SENSORES, ACTUADORES Y EFECTORES UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CS. FS. Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

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1 UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CS. FS. Y MATEMÁTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA SENSORES, ACTUADORES Y EFECTORES J. RUIZ DEL SOLAR R. SALAZAR INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 1

2 INDICE 1. SENSORES Características Generales Sensores de posición 7 Potenciómetro. 7 Codificadores ópticos increméntales. 7 Encoders ópticos increméntales. 8 Codificadores ópticos absolutos: 9 Encoders ópticos absolutos. 9 Resolver / Sincroresolvers. 10 Reglas Magnéticas (Inductosyn) 11 Otros sensores de posición Sensores de la velocidad. 12 Tacómetros Sensores de Fuerza 12 Convertidores de frecuencia-tensión. 12 Medición de Esfuerzos. 12 Galgas Extensométricas. 12 Células de carga: 13 Galgas Extensiométricas: Sensores de Presencia Sensores de Distancias. 14 Ultrasonidos. 14 Infrarrojo 15 Visión 3D TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO IMPORTANCIA DE LA TRANSMISIÓN REDUCTORES ACTUADORES MOTORES ACTUADORES NEUMÁTICOS. 22 Cilindros 22 Motores Rotativos Actuadores Hidráulicos ACTUADORES ELÉCTRICOS 24 Motores de corriente continua (DC) 24 Esquema para controlar los motores de corriente continua 26 Motores de corriente alterna (AC) 28 Motor paso a paso 28 INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 2

3 Esquema para controlar los motores stepper (paso a paso) 28 Servomotores y su control EFECTORES 31 Sistemas de sujeción para los robots. 31 Ejemplo de Pinzas paralelas 32 Ejemplo de Pinzas Angulares. 33 Ejemplo de Pinzas Radiales. 33 Ejemplo de Pinzas de 3 dedos 33 Ejemplo de Pinzas Especiales. 34 Ejemplo de Ventosas 35 Operaciones con los elementos terminales. 35 Soldadura 36 Pintura 36 Mecanizado 37 Cambiadores de herramientas. 37 Montaje BIBLIOGRAFIA ANEXO PUENTE H 41 INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 3

4 1. SENSORES. Los sensores son dispositivos físicos que miden cantidades físicas, tales como distancia, luz, sonido, olor, temperatura, etc. El objetivo de los sensores es permitir que los robots puedan recibir y percibir información desde el mundo que los rodea. Su función es similar a la de nuestros sentidos, con el cual logramos luego de un proceso poder interactuar con nuestro medio, tal como se muestra a continuación. PROPIEDAD FÍSICA Contacto Distancia Luz Nivel de Luz/ Imagen Sonido Olor Temperatura Inclinación Altitud TECNOLOGÍA Switch, sensor de contacto Ultrasonido, radar, infrarrojo Diodo Infrarrojo, Fotoresistencia Cámaras Micrófono Química Termal, infrarrojo Inclinómetro, giroscopio Altímetro Sensores Percepción Modelación Planificación Ejecución de la Tarea Control de los Actuadores Actuadores Los sensores permiten al robot percibir su medio ambiente y su estado interno. Así se pueden clasificar dos tipo básicos: Sensores de estado interno y Sensores de estado externo. También desde otro punto de vista se pueden clasificar en: Activos (emiten energía o modifican el ambiente) y Pasivos (reciben energía pasivamente) Se deben tener en consideración al momento de elegir sensores lo siguiente: Campo de vista Rango de operación Exactitud y resolución Velocidad (operación en tiempo real por el periodo de muestreo) Requerimientos computacionales Potencia, peso y tamaño Robustez (redundancia) Sensitividad (Grado de cambio de la señal de salida del sensor en función del cambio de la señal física medida) Tal como se menciono los sensores se pueden clasificar en: Sensores Internos Sensores de presencia Sensores de Posición Sensores de Velocidad Sensores de Fuerza Sensores Externos Sensores de Presencia Sensores de Distancia Sensores de para reconocimiento de Formas Sistemas de Imagen Sistemas de Táctiles INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 4

