

contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones.

� Rango dinámico alto (velocidades mayores a 6000 rpm).

� Resolucion teóricamente infinita.

� Bajo momento de inercia.


((AnalAnalóógicosgicos))

� Resolver: dos bobinas fijas desfasadas 90°:

V1=Vsen(wt)sen(θ)

V2=Vsen(wt)cos(θ)

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((AnalAnalóógicosgicos))� Sincro-resolver: tres bobinas fijas desfasadas 120° (estrella):

V13=√3Vcos(wt)sen(θ)

V32=√3Vcos(wt)sen(θ+120°)

V21=√3Vcos(wt)sen(θ+240°)


((AnalAnalóógicosgicos))InductosynInductosyn::

� También llamado regla magnética, es un sensor de desplazamiento

lineal. Su funcionamiento es similar al de los resolvers.

� Los devanados secundarios son móviles y el primario es fijo. Al

alimentar el fijo con tensión alterna, en los secundarios se inducen

tensiones proporcinales al desplazamiento del eje.

� Resolución teóricamente infinita.

� Bajo rozamiento.

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((AnalAnalóógicosgicos))ee11 == Vsin(wt)Vsin(wt)

ee22 == Vsin(wtVsin(wt ++ d)d)


((AnalAnalóógicosgicos))LVDTLVDT:: (Transformador(Transformador diferencialdiferencial dede variacivariacióónn lineal)lineal)

� Consiste en un núcleo ferromagnético, unido al eje cuyo

desplazamiento se quiere medir, entre un devanado primario y dos

secundarios.

� Al mover el núcleo, la tensión alterna del primario induce tensiones

diferentes en los secundarios, que son proporcionales al

desplazamiento en el eje.

� Alta linealidad, resolución infinita, bajo rozamiento.

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((AnalAnalóógicosgicos))

4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióón n

(Digitales)(Digitales)EncoderEncoder IncrementalIncremental::

� Consiste en un disco transparente con una serie de

marcas opacadas o pistas ranuradas, colocadas

radialmente y equidistantes, de un sistema de

iluminacion con su respectivo fotoreceptor.

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(Digitales)(Digitales)� Convierten el movimiento en una secuencia de pulsos digitales.

� Contando un solo bit o decodificando un conjunto de ellos, los pulsos

se pueden convertir en medidas de posición relativas o absolutas.

� Para detectar el sentido de giro disponer de otra franja de marcas,

desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con

ella se genere este desplazado 90 grados eléctricos con respecto al

generado por la primera.


(Digitales)(Digitales)� Su resolución depende directamente del número de

marcas físicas del disco.

� Se requiere de electrónica adicional.

� Hasta 100 000 pulsos por vuelta.

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(Digitales)(Digitales)EncoderEncoder AbsolutoAbsoluto::

� Similar al encoder incremental, en este caso el disco sedivide en un número determinado de sectores (potenciade 2), codificandose cada uno de ellos según un códigobinario cíclico.


(Digitales)(Digitales)� No es necesario electrónica adicional para saber el sentido de giro

porque cada posición es codificado de forma absoluta.

� La resolución es fija y viene dada por el número de anillos que posee

el disco.

� La resolución va desde 256 a 524266 posiciones distintas.

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(Digitales)(Digitales)� El código Gray es un caso particular del código binario. Garantiza

que cualquier transición varía sólo un bit. Esto evita errores por

falta de alineación de los captadores.

4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióón n

(Digitales)(Digitales)ReglaRegla OpticaOptica::

� Realizan mediciones de desplazamiento lineal. Funcionan como

los encoders absolutos. Estos sensores poseen una resolución de

micrómetros de grado.

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4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióónn

EncoderEncoder ResolverResolver PotenciPotencióómetrometro

Robustez Robustez MecMecáánicanica

regularregular buenabuena regularregular

Rango Rango DinDináámicomico

mediamedia buenabuena malamala

ResoluciResolucióónn regularregular buenabuena regularregular

Estabilidad Estabilidad TTéérmicarmica

buenabuena buenabuena malamala

MantenimientoMantenimiento buenobueno buenobueno malomalo

4.2 Sensores de Presencia4.2 Sensores de Presencia

�� MecánicosMecánicos::

Para sensar fines de carrera. Problemas

de mantenimiento por desgastes de

contacto.

�� OpticosOpticos::

El emisor y el receptor se pueden

encontrar en un sólo encapsulado o de

manera independiente (barreras

fotoeléctricas).

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�� CapacitivosCapacitivos::

Medida de variación de capacidad. Sirve

para materiales metálicos y no metálicos.

�� InductivosInductivos::

Detección de variación de consumo

debido a corrientes de Focault. Solo sirve

para materiales metálicos.


�� EfectoEfecto HallHall::

Mide la variación del campo

magnético. Sirve sólo para materiales

ferro magnéticos.

�� UltrasonidoUltrasonido::

Detecta incluso materiales

transparentes y líquidos. Pueden

medir distancia.

