UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL
CURSO: ROBOT Y AUTOMATIZACIÓN DE LAS OPERACIONES
DOCENTE: VELASQUEZ CONTRERAS, SEGUNDO MANUEL TEMA: SENSORES DE VELOCIDAD LINEAL Y ANGULAR
ALUMNOS:
VARGAS REBAZA, GIANNINA VILLARREAL SANTILLAN, CINTHYA
TRUJILLO – PERÚ
2017
SENSORES Para conseguir que el robot realice su tarea con la adecuada precisión es preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. Dos tipos de sensores:
Sensores internos: sensores integrados en la propia estructura mecánica del robot, que dan información del estado del robot: fundamentalmente de la posición, velocidad y aceleración de las articulaciones. Sensores externos: dan información del entorno del robot: alcance, proximidad, contacto, fuerza, etc. Se utilizan para guiado de robots, para identificación y manipulación de objetos.
Definición: un sensor es un dispositivo eléctrico y/o mecánico que convierte magnitudes físicas (luz, presión, etc.) en valores medibles de dicha magnitud. Esto se realiza en tres fases:
Un fenómeno físico que medir es captado por un sensor, y muestra en su salida una señal eléctrica dependiente del valor de la variable física. La señal eléctrica es modificada por un sistema de acondicionamiento de señal, cuya salida es un voltaje. El sensor dispone de una circuitería que transforma y/o amplifica la tensión de salida, la cual pasa a un conversor A/D, conectado a un PC. El convertidor A/D transforma la señal de tensión continua en una señal discreta.
Los descriptores estáticos definen el comportamiento en régimen permanente del sensor:
Rango: valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salida de un sensor. Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de medida respecto a una entrada conocida. El mayor error esperado entre las señales medida e ideal. Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura con una precisión dada. Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la repetitividad excepto que se utiliza cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes. Resolución: la cantidad de medida más pequeña que se pueda detectar. Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor real. No linealidades: la desviación de la medida de su valor real, supuesto que la respuesta del sensor es lineal. No-linealidades típicas: saturación, zona muerta e histéresis. Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente a cambios en la entrada: s = ∂V /∂x
Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje requerida para el funcionamiento del sensor. Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un sensor de mostrar l a misma salida en un rango en que la entrada permanece constante. Ruido.
Tiempo de retardo: td, es el tiempo que tarda la salida del sensor en alcanzar el 50% de su valor final. Tiempo de subida: tr, es el tiempo que tarda la salida del sensor hasta alcanzar su valor final. => velocidad del sensor, es decir, lo rápido que responde ante una entrada. Tiempo de pico: tp, es el tiempo que tarda la salida den sensor en alcanzar el pico máximo de su sobreoscilación Pico de sobreoscilación: Mp, expresa cuanto se eleva la evolución temporal de la salida del sensor respecto de su valor final. Tiempo de establecimiento: ts, el tiempo que tarda la salida del sensor en entrar en la banda del 5% alrededor del valor final y ya no vuelve a salir de ella.
Proceso de calibración: consiste en realizar la comparación de la respuesta del sensor con otros que tienen una respuesta estándar conocida; de esta manera se establece la relación entre la variable medida por el sensor y su señal de salida. SENSORES INTERNOS: La información que la unidad de control del robot puede obtener sobre el estado de su estructura mecánica es la relativa a su:
Posición. Velocidad. Aceleración Una posibilidad es derivar la posición. Tacogenerador: proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje.
SENSORES EXTERNOS: Objetivo: Proporcionar información sobre los objetos en el entorno del robot: * Presencia * Localización
* Fuerza ejercida Medio: sensores colocados en las superficies cercanas a los objetos
SENSORES DE VELOCIDAD Un sensor es un dispositivo transductor que transforma una magnitud que se quiere medir, física o química, en otra que facilita la lectura de su medida. El sensor de velocidad mide la corriente que genera la bobina y es proporcional a la velocidad del movimiento. Se utiliza para el funcionamiento del velocímetro, la respuesta del ABS, dirección asistida, etc. Cómo funciona un sensor de velocidad El sensor de velocidad está hecho con una bobina de alambre más un imán. Están colocados de forma que, al moverse el cárter, el imán permanece sin moverse. Se crea un movimiento relativo en el campo magnético y la bobina provoca una corriente que está en proporción a la velocidad del movimiento. Es auto generador no necesita de aditamentos electrónicos para funcionar. Posee una impedancia de salida eléctrica baja, que lo hace casi insensible a la inducción del ruido. Otros sensores están hechos de una bobina móvil colocada fuera de un imán estacionario. El Velómetro, es de todos ellos el mejor en todos los aspectos. Se hacen con un acelerómetro y lleva un integrador electrónico incluido. Un sensor es un dispositivo que detecta magnitudes químicas o físicas, a las que se les llama variables de instrumentación y las transforma en variables eléctricas. Está continuamente en contacto con la variable de instrumentación y adapta la señal que mide, para que sea interpretada por otro dispositivo Por ejemplo el sensor de velocidad detecta la variable eléctrica producida por la bobina. La variable de instrumentación detectada en este caso es el movimiento del cárter. Las variables de instrumentación son: aceleración, temperatura, intensidad lumínica, distancia, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, ph, etc. Una magnitud eléctrica sería las señales que se pueden detectar por otros dispositivos como: la capacitación eléctrica en un sensor de humedad, la resistencia eléctrica en una RTD (Resistance Temperature Detector), la tensión eléctrica en un termopar, la corriente eléctrica en un foto trasmisor, etc Utiliza un interruptor llamado “reed switch”, que utiliza fuerzas magnéticas para activarse no
dependiendo si un objeto magnético se encuentra físicamente cercano al interruptor. Se desea medir la velocidad de giro de una rueda dentada, se dispone de uno de los dientes magnetizados de forma que cada vez que éste diente pase junto al interruptor será accionado por la fuerza magnética. Así por cada vuelta descrita por la rueda, el interruptor se activa y en su salida se obtiene un pulso de corriente. Midiendo estos pulsos de corriente (número de vueltas) por unidad de tiempo => velocidad.