5 1.1 Características Generales. Los transductores es un dispositivo que convierte señales desde un medio físico a una señal correspondiente teniendo una diferente forma física tal como mecánico, magnético, eléctrico, óptico, químico, etc. Los transductores pueden modificar o conservar la energía. Por otra parte un sensor es un dispositivo que recibe y responde a señales o estímulos. Esto es en el concepto de borde que incluye la extensión de nuestras capacidades de percepción para adquirir información de las cantidades físicas. Dentro de este contexto los actuadores corresponde a las salida del transductor y el sensor corresponde a la entrada del transductor. Input Señal (medición) sensor procesador actuador Input Output Transductor Transductor Output Señal (medición) Para realizar la medición con un simple instrumento, se requiere de un modelo del instrumento. Dada una variable observable X obtenida de la medición mediante alguna manera (temperatura, masa, etc) el sensor genera una señal variable que puedes ser manipulada (procesada, transmitida o desplegada). Medicion Medición Fisica de La Variable X Sensor Señal Variable Desplegar S El proceso de calibración consiste en determinar la relación entre la medida física de la variable X y la señal de la variable de salida S. Por lo tanto un sensor es calibrado aplicando un numero conocido de entradas y registrando la respuesta del sistema. Salida Y Los sensores tienen características estáticas y dinámica. Las características estáticas de los Entrada X sensores son: Precisión, discriminación, exactitud, error, sensitividad, linealidad, histéresis. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 5

6 INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 6 Dentro de las características dinámicas de los sensores se pueden clasificar en sistemas de orden cero, de primer orden o de segundo orden por lo que se puede representar el sistema lineal mediante una función de transferencia para conocer el tipo de respuesta que este tendrá antes de estabilizarse en régimen permanente. Del sistema dinámico se puede llegar al siguiente planteamiento = ) ( ) ( t x t y a a a a L dt y d dt y d dt y d k k k ( ) () () s X s Y a s a s a s a k k = () ( ) ( ) a s a s a s a s X s Y k k s G = = Dependiendo de la ubicación de los polos del sistema sera la respuesta del sensor, tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

7 1.2 Sensores de posición Potenciómetro. Dentro del conocimiento de la posición angular se tienen los potenciómetros, que varia su resistencia. Inconvenientes: Desgaste, Ruido Eléctrico, Velocidad Limitada. Codificadores ópticos increméntales. Los encoders ópticos convierten movimientos en una secuencia de pulsos digitales, contando un solo bit o decodificando un conjunto de ellos, los pulsos se pueden convertir en medidas de posición relativas o absolutas. La configuración lineal o rotativa (más utilizada). Los rotativos se componen de un disco plástico (transparente), al cual se acopla el eje cuya posición se quiere medir, con una serie de marcas (opacas) colocadas radialmente y equidistantes entre si; de elementos emisores de luz y de fotorreceptores. A medida que el eje gira, el haz de luz se interrumpe con las marcas y se generan pulsos en el receptor. Contando estos pulsos es posible conocer la posición del eje. Problema de detección del sentido de giro. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 7

8 Encoders ópticos increméntales. Los encoders ópticos increméntales miden posiciones relativas, mediante dos trenes de pulsos desfasados de 90 para determinar sentido de giro. Señal de paso por cero y se pueden contar hasta pulsos por vuelta para lo cual se requiere de una electrónica adicional. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 8

9 Codificadores ópticos absolutos: Encoders ópticos absolutos. Miden posiciones absolutas. El disco transparente se divide en sectores Cada Sector posee un código binario único. Resolución Fija Código Gray (cíclico) frente a código binario INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 9

10 Código Gray b2 b1 b Código Binario b2 b1 b Resolver / Sincroresolvers. Es una bobina móvil conectada al eje de giro, y varias bobinas fijas. Al excitar la bobina móvil con una señal senoidal ( 400Hz), en las bobinas fijas se inducen tensiones que dependen del ángulo girado. Resolver, dos bobinas fijas desfasadas 90 V = Vsen wt sen q); V = Vsen wt cos( ( ) ( ) ) 1 ( 2 q Sincroresolver, tres bobinas fijas desfasadas 120 (estrellas): V = 3V cos( wt) sen( q); V V = = 3V cos( wt) sen( q ); 3V cos( wt) sen( q ); Tecnología analógica. Resolución infinita. Bajo Momento de inercia. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 10

