ROBOTICA TEMA I: Introducción a la Robótica Jaime Gómez Ramírez

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1

Jaime Gómez Programación de Robots

Departamento de Ingeniería Mecánica

Escuela Técnica Superior de Ingeniería – ICAI Universidad Pontificia Comillas

ROBOTICA

TEMA I:

Introducción a la Robótica

Jaime Gómez Ramírez

Indice

I. Antecedentes históricos

II. Definición de Robot

III. Clasificación de Robots

IV. Algo mas que Robótica Industrial…

V. El mercado de Multiporpose I.R.

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3

I.Antecedentes históricos

• Grecia Automatos (autómata)

–

Herón de Alejandría (85 d. C.) sistema de riego automático

• Edad media

–

Roger Bacon cabeza parlante

–

Hombre de hierro de Alberto Magno (1204- 1282)

ancestros

del robot humanoide

–

Gallo de Estrasburgo (1352)

(3)

5

I.Antecedentes históricos

• Renacimiento

– León Mecánico de Leonardo (1499)

– Hombre de Palo de Juanelo Turriano (1525)

• Siglos XVII- XIX

Relojeros crean autómatas de vida limitada (actuador =

cuerda,resortes de acero,sistemas de pesas…)

– Muñecos (flautista) de Jacques Vaucanson (1738)

– Familia de humanoides: Escriba, organista, dibujante

Droz(1770)

– Muñeca dibujante de Henry Maillardet

(4)

7

I.Antecedentes históricos

• Ya no solo se busca entretenimiento sino

productividad:

–

1801.Telar de Jacquard (cinta de papel perforada a modo de

programa)

–

(Ámbito industrial)Motor Watt sistema de válvulas controladas

automáticamente, hizo del motor de vapor, el primer

dispositivo capaz de mantener veloc. giro cte. sin que

afectaran los cambios en la carga

Nos acercamos a máquinas programables,

configurables…

I.Antecedentes históricos

(5)

9

I.Antecedentes históricos

Tres Leyes de la robótica (Isaac Asimov 1945):

• 1. Un robot no puede perjudicar a un ser humano, ni

con su inacción permitir que un ser humano sufra

daño

• 2. Un robot ha de obedecer las órdenes recibidas de

un ser humano, excepto si tales órdenes entran en

conflicto con la primera ley

• 3. Un robot debe proteger su propia existencia

mientras tal protección no entre en conflicto con la

primera o segunda ley

I.Antecedentes históricos

• Fin II GM :

Desarrollo mecánica, electrónica, neumática, hidráulica se

dispara; da origen a primeras máquinas-herramienta de control

numérico

• Control realimentado de actuadores, uso extensivo de sensores,

transmisión de potencia mediante engranajes

(6)

11

I.Antecedentes históricos

• Telemanipuladores de Goertz (maestro-esclavo)

I.Antecedentes históricos

• 1959 George Devol y Joseph Engelberger crean el primer Robot

Industrial comercial “UNIMATE”

• 1962 UNIMATE se instala en una fábrica de GE

(7)

13

I.Antecedentes históricos

• 1967 Engelberger viaja a Japón. Acuerdo con

Kawasaki fabricación de robots UNIMATION

• 70’ s Japón toma la delantera(hasta hoy) en la

robótica

• 1973 ASEA fabrica el IR6, primer Robot de

accionamiento completamente eléctrico

• 1974 Kawasaki instala robot soldadura con arco para

motocicletas

(8)

15

I.Antecedentes históricos

• 1978 Se crea el SCARA

(Selective Compliance Asembly

Robotic Arm) destinado

ensamblado y montaje

80´s 90´s Progresos en Robótica Industrial y comienza a fabricarse robots

humanoides (caminantes etc)

1996 Honda crea P2, precursor de ASIMO

1997 Mars PathFinder (NASA) recoge y envía muestras en Marte

2001 iRobot crea robot doméstico teleoperado desde el Web

2004 EPSON world’s lightest flying robot

2007 ASIMO cordinated operation of multiples robots

(9)

17

I.Antecedentes históricos

(10)

19

(11)

21

II.Definición de Robot

• RAE:

1. m. Máquina o ingenio electrónico programable, capaz

de manipular objetos y realizar operaciones antes reservadas

solo a las personas.

