Mecatrónica Módulo 10: Robótica

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1 Mecatrónica Módulo 10: Robótica Libro de Texto Ejercicios Solución (Concepto) Petr Blecha Zdeněk Kolíbal Radek Knoflíček Aleš Pochylý Tomáš Kubela Radim Blecha Tomáš Březina Universidad Tecnológica de Brno, República Checa Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr MINOS, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/ MINOS**, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

2 Colaboradores en la elaboración y aprobación del concepto conjunto de eseñanza: Technische Universität Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse, Deutschland Projektleitung Corvinus Universität Budapest, Institut für Informationstechnologien, Ungarn Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Schweden Technische Universität Wroclaw, Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Polen Henschke Consulting Dresden, Deutschland Christian Stöhr Unternehmensberatung, Deutschland Neugebauer und Partner OHG Dresden, Deutschland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Polen Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Ungarn Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Ungarn Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Ungarn IMH, Spanien VUT Brno, Tschechische Republik CICma rgune, Spanien University of Naples, Italien Uni s, Tschechische Republik Blumenbecker, Tschechische Republik Tower Automotive, Italien Bildungs-Werkstatt ggmbh, Deutschland VEMAS, Deutschland Concepto conjunto de enseñanza: Libro de texto, libro de ejercicios y libro de soluciones Módulo 1-8: Fundamentos / Competencia intercultural y administración de proyectos / Técnica de fluidos / Accionamiento y mandos eléctricos / Componentes mecatrónicos / Sistemas y funciones de la mecatrónica / La puesta en marcha, seguridad y teleservicio / Mantenimiento y diagnóstico Módulo 9-12: Prototipado Rápido/ Robótica/ Migración Europea/ Interfaces Todos los módulos están disponibles en los siguientes idiomas: Alemán, Inglés, español, italiano, polaco, checo, húngaro Más Información Dr.-Ing. Andreas Hirsch Technische Universität Chemnitz Reichenhainer Straße 70, Chemnitz, Deutschland Tel: + 49(0) Fax: + 49(0) minos@mb.tu-chemnitz.de Internet: oder

3 Mecatrónica Módulo 10: Robótica Libro de Texto (Concepto) Petr Blecha Zdenêk Kolíbal Radek Knoflícek Ales Pochylý Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universidad Politécnica de Brno, República Checa Proyecto ampliado de transferencia del concepto europeo para la calificación agregada de la Mecatrónica las fuerzas especializadas en la producción industrial globalizada Proyecto EU Nr MINOS, Plazo: 2005 hasta 2007 Proyecto EU Nr. DE/08/LLP-LdV/TOI/ MINOS**, Plazo: 2008 hasta 2010 El presente proyecto ha sido financiado con el apoyo de la Comisión Europea. Esta publicación (comunicación) es responsabilidad exclusiva de su autor. La Comisión no es responsable del uso que pueda hacerse da la información aquí difundida.

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5 CONTENIDO 1 HISTORIA, EL DESARROLLO Y LA DEFINICIÓN DE ROBOTS DE COMPONENTES MECÁNICOS A ROBOTS DEFINICIÓN DE ROBOTS LA ESTRUCTURA DE MANIPULADORES Y ROBOTS INDUSTRIALES (IR&M) ESTRUCTURA cinemática de IR&M Sistema de accionamiento de papelería IR&M Cinemática de pares en la construcción de IR&M Robots industriales con cinemática de serie La problemática de la precisión en el posicionamiento de los tipos de IR&M básicos Robots industriales con cinemática paralela Vehículos guiados automáticamente AGV EJEMPLOS DE LOS REPRESENTANTES IR&M TÍPICOS DE LA CONSTRUCCIÓN PUNTO DE VISTA Tipos básicos de los robots industriales Derivados, robots industriales IR&M tipos de combinaciones de derivados de pares cinemáticas EFECTORES TERMINALES Objeto y división de efectores terminales Producción tecnológica de cabezas Manipulación de las cabezas de salida - Pinzas La producción combinada con cabezas Especiales cabezas de salida Las fuerzas que actúan sobre los objetos se apoderó en el movimiento del robot Automática, efectores terminales de cambio Dispositivos periféricos para IR&M Introducción, clasificación, efectos de uso Clasificación de la EP, según su función Clasificación de la EP de acuerdo a las características de construcción característicos Transportadores Soldadura posicionado res y aparatos Clasificación de la EP en función de su colocación en el lugar de trabajo robotizado LUGARES DE TRABAJO ROBOTIZADO Elementos básicos de un puesto de trabajo robotizado El lugar de trabajo de control Tipos de lugares de trabajo robotizado Soldadura Manipulación Revestimiento, Capa, Baño