11 Reglas Magnéticas (Inductosyn) Funcionamiento similar al de los resolvers. Los devanados secundarios son móviles y el primario es fijo. Al alimentar el devanado fijo con una tensión alterna, en los secundarios se inducen tensiones proporcionales al desplazamiento del eje: e 1 = Esen( at); e2 = Esen( at + d) Bajo rozamiento Resolución infinita. Otros sensores de posición. Transformador diferencial de variación lineal (LVDT) Núcleo ferromagnético, unido al eje cuyo desplazamiento se quiere medir, entre el devanado primario y dos devanados secundarios. Al mover el núcleo, la tensión alterna del primario induce tensiones diferentes en los secundarios (aumenta en uno y disminuye en otro), que son proporcionales al desplazamiento del eje. Alta linealidad y repetitividad, resolución infinita, bajo rozamiento. Comparación de los sensores de posición angular. Robustez Rango Resolución Estabilidad Mantenimiento Mecánica Dinámico Térmica Encoder REGULAR MEDIA REGULAR BUENA BUENO Resolver BUENA BUENA BUENA BUENA BUENO Potenciómetro REGULAR MALA REGULAR MALA MALO INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 11

12 1.3 Sensor de la velocidad. Necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores. Se pueden utilizar los sensores de posición para medir velocidad, teniendo en cuenta el tiempo que se tarda en alcanzar una determinada posición. Tacómetros El motor ya sea de corriente continua o alterna, dotado de imán permanente y unido al eje del cual se quiere medir la velocidad, induce una tensión en el estator que es proporcional a la velocidad de giro con resoluciones de 10mV/rpm. 1.4 Sensores de Fuerza. Convertidores de frecuencia-tensión. Tecnología electrónica. Producen una tensión de salida proporcional a la frecuencia de un tren de pulsos, que pueden provenir de un sensor de posición digital, o bien de un sensor de posición analógico a través de una conversión analógica-digital. Medición de Esfuerzos. Permiten determinar las fuerzas y pares ejercidos sobre el elemento terminal, durante la ejecución de una tarea. Pueden utilizarse para percibir la forma o posición de un objeto, midiendo la fuerza ejercida en la superficie de contacto sobre un cierto numero de captadores puntuales. Galgas Extensométricas. Varían su resistencia eléctrica al deformarse. Galgas de hilo: Hilo dispuesto en forma de zigzag sobre un soporte elástico. Galgas de semiconductor. Pista de semiconductor en un núcleo de silicona. En ambos casos al someter a tracción a la galga, se estira y disminuye su sección, con lo que varia su resistencia eléctrica. Montaje y calibración meticuloso. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 12

13 Medida de fuerzas de tracción y torsión. Células de carga: Conjunto integrado de galgas formando un elemento unitario de medida de fuerzas o pares. Galgas Extensiométricas: Disposición en la muñeca de un robot. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 13

14 1.5 Sensores de Presencia. Mecánicos: Fines de Carrera. o Problemas de mantenimiento: mecánico y desgaste de contactos. Ópticos: o Emisor y receptor en un único encapsulado. o Emisor y receptor independientes: barreras fotoeléctricas. Inductivo. o Detección de variación de consumos debidos a corrientes de Focault. o Sólo sirve para materiales metálicos. Capacitivo. o Medida de variación de capacidad. o Materiales metálicos y no metálicos. 1.6 Sensores de Distancias. ULTRASONIDOS. Los sensores de ultrasonido emiten una onda de sonido y una vez que rebota sobre un objeto se puede determinar la distancia a la que este se encuentra una vez que se calcula el tiempo en ir y volver de la onda. θ Ttotal=Tenvio+Tretorno Rangos de 0.15[m] a 20[m] Poca precisión: INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 14

