INTRODUCCION ROBOTICA

FUNDAMENTOS DE ROBOTICA

Miguel 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

Especialización en Automatización y Robótica (2012). ALEMANIA

Electrónica de Sistemas Computarizados TECSUP

Definición de Robótica

Un robot es una maquina que puede ser programada para efectuar un número de tareas. (McKeerrow)

Definición de Robótica

Robot Institute of America

Un manipulador multifuncional reprogramable diseñado para mover material, partes o dispositivos especiales a través del moviendo programados variables para la ejecución de una variedad de tareas. (Shiussel)

Aplicaciones

• Industriales

• Medicina

• Inteligencia Artificial

• Robots domésticos

• Robots militares

LGV Laser Guided Vehicle

Robots Industriales

Prótesis

Robot´s con Inteligencia Artificial

Robot´s Inteligencia Artificial

Humanoides

• Evolución de ASIMO

Definiciones Básicas 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.

Sistemas 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.

Definiciones Básicas

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.


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.


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 Repetibilidad

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.


Características Morfológicas

1. Estructura Mecánica

2. Transmisiones y reductores

3. Actuadores

4. Sensores

5. Elementos terminales

Estructura de un Robot

Nivel 1 Mechanical Unit

Nivel 2 Servo Driver Unit

Nivel 3 Motion Control Unit

Nivel 4 Operational Control Unit

• Similitud anatómica con el brazo humano. • Espacio de Trabajo: es el volumen en el espacio que el

efector final de un robot puede alcanzar, tanto en posición 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 movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior.

1. Estructura Mecánica de un Robot

1.1 Junturas Típicas de los Robots Industriales

El 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

1.2 Otras Junturas Típicas Universal Planar

Esférica Cilíndrica

1.3 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


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


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. Robots 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)

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.

ii. Robots Polares

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.

ii. Robots Polares

iii. Robots Cilíndricos

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. Robots Cilíndricos

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

iii. Robots Cilíndricos Ventajas:

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. Robots Antropomórficos

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

Robots antropomórficos con 5 GDL:

Arreglo de junturas: RRR RR




Principales usos:

Automatización en laboratorios.

Carga y descarga de máquinas.


Educación.

iv. Robots Antropomórficos (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.


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:



v. Robots 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.


v. Robots SCARA

AdeptOne

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.

v. Robots SCARA


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.

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.


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.


2. Transmisiones 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 Reductores

2.1 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 Transmisiones

Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconvenientes

Circular-

Circular

Engranaje Pares altos Holguras

Correa dentada Distancia grande -

Cadena Distancia grande Ruido

Paralelogramo - Giro limitado

Cable - Deformabilidad

Circular-Lineal

Tornillo sin fin Poca holgura Rozamiento

Cremallera Holgura media Rozamiento

Lineal-Circular

Mec. articulado - Control difícil

Cremallera Holgura media Rozamiento

2.1 Transmisiones Paralelogramo

Cremallera

Mecanismo Articulado

2.2 Reductores Misión:

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.

2.2 Reductores

Características de los reductores para robótica

Características Valores típicos

Relación de reducción 50 – 300

Peso y tamaño 0.1 - 30kg

Momento de inercia .0001kg m²

Velocidades de entrada máxima 6000 - 7000 rpm

Par de salida nominal 5700Nm

Par de salida máximo 7900Nm

Juego angular 0 - 2"

Rigidez torsional 100 - 2000 Nm/rad

Rendimiento 85% - 98%

2.2 Reductores Uno 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.

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 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. Actuadores

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 Neumáticos

3.1 Actuadores Neumáticos Cilindros neumáticos:

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.

Motores neumáticos: 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.

3.1 Actuadores Neumáticos Cilindro neumático de efecto simple:

Cilindro neumático de efecto doble:

3.1 Actuadores Neumáticos

Motor de Paletas Motor de Pistones Axiales

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 Hidráulicos

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 Eléctricos

i. Motores de corriente continua (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. Motores de corriente alterna (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.


iii. Motores paso a paso

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.


