Tema 4. MORFOLOGA DEL ROBOT4.1 Estructura mecnica: elementos, articulaciones, transmisiones, reductores 4.2 Actuadores 4.3 Sensores internos 4.4 Elementos terminales: garras, herramientas

Elementos del robotmanipulador controlador dispositivos de entrada y salida de datos dispositivos especiales

4.1 Estructura mecnicaAnaloga con el cuerpo humano

principal. Est formado por una serie de elementos estructurales slidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos.

Manipulador. Mecnicamente, es el componente

tipos de articulacin principales Prismtica /Lineal Rotacional -

mueca de un manipulador: grados de libertad giro (hand rotate), elevacin (wrist flex) desviacin (wrist rotate)

Elementos terminales: garras o herrameintas Se sitan en el Tool Center Point o efector final

Tipos de robots segn sean sus articulaciones: Robot cartesiano (13% en Espaa 1998)

Tipos de robots segn sean sus articulaciones: Robot cilndrico (menos 1% en Espaa 1998)

Tipos de robots segn sean sus articulaciones: Robot polar (menos 1% en Espaa 1998)

Tipos de robots segn sean sus articulaciones: Robot angular o antropomrfico (tipo PUMA) (85% en Espaa 1998)

Tipos de robots segn sean sus articulaciones: Robot scara (1% en Espaa 1998)

Componentes mecnicos del robotelementos mecnico actuador (motor) transmisiones reductores

Tema 4. MORFOLOGA DEL ROBOT4.1 Estructura mecnica: elementos, articulaciones, transmisiones, reductores 4.2 Actuadores 4.3 Sensores internos 4.4 Elementos terminales: garras, herramientas

Robots de accionamiento directo Aquellos que no usan reductores: actuador directamente acoplado al eje: DIRECT DRIVE ventajas: se evitan los errores aadidos por el reductor: juego angular o backlash rozamientos falta de rigidez

mayor precisin y velocidad

Robots de accionamiento directo desventajas Se necesitan actuadores (motores) que den un par elevado a bajas velocidades (motores de CC o brushless o sncronos con imanes permanentes de materiales especiales de bajo peso --samariocobalto) Aumenta la inercia al poner motores pesados junto a las articulaciones. Condiciona la estructura mecnica. El sensor de posicin va directamente acoplado al eje: necesita se mucho ms preciso. Control. Al no tener reductores la ley de control no se simplifica. El control debe ser mucho ms sofisticado.

Tema 4. MORFOLOGA DEL ROBOT4.1 Estructura mecnica: elementos, articulaciones, transmisiones, reductores 4.2 Actuadores 4.3 Sensores internos 4.4 Elementos terminales: garras, herramientas

4.2 ActuadoresTipos de actuadores:elctricos: los ms utilizados, precisos, limpios, usan energa elctrica neumticos: para movimientos rpidos, poca precisin --pinzas hidrulicos: muy buena relacin fuerza/peso (robots para grandes cargas), precisa regulacin de velocidad (aplicaciones pintura), estables frente a cargas estticas, soportan cargas sin aporte de energa..

Actuadores neumticosCilindros neumticos de simple efecto

Posiciones extremas: avance-retroceso: vlvulas de vas

Actuadores neumticosCilindros neumticos de doble efecto

Actuadores hidrulicosCilindros hidrulicos de simple y doble efecto

Posiciones extremas: avance-retroceso: vlvulas de vas

Actuadores elctricosMotores: Motores de corriente contnua (DC) servomotores Motores paso a paso Motores de corriente alterna (AC)los ms utilizados por su sencillez, precisin, fiabilidad, desventaja: potencia limitada --> requieren reductores (prdida de precisin)

Motores de corriente contnuaEran los ms utilizados en robtica por su facilidad de control (actualmente los de CA brushless): comportamiento muy lineal y bajas constantes de tiempo. Ambos devanados alimentados con CC, el colector sincronizado con el motor mantiene el desfase entre campos del robot y el esttor

Motores de corriente contnuaControl por tensin de inducido V --velocidad velocidades: 1000-3000 rmp, comportamiento muy lineal bajas constantes de tiempo. No es posible mantener el par con el motor parado escobillas -- motores sin escobillas

Motores paso a pasoFacilidad de control Poca precisin --- mejoraDe imanes permanentes, el rotor posee una polarizacin magntica constante, gira para orientar sus polos de acuerdo al campo magntico creado por las fases del estator. De reluctancia variable, el rotor est formado por un material ferro-magntico que tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las lneas de fuerza del campo magntico generado por las bobinas de estator. No contiene, por tanto, imanes permanentes. El estator es similar a un motor DC de escobillas

Motores paso a pasoFacilidad de control Poca precisin --- mejoraDe imanes permanentes, el rotor posee una polarizacin magntica constante, gira para orientar sus polos de acuerdo al campo magntico creado por las fases del estator. De reluctancia variable, el rotor est formado por un material ferro-magntico que tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las lneas de fuerza del campo magntico generado por las bobinas de estator. No contiene, por tanto, imanes permanentes. El estator es similar a un motor DC de escobillas