–

Un electrodoméstico (lavadora) es un robot?

II.Definición de Robot (Industrial)

• Definición robot industrial (RIA) :

–

Manipulador, multifuncional, reprogramable,

controlado automáticamente, capaz de mover materias, piezas,

herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables,

programadas para realizar tareas diversas

• Definición robot industrial (IFR) :

(12)

23

II.Definición de Robot

• Manipulador:

–

Mecanismo compuesto por Articulaciones (

joints

) y eslabones

(

links

) para mover objetos en varios GDL.

• Multifuncional:

–

Adaptable a distintas aplicaciones modificando ya sea la

estructura mecánica o el Control

• Reprogramable:

–

Los movimientos programados pueden modificarse sin

necesidad alterar la estructura mecánica del Robot

II.Definición de Robot

• El manipulador constituye la mas importante forma de

Robot Industrial y la ciencia que los estudia es la

ROBÓTICA

• Ciencia Multidisciplinar:

–

Mecánica:

–

Matemática:

–

Automática:

–

Ing.Eléctrica:

(13)

25

III.Clasificación de Robots

• Clasificación General de Robots:

–

i.Humanoides

Con apariencia humana, trata de imitar su

comportamiento (ASIMO,AIBO…)

–

ii.Móviles

Sobre plataforma móvil

–

iii.Industriales

Manipulador diseñado para mover

materiales,herramientas etc. (SCARA,PUMA,STAÜBLI)

–

iv.Inteligentes

Capaces trabajar en entorno no estructurado y con

eventos impredecibles. Utiliza sensores para conocer el entorno. Interacciona

con usuario ,capacidad de aprendizaje.

–

v.Servicios

Trabajan con total o parcial autonomía para desarrollar

servicios útiles (excluidos fabricación) Guías,limpieza…

III.Clasificación de Robots Industrilaes

• Clasificación de Robots Industriales (IFR)

–

i.Según Num_Ejes:

• 3

• 4

• >=5

–

ii.Según Tipo_de_Control:

• Secuencia controlada :

ejecuta movimientos en un orden determinado.

• Trayectoria operada/contínua

control de 3 o mas ejes en movimiento para que operen de

acuerdo a la trayectoria requerida

• Adaptativo

parámetros del sistema de control se modifican según condiciones detectadas en el

proceso

• Teleoperados

operado remótamente por operador humano

–

iii.Según Estructura_Mecánica:

(14)

27 III.Clasificación de Robots Industriales

(15)

29 III.Clasificación de Robots Industriales

• Tipo A : Manipulador con control manual o telemando.

• Tipo B : Manipulador automático con ciclos preajustados;

regulación mediante fines de carrera o topes; control por PLC;

accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico.

• Tipo C : Robot programable con trayectoria continua o punto a

punto. Carece de conocimientos sobre su entorno.

• Tipo D : Robot capaz de adquirir datos de su entorno,

readaptando su tarea en función de éstos.

III.Aplicación de Robots Industriales

• Transferencia de Material

–

Carga/Descarga

• Operaciones de Procesamiento

–

Soldadura por punto

–

Soldadura por arco

–

Recubrimiento spray

• Montaje e Inspección

La IFR habla de : procesamiento especial(corte chorro),de

entrenamiento(educación),de medida(inspección),de

empaquetado(paletizaje),de estampado,de tratamiento altas

temperaturas,de soldadura, de pintura, de carga y descarga,de

modelado de plásticos .