6 4.3.4 Tecnología de operaciones ROBOTS INDUSTRIALES PROGRAMACIÓN Introducción En línea de programación Interfaz de usuario - enseñar-colgantes DOF robots industriales Principales tipos de movimiento Propuesta de aproximación Descripción general básica de instrucciones para los robots ABB Descripción general básica de instrucciones para los robots KUKA Estudio de caso: la tarea de paletización Programación fuera de línea EGURIDAD DE LOS LUGARES DE TRABAJO ROBOTIZADO Términos básicos y definiciones Requisitos relativos a la construcción de robots Componentes de la transmisión de energía Corte de energía de suministro o la variación Fuente de alimentación Latente de energía Compatibilidad electromagnética (EMC) Equipamiento eléctrico Elementos de control Las necesidades de piezas relacionadas con la seguridad de los sistemas de control Función de parada de emergencia Parada de seguridad Reducción de la velocidad Modos de operación Control por medio de un colgante-enseñanza La demanda de la cooperación operativa Descripción de las categorías de partes relacionadas con la seguridad de los sistemas de control Categoría B Categoría Categoría Categoría Categoría Seguridad Equipos de protección Dispositivo de parada de emergencia Cortinas de seguridad Examen de seguridad láser Sólidos barreras Sensores de seguridad la puerta Alfombras de seguridad Ejemplo de mantenimiento de un lugar de trabajo robotizado

7 1 HISTORIA, EL DESARROLLO Y LA DEFINICIÓN DE ROBOTS 1.1 DE COMPONENTES MECÁNICOS A ROBOTS La tendencia a adoptar o máquinas humanoides o máquinas semejantes organismos vivos en el servicio del hombre es casi tan antiguo como la cultura humana. La historia de la construcción de figuras en movimiento se remonta al período bizantino antiguo. Tan pronto como la Ilíada de Homero, se menciona que Hefesto, uno de los dioses olímpicos, sirvientas empleadas forjado en oro puro en su casa. En a. C., crearon un modelo Archytus paloma de madera. La paloma se dice que contiene un globo pequeño en sus entrañas. Herón de Alejandría, un mecánico y constructor de famosas figuras movidas por vapor y electricidad inducida por el calor de una serie de sustancias, Fe el mercurio, el constructor de construcciones etapa de automatización, los mecanismos para la apertura de puertas del templo, etc. vapor y aire caliente para la conducción. Como ejemplo sirve el aparato altar muestra en la figura Cuando el fuego se enciende en el altar, el agua en un tazón (A) se calienta, el vapor que se escapa aplica presión sobre la superficie del agua en la parte inferior del altar, diseñado como un depósito. El agua es empujada a través de los tubos (L) en los tazones de fuente, en poder de las manos de las estatuas. Después de que las copas se han llenado, la inclinación de las manos y el agua derramada de los cuencos extingue el fuego en el altar. a b c La figura. 1 1: Ejemplos de autómatas históricos a. Ejemplo de un antiguo altar con figuras de forma automática vertiendo agua sobre el fuego del sacrificio b. Autómata mecánico de Jacquete Droze c. Autómata mecánico de Hosokawa El gran artista y el técnico Leonardo da Vinci ( ) no se quedan cortos en la historia de autómatas. Para dar la bienvenida al rey Ludwig XII. en Milán, construyó un león mecánico, que se acercó al trono del rey y lo saludó por el movimiento de una pata. Las construcciones mecánicas más sobresalientes de los seres humanos artificiales realizadas en el siglo 18 están relacionadas con Biorobótica. Acerca de 1738, el mecánico francés Jacques de Vaucanson construyó un robot prácticamente un robot para trabajar - un flautista capaz de tocar 12 piezas musicales. Se produce el sonido simplemente soplando aire a través de su boca en la abertura principal de la flauta y cambiado los tonos, colocando sus dedos sobre las aberturas de todo el instrumento. 3

