INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE TEZIUTLAN

Nombre: Mrquez Patio Jos Adrin

Materia: Robtica

Docente: Mario Eduardo Aguilar Ortha

Carrera: Ing. Mecatornica

Semestre: 8vo Semestre

Control de Fuerza

ndice

INTRODUCCIN ............................................................................................................................ 3

COORDINAR LAS MARCOS Y LIMITACIONES ................................................................... 4

APLICAON DE ROBOTS INDUSTRIALES A TAREAS DE ENSAMBLAJE .................. 5

UN PARADIGMA DE CONTROL EN TAREAS PARCIALMENTE RESTRINGIDAS ........ 6

Bibliografia: ...................................................................................................................................... 8

INTRODUCCIN

En los captulos anteriores hemos considerado el problema de las trayectorias de

movimiento de seguimiento usando una variedad de mtodos bsicos y avanzados de

control. Tales esquemas de control de posicin son adecuados para tareas como la

transferencia de los materiales o de la soldadura por puntos, donde el manipulador no

interacta significativamente con los objetos en el lugar de trabajo (en adelante, el

medio ambiente). Sin embargo, las tareas tales como el montaje, la molienda, y de

desbarbado, que implican un amplio contacto con el medio ambiente, a menudo se

manejan mejor mediante el control de las fuerzas de interaccin entre el manipulador

y el medio ambiente en lugar de simplemente controlar la posicin del efector final .

Por ejemplo, considere una aplicacin donde se requiere el manipulador para lavar una

ventana, o de escribir con un marcador de punta de fieltro. En ambos casos es poco

probable que funcione un sistema de control de posicin pura. Ligeras desviaciones del

efector final de una trayectoria planificada hara que el manipulador ya sea a perder

el contacto con la superficie o presionar demasiado fuerte en la superficie. Para una

estructura muy rgida, como un robot, un ligero error de posicin podra dar lugar a

extremadamente grandes fuerzas de interaccin con consecuencias desastrosas (roto

ventana, lpiz roto, daado efector final, etc.) Las aplicaciones anteriores son las

tpicas ya que implican tanto el control de la fuerza y de control de la trayectoria. En

la aplicacin de lavado de ventanas, por ejemplo, uno necesita claramente para

controlar las fuerzas normales al plano de la ventana y la posicin en el plano de la

ventana.

Una estrategia de control de la fuerza es uno que modifica las trayectorias de

posiciones basndose en la fuerza detectada. Hay tres tipos principales de sensores

de retroalimentacin de fuerza, sensores de fuerza de mueca , sensores de torque

conjuntas , y los sensores tctiles o de la mano . Un sensor de fuerza de la mueca tal

como la mostrada en la figura.

Figura 1.1. Sensor de fuerza de la mueca. Imagen

tomada del libro de Robot Modeling and Control

First Edition

por lo general consta de una serie de medidores de tensin y puede delinear los tres

componentes del vector de fuerza a lo largo de los tres ejes del sensor de marco de

coordenadas , y los tres componentes del par de torsin sobre estos ejes . Un sensor

de par conjunta consta de medidores de deformacin situados en el eje del actuador .

Sensores tctiles se encuentran normalmente en los dedos de la pinza y son tiles

para detectar la fuerza de agarre y para la deteccin de la forma. A los efectos de

controlar las interacciones efector de extremo / entorno , el sensor de la mueca de

seis ejes usualmente da los mejores resultados y que asumir a partir de ahora que el

manipulador est equipado con un dispositivo de este tipo .

COORDINAR LAS MARCOS Y LIMITACIONES

Las tareas de control de la fuerza pueden ser pensadas en trminos de las

limitaciones impuestas por la interaccin robot / entorno. Un manipulador se mueve a

travs del espacio libre dentro de su espacio de trabajo no est restringida en

movimiento y puede ejercer ninguna fuerza ya que no hay fuente de fuerza de

reaccin desde el medio ambiente. Un sensor de fuerza de la mueca en tal caso sera

registrar slo las fuerzas de inercia debido a cualquier aceleracin del efector final.

Tan pronto como el manipulador entra en contacto con el medio ambiente, dicen una

superficie rgida como se muestra en la Figura,

Figura 1.2. Efector final de robot en contacto con la superficie. Imagen

tomada del libro de Robot Modeling and Control First Edition

uno o ms grados de libertad en movimiento se pueden perder desde el manipulador no

puede moverse a travs de la superficie de medio ambiente. Al mismo tiempo, el

manipulador puede ejercer fuerzas contra el medio ambiente.

APLICAON DE ROBOTS INDUSTRIALES A TAREAS DE

ENSAMBLAJE La mayora de los robots industriales se emplea en aplicaciones simples (relativamente

hablando), tales como soldadura por puntos pintura con pistola de aire y operaciones

de levantamiento y colocacin. El control de la fuerza ya ha aparecido en algunas

aplicaciones; por ejemplo, algunos robots ya cuentan con un control de fuerza simple

que les permite realizar tareas tales como triturado y eliminacin de rebabas.

Aparentemente la siguiente rea de aplicacin ser en las tareas de lneas de

ensamblaje en las que se unen una o ms piezas. En dichas tareas de unin de piezas es

extremadamente importante el monitoreo y el control de las fuerzas de contacto.