15 o o Depende de condiciones ambientales. Incertidumbre de la procedencia del eco. INFRARROJO Este tipo de sensores son de gran uso ya que envía emita un haz de luz y el rebote permite determinar una relación de distancia, esta varia entre 0 [cm] a 150 [cm]. Algunas desventajas son que depende de las condiciones ambientales y del color de los elementos. A continuación se muestra una gama de distintos infrarrojos con sus especificaciones. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 15

16 VISIÓN 3D Es de gran interés realizar aplicaciones de visión estereo para determinar distancias mediante la obtención de dos imágenes, en forma similar que la capturada por los ser humanos donde la separación entre los ojos, o bien, cámaras y mediante la detección de puntos en común se puede conocer la relación de distancia entre los objetos y el robot. Como motivación, para los seres humanos uno de los factores que generan la sensación de profundidad se puede observar en las cámaras estereos que mostraban capturan dos imagen una por cada ojo y luego se proyectan un visor especial donde se puede ver este efecto. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 16

17 INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO En el siguiente diagrama se puede observar las relaciones mas importantes para determinar la distancia mediante visión estereo. X Z d bf z z bf x x d Z b X f x Z b X f x r l r l = = = = + = 2 2 l x r x P(X,Z) f X Z d bf z z bf x x d Z b X f x Z b X f x r l r l = = = = + = 2 2 l x r x P(X,Z) f Rsala zar, MBustos Rsala zar, MBustos

18 2. TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO 2.1 Importancia de la transmisión Los transmisores son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los elementos motores hasta las articulaciones y, eventualmente, realizar una conversión del mismo. Justificación: Aceleraciones elevadas en el extremo => Reducción del momento de inercia. Pares estáticos dependen directamente de la distancia a las masas Acercamiento de los elementos motores a la base del robot Propiedades Importantes: Tamaño y peso reducido Gran rendimiento No debe afectar al movimiento Funcionamiento continuo a par elevado. A modo de ejemplo se muestra la transmisión de movimiento correspondiente a la muñeca del robot: Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconvenientes Circular-Circular Engranaje Correa Dentada Cadena Paralelogramo Cable Pares Altos Distancia grande Distancia grande - - Holguras - Ruido Giro limitado Deformabilidad Circular-Lineal Tornillo sin fin Poca Holgura Rozamiento Lineal-Circular Cremallera Paralelogramo articulado Cremallera Holgura Media - Holgura media Rozamiento Control difícil Rozamiento INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 18

19 Ejemplo de transmisión circular mediante engranajes. Ejemplo de Transmisión Lineal Ejemplo de conversión lineal en circular Mecanismos para efectuar un movimiento circular mediante un actuador de desplazamiento lineal. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 19

20 También se utilizan paralelogramos articulados para la conversión de movimiento lineal en circular. 2.2 REDUCTORES. Los reductores tienen como objetivo adaptar par y velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los eslabones del robot. Algunas propiedades importantes son: Bajo peso, tamaño y rozamiento. Capacidad de reducción elevada en un solo paso. Mínimo momento de inercia. Mínima holgura Alta rigidez torsional. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 20

21 A continuación se muestran algunas características de los reductores: Características Relación de reducción Peso y Tamaño Momento de Inercia Velocidad máxima de entrada Par de salida nominal Par de salida máximo Juego angular Rigidez torsional Rendimiento Valores Típicos kg kg m rpm 5700 Nm 7900 Nm Nm/rad 85% 98% Un ejemplo de reductor es el Harmonic Drive Características: El Circular Spline es rígido y esta fijo. El Flexspline es flexible y se une al eje de salida El Wave Generator es eclíptico y se fija al eje de entrada. Los dientes interiores del Circular Spline engranan con los exteriores del Flexspline. La diferencia de dientes es de 1 o 2. La relación de reducción es la relación entre dicha diferencia y los dientes del Flexspline. Otro ejemplo de reductor es el Ciclo: Características: Movimiento cicloidal de un disco de curvas movido por excéntrica. El disco de curvas rueda sobre los rodillos exteriores. Relación de reducción igual a la diferencia entre rodillos exteriores y huecos del disco de curvas. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 21