Motores de corriente alternaMotores sncronos se estn convirtiendo en competidores de los de CC

Motor asncrono

Motor sncrono

Motores de corriente alterna sncronosEl inducido en el rotor, con polaridad constante (imanes permanentes o bobinas), inductor en el estator, tres devanados iguales decalados 120 se alimenta con un sistema trifsico de tensiones. Similar al motor sin escobillas. velocidad de giro depende de la frecuencia de la tensin que alimenta el inducido --> convertidor de frecuencia. perdida de sincronismo --> un sensor de posicin continuo que detecta la posicin del rotor y mantiene el ngulo que forman los campos del estator y rotor. Autosncrono o autopilotado.

Tema 4. MORFOLOGA DEL ROBOT4.1 Estructura mecnica: elementos, articulaciones, transmisiones, reductores 4.2 Actuadores 4.3 Sensores internos 4.4 Elementos terminales: garras, herramientas

4.3 Sensores internosanalgicos Posicin digitales potencimetros resolver sincro inductosin LVDT encoder absoluto encoder incremental regla ptica taco-generatriz galgas extensiomtricas

velocidad fuerza

4.3 Sensores internosSensores de posicin: para control de la posicin angular encoder resolvers potencimetros (baja precisin ) Digitales: encoder incremental encoder relativo regla ptica (encoder incremental lineal) ventajas: precio desventajas: robustez,

Sensores digitales: encoder incrementalEncoders o codificadores incrementales y reglas pticas

cmo conocemos el sentido de giro?

Sensores digitales: encoder incrementalEncoders o codificadores incrementales10 00 01 00 10 00 01... 10 00 00 01 10 00 00 01...

A

B

A : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 0 ,1 , 0

A

B

A : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 0 , 0 , 1

Sensores digitales: encoder incrementalGiro a derechasA : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 0 ,1 , 0

A A A A

B B B B

Sensores digitales: encoder incrementalGiro a izquierdasA : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 0 ,0 , 1

A A A A

B B B B

Sensores digitales: encoder incrementalEncoders o codificadores incrementales10 01 00 00 10 01 00... 10 00 00 01 10 00 00 01...

A

B

A : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 1 , 0 , 0

A

B

A : 1, 0, 0 , 0 B : 0, 0 , 0 , 1

Sensores digitales: encoder absoluto

Sensores analgicos: sincros y sincroresolverssensores analgicos con resolucin tericamente infinita. bobina solidaria al eje excitada por una portadora, ( 400Hz) y dos bobinas fijas situadas a su alrededor. Inductosyn: similar al resolver pero para medidas lineales

Sensores analgicos: sincros y sincroresolvers

Sensores analgicos: sincros y sincroresolversEl giro de la bobina mvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas vare, V sen(wt) y girada un ngulo bobinas fijas: V1 = V sen(wt) sen V2 = V sen(wt) cos El cambio del sincro a resolver es inmediato, ya que se puede pasar de uno a otro a travs de la llamada red de Scott. es necesario convertir las seales analgicas en digitales -convertidores resolver/digital (r/d), que se basan en dos tipos de estructuras distintas: traking y muestreo (sampling).

Sensores analgicos: LVDTTransformador diferencial de variacion lineal ncleo de material ferromagntico unido al eje, se mueve haciendo con su movimiento que vare la inductancia entre ellos. Al variar la posicin del ncleo, hace crecer la tensin de un devanado y disminuir la del otro.

Sensores de velocidad: tacogeneradoresTacogenerador: generador de CC con imanes permanentes, la tensin generada es propocional a la velocidad de giro.

Sensores de fuerzaSensores de mueca Detectores de presin y pieles artificiales

Sensores de fuerza y torsinSensores fuerza y torsin: sensores de mueca los pares y fuerzas ejercidos en la mano se transforman en deformaciones que son medidas con galgas extensiomtricas

Sensores de fuerza y torsinGalgas extensiomtricas: son finos hilos conducores o seemiconductores que al ser deformados experimentan una variacin de resistencia. Se utilizan para medir pequeos desplazamiento o pares.

Sensores tctilesProporcionan informacin acerca del contacto (ej. Agarre de piezas).

Matriz de electrodos en contacto con material conductor cuya resistencia vara enfuncin de la presin

4.4 Elementos terminales: garras y herramientasGarras o pinzas herramientas

Garras o pinzasDe agarre mecnico: elctrico, neumtico, piezas sobre las que no importa presionar De enganche: neumtico o elctrico, piezas sobre las que importa presionar Ventosas de vaco: superficies no porosas Electroimanes: piezas ferromagnticas

Garras o pinzasPinza pivotante Pinza de movimiento lineal

Garra con ventosas de vaco

HerramientasSoldadura, atornillador, can lser, pistola de pintura. Soldadura al arco Herramienta de lijado