Encóders: si se dispone de un detector que se active cuando se ha realizado un giro completo, se calcula la velocidad: el número de vueltas por unidad de tiempo.
SENSORES DE VELOCIDAD LINEAL
LVDT (Transformador diferencial de variación lineal)
El transformador diferencial de variación lineal es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales y a su vez se obtenga la velocidad lineal. El transformador posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya velocidad desea ser medida, se desliza con respecto al eje del tubo. Cuando una corriente alterna circula a través del primario, causa un voltaje que es inducido a cada secundario proporcionalmente a la inductancia mutua con el primario. La frecuencia del oscilador que causa la corriente alterna está en el rango de 1 a 10 kHz.
Aplicaciones Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos
LVT (Transductor de velocidad lineal)
Este tipo de sensores se basan en un principio electromagnético similar al de los sensores LVDT. Los sensores LVT constan de un núcleo magnético permanente en forma de varilla; este núcleo es el que es conectado al dispositivo cuya velocidad vamos a medir. Arriba y abajo de la varilla se disponen dos espirales conductoras. Por la ley de Faraday, en las espiras se desarrolla una diferencia de potencial proporcional al cambio en el campo magnético al que están sometidas. Puesto que el núcleo es un imán permanente, el cambio en el campo sólo puede estar provocado por el movimiento de dicho núcleo. Así, si medimos la diferencia de potencial
en las espiras podremos deducir la velocidad a la que se ha movido el núcleo y, por consiguiente, el elemento de interés. Aplicaciones las aplicaciones típicas con sensores LVT son: o o o
Máquina de ensayo de amortiguador Tasa de perforación de la placa PCB Avance en la máquina de moldeo por inyección
Funcionamiento Como se puede apreciar en el dibujo, una vez conocida la velocidad de vuelta de la señal al sensor, se puede calcular mediante una relación trigonométrica simple la velocidad de la superficie (a partir de la cual se calcularía la velocidad del móvil). Es para calcular la velocidad de vuelta de la señal al sensor cuando se realiza una comprobación del desfase de frecuencias.
Sensores Doppler
Los sensores basados en el efecto Doppler miden la velocidad lineal de un objeto móvil apoyándose en otra superficie. Se basan en la observación del desplazamiento en frecuencia de una radiación emitida por el sensor y reflejada en una superficie que se está moviendo con respecto al robot. Funcionamiento Como se puede apreciar en el dibujo, una vez conocida la velocidad de vuelta de la señal al sensor, se puede calcular mediante una relación trigonométrica simple la velocidad de la superficie (a partir de la cual se calcularía la velocidad del móvil). Es para calcular la velocidad de vuelta de la señal al sensor cuando se realiza una comprobación del desfase de frecuencias.
Aplicaciones Este sistema es usado a menudo en sistemas marítimos, donde se emplean ondas acústicas que se reflejan en la superficie oceánica. Los detectores de radar lo utilizan para medir la rapidez de los automóviles y de las pelotas en varios deportes Los astrónomos utilizan el efecto Doppler de la luz de galaxias distantes para medir su velocidad y deducir su distancia.
Tacómetro óptico Digital o estroboscópicos
Estos tacómetros, del tipo sin contacto, basan su funcionamiento en el efecto estroboscópico, esto es, en la visualización como estacionarios de los objetos en movimiento, si son iluminados 6con una luz de encendido y apagado rápido sincronizada con la velocidad del objeto. Funcionamiento Cuando se quiere medir la velocidad de un objeto, se enfoca la lámpara hacia él y con los controles del instrumento se va variando de manera gradual la frecuencia de destello. En el momento en que el objeto perciba detenido, estarán perfectamente sincronizadas la velocidad con la frecuencia de encendido, en ese momento se podrá conocerse la velocidad mirando el número que se proyecta en la escalera digital.