22 3. ACTUADORES Un actuador corresponde a cualquier mecanismo que permita al efector ejecutar una acción. Ejemplos de actuadores robóticos son motores eléctricos (servomotores, de paso, de corriente continua, etc.), cilindros neumáticos y cilindros hidráulicos. 3.1 MOTORES. Los motores generan el movimiento del robot según las ordenes dadas por la unidad de control. Los tipos de motores son: Neumáticos (cilíndricos y motores) Hidráulicos (cilíndricos y motores) Eléctricos (motores DC, AC, Paso a Paso, ServoMotores) Propiedades importantes que se deben considerar: Potencia. Controlabilidad Peso y volumen. Precisión Velocidad Costo y mantenimiento. 3.2 ACTUADORES NEUMÁTICOS. Los actuadores neumáticos tienen aire comprimido con el cual mueve el actuador. Cilindros: Movimiento lineal de un émbolo debido a diferencia de presión. Simple efecto y doble efecto. Posicionamiento en los extremos y dificultad de posicionamiento continuo. Funcionamiento simple y mantenimiento económico. Repetitivilidad inferior a otros tipos de actuadores. Adecuados para manipulación de piezas pequeñas. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 22

23 Motores Rotativos: Ligeros y compactos Arranque y parada muy rápidas Velocidad y par variables. Control simple. Difícil control de posición. Motores de aletas rotativas: o Simples. o Dispositivos reductores para aumentar el par Motores de pistones: o Menor velocidad que los de aletas. o Bajo nivel de vibración. o Par elevado a bajas velocidades. 3.3 Actuadores Hidráulicos. El actuador utiliza aire comprimido para permitir el movimiento. Funcionamiento similar a los neumáticos Grado compresibilidad del aceite muy inferior al del aire: mayor precisión. Elevadas fuerzas y pares: Cargas de hasta 200Kg. Mantenimiento no muy complejo. Repetitivilidad entre (2.3 y 0.2 mm) No presentan problemas de refrigeración. Cilindros: Iguales a los neumáticos. Motores de aletas rotativas. Elevado par de arranque y rendimiento (90%) Relativamente económicos. Motores de Pistones: Cilindrada variable. Construcción compleja. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 23

24 3.4 ACTUADORES ELÉCTRICOS Los actuadores eléctricos son los mas utilizados en los robots industriales actuales: Fáciles de controlar Sencillos, pero de construcción delicada. Precisos Alta repetitivilidad Más pesados que los neumáticos e hidráulicos a igualdad de potencia. Motores de corriente continua (DC) Controlados por inducido Controlados por excitación. Motores de corriente alterna (AC) Síncronos Asíncronos Motores de corriente continua. Principio de funcionamiento. En una bobina cerrada, por la que circula corriente, sometida a un campo magnético se induce una fuerza que la hace girar. Para mantener la rotación en el mismo sentido es necesario conmutar el sentido de la corriente. El campo magnético se produce en el estator. Las bobinas se encuentran en el rotor. Control por inducido: campo magnético constante y corriente variable. Control por excitación : campo magnético variable y corriente constante. Entrada Tensión; Salida Velocidad. A continuación se presenta un esquema: INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 24

25 Algunas mejoras incorporadas al motor de corriente continua son: Campo de excitación mediante imanes permanentes: evitar fluctuaciones. Bobinado del motor mediante espiras serigrafiadas: disminución de inercia. Eliminación de escobillas (brushless): menor mantenimiento. Servo motor: entrada en tensión; Salida de posición angular. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 25

26 3.4.2 Esquema para controlar los motores de corriente continua. El control se realiza mediante la alimentación del motor, los motores de corriente continua al cambiar la polaridad cambia el sentido de giro. Para poder realizar el cambio de giro se debe implementar un puente H (H bridge ) tal como se muestra a continuación. Vnon Vnon A B C D GND GND De esta forma para controlar el sentido de giro del motor solo hay que cerrar AD, o bien CB, tal como se aprecia mejor abajo. Vnon Vnon A w B C D GND GND Vnon A w B Vnon C D GND GND INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 26