El control preciso de los manipuladores para enfrentar incertidumbres y variaciones

en sus entornos de trabajo es el prerrequisito para la aplicacin de manipuladores de

robots en las operaciones de ensamblaje en la industria. Al parecer, si se colocan

sensores en las manos de un manipulador para que proporcionen informacin sobre el

estado de las tareas que realizan, habra un gran avance hacia el uso de robots para

las tareas de ensamblaje.

Actualmente la destreza de los manipuladores sigue siendo considerablemente baja y

contina limitando su aplicacin en el rea die ensamblaje automatizado.

Para utilizar manipuladores en tareas de ensamblaje se requiere que la precisin con la

que las piezas se colocan, una respecto a la otra, sea bastante alta. En general, los

robots industriales actuales no son lo suficiente precisos para estas tareas, y podra

no tener sentido construir robots que pudieran serlo. Pueden construirse

manipuladores de una mayor precisin pero a expensas del tamao, peso y costo. Sin

embargo, la habilidad de medir y controlar las fuerzas de contacto generadas en la

mano ofrece una posible alternativa para extender la precisin efectiva de una

manipulacin. Como se utilizan mediciones relativas, los errores absolutos en la

posicin del manipulador y en los objetos manipulados no son tan importantes como lo

seran en un sistema controlado solamente por la posicin. Las pequeas variaciones en

la posicin relativa generan grandes fuerzas de contacto cuando interactan piezas de

rigidez moderada, por lo que el conocimiento y el control de estas fuerzas puede

producir un tremendo incremento en la precisin posicional efectiva.

UN PARADIGMA DE CONTROL EN TAREAS PARCIALMENTE

RESTRINGIDAS El mtodo presentado en este captulo se basa en un marco de trabajo para el control

en situaciones en las que el movimiento del manipulador est parcialmente restringido

por el contacto con una o ms superficies [1-3]. Este marco de trabajo para entender

las tareas parcialmente restringidas se basa en un modelo simplificado de interaccin

entre el efector final del manipulador y el entorno: nos interesa describir el contacto

y las libertades, por lo que slo consideramos las fuerzas debido al contacto. Esto es

equivalente a realizar un anlisis casi esttico e ignorar otras fuerzas estticas, como

ciertos componentes de friccin y de gravedad. El anlisis es razonable cuando las

fuerzas debidas al contacto entre objetos relativamente rgidos son la fuente

dominante de fuerzas que actan en el sistema. Observe que la metodologa que se

presenta aqu es algo simplista y tiene ciertas limitaciones, pero es una buena forma

de introducir los conceptos bsicos implicados y lo hace a un nivel apropiado para este

texto. Para una metodologa relacionada pero ms general y rigurosa.

Toda tarea de manipulacin puede descomponerse en subtareas que se definen

mediante una situacin de contacto especfica que ocurre entre el efector final del

manipulador (o herramienta) y el entorno de trabajo. Con cada subtarea podemos

asociar un conjunto de restricciones, llamadas restricciones naturales, que se

producen debido a las caractersticas mecnicas y geomtricas especficas de la

configuracin de la tarea.

Por ejemplo, una mano en contacto con una superficie estacionaria y rgida no est

Libre para moverse a travs de esa superficie; por ende, existe una restriccin de

posicin natural. Si la superficie no tiene friccin, la mano no est libre para aplicar

fuerzas arbitrarias tangentes a la superficie; por ende, existe una restriccin de

fuerza natural.

En nuestro modelo de contacto con el entorno, para la configuracin de cada subtarea

puede definirse una superficie generalizada con restricciones de posicin a lo largo de

las normales para esta superficie, y restricciones de fuerza a lo largo de las

tangentes. Estos dos tipos de restriccin (fuerza y posicin) particionan los grados de

libertad de los posibles movimientos del efector final en dos conjuntos ortogonales

que deben controlarse de acuerdo con varios criterios. Observe que este modelo de

contacto no incluye todas las posibles situaciones de contacto. (Vea la referencia [19]

para un esquema ms general).

La figura 11.1 muestra dos tareas representativas junto con sus restricciones

naturales asociadas. Observe que, en cada caso, la tarea se describe en trminos de

una trama { C}, la llamada trama de restriccin, que se posiciona en una ubicacin

relevante para la tarea. De acuerdo con la tarea, { C} podra estar fija en el entorno o

podra moverse con el efector final del manipulador. En la figura 11.l(a), la trama de

restriccin est unida a la manivela como se muestra y se mueve junto con ella, con la

direccin g indicando siempre hacia el punto pivote de la manivela. La friccin que

acta en la punta de los dedos asegura una sujecin firme sobre el mango, el cual est

sobre un eje de manera que pueda girar con respecto al brazo manivela. En la figura

11.l(b) la trama de restriccin est unida a la punta del destornillador y se mueve con

l a medida que se desarrolla la tarea. Observe que en la direccin f' la fuerza se

restringe para ser cero, ya que la ranura del tomillo permitira al destornillador

deslizarse en esa direccin.

En estos ejemplos se sigue cumpliendo un conjunto dado de restricciones durante toda

la tarea. En situaciones ms complejas, la tarea se descompone en subtareas para las

que pueda identificarse un conjunto constante de restricciones naturales.

Figura 1.3. Imagen tomada de Robtica 3ra edicin John J. Craig.

Bibliografia: Craig, J. J. (2006). Robtica. Mexico: PEARSON.