(16)

31 IV.Algo mas que Robótica Industrial…

• Pero hay otra robótica ….

l

Los objetivos del curso están relacionados con la

robótica Industrial.

l

Somos conscientes de que son robots de

primera-segunda generación.

l

Actualmente a

nivel experimental

se trabaja en

muchos campos con dos

objetivos principales:

–

Sacar los robots de las fábricas.

–

Acercar los robots a la vida diaria.

IV.Algo mas que Robótica Industrial…

• Necesitamos hacer robots mas inteligentes:

• Hasta ahora se

sustituye al hombre(gracias a standarización de

procesos y estructuración del entorno)

en:

–

Tareas

repetitivas

y poco edificantes.

–

Tareas de

gran precisión

o especialización.

–

Tareas en

entornos peligrosos

.

• Perfecta implantación en la

industria de gran escala

:

–

Más barato a la larga.

–

No se cansa (turnos de 24 horas).

–

No se queja.

–

No falla.

• Es

muy difícil

el salto hacia la media escala:

–

Entornos semi-estructurados.

–

Rediseño y reprogramación compleja y cara.

(17)

33 IV.Algo mas que Robótica Industrial…

• Robotica Aplicada:

–

Medicina

–

Espacio

–

Construcción

–

Submarinos

–

Defensa

–

Vigilancia

IV.Algo mas que Robótica Industrial…

• Robotica Entretenimiento:

–

Concursos

–

Juguetes

• Investigación básica:

–

Humanoides

–

Modulares

(18)

35

V.El mercado de Multiporpose I.R.

• Pico en 1990 80.000 unidades

(19)

37

V.El mercado de Multiporpose I.R.

VI.Morfología de Robot Industrial

• Sistema mecánico compuesto de: Actuadores, Sensores y

Sistema de Control

• En un

sistema mecánico

distinguiremos:

–

Órgano Terminal (End-Effector, pinza, garra…)

–

Brazo articulado (eslabones + articulaciones)

–

Vehículo (En R.Móvil, escasos en RI)

• Sensores :

–

S.Internos: mide estado de estructura mecánica, giros y

desplazamientos,v,a y par. Nos permite cerrar el bucle de

control

de

la

estructura

mecánica

(sensores

velocidad,sist.navegación…)

–

S.Externos: dan info. q sirve al Sist. Percepción para

(20)

39 VI.Sensores en Robótica Industrial

• Internal sensors are used to

control

position

(encoders)

and velocity of various joints

(tachometers)

• External sensors are used for

workcell control.

They are

used to

coordinate

the operation of the robots with other

equipment in the cell

and/or react

intelligently to

changes in its surrounding environment

(e.g obstacles, part

presence, etc)

–

Tactile sensors

(contact - touch, force)

–

Proximity sensors

(noncontact – range sensor measure

distance)

–

Others?

(21)

41 VI.Sensores Internos

• Proprioceptive

sensors: these provide information on

the robot’s internal state, e.g. the position of its joints.

Shaft decoders

count revolutions,

allowing for

configuration data and

odometry

VI.Sensores Internos

• Odometry is the estimation of distance and direction

from a previously visited location using the number of

revolutions made by the wheels of a vehicle.

• Odometry can be considered a form of “Dead

Reckoning” a more general position estimation based

on time, speed, and heading from a known position.

–

A disadvantage of dead reckoning is that since new positions

are calculated solely from previous positions, the errors of the

process are cumulative, so the error in the position fix grows

with time.

(22)

43 VI.Sensores Internos

Hist. Note:

Prior to the development of celestial navigation (XV), sailors navigated by

"deduced" (or "dead") reckoning DR. Columbus used DR.

In DR, the navigator finds his position by measuring the course and distance he has

sailed from some known point. Starting from a known point, such as a port, the

navigator measures out his course and distance from that point on a chart, pricking

the chart with a pin to mark the new position. Each day's ending position would be the

starting point for the next day's course-and-distance measurement.