8 En 1772, Jacquet Droz construyó un autómata con forma de niño (ver fig. 1-1b), operado por levas y tirada por resortes, que fue capaz de escribir textos extractos utilizando un lápiz real. En 1796 otro autómata conocido, el chico del té de carga (ver fig. 1-1c), fue construido por Hosokawa de Japón. Importantes constructores de las ciencias naturales proporcionan constructores de autómatas con medios más competentes. El conocimiento de lo acústico permitido la construcción de mecanismos que emiten sonidos simples, por ejemplo, instrumentos de música automático y figurillas de habla. En el período posterior a WW1, los robots no se pueden negar de ninguna mejora técnica. Llevaban la forma de armigers, movían sus manos y sus respuestas a preguntas sencillas en voz reproducida de un disco de gramófono. Los robots adquirieron propulsión eléctrica, que podría ser más inteligente que ser operados y manejadas, con levas y resortes. Por ejemplo, el robot Televox, construido por R. RJ 1927 por el británico Wensly fue capaz de coger el auricular del teléfono a silbar y respuesta en una voz humana. El estadounidense Zase Whitman creó un "radiohuman" oculta. Fue destinado a fines militares, a saber, para la destrucción de otras barricadas y la superación de ciertos bloques militares. La palabra "robot" se deriva de la vieja madre eslava "-rob-", que también pueden rastrearse en las palabras checas "robota", que significa duro, el trabajo obligatorio y agotador ", Robit" (para trabajar), sino también en "výroba" (producción, fabricación), "obrábět" (para trabajar, la máquina, la herramienta), etc. El genial escritor checo Karel Čapek usó la palabra para nombrar a los seres creados artificialmente en su 1920 obra "RUR" La sigla "RUR" significa: "Universal Rosum de los robots", traducido libremente como "Universální roboti Rozuma pana" (la palabra "rozum" se entiende como el cerebro o el intelecto en checo). Originalmente, Karel Čapek quería el nombre de su Robots "Trabajos" (obviamente con el objetivo de utilizar la palabra latina "labore", con el tiempo la palabra Inglés "trabajo" duro =, o al menos ocupar plenamente el trabajo) y que era su hermano, el pintor Josef Čapek, quien le aconsejó usar la palabra "robot". Sin embargo, es un hecho que a partir de 1921, cuando fue puesta en escena por primera vez, el juego de Capek "RUR" se convierten rápidamente en popular en todo el mundo y, con ella, la palabra checa "robot". Por ejemplo los niños en Japón se les enseñan acerca del origen checo de la palabra "robot" en las escuelas. Desde entonces ha sido la palabra de uso común para referirse a cualquier dispositivo de automatización o mecanización, desde procesadores de alimentos a los pilotos automáticos. Inevitablemente, se aplicó también a los muchos intentos, se producen repetidamente a lo largo de la historia, en la construcción artificial de "androides" semejante a los seres humanos, principalmente en el principio mecanicista. Cabe señalar que el principio era ajeno a Karel Čapek, el concepto de su "Robots" que se dedicaba exclusivamente a una bioquímica. No obstante, clasificamos los robots en máquinas inanimadas, por tanto, también modulan de acuerdo con el paradigma de lo inanimado "Hrad". En la industria de producción masiva, sin embargo, las máquinas que se emplean para asumir algunas funciones normalmente desempeñadas por el hombre no son generalmente llamados robots, pero autómatas. Esto se debe a los autómatas, en términos de su aspecto, se parecen muy poco al hombre y sus funciones son en su mayoría altamente especializadas (auto-operadores, de una sola función manipuladores). La figura. 1-3 muestra el desarrollo histórico de la producción de máquinas industriales y robots. A pesar de que el desarrollo histórico de las máquinas industriales comenzó mucho antes: a finales de la XV. y XVI. siglo se estima que el período se inicia aquí. El desarrollo real de las máquinas industriales, incluyendo su mejora gradual y la mecanización, así como concepciones ficticia de un ser artificial (Golem) hacia los robots de Čapek la obra "RUR", se puede observar. Estas dos corrientes 4

