Robot Industrial

MORFOLOGIA DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES

Morfologia de los Robots Industriales

Ricardo Alberto Robayo Flautero [email protected] codigo 37186 Brandon Gutierrez Guzman [email protected] codigo 39830 Edward smith Lopez Socha [email protected] codigo 36901

ABSTRAC

Taking intoaccount the exposed by the teacher, we investigate in depth about robots and their morphology, investigating their structures, transmissions, actuators, sensors, control, terminal element, so understanding its operation and degrees of freedom that is alcanze having the robot your joints and your terminal element. 1. INTRODUCCION

Este informe contiene la morfologia de los brazos robotica especificando cada uno y dando un e jemplo, para asi ponerlo en practica e identificar un robot al s olo verlo 2. MARCO TEORICO

En el campo de la robotica industrial puede definirse como el estudio, diseño y uso de robots para la ejecucion de procesos industriales, tambien se define como un manipulador programmable en tres o mas ejes, controlado automaticamente reprogramable

Robot Industrial de Ensamblaje Automotriz KUKA El robot mas antuguo conocido conforme a la iso s e complete con Bill Griffith P. Tailor en 1937 y fue publicado en la revista Meccano en marzo de 1938. El robot fue llamado grua , fue

contruido casi en su totalidad con piesas Meccano y accionado por un unico motor electrico . este robot cumplia con la function de apilar bloques bloques de madera en los patrones preprogramados. La primera compañia en producer un robot fue aunimation (Universal automation) fundada por devol y joseph F. Engelberger en 1956 Los robots de Unimation también fueron denominados máquinas de transferencia programables, ya que su principal uso en un principio era transferir objetos de un punto a otro, a menos de tres metros o menos de distancia. Dichos robots utilizan actuadores hidráulicos y fueron programados en conjuntos de coordenadas, es decir, los ángulos de las distintas articulaciones se almacenaron durante una fase de enseñanza y reproducidos en funcionamiento. Tenían una precisión de 1/10,000 de pulgada (nota: aunque la precisión no es una medida adecuada para robots), generalmente evaluados en términos de repetibilidad. Más tarde Unimation tarde Unimation otorgó licencias


Morfologia de los robots industriales

El movimiento de cada articulacion puede ser de desplazamiento, de giro o una combinacion de ambos. De este modo son posibles seis tipos de diferentes articulaciones :

*Estructura mecanica *Transmisiones *Actuadores *Sensores *Control *Elemento terminal

-Esferica o rotula (3GDL) -Planar (2GDL) -Tornillo (1GDL) -Prismatica(1GDL) -Rotacion (1GDL) -Cilindrica (2GDL)

3. MARCO PROCEDIMENTAL

3.1.0ESTRUCTURA MECANICA

Mecanicamente el robot esta formado por una serie de elementos o eslavones unidos mediante artuculaciones que permiten un movimiento relative entre cada dos eslavones consecutivos. La gran parte de robots industriales guarda cierta similitud con la anatomia de brazo humano por ende, en ocasiones para hacer referencia a los distintos elementos que se emplean en el robot y poseen el mismo nombre de partes de un brazo humano (cuerpo, brazo, c odo, muñeca) cada articulacion tiene un grado de libertad que es la capacidad de movimiento que tiene cada articulacion respecto al anterior

3.1.1 TIPOS DE CONFIGURACIONES

Cuando se habla de la configuracion de un robot, se dice que la forma fisica que se le a dado al brazo del robot, este brazo puedo presenter cuatro configuraciones clasicas : - Cartesiana - Cilindrica - Polar - Angular -Cartesiana Posee tres movimientos lineales es decir tiene tres grados de libertad los cuales correspondes a los movimientos en los ejes X,Y, y Z


Entrada- Denominación Ventajas Inconvenientes Salida

-Cilindrica Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, es decir tienes tres grados de libertad y se representa en X,Y y Ɵ

Engranaje Correa dentada Circular- Cadena Circular Paralelogramo Cable

Circular- Tornillo sin fin Lineal Cremallera LinealParal. Circular Articulado Cremallera

-Polar Tiene varias articulaciones cada una puede realizar un movimiento distinto (rotacional, angular y lineal) el robot utiliza la interpolacion por articulacion para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolacion lineal para la ectension y retraccion

Pares altos Distancia grande Distancia grande Poca holgura Holgura media Holgura media