Course

was measured by a magnetic compass,

Distance was determined by a time

and speed calculation: the navigator multiplied the speed of the vessel (in miles per

hour) by the time traveled to get the distance(ship's speed was measured by throwing

a piece of flotsam over the side of the ship. There were two marks on the ship's rail a

measured distance apart.).

http://www.columbusnavigation.com/index.shtml

VI.Sensores Internos

• However, uncertainty grows, shown by

error ellipses

,

without bound.

(23)

45 VI.Sensores Internos

• NON SYSTEMATIC:

–

These errors can rarely be measured and incorporated into the

model

–

Error causes include uneven friction, wheel slippage, bumps,

and uneven floors.

• SYSTEMATIC

–

Errors arising from general differences in model and robot

behavior that can be measured and accounted for in the

model, a process known as

calibration

.

–

Two primary sources:

• Unequal wheel diameters – lead to curved trajectory

• Uncertainty about wheel base – lead to errors in turn angle

VI.Sensores Internos

• What is calibration?

–

Es el proceso para comprobar si la respuesta de sensor ante

determinados estímulos es la esperada. Consiste en una

secuencia de tests para la electrónica, mecánica, compresor de

aire etc.

–

Mediante la calibración se puede determinar las respuestas a

esperar de los sensores.

(24)

47 VI.Sensores Internos

• Posición y orientación

–

Indican en que posición se encuentra un elemento del robot.

–

Potenciómetro: es un resistor al que se le puede hacer el valor de su R, para de esta

manera medir la intensidad de corriente.

• Es parecido a un reostato (Potenciómetro se conecta en paralelo y el reostato en serie,

Potenciómetro no disipa potencia, reostato sí)

• Se utilizan para determinar desplazamientos lineares o angulares

• Dan bajas prestaciones (mucho ruido, poca precisión, etc.)

• No se suelen usar salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia)

–

Encoders

(Codificadores angulares de posición)

• A partir de un desplazamiento angular o lineal proporcionan una señal digital, que sirve para

obtener una medida absoluta incremental del desplazamiento

• Formado por fuente de luz, un diodo fotorreceptor y un disco óptico con marcas que al rotar,

generan pulsos de uz detectados por el fotoreceptor

• Miden el número de grados que gira algo (motor).

• Marcar el elemento que gira (p.e. haciendo agujeros a un disco)

– Resolución: número de agujeros

potenciómetro

encoder

VI.Sensores Internos

–

GPS (Global Positioning System)

• The Global Positioning System (GPS) is a U.S. space-based

radionavigation system

that

provides reliable positioning, navigation, and timing services to civilian users on

a continuous worldwide basis -- freely available to all.

• This system consists of three segments: the space segment, the control segment,

and the user segment. The U.S. Air Force develops, maintains, and operates the

space and control segments.

The space segment consists of a nominal constellation of 24 operating

satellites that transmit one-way signals that give the current GPS satellite

position and time.

The control segment consists of worldwide monitor and control stations that

maintain the satellites in their proper orbits through occasional command maneuvers,

and adjust the satellite clocks. It tracks the GPS satellites, uploads updated

navigational data, and maintains health and status of the satellite constellation.

The user segment consists of the GPS receiver equipment, which receives

(25)

49 VI.Sensores Internos

• Sensores de velocidad

–

Miden la velocidad (generalmente angular)

–

Una forma sencilla: utilizar un sensor de posición y medir la variación

de posición por u. de t.

–

Eléctricos:

• Dinamo (Una bobina que gira perpendicularmente a un campo magnético)

• Se genera tensión proporcional a la velocidad de giro

• Varios nombres: tacogenerador, tacómetro, tacodinamo, etc

–

Ópticos:

• Encoder: disco óptico con celdas detectoras de luz y una fuente de luz puntual

incidente .

• Las celdas se activa no si el rayo incide o no.

• Añadiendo detectores que detecten giro completo podremos saber el número de

vueltas por u- de t.

VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

• Vision

: to identify edges and shapes of objects from

digital camera images.