9 están conectadas a través de la invención de Control Numérico (NC) en el medio del siglo XX y comparten un destino común. Las máquinas de control numérico industrial junto con manipuladores equipados con NC - robots industriales - empezaron a hacer las ideas de producción automática realidad. Fue en 1961 cuando la empresa estadounidense AMF (American Machine y Foundry Corporation) introdujo al mercado un autómata de usos múltiples con el nombre de "Versatran Industrial Robot" (Versatil de transferencia) que funciona como un hombre en una máquina de fabricación, aunque no se parece al hombre, que era un jet-inicio de su desarrollo posterior. La simbiosis de los robots industriales y máquinas de fabricación de Carolina del Norte a comienzos del siglo XX. y XXI. dio lugar a las fábricas totalmente automatizadas, como el que dirige la empresa japonesa FANUC. Otros robots industriales encontraron su lugar en aplicaciones que no sean de fabricación, incluyendo la agricultura. La parte de la figura. 1-2 que se enmarca en rojo representa una selección de los típicos diseños de robots industriales. La de la izquierda es programada por adquisición rápida, es decir, al principio, en el "ENSEÑAR" régimen, está guiada por el programador lo largo de la ruta deseada, que se registra en el sistema de control, y después de la activación de los registrados programa, el robot sigue repitiendo la actividad aprendidas en el "REPEAT" régimen y otra vez. Este robot puede ser utilizado principalmente en la soldadura continua a lo largo de un camino necesario, o para la aplicación de pintura o recubrimiento de protección. El de la derecha está programado implícitamente por medio de una enseñanpendiente, donde el programador guías siempre el robot hasta el punto deseado. Después de haber memorizado, el robot realiza un trabajo individual o entre los puntos en estos puntos de acuerdo a la actividad pre-establecidos. Este robot es muy apropiado, por ejemplo, para la soldadura por puntos a favor de carrocerías de automóviles en las fábricas de automóviles. 5

10 La figura. 1 2: el aprendizaje de un robot industrial La figura. 1 3: Esquema de Desarrollos de máquinas y robots industriales Biorobotic (protético) aplicaciones, operado por los sistemas maestro-esclavo, en última instancia por el nervio EMG (elektromyogrammetric) señales, es desarrollado como una cierta rama de fuera de control NC. Sin embargo, el desarrollo directo de la robótica sigue el camino más fantástico, que es el desarrollo de móviles, a pie y los robots humanoides (Fe HONDA). Estos dispositivos tienen un parecido sorprendente con la fictatious Golem, e incluso la adquisición rápida de los robots industriales, que son guiados por su componente final, y el registro de este movimiento en el sistema de control, nos puede recordar el traer Golem a la vida por medio de una misteriosa "Sem", insertada en la cabeza. 6