Holguras Ruido Giro limitado Deformabilidad

Rozamiento Rozamiento Control difícil Rozamiento

-Angular Presenta una articulacion con movimiento rotacional y dos angulares, tambien puesde realizar movimientos llamado interpolacion lineal para la cual require mover simultaneamente dos otres de sus articulaciones

ademas de las cuatro configuraciones clasicas, existen otras configuraciones no clasicas. El ejemplo mas comun es la configuracion SCARA .


este brazo puede hacer movimientos horizontales de mayor alcance debido asus dos articulacones rotacionales

evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son: -

Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisión Velocidad Mantenimiento Costo

3.3.1 Actudores neumáticos

En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de neumáticos: -Cilindro neumáticos Este tipo de actuador se consigue el d esplazamiento de un embolo encerrado en un cilindro como consecuencia de la diferencia de presión a ambos lados del embolo y estos pueden ser de simple o doble efecto 3.2.0 TRANSMISIONES TRANSMISIONES

Son los elementos encargados de transmitir el movimiento desd los actuadores hasta las articulaciones y se incluyen los reductores encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores deseados para el movimiento del robot Ya que un robot mueve su extreme c on aceleraciones elevadas, es sumamente importante reducer al maximo su momento de inercia, de este moso los pares estaticos que deben vencer los actuadores dependen directamente dela distancia que existen entre las masas y el actuador. Por eso se procura dejar los actuadores que son pesados esten lo mas cerca de la base del robot

3.2.1 REDUCTORES

Al contrario que con las transmisiones, sí que existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que los reductores utilizados en robótica se les exige unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas características viene motivada por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisión y velocidad de posicionamiento. Se buscan reductores de: - Bajo peso - Reducido tamaño - Bajo rozamiento - Que sean capaces de de realizar una reducción elevada de velocidad en un único paso 3.3.0 ACTUADORES

tienen por misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control, los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica, cada uno de estos sistemas presentan características diferentes, siendo preciso

-Motores neumáticos Aquí se consigue el movimiento movimiento de rotación de un eje mediante aire a presión. Los dos tipos más usa dos son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales. En los motores de aletas rotativas, sobre el rotor e xcéntrico están dispuestas las aletas de longitud variable. Al entrar aire a presión en uno de los compartimentos formados por dos aletas y la carcasa, éstas tienden a girar hacia una situación en la que el compartimento tenga mayor volumen. Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor que se ve obligado a girar por las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un plano inclinado. 3.3.2 Actuadores Hidráulicos

Este tipo de actuadores no se diferencian funcionalmente de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegándose en algunas ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones. Sin embrago, las características del fluido utilizado en los actuadores hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos. Primero, el grado de compresilibilidad de los aceites usados es considerablemente inferior a la del aire, por lo que la precisión obtenida en este c aso es mayor 3.3.3Actuadores Eléctricos

Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos ha hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales y hay tres tipos -Motores paso a paso No han sido considerados dentro de los accionamientos industriales debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes. Esto limitaba su aplicación a controles de posición simples. En los últimos años se han mejorado notablemente sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales. -Motores de corriente alterna (AC):


Este tipo de motores no ha tenido aplicación en el campo de la robótica hasta hace unos años, debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embrago, las mejoras que se han introducido en las máquinas síncronas hacen que se presenten como un claro competidor de los motores de corriente continua. *Síncronos: la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la tensión que alimenta el inducido. Para poder variar ésta con precisión, el control de velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. *Asíncronos no se ha conseguido resolver satisfactoriamente los problemas de control que presentan. Esto ha hecho q ue hasta el momento no tenga aplicación en robótica. -Motores de corriente continua (DC): Son los más usados en la actualidad debido a su facilidad de control. Los motores DC están constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimenta con corriente continua: * El inductor, también denominado devanado de excitación, es tá situado en el estator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado excitación. * El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz Lorentz que que aparece como combinación de la corriente circulante por él y del campo magnético de excitación. Recibe la corriente del exterior a través del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas de grafito.

Tabla de características de distintos tipos de actuadotes para robots: Neumático Energía

Opciones

Ventajas

Aire a presión (5-10 bar) Cilindros Motor de paletas Motor de pistón Baratos Rápidos Sencillos Robustos

Hidráulico

Eléctrico

Aceite mineral (50-100 bar)

Corriente eléctrica

Cilindros Motor de paletas Motor de pistones axiales Rápidos Alta relación potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de carga Estabilidad

Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos

Desventajas

Dificultad de control continuo Instalación especial (compresor, filtros) Ruidoso

frente a cargas estáticas Difícil mantenimiento Instalación especial (filtros, eliminación de aire) Frecuentes fugas Caros

Potencia limitada

3.4.0 SENSORES INTERNOS

Para conseguir que un robot realice una tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia es necesario que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. La información relacionada con su estado la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos. Se pueden mencionar entre algunos los siguientes sensores externos: visión artificial, sensores de fuerza, sensores de tacto, sensores de distancia o telemetría. Sin embargo aquí sólo se tratará el tema de los sensores internos.