• Force and Touch

: to control grasping force and align

mating parts during assembly and to distinguish

textures of surfaces.

• Proximity

: to avoid obstacles and track paths.

(26)

51 Industrial Robot vs Human

• Robot Advantages

:

–

Strength

–

Accuracy

–

Speed

–

Does not tire

–

Does repetitive tasks

–

Can Measure

♦

Human advantages:

–

Intelligence

–

Flexibility

–

Adaptability

–

Skill

–

Can Learn

–

Can Estimate

Robot needs vision

VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

• Proximidad

–

Son usados para determinar la presencia de objetos cercanos.

(27)

53 –

Ultrasonidos

• Uno de los sensores más utilizados en robots móviles.

• Sensor activo de reflexión (el emisor y el receptor se colocan

juntos y detectan la reflexión de los objetos)

• Se emiten ultrasonidos (20-200 KHz) y se capta en un micrófono

el reflejo. La diferencia entre ambas señales indica la distancia al

objeto.

• Ultrasonidos viajan aprox. 35 cm/ms.

• Propiedades estándar:

–

Rango de 10 m (aprox.)

–

30 grados de amplitud

–

Devuelven distancia al objeto más próximo

–

Combinables en arrays con desfases entre ellos (más

precisos)

(28)

55 • Desventajas:

–

La posición real del objeto es desconocida (cualquier posición del

cono a distancia

d

).

–

Cuanto menor sea el ángulo, mayor es la probabilidad de perderse y

producir falsas medidas de gran longitud.

–

Cuanto mayor es el ángulo, más probabilidad de que se detecte un

objeto no deseado.

–

Las superficies pulidas agravan el problema (las rugosas producen

reflejos que llegan antes).

–

En resumen: las medidas de objetos lejanos pueden ser muy

erróneas.

–

Ejemplo: un robot que se acerca a una pared con muy poco ángulo

puede “no verla”.

VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

• Ópticos

–

Se emite luz y se captan los rebotes mediante fotodiodos o fototransistores

(las fotoresistencias son más lentas)

–

Se utilizan para:

• Detectar la presencia de objetos

• Medir la distancia a los objetos

• Detección de características: encontrar una marca, seguir una línea, etc.

• Lectura de códigos de barras

–

Existen distintos tipos de sensores, en función del tipo de luz con la que

trabaja:

• Luz en el espectro visible

• Infrarrojos

(29)

57 VI.Sensores Externos: Luz espectro visible

–

Luz en el espectro visible

• La reflexión depende del color y de las características del material.

• En principio, los colores claros reflejan más que los más oscuros:

–

Es más difícil (menos fiable) detectar objetos oscuros.

–

Los objetos claros “parecen” estar más cerca y los oscuros más lejos de lo que realmente

están.

• La luz ambiente es una fuente de ruido:

–

Calibrar: restar la luz ambiente (p.e. leer en modo pasivo).

–

La luz ambiente cambia: es necesario calibrar cada cierto tiempo

VI.Sensores Externos : Ifrarrojos

–

Infrarrojos

• Quizás son los sensores de no-contacto más extendidos

• Utiliza la parte del espectro del infrarrojo

• Para distinguir la reflexión del infrarrojo ambiente se suele modular (100 Hz

usualmente)

• Se usan profusamente porque hay menos interferencias, son fácilmente modulables y

no son visibles.

(30)

59

(31)

61 VI.Sensores Externos: Luz espectro visible

VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

–

Láser

• Para medir grandes distancias, se utiliza el mismo principio que los anteriores sensores

cuando trabaja en modo TOF (Time of Flight).

• Para medir distancias menores, trabajan estudiando el desplazamiento de fase (luz

modulada).

• Son de una gran precisión.

• Normalmente, estos sensores funcionan mediante un barrido del emisor. El receptor

recoge los ecos de las distintas posiciones del barrido, obteniendo el contorno de la

escena.