11 El pianista del profesor Ichiro Kato de la universidad en Tokio Wased acompañó a la orquesta sinfónica completa en la Exposición Mundial de Osaka. El robot humanoide de Honda, así como otros androides "puede subir por las escaleras, transportar objetos, danza ect., por el que bien su nombre," roboti "en checo. 1.2 DEFINICIÓN DE ROBOTS Las siguientes categorías pueden servir para la comparación general de las propiedades de una máquina con las del hombre en el proceso de producción: - Propiedades físicas -Las posibilidades funcionales - Nivel de inteligencia La conciencia humana constituye la frontera del nivel de inteligencia, necesario y posible para el proceso de producción. En el presente caso, es sobre todo la percepción, la aprehensión y la toma de decisiones, la memoria y la lógica. Las posibilidades funcionales incluyen la adaptabilidad, la universalidad, la movilidad en el espacio, etc. manipulabilidad de las propiedades físicas, potencia, velocidad, la capacidad de trabajo permanente, la estabilidad de las características, durabilidad, fiabilidad y otros pueden no ser identificado. Las tres categorías mencionadas se pueden visualizar por medio de un diagrama de espacio en coordenadas cartesianas x, y, z. [4; p.38] La figura. 1 4: Comparación esquemática del hombre y la máquina en el proceso de producción [NODA; s.xx] La figura. 1-4 presenta una depictacion muy esquemática del hombre en un proceso de producción, que se caracteriza por un alto nivel de inteligencia (necesario para el proceso de producción en cuestión), nivel muy alto de posibilidades funcionales, pero las propiedades físicas son muy bajas. El hombre era consciente de ello desde el comienzo de los tiempos, razón por la cual todas las máquinas anteriores eran prácticamente para ayudar al hombre principalmente para ampliar estas posibilidades físicas. Ellos se visualizan sólo como una dimensión, sobre el eje que representa las posibilidades físicas. La maquinaria para la construcción y máquinas "themalike", controlado y operado directamente por el hombre, por ejemplo, excavadoras, raspadores, o incluso balanceadores, etc. Los teleoperadores representan dos máquinas de dimensiones en el plano dado por los ejes de las posibilidades físicas y las posibilidades ficcionales. Por otro lado, las máquinas de información matemática y themalike (computadoras, sistemas de control) también son de dos dimensiones en el diagrama anterior, pero éstas no 7

12 disponen de movilidad en el plano dado por los ejes de posibilidades físicas y el nivel de intelecto. Sólo la conexión, o más bien la penetración, de los dos tipos de máquinas se ha demostrado anteriormente da lugar a un manipulador industrial - robot, lo que representa una máquina idéntica a la ilustración en tres dimensiones del hombre en el proceso de producción en este régimen. El estudio de la robótica, naturalmente, implica la búsqueda de una definición adecuada de ambos manipuladores y robots ellos mismos. Las definiciones de la noción de "robot" que se encuentra en la literatura mundial están lejos de estar unidos, aunque algunas definiciones deriva del número de grados de libertad de tal dispositivo, tales como: "El robot es un dispositivo con más de tres grados de libertad, los dispositivos con menos grados de libertad de tres se llaman manipuladores ", o" El robot industrial es un dispositivo de manipulación automática de libre configuración en tres ejes de transporte con las manos (pinzas) o instrumentos tecnológicos, para su uso en la industria "da prueba de la falta de comprensión de la filosofía fundamental de los robots. Sin embargo, la última definición mencionada plantea otra cuestión, a saber, si un robot y un robot industrial son dispositivos idénticos. El atributo "industrial" en sí mismo sugiere, lo que significa la última parte de la definición: un robot industrial que es un subconjunto de los robots como tal. Para el concepto general de "robot" es posible adoptar la definición por el Ing.. Ivan M. Havel, CSc. [2], como se cita en [3, p. 20]: "El robot es un sistema automatizado, o controlado por ordenador, sistema integrado, capaz de interacción autónoma, orientado a objetivos con el medio ambiente natural basado en las instrucciones por el hombre. La interacción consiste en la detección y el reconocimiento del medio ambiente y en la manipulación de objetos, o moverse, en el entorno. La definición anterior, sin duda, se puede aplicar a una serie de sistemas robóticos para varios, no sólo industriales, aplicaciones. La naturaleza de un robot industrial "ha sido bien definido por el Prof. Ing.. P. N. Beljanin [1]: "El robot industrial es un funcionamiento de forma autónoma de una máquina - autómata, diseñado para reproducir algunas de las funciones de locomoción e intelectual del hombre al ejecutar las operaciones de fabricación auxiliar y de base sin la asistencia inmediata por el hombre y que está equipado, con este fin, con algunas de las capacidades del hombre ( la audición, vista, tacto, memoria, etc.), capacidad de auto aprendizaje, auto-organizarse y adaptarse, la adaptabilidad es decir, al entorno determinado. El dispositivo que se define de hecho es la sustitución deseada del hombre en el proceso de producción. Ya se trate de un robot industrial o manipulador, debe ser determinado con base en un análisis de su nivel de inteligencia, es decir, su sistema de control. Según el texto que acompaña a la figura. 1-4, no existe un criterio unificado que permita una estricta división de manipuladores y robots industriales. 8