27 Un caso particular es cuando se requiere dejar detenido el motor, para lo cual solo hay que accionar AB, tal como se muestra a continuación. Vnon A W=0 B Vnon C D GND GND Para los motores de corriente continua, si se desea tener un control de la posición es imprescindible hacerse un encoder. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 27

28 3.4.3 Motor de corriente alterna. Característica: Inductor en el rotor: imanes permanentes. Inducido en estator: 3 devanados decalados 120 eléctricos y alimentados con un sistema trifásico de tensores. Control de velocidad mediante variación de la frecuencia de la tensión de inducido convertidor de frecuencia o variador de velocidad. Sensor de potencia continuo que detecta la posición del rotor. No presentan problemas de mantenimiento ni de calentamiento. Mayor potencia, a igual de peso, que los de corriente continua Motor paso a paso. Características. El rotor, con polarización magnética constante, gira para orientar sus polos con el estator. La polaridad del estator es variable, controlada por trenes de pulsos. Por cada pulso, el rotor gira un numero discreto de grados. Aumento de la frecuencia de los pulsos progresivamente. Ligeros y fiables. Potencia y precisión bajas. Giro de pinzas y mesas posicionadoras Esquema para controlar los motores stepper (paso a paso). El motor stepper para controlar el giro hay que enviar un tren de pulsos. Para ejemplificar esta situación se puede observar que para mover el motor a la izquierda se debe enviar el tren ABCD y para mover a la derecha debe enviarse el tren DCBA. GND Vnom A B C D C B A D INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 28

29 3.4.6 Servomotores y su control. Los servomotores son motores asociados a un mecanismo de control realimentado que le permite moverse y detectar su posición angular. La entrada de control al motor indica una posición deseada, y el circuito lógico al interior del motor lo colocará en esta posición. Físicamente los servos tienen un rango restringido de movimientos, el motor gira entre 0 y 180. Para controlar el movimiento se debe alimentar el servo motor con una señal modulada por un ancho de pulso (PWM), el ancho de pulso enviado a la entrada de control indica al motor la posición en la cual se desea colocar. A continuación se muestra un ejemplo donde se desea colocar la posición en [0, 90, 90 ] para lo cual se generan pulsos con distinto ancho ms 2.3ms ms -90 La forma de modificar el servo motor para obtener un giro completo es eliminado el tope en 0 y 180. Es importante destacar que dependiendo del ancho de pulso que se le coloque en la entrada cambia también la velocidad de giro, lo que permite hacer una estimación de la velocidad de giro. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 29

30 Características de actuadores para robots. Neumático Hidráulico Eléctrico Energía Aire a presión Aceite Mineral Corriente eléctrica Opciones Cilindros Motor Paletas Motor de Pistón Cilindros Motor de Paletas Motor de Pistón Corriente Continua Corriente alterna Motor paso a paso Ventajas Desventajas Baratos Rápidos Sencillos Robustos Dificultad de control continuo Accesorios Ruidoso axiales Rápidos Alta relación potencia-peso Alta capacidad de cargo Difícil mantenimiento Accesorios Fugas Caros Precisos Fiables Fácil control Silenciosos. Potencia limitada. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 30