(32)

63 VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

VI.Sensores Externos en Robótica Industrial

• Sensores de Fuerza

• Determina la fuerza con que el extremo del robot

actua sobre un determinado objeto

• Se suelen poner en la muñeca y/o pinza

• Proporciona información sobre Fuerzas y Momentos

(3, 1 por cada eje)

–

Sensores piezorresistivos: varian su resistencia al sufrir un

alrgamiento (Galgas extensiométricas)

–

Sensores piezoelectrico hechos con materiales cerámicos que

generan energía eléctrica cuando son deformados

–

Titanio de Bario: cuando se le aplica una fueza, las cargas

(33)

65 • Visión artificial

–

Uso de cámaras como sensores

–

Imitan los ojos (que son mucho más sofisticados).

–

Principio: Luz reflejada en los objetos pasa a través de una lente

(iris) en un “plano de imagen” (retina) formando una imagen que

puede ser procesada.

–

Ese procesamiento suele ser muy costoso computacionalmente.

Aunque hoy día es abordable con los nuevos microprocesadores.

–

Campo tan complejo que tradicionalmente se ha considerado como

un campo de la informática (como la IA).

VI.Actuadores eléctricos

• Actuador :Dispositivo que transforma la señal de

control de v. y pos. en un mvto. de c/u de

articulaciones del Robot. Los actuadores se encargan

del movimiento del Robot

• Actuador Robótico mas complejo que máquina

industrial:

–

Se busca maximice: Potencia/tamaño, Pot/peso

(34)

67

VI.Actuadores eléctricos

• Un motor eléctrico puede ser:

–

Corriente Alterna (poco empleado en Robótica)

–

C. Continua

• Con escobillas

• Sin escobillas

–

Paso a Paso

(35)

69

VI.Actuadores eléctricos.CC

• Una corriente será empleada para producir mvto. de

rotación continuo

–

Con Escobillas: En motor convencional enrollamos circuitos

sobre armadura (Rotor, gira libremente),cada circuito se

conecta al conmutador (sobre el que actúan las escobillas).

–

Giro continuo se consigue: cuando rotor gira, el conmutador

invierte corriente en las escobillas del Rotor, que cambiará su

sentido de giro.

VI.Motor Hidráulico

• Fuente de Energía aceites minerales P=[50,+100] bar.

• V

–

Fácil control posición (aceite incompresible)

–

Buena Pot/Peso, elevadas presiones de trabajo permiten obtener

grandes pares

• I

(36)

71

VI.Motor pneumático

• Fuente de Energía aire, gases inertes P=[5,10] bar.

• V

–

Sencillez, robustez, limpieza. Adecuados para asir y soltar piezas

(SCARA,Staübli)

–

Aire comprimido no es inflamable.

–

No riesgo de incendio. Se pueden usar en condics. (90ºC)

• I

–

Ineficacia

compresibilidad

del

aire,

peligroso

por

almacenamiento de gases

–

Difícil control y mala precisión

–

Puede ser costoso, necesita una compresora

VI.Motor pneumático

(37)

73

VI.Comparativa Actuadores

Características de los distintos tipos de actuadores para robots Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Energía Aire a presión _{(5-10 bar)} Aceite mineral _{(50-100 bar)} Corriente eléctrica

Opciones

Cilindros Motor de paletas Motor de pistón

Cilindros Motor de paletas Motor de pistones axiales

Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso Servomotor Ventajas Baratos Rápidos Sencillos Robustos Rápidos Alta relación potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de carga

Estabilidad frente a cargas estáticas Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos Desventajas Dificultad de control continuo Instalación especial (compresor, filtros) Ruidoso Difícil mantenimiento Instalación especial (filtros, eliminación aire) Frecuentes fugas Caros Potencia limitada

VI.Estructura Mecánica del Robot

• Robot formado por serie de eslabones unidos a articulaciones que

permiten movimiento relativo entre eslabones consecutivos

• Material fabricación: Acero, Al: mejores características mecánicas

(resistente a corrosión, curvatura…) y ser mas ligero

• Existen robots flexibles (ámbito espacial):