13 2 LA ESTRUCTURA DE MANIPULADORES Y ROBOTS INDUSTRIALES (IR&M) 2.1 ESTRUCTURA cinemática de IR&M Sistema de accionamiento de papelería IR&M Sobre la base de las definiciones antes mencionados son de robots y de una de vista general sobre estos complicados dispositivos puede concluir claramente, que los robots industriales debe ser entendida como un cierto subconjunto de los robots como tal. Estos están representados sobre todo por robots móviles utilizando varios tipos de chasis o del bastidor con ruedas cinturón para viajar, o robots con patas, a veces incluso construidos para parecerse a los animales o androides. Particularmente en los sistemas móviles de robótica, el brazo de manipulación representa un mecanismo que es, desde un punto de vista global, prácticamente un sistema de accionamiento en sí mismo. Puede ser utilizado como un robot industriales fijas y puede estar dotado de un mecanismo de locomoción ya sea simple o compleja. En términos de construcción puede ser el sistema de accionamiento IR&M se divide de la siguiente: - Mecanismo de locomoción - Mecanismo de posicionamiento - Orientación al mecanismo de - Efectores terminales Un punto de referencia "H." está situado entre la colocación y el mecanismo de orientación por concluida la cadena cinemática de base (CB), que consiste en el mecanismo de posicionamiento, a veces también se extiende hacia el mecanismo de locomoción. La cadena cinemática (KC) a continuación, incluye la cadena cinemática de base y el mecanismo de orientación. Un compensador de la posición a veces se instala entre el mecanismo de orientación y el efector final. Una clasificación de las muestras del sistema de accionamiento de un robot equipado con un mecanismo de locomoción lineal se presenta en la figura a. b. La figura. 2 5: Ejemplo de la clasificación del sistema de actuación de un robot industrial fijo. a. Adaptable robots industriales abril-20 VUKOV-PRE SOV (SK) b. Industrial robot Beroe RB-321 (BG) X - mecanismo de locomoción mecanismo de alineación - CBB '(abril-20), czy (Beroe PO-321) Br - punto de referencia 9

14 A0, B0, C0 - mecanismo de orientación (posible con cita previa) Nota: X, Y, Z - traslación a lo largo de x, y, z ejes A, B, C - rotación a lo largo de x, y, z ejes A0, B0, C0 - rotación a lo largo de los ejes del mecanismo de orientación Cinemática de pares en la construcción de IR&M El sistema de accionamiento de los robots industriales y manipuladores (IR&M) está en vigor un mecanismo de movimiento que consiste en una serie de vínculos binarios entre sí por medio de pares cinemáticas (PK). Cada uno de los pares cinemáticas tiene sobre todo un grado de libertad, pares cinemáticas con varios grados de libertad (por ejemplo, un plano o cilíndrica KP) teniendo elementos típicos en la construcción IR&M. Lo mismo se aplica a la combinación de dos pares cinemáticas de rotación en una sola toma conjunta de un par esférico cinemática que se puede encontrar sólo en raras ocasiones lo hace de diseño tales que no sea adecuado para la instalación de motores servo. La construcción IR&M utiliza con mayor frecuencia lineal (de traslación) y revolutas (de rotación) los pares cinemáticas. Como a menudo es necesario (para más fines de este trabajo sólo) para representar las estructuras de cinemática IR&M en varias posiciones, un sistema de símbolos esquemáticos se ha adoptado sobre la base de las características típicas de su diseño. Trasnacional cinemática par (T) Una representación de este par cinemática es relativamente simple que no requiere más que imitar el movimiento lineal a lo largo de dos cuerpos entre sí. Sin embargo, la relatividad del movimiento posible de los dos cuerpos que se mueven debe ser tenido en cuenta: a) un cuerpo corto se está moviendo a lo largo de un carril-guía de largo - el diseño de apoyo (ver fig. 2-6a) b) un cuerpo largo que se desplazan dentro de una guía breve - diseño de diapositiva (ver fig. 2-6b) c) ampliar, o el diseño telescópico (véase Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.c) a ) b ) c ) La figura. 2 6: Esquema de la traslación del PK: a) transporte, b) deslizamiento del calzado, c) que se extiende Sin utilizar ningún símbolo especial, se supone que el elemento móvil en el par cinemática en la figura. 2.2 no se pueden girar al mismo tiempo. Pares cinemáticas de rotación (R) Al representar rotación KP, se debe tener en cuenta sus características específicas, que implican tanto la rotación alrededor de su propio eje o un brazo, con una longitud "r", que 10

