Control y Programación de Robots. Morfología del robot

Control y Programación de Robots

Morfología del robot

Morfología del robot

z Elementos de un robot

• Estructura mecánica

• Transmisiones

• Sistema de accionamiento

• Sistema sensorial

• Sistema de control

• Elementos terminales

Morfología del robot

z Estructura mecánica

• Formado por elementos o eslabones unidos mediante articulaciones

• El movimiento de cada articulación puede ser de giro, desplazamiento o ambas

• Grado de libertad:

• Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar una articulación con respecto a la anterior

• El número de grados de libertad de un robot viene dado

Morfología del robot

z Estructura mecánica (Cont.)

• Tipos de articulaciones y combinaciones más

frecuentes

Morfología del robot

z Estructura mecánica (Cont.)

• Para posicionar y orientar un objeto se

precisan 6 grados de libertad

Morfología del robot

z Estructura mecánica (Cont.)

• Aumento de grados de libertad, robots

redundantes

Morfología del robot

z Transmisiones

• Transmiten el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones

• Debido a las grandes velocidades de los

brazos del robot, se debe reducir al máximo el momento de inercia, por tanto:

• Los actuadores, en general pesados, se deben colocar lo más cerca posible de la base

•

Morfología del robot

z Transmisiones (Cont.)

• Transmisiones más usadas en robótica

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 Paral. articulado - Control difícil Cremallera Holgura media Rozamiento

Morfología del robot

z Reductores

• Adaptan el par y la velocidad del actuador y la de los elementos de robot

• Características:

• ^{Bajo peso}

• Reducido tamaño

• Poco rozamiento

• Poca holgura

Morfología del robot

z Reductores (Cont.)

• Tipos más usados:

• Harmonic-Drive

• Se consiguen reducciones de hasta 320, con muy poca

holgura y gran capacidad de transmisión 5720 Nm

Morfología del robot

z Reductores (Cont.)

• Cyclo-Getriebebau

Morfología del robot

z Accionamiento directo

• El eje del actuador se conecta directamente a la articulación sin reductores

• Accionamiento exclusivamente directo

• ^Ventajas:

• Posicionamiento rápido y preciso

• Aumento de las posibilidades de controlabilidad

• Simplificación del sistema mecánico al no haber

reductor

Morfología del robot

z Accionamiento directo

• ^Requisitos

• Motores con grandes pares a bajas velocidades

• Motores ligeros

• Aumenta la inercia del robot, por lo que no siempre

puede ser utilizado

Morfología del robot

z

Actuadores

• Generan el movimiento del robot, pueden ser:

• ^Neumáticos

• Hidráulicos

• ^Eléctricos

• Los parámetros a tener en cuenta a la hora de elegir un tipo de accionamiento son:

• ^Potencia

• Controlabilidad

• Peso y volumen

• ^Precisión

• ^Velocidad

• Mantenimiento

• ^Coste

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador neumático

• ^Lineales

• Usados para posicionamiento en los extremos y no en

posiciones intermedias

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador neumático

• Motores neumáticos

• Usados para posicionamiento en dos posiciones diferentes. Son robustos y sencillos

• Motor de paletas, pistones axiales…

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador hidráulico

• Similares funcionalmente a los neumáticos

• ^Ventajas

• Aptos para manejo de cargas pesadas

• Capaz de soportar cargas sin aporte de energía

• Apto para control continuo de precisión

• Desventajas

•

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador Eléctrico

• Son los más usados

• ^Tipos:

• Motores de corriente continua

• Velocidades de 1000 a 3000 rpm

• Potencias hasta 10KW

• ^Tipos:

• Controlados por inducido de imanes permanentes (más usados)

• Controlados por inductor

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador Eléctrico

• ^Tipos:

• Motores paso a paso

• ^{De imanes}

permanentes

• De reluctancia variable

• ^Hibridos

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Actuador Eléctrico

• ^Tipos:

• Motores de Corriente Alterna (AC)

• Motores síncronos sin escobillas

• El inductor es un imán permanente

• Motores asíncronos no se usan ya que son difíciles

de controlar

Morfología del robot

z Actuadores (Cont.)

• Comparativa

Morfología del robot:

Sensores internos

z Típos de sensores internos

Presencia Inductivo Capacitivo Efecto hall Célula Reed Óptico

Ultrasonido Contacto

Posición Analógicos Potenciometros Resolver

Sincro

Inductosyn LVDT

Digitales Encoders absolutos

Encoders incrementales regla óptica

Velocidad Tacogeneratriz

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición:

• Codificadores angulares de posición (Encoders)

• Encoders incrementales

• Disco transparente con marcas leidos por un haz-receptor de luz

• Cada marca indica un giro en grados

• Para ver el sentido se debe poner otra franja de marcas decaladas de las anteriores

• Debe haber una marca de origen

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Codificadores angulares de posición (Encoders)

• Encoders absolutos

• Similares a los anteriores, pero cada sector del disco se divide en un número de marcas potencia de 2

• Se dispone de varias zonas radiales similares a las anteriores, cada una de ellas con un emisor-receptor luminoso

• El código usado para la codificación suele ser el Gray

• Su resolución viene dada por el número de anillos, resoluciones habituales son 2

a 2

• Son sensibles al polvo y golpes.

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Captadores angulares de posición

• ^Resolver

• Formado por una bobina que gira con el eje y

generalmente aliemtada a 400Hz y por dos bobinas fijas montadas en cuadratura

• Dependiendo del giro del eje, se inducirá una tensión en cada bobína, lo que dará la posición del eje

• La resolución depende en gran medida de la electrónica

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Captadores angulares de posición

• ^Resolver

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Sensores lineales de posición

• Transformador diferencial de variación lineal (LVDT)

• Nucleo de material ferromagnético unido al eje

• Se mueve entre el devanado primario y los dos secundarios conectados en oposición

• La tensión a la salida de los secundarios es proporcional a la posición

• Muy usado, pero solo usado para pequeños

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Sensores lineales de posición

• Transformador diferencial de variación lineal (LVDT)

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de posición (Cont.)

• Sensores lineales de posición

• Reglas magnéticas o Inductosym

• El funcionamiento es similar al del resolver

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de velocidad

• Tacogeneratriz

• Proporciona una tensión proporcional a la velocidad de

giro del eje (p.e. 10mV/rpm)

Morfología del robot:

Sensores internos

z Sensores de presencia

• ^Contacto

• ^Capacitivo

• ^Inductivo

• Efecto Hall

• Celula Reed

• ^Óptico

• Ultrasonido

Morfología del robot:

Sensores internos

z Elementos terminales

• También llamado efectores finales (end effector)

• Suelen ser diseñados a medida en función de la misión a desempeñar

• Suelen ser neumáticos aunque se suele usar también el accionamiento eléctrico

• Pueden ser para:

• Manipulación de objetos

• Herramientas