–

Construidos con materiales flexibles

(38)

75

VI.Estructura Mecánica del Robot

VI.Parámetros de Robot Industrial

• GDL:

número de componentes de mvto. requeridos para realizar un

mvto. un cuerpo libre en el espacio puede moverse en 3 dirs indepts y

perps entre sí ,además de poder rotar en esas 3 mismas direcciones,

tendrá 6GDL

• Work space:

(espacio o volumen de trabajo)

Es el alcance de la pinza

del robot

(39)

77

VI.Parámetros de RI.Workspace

VI.Parámetros de Robot Industrial

• Load Capacity (capacidad de carga)

–

El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra

del manipulador.

En modelos de robots industriales, la capacidad de carga

de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg.

–

Es una de las características que más se tienen en

cuenta en la selección de un robot, según la tarea a la

que se destine. En soldadura y mecanizado es común

precisar capacidades de carga superiores a los 50kg

• Speed

(velocidad,

tiempo

de

ciclo)

a

menudo

aceleración/des. consume gran parte del tiempo de ciclo

(no solo importante peak speed)

(40)

79

VI.Parámetros de RI.Rep&Acc

• Repeatibility&Accuracy

(Repetibilidad&Precisión)

Deseable y

costosa de conseguir.

–

R:

Capacidad del robot de regresar al punto programado

las veces que sean necesarias. Esta magnitud establece

el grado de exactitud en la repetición de los movimientos

de un manipulador al realizar una tarea programada.

–

A:

Capacidad de un robot para situar el extremo de su

muñeca en un punto señalado dentro del volumen de

trabajo. Mide la distancia entre la posición especificada,

y la posición real de la pinza del robot.

VI.Parámetros de RI:Precisión

• Factores afectan Accuracy (precisión)

–

Un robot presenta una mayor exactitud cuando su brazo opera

cerca de la base.

–

A medida que el brazo se aleja de la base, la exactitud se irá

haciendo menor. Esto se debe a que las inexactitudes

mecánicas se incrementan al ser extendido el brazo.

–

Peso de la carga: las cargas más pesadas reducen la exactitud

(41)

81

VI.Elementos terminales

• Para realizar una tarea es necesario

1. El extremo se posicione en el espacio

2. El extremo se oriente adecuadamente en el

espacio

• La orientación se consigue mediante la adición al

cuerpo principal del Robot de una muñeca

• Muñeca,3 GDL, giros respecto a 3 ejes. La mas

común, los 3 ejes de giro se cortan, equivalente a

articulación esférica.

–

V

: Facilita modelo matemático

–

I

: Cuando los ejes se alinean perdemos 1 GDL

(42)

83

VI.Elementos terminales.Garras

• Una vez posicionado y orientado el extremo del Robot con ayuda

del brazo y la muñeca; es necesario realizar la tarea: soldadura,

pintura , ensamblado …

–

Garras Mecánicas : Pinzas, 2 o mas dedos para asir objetos.

Actuación neumática la mas habitual, pq no se necesita

controlar posiciones intermedias, evitamos calentamiento de

motor a la hora de mantener el objeto cogido

–

Ventosas : Usa el vacío para asir objetos mediante ventosas.

adecuadas para objetos no porosos y planos(vidreo)

–

Garras magnéticas: agarre objetos ferromagnéticos(fuerzas de

atracción entre garra y objeto)

–

Herramientas: pistola pintura, fresadora, lijadora…

(43)

85

VI.Tipos de Articulaciones

• A la hora de diseñar un robot es necesario determinar el

num. mínimo de GDL necesarios para la realización de la

tarea.

• El num de GDL de un Sist.R. es la suma de los GDL de las

articulaciones q lo componen.