15 giran alrededor de un eje excéntrico (articulación) y la dirección de la vista (frontal, plan, o vista lateral) de la rotación conjunta. La figura. 2-7: rotacional pares cinemáticas un ángulo de rotación ilimitada: a), c) - con "r" brazo y b), d) - en torno a su propio eje (r = 0) Cabe señalar que incluso una simple representación esquemática transmite una idea de construcción del movimiento de rotación posible y gracias a su enfoque ya restrinja el movimiento rotatorio o representado da una idea de la posible rotación alrededor del eje sin restricciones. Los ejemplos típicos se muestran en la figura. 2-7 y la figura La figura. 2 8: Las articulaciones (PK rotación con "r" brazo) en la vista frontal y el plano: a) con un ángulo de rotación ilimitada b) con una rotación limitada Robots industriales con cinemática de serie Caden cinemática básica de IR&M - mecanismo de alineación Todas las estructuras básicas comunes cinemática de cadenas cinemáticas (mecanismo de alineación) de robots industrial son estructuras con cinemática de serie. Esto viene dado por el uso del citado pares cinemáticas (traslación o rotación), cada uno teniendo siempre un grado de libertad, que por turnos o giran de forma independiente el uno del otro. El movimiento resultante se arma de un conjunto de movimientos en cada uno de estos pares cinemáticas. Este principio constituye la base de la cinemática de serie no sólo en sistemas robóticos, pero también en máquinas de fabricación, donde un tipo de estructura que ha armado principalmente de traslación de pares cinemáticas, estructura cartesiana es decir, prevalece, mientras que las estructuras variadas que se encuentran el uso en la morfología de los robots industriales. El mecanismo de posicionamiento se utiliza para establecer la posición deseada del punto de referencia B. Por su posición o movimiento a lo largo de una línea (vector) o una curva (círculo) a sólo 1 grado de libertad - que es o de traslación (T) o de rotación (R) - será suficiente, mientras que para la colocación del punto de referencia Br sobre una superficie o en un plano, una cierta combinación de dos pares cinemáticas se requiere. Es sólo después de un par cinemática tercero ha añadido que el punto de referencia en una cadena 11

16 cinemática de base se puede mover en el espacio en función de la combinación general de PK en BKC. En términos de aplicación práctica en los primeros años de la robótica de desarrollo los siguientes cuatro, uno puede llamar a base de combinaciones PK, han sido ampliamente utilizados: 1. Tres de traslación del PK: T T T 2. Uno de rotación y de traslación tres PK: T R T 3. Dos de rotación y de traslación un KP: R R T 4. Árbol de rotación del PK: R R R Por coincidencia, la estructura de estas cuatro combinaciones de base muestra una tendencia a reemplazar gradualmente traslación de rotaciones, con el sobre de trabajo que resulte estar en los cuatro ejemplos anteriores de la siguiente manera: 1. Rectangular (cartesiano) sobre el trabajo 2. Segmento cilíndrico 3. Segmento esférico 4. Torus (combinado, antropomorfas, angulares) Serie de sesiones. La figura. 2-9 ad proporciona una visión general de campo de trabajo determinado por la combinación básica de tres pares cinemáticas. La figura. 2 9: Representación de campo de trabajo de los tipos básicos de los robots industriales: a. Cartesianas (rectangulares) sobre el trabajo (tipo "K") b. Campo de trabajo cilíndrica (TIPO "C") c. Campo de trabajo esférico (TIPO "S") d. Combinados (antropomorfos, toro, angular) sobre el trabajo (TIPO "A ) La utilización más práctica y la supervisión del desarrollo dejo en manifiesto la aparición de robots industriales con estructuras de combinación KP diferentes de los correspondientes al campo de trabajo de base. Un ejemplo de ello es el robot industrial "UM-160, la estructura de la BKP que se puede expresar mediante la combinación TTR de pares cinemáticas, como se ve en la figura. 2-9, de manera similar como en el robot RENAULT - Horizontal Escriba o 5-PROB. Estas estructuras de cinemática de robots industriales se conocen como estructuras derivadas. 12