4. Sensores

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.

4. Sensores Posición:

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

Encoders Absolutos, Incrementales, Regla óptica.

Presencia:

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

Velocidad:

Tacogeneratriz.

Esfuerzo:

Galgas Extensométricas.

4.1 Sensores de Posición (Analógicos) Potenciómetros:

Inconvenientes:

Desgaste

Ruido electrico

Velocidad limitada

4.1 Sensores de Posición (Analógicos)

Resolver/Sincro-resolver:

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.


Resolver: dos bobinas fijas desfasadas 90°:

V1=Vsen(wt)sen(θ)

V2=Vsen(wt)cos(θ)


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°)


Inductosyn:

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.


e1 = Vsin(wt)

e2 = Vsin(wt + d)


LVDT: (Transformador diferencial de variación 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.


4.1 Sensores de Posición (Digitales)

Encoder Incremental:

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.


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.


Su resolución depende directamente del número de marcas físicas del disco.

Se requiere de electrónica adicional.

Hasta 100 000 pulsos por vuelta.


Encoder Absoluto:

Similar al encoder incremental, en este caso el disco se

divide en un número determinado de sectores (potencia de 2), codificandose cada uno de ellos según un código binario cíclico.


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.


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.


Regla Optica:

Realizan mediciones de desplazamiento lineal. Funcionan como los encoders absolutos. Estos sensores poseen una resolución de micrómetros de grado.

4.1 Sensores de Posición

Encoder Resolver Potenciómetro

Robustez

Mecánica

regular buena regular

Rango

Dinámico

media buena mala

Resolución regular buena regular

Estabilidad

Térmica

buena buena mala

Mantenimiento bueno bueno malo

4.2 Sensores de Presencia

Mecánicos:

Para sensar fines de carrera. Problemas de mantenimiento por desgastes de contacto.

Opticos:

El emisor y el receptor se pueden encontrar en un sólo encapsulado o de manera independiente (barreras fotoeléctricas).


Capacitivos:

Medida de variación de capacidad. Sirve para materiales metálicos y no metálicos.

Inductivos:

Detección de variación de consumo debido a corrientes de Focault. Solo sirve para materiales metálicos.


Efecto Hall:

Mide la variación del campo magnético. Sirve sólo para materiales ferro magnéticos.

Ultrasonido:

Detecta incluso materiales transparentes y líquidos. Pueden medir distancia.

4.3 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 Velocidad

Tacogeneratriz:

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.

4.4 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.

4.4 Sensores de Esfuerzo Galgas extensométricas:

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.

4.4 Sensores de Esfuerzo Galgas de hilo

Galgas de semiconductor


Medida de fuerzas de tracción y torsión.


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.

5. Elementos 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. Elementos 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.

5. Elementos Terminales

Tipos de Sujeción Accionamiento Uso

Pinza de presión Neumático o eléctrico Transporte y manipulación

de piezas sobre las que no

importe presionar.

Pinza de enganche Neumático o eléctrico

Piezas de grandes

dimensiones sobre las que

no se puede ejercer

presión.

Ventosas de vacío Neumático Superficies lisas, poco

porosas (cristal, plastico).

Electroimán Eléctrico

Piezas ferromagnéticas.

5. Elementos Terminales Tipo de Herramienta Comentarios

Pinza de soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran

sobre la pieza a soldar.

Soplete de soldadura al arco Aportan el flujo de electrodo

que se funde.

Cucharón para colada Para trabajos de fundición.

Atornillador Suelen incluir la alimentación

de tornillos.

Fresa - Lija Para perfilar, eliminar rebabas,

pulir, etc.

Pistola de pintura Por pulverización de la pintura.

Cañon láser Para corte de materiales,

soldadura o inspección.

Cañon de agua a presión Para corte de materiales.

SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

Robots Antropomórficos

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INTRODUCCION ROBOTICA