• El num de GDL coincidirá, casi siempre, con el num. de

articulaciones

• La mayoría de los RI emplearán 5 o 6 ejes, aunque son 6

los necesarios para P y O en el espacio, podremos

ahorrarnos ejes cuando la tarea sea en un espacio mas

reducido (SCARA)

• Robot Redundante: Aquel R. q dispone de GDL > 6.

Motivos:

–

Poder evitar obstáculos mediante GDL adicional

–

Aumentar el espacio de trabajo (añadir vía )

(44)

87

VI.Tipos de Articulaciones

• La estructura básica del manipulador es un brazo, en la muñeca

del brazo colocamos la garra.

• El brazo está compuesto por articulaciones y eslabones.

• Cada tipo de articulación nos delimitará la Configuración

Cinemática del Robot

VI.Tipos de Articulaciones

• Articulación es elemento físico que une eslabones entre sí

permitiendo movimiento relativo entre ellos, el GDL de la

articulación será el num de GDL que permita el movimiento

• Tipos de articulaciones

1. De un GDL

1. Prismática

2. Rotacional

2. De 2 o 3 GDL (permiten realizar 2,3 tipos de movimiento

independientes entre sí)

1. Cilíndrica, Planar

(45)

89

VI.Tipos de Articulaciones

Robot prismático de 4gdl

Muñeca clásica 3 ejes se cortan

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VI.Articulaciones de 2 3 GDL

VI.Configuración Cinemática

• El tipo de articulación nos delimitará la configuración

cinemática del robot

• En la práctica, la mayoría de los robots tienen 2

cadenas cinemáticas

1.Compuesta por articulaciones de 1 solo GDL que se encargan

de posicionar el extremo en el 3D

2.Encargada de orientar la herramienta

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93 VI.Configuración Cinemática.Cartesiana

• Cartesiana(PPP) -El

posicionando se hace en el

espacio de trabajo con las

3articulaciones prismáticas.

• Espacio de trabajo es grande y

debe cubrirse

• Posee tres movimientos lineales,

es decir, tiene tres grados de

libertad, los cuales corresponden

a los movimientos localizados en

los ejes X, Y y Z.

• Los movimientos que realiza este

robot entre un punto y otro son

con base en interpolaciones

lineales.

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95 VI.Configuración Cinemática.Cilíndrica

• Cilíndrico(RPP): El robot tiene un movimiento de

rotación sobre una base, una articulación prismática

para la altura, y una prismática para el radio.

• Este robot ajusta bien a los espacios de trabajo

redondos.

• Puede realizar dos movimientos lineales y uno

rotacional, o sea, que presenta 3 grados de libertad.

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97 VI.Configuración Cinemática.Esférico

• Esférico o polar: (RRP) 2

articulaciones de rotación y 1

prismática

• Los movimientos son:

–

rotacional, angular y lineal

.

Este robot utiliza la interpolación

por articulación para moverse en

sus dos primeras articulaciones y

la interpolación lineal para la

extensión y retracción.

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99 VI.Configuración Cinemática.Angular

• Angular (Antropomorfo)(RRR) El robot usa 3 articulaciones de

rotación para posicionarse.

• Se parecen al brazo humano, con una cintura, el hombro, el codo, la

muñeca. Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos

angulares.

• Fácil de construir y con fácil acceso a espacios cerrados

• El mas usado en I+D

• El controlador deberá ser potente, pq la trayectoria a seguir se dará

en cartesianas, luego habrá que realizar las transformación inversa

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101 VI.Configuración Cinemática.Angular

VI.Configuración Cinemática.SCARA

• Presenta la misma secuencia de articulaciones que en

el esférico, pero con disposición diferente.

• Los 3 ejes de las articulaciones son paralelos entre sí

• La ventaja es que los ejes no soportan el peso de los

eslabones ni la carga, permitiendo poder usar

actuadores pesados (rapidez)

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103 VI.Configuración Cinemática.SCARA

VI.Configuración Cinemática.SCARA