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4.3 Sensores de Velocidad4.3 Sensores de Velocidad

� Son necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los

actuadores.

� La información de velocidad de movimiento de cada actuador

(que tras al reductor es la de giro de la articulacion) se realimenta

normalmente a un bucle de control analógico implementado en el

propio accionador del elemento motor.

� Se pueden usar sensores de posición para medir velocidad,

teniendo en cuenta el tiempo que se tarda en alcanzar una

determinada posición.

4.3 Sensores de Velocidad4.3 Sensores de Velocidad

TacogeneratrizTacogeneratriz::

� El rotor, dotado de imán permanente y unido al eje del cual se

quiere medir la velocidad, induce una tensión en el estator que

es proporcional a la velocidad de giro.

� Pueden ser de corriente continua o alterna.

� Resoluciones de 10mV/RPM.

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4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo

� Permiten determinar las fuerzas y pares ejercidos

sobre el elemento terminal, durante la ejecución de

una tarea.

� Pueden utilizarse para percibir la forma o posición de

un objeto, midiendo la fuerza ejercida en la superficie

de contacto sobre un cierto número de sensores

puntuales.


GalgasGalgas extensométricasextensométricas::

� Varian su resistencia electrica al deformarse.

� Galgas de hilo: dispuestas en zigzag sobre un soporte elástico.

� Galgas de Semiconductor: pista de semiconductor en núcleo de

silicona.

� En ambos casos al someter a tracción la galga, se estira y

disminuye su sección, con lo que varía su resistencia eléctrica.

� Montaje meticuloso, calibración laboriosa.

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4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de EsfuerzoGalgasGalgas dede hilohilo GalgasGalgas dede semiconductorsemiconductor


�� MedidaMedida dede fuerzasfuerzas dede traccióntracción yy torsióntorsión..

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� Células de carga: conjunto integrado de galgas

formando un elemento unitario de medida de fuerzas

o pares.


� Sensores de muñeca: están constituidos

por galgas que miden la desviación de la

estructura mecánica debido a fuerzas

exteriores.

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5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales� También llamados efectores finales. Este término se utiliza para

describir la mano o herramienta que está unida a la muñeca.

� Se dividen en dos categorias: pinzas y herramientas. Las pinzas se

utilizan para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo.

� La herramienta se utiliza en aplicaciones en donde se exija al robot

realizar alguna aplicación en la pieza de trabajo

5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales� Al seleccionar una pinza hay que tener en cuenta su peso (que

afecta a la inercia del robot), el equipo de accionamiento y la

capacidad de control.

� El accionamiento neumático es el más usado por ofrecer mayor

simplicidad, precio y fiabilidad.

� Se suelen colocar sensores para detectar el estado de la pinza

(abierto o cerrado), sensores de visión, detectores de proximidad,

sensores de fuerza, etc.

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5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales

Tipos de SujeciTipos de Sujecióónn AccionamientoAccionamiento UsoUso

Pinza de presiPinza de presióónn NeumNeumáático o eltico o elééctricoctrico TransporteTransporte yy manipulacimanipulacióónndede piezaspiezas sobresobre laslas queque nonoimporteimporte presionarpresionar..

Pinza de enganchePinza de enganche NeumNeumáático o eltico o elééctricoctrico PiezasPiezas dede grandesgrandesdimensionesdimensiones sobresobre laslas quequenono sese puedepuede ejercerejercerpresipresióónn..

Ventosas de vacVentosas de vacííoo NeumNeumááticotico Superficies lisas, poco Superficies lisas, poco porosas (cristal, plastico).porosas (cristal, plastico).

ElectroimElectroimáánn ElElééctricoctrico Piezas ferromagnPiezas ferromagnééticas.ticas.

5.5. Elementos TerminalesElementos TerminalesTipo de HerramientaTipo de Herramienta ComentariosComentarios

Pinza de soldadura por puntosPinza de soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran Dos electrodos que se cierran sobre la pieza a soldar.sobre la pieza a soldar.

Soplete de soldadura al arcoSoplete de soldadura al arco Aportan el flujo de electrodo Aportan el flujo de electrodo que se funde.que se funde.

CucharCucharóón para coladan para colada Para trabajos de fundiciPara trabajos de fundicióón.n.

AtornilladorAtornillador Suelen incluir la alimentaciSuelen incluir la alimentacióón n de tornillos.de tornillos.

Fresa Fresa -- LijaLija Para perfilar, eliminar rebabas, Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.pulir, etc.

Pistola de pinturaPistola de pintura Por pulverizaciPor pulverizacióón de la pintura.n de la pintura.

CaCaññon lon lááserser Para corte de materiales, Para corte de materiales, soldadura o inspeccisoldadura o inspeccióón.n.

CaCaññon de agua a presion de agua a presióónn Para corte de materiales.Para corte de materiales.

INTRODUCCION ROBOTICAx

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