Los tipos de sensores internos de robo serán mostrados en forma resumida en la siguiente tabla: Inductivo Capacitivo Efecto hall Presencia Célula reed Óptico Ultrasonido Contacto Potenciómetros Resolver Analógicos Sincro Inductosyn Posición LVDT Digitales

Velocidad

Tacogeneratriz

Encoders absolutos Encoders incrementales Regla óptima


3.4.1 Sensores de posición : Para el control de posición angular se emplean fundamentalmente fundamentalmente los denominados Encoders y Resolvers. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia). *encoders en su forma más simple, de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí; de un sistema de iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor. Se trata de captadores analógicos con resolución teóricamente infinita. El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400 Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor. 3.4.2 Sensores lineales de posición (LVDT e Inductosyn)

Entre los sensores de posición lineales destaca el transformador diferencial de variación lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco rozamiento y alta repetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento que varíe la inductancia entre ellos.

3.4.3 Sensores de velocidad

La captación de la velocidad se hace neces aria para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadotes del robot. La información de la velocidad de movimiento de cada actuador (que tras el reductor es la giro de la articulación) se realimenta normalmente a un bucle de control analógico implementado en el propioaccionador del elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema de control del robot lo exija, la velocidad de giro de cada actuador es llevada hasta la unidad de control del robot. 3.4.4 Sensores de presencia

Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de acción determinado. Esta detección puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios físicos para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de captadores. En el caso de detección con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado según interese, actuado mecánicamente a través de un vástago u otro dispositivo. 3.5.0 ELEMENTOS TERMINALES

Otros sensores lineales que también se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas ópticas (equivalentes a los codificadores ópticos angulares) y las reglas magnéticas o Inductosyn (marca registrada de Farrand Industries Inc.). el funcionamiento del Inductosyn es similar al del resolver con la diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator, siendo la forma de los devanados la representada en la figura que sigue a continuación. El estator se encuentra excitado por una tensión conocida que induce en el rotor dependiendo de su posición relative una tensión Vs

Los elementos terminales, también llamados efectores finales (end effector ) son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas,en un mismo robot industrial dentro de unos límites lógicos, versátil y readaptable a una gran variedad de aplicaciones, no ocurre así con los elementos terminales, que son en muchos casos c asos específicamente diseñados para cada tipo de trabajo. Se puede establecer una clasificación de los elementos terminales atendiendo a si se trata de un elemento de sujeción o de una herramienta. Los primeros se pueden clasificar según el sistema de sujeción empleado. En la siguiente tabla se representan estas opciones, así como los usos más frecuentes. En la siguiente tabla se representan estas opciones, así como los usos más frecuentes

Tipos de sujeción

Pinzas de presión · Desplazamiento angular · Desplazamiento lineal

Accionamiento

Neumático o eléctrico

Uso

Transporte y manipulación de piezas sobre las que no importe presionar


Pinza de enganche

Neumático o eléctrico

Ventosas de vacío

Neumático

Electroimán

Eléctrico

Piezas de grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presión. Cuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plástico,etc) Piezas ferromagnéticas.

4. CONCLUSIONES

El robot indistrual a venido avanzando a lo largo del tiempo ya que cada ves van mejorando sensores motores que ser acercan cada vez mas al brazo humano ya que cada ves los sensores son mas exactos y p recisos igual que los motores. Las combinaciones de las articulaciones ayudan mucho a los movimientos y combinado con un buen elemento terminal se tiene como resultado un robot muy eficiente y productivo. 5. BIBLIOGRAFIA

Robotica industrial –tecnologia,programacion y aplicaciones mikell P. Groover,Mitchell Weiss,Roger N. Nagel y Nicholas G.Odrey Archivo pdf http://www.juntadeandalucia.es/averroes/iesalfonso_romero_b arcojo/departamentos/tecnologia/unidades_didacticas/ud_cont rolroboticav1/morfologia%20de%20un%20robot.pdf

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