31 4. EFECTORES Tal como se explica en el capitulo uno un efector corresponde a cualquier dispositivo que afecte o modifique al medio ambiente. Ejemplos de efectores robóticos son piernas, ruedas, brazos, dedos y pinzas. Un efector robótico esta siempre bajo el control del robot. Dentro de este contexto los elementos terminales de sujeción tienen la misión de agarrar y sostener los objetos para su transporte. Algunos de los dispositivos de agarre que se encuentran son: Mecánicos. Ventosas. Adhesivos Ganchos. Y dentro de estos se debe tener encuentran especificaciones: Peso, forma y tamaño del objeto Fuerza necesaria. Peso del terminal (afecta a las inercias del robot) Capacidad de control (para diversas posiciones del elemento) Necesidad de sensores (para controlar el estado del objeto) Sistemas de sujeción para los robots. Tipo de Sujeción Accionamiento Utilización Pinza de precisión Desplazamiento angular. Desplazamiento lineal Neumático Eléctrico Pinza de enganche Neumático Eléctrico Transporte y manipulación de piezas sobre los que no importe presionar. Piezas de grandes dimensiones o sobre las que no se pueden ejercer precisión. Ventosa de vacío Neumático Cuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plástico, etc.) Electroimán Eléctrico Piezas ferromagnéticas INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 31

32 Ejemplo de Pinzas paralelas. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 32

33 Ejemplo de Pinzas Angulares. Ejemplo de Pinzas Radiales. Ejemplo de Pinzas de 3 dedos. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 33

34 Ejemplo de Pinzas Especiales. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 34

35 Ventosas Las ventosas tienen la característica que permiten la adhesión en diferentes tipos de superficie. Operaciones con los elementos terminales. Básicamente la operación es realizar modificaciones sobre los objetos, donde las principales aplicaciones son: Pintura: Pistola. Soldadura: al arco, por puntos, por plasma. Corte: Láser, agua a presión, sierra. Mecanizados: perfilar, pulir, eliminar rebabas, atornillar. Algunas características: Herramienta fija: Diseño especifico para la aplicación. Herramienta móvil : Necesidad de cambiadores de herramientas, suelen estar dotados de sensores integrados (posición, fuerza) Herramientas terminales para robots Tipo de herramienta Pinza soldadura por puntos Soplete soldadura al arco Cucharon para colada Atornillador Fresa-lija Pistola de pintura Cañon láser Comentarios Electrodos que se cierran sobre la pieza a soldar. Aporta el flujo de electrodo que se funde. Trabajos de fundición. Suelen incluir alimentación de tornillos. Perfilar, pulir, etc. Pulverización de la pintura. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 35

36 Cañon de agua a presión Corte de materiales, soldadura o inspección. Corte de materiales. Soldadura Pintura INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 36

37 Mecanizado Cambiadores de herramientas. Permiten cambiar rápidamente la herramienta terminal del robot. Constan de un plano principal conectado rígidamente a la muñeca del robot, y de varios platos secundarios que portan distintas herramientas. Existen diversos sistemas de acoplamiento entre los platos. Es necesario transportar diversas señales (eléctricas, neumáticas, hidráulicas) entre los platos. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 37

38 Ejemplo de cambiador de herramientas. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 38

39 Montaje. La misión principal del montaje es la inserción de piezas. Las principales aplicaciones son: Ensamblado, Medición, Verificación. Hay que tener en consideración las siguientes características: Elevada precisión de posicionamiento. Acomodación de la pieza: o Pasiva: Elemento elástico entre la muñeca y el elemento terminal del robot. o Activa: Corrección de la posición del robot. Necesidad de preparación de las piezas a insertar. Necesidad de ayudas sensoriales y mayor inteligencia. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 39

40 5. BIBLIOGRAFÍA. Fred Martin Robotic Explorations Pretince-Hall, Inc Forrest M. Mims III, Getting Stated in Electronics. Forrest M. Mims III Forrest M. Mims III, Engineer s Mini-Notebook Collection, Electronic Formulas, Symbols and Circuits. Forrest M. Mims III Eppinger S., W. Seering (1987). Understanding bandwidth limitations in robot force control. Proc.IEEE Int. Conference on Robotics and Automation, pp Eppinger S., W. Seering (1989). Three dynamic problems in robot force control. Proc. IEEE Int. Conference of Robotics and Automation, pp Ferretti G., G. Magnani, P. Rocco (1997). Towards implementation of hybrid position/force control in industrial robots. IEEE Trans. on Robotics and Automation, Vol.13, No.6, December. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 40

41 6. ANEXO. PUENTE H. INTRODUCCIÓN A LA ROBÓTICA. CAPITULO 2. 41