SENSORES DE VELOCIDAD ANGULAR ¿COMO FUNCIONA UN SENSOR DE VELOCIDAD ANGULAR? El sensor de velocidad está hecho con una bobina de alambre más un imán. Están colocados de forma que, al moverse el motor, el imán permanece sin moverse. Se crea un movimiento relativo en el campo magnético y la bobina provoca una corriente que está en proporción a la velocidad del movimiento. Es auto generador no necesita de aditamentos electrónicos para funcionar. Posee una impedancia de salida eléctrica baja, que lo hace casi insensible a la inducción del ruido. TIPO DE SENSORES: SENSORES INDUCTIVOS Sensores de velocidad de rotación constan en principio de tres componentes magnéticos esenciales: o o o
bobina fija pieza de hierro dulce imán permanente
este es un control de rotación en la de sensor cilíndrico metálico roscado de detección inductiva con la distancia de funcionamiento entre 3 y 6 mm al material metálico este sensor controla el intervalo de tiempo que transcurre entre dos impulsos detectados el mecanismo con movimiento rotativo o cíclico.
SENSORES MAGNETOSTATICOS a diferencia de los sensores inductivos estos sensores permiten la detección casi estática de la velocidad de rotación con gran eficiencias u señal de salida es independiente de la velocidad de rotación únicamente depende del campo magnético. SENSORES ÓPTICOS Los sensores tacométricos, se encargan de medir la velocidad angular. Estos miden la frecuencia de impulsos de cualquier tipo de señal, que generalmente es de tipo fotónica por su fácil manejo ante la oposición al paso de luz. cuando hablamos de sensores ópticos nos referimos a todos aquellos que son capaces de detectar factores a traes de un lente óptico. por ejemplo: el mouse de la computadora. TRANSFORMACIÓN LA SEÑAL SENSOR INDUCTIVO El principio básico consiste en conseguir el disparo de la señal emitida por el oscilador y la señal detectada por el circuito de inducción al aproximarse a un cuerpo que provoque cambios de campo magnético inicial generadora por el osciladorel campo resultante es detectado en el comparador y ante el cambio desencadena el proceso de detección excitando de esa manera la etapa de salida. la etapa de salida consiste en una etapa transitoria caracterizada por la activación de un transistor bipolar puede ser de dos tipo,PNP o NPN. SENSOR ÓPTICO los principales sensores ópticos son los fotoresistencias.LDR se trataba de resistencias cuyo valor disminuía con la luz, de forma que cuando reciben un haz de luz permiten el paso de la corriente eléctrica por el circuito de control. Cuando una persona o un obstáculo interrumpen el paso de la luz, la LDR aumenta su resistencia e interrumpe el paso de corriente por el circuito de control. también se encuentran los encoders: ENCODER ÓPTICO A medida que el eje rota, el emisor infrarrojo emite luz que es recibida por el sensor óptico (o foto-transistor) generando los pulsos digitales a medida que la luz cruza a través del disco o es bloqueada en diferentes secciones de este. Esto produce una secuencia que puede ser usada para controlar el radio de giro, la dirección del movimiento e incluso la velocidad. La señal de salida se transmite por un hilo en el que retransmite un pulso por cada ángulo girado, de tal forma que si tenemos un encoder de 1000 ppr, tendremos un pulso por cada 360º/1000= 0,360º. El inconveniente es que no disponemos de una referencia absoluta de la posición en la que se encuentra el eje sensores mágnetostatico Los sensores de "efecto Hall" basan su funcionamiento en hacer pasar una corriente eléctrica a través de una una placa Hall (M), en el sentido representado por Iv y a su vez se le somete a la
acción de un campo magnético (B) cuyo flujo tenga sentido perpendicular a la corriente eléctrica, cuando se hace variar el flujo magnético aparece una tensión (UH) entre las placas de contacto (D1 y D2). Este efecto es particularmente acusado cuando la placa (M) sometida a la corriente eléctrica y la acción del campo magnético es de un material semiconductor. ENCODER MAGNETICO ENCODER MAGNETICO CON IMAN MOVIL: se coloca un imán permanente en el eje del cual se desea medir la velocidad angular mientras el sensor de efecto hall queda fijo cada vez que el imán pasa por el frente al sensor se produce un cambio de estado. ENCODER MAGNÉTICO CON IMAN FIJO Tanto el imán como el sensor están fijos entre los cuales se coloca un disco ranurado que así cada vez que el disco pasa por la ranura , el sensor registra el cambio de estado permitiendo general la señal digital que describe el estado del motor DESCRIPCION: para el aprovechamiento de la afectación de las cargas eléctricas que produce el efecto hall es necesario acondicionar el sensor para tomar la variable de salida para nuestra necesidad.