17 a) b) La figura. 2 10: Metamorfosis de las estructuras de los robots industriales concebidos como combinaciones de TRR a. Diagrama y esquema del robot de la UM-160 industrial (RUS) b. Diagrama y esquema del robot industrial PROB-5 (CZ) donde: X, Z.... que atraviesan a lo largo de los ejes x, z, A, A ', C, C'... rotación alrededor de los ejes x, z y punto de referencia Br... La práctica probó la teoría de juegos para n-grados de libertad el número de posibles combinaciones de pares cinemáticas T y R: m = 2n (2,1) donde n es un número natural. Para un número práctico y común de n grados de libertad = 3 el número de combinaciones posibles de base se extiende al total de m = 23 = 8 grupos como se muestra en la Tabla 2.1: Tabla 2.1: Básico y derivados combinaciones KP Este esquema ya se ciñe a la mencionada estructura de los robots se muestra en la figura (TRR), por lo que es posible hacer referencia a una estructura derivada de la cadena cinemática básica de este robot, en virtud de la conexión de sus pares cinemáticas. En contraste con el ejemplo de la estructura del robot industrial ver figura. 2-10, la estructura de la cadena cinemática de robots de base industrial de la "SCARA" tipo (GEC ROBOTS DEL CUERPO, BOSCH SR-800) no representa la combinación RTT básico, sin embargo, en contra de la combinación de base más amplia empleados en robots industriales de este tipo, la conexión con el campo de trabajo esférico (por ejemplo, Unimate) es evidente, como lo muestra en la figura

18 Fig. 2-1: Metamorfosis de varios tipos de robots industriales en todo momento las diferentes arreglos PK en la combinación TSR a) Diagrama y esquema de la "Unimate" (CBY) robot industrial b) Diagrama y esquema de la "SCARA" (CC'Z) robot industrial Es, sin embargo, imposible de distinguir la estructura básica de la cadena cinemática CC'Z utilizados en el robot industrial mencionado "SCARA" de la estructura del tipo CBY base en la combinación TSR (por ejemplo, Unimate) puramente en virtud del Protocolo de Kioto de Análisis combinaciones, aunque tanto los tipos muestran grandes diferencias. La razón de esto es que, debido a la diferente disposición de los pares cinemáticas, metamorfosis de la esférica a la tipo cilíndrico se llevó a cabo en esta combinación. Las estructuras que se ve en la figura diseñado en la combinación de recursos tradicionales son similares. Se trata de un ejemplo práctico del hecho de que cada uno de los pares cinemáticas empleados en la cadena cinemática básica puede ser orientado en una de las tres direcciones diferentes dada por el sistema de coordinación cartesianas x, y, z, es decir,.: - traslación (T) a lo largo de las coordenadas X, Y, Z, - rotación (R) en torno a las coordenadas A, B, C, Haciendo las combinaciones respectivas, varios nuevos acuerdos se originan, egtx, Ty, Tz (X, Y, Z), frente a Tx, Tz, Ty (X, Z, Y), etc. En teoría, hay w3teor = 165 del Dicho régimen distinto para el número de grados de libertad n = 3, de los cuales w3prakt cca = 13 son prácticamente utilizadas. La combinación y disposición de PK en la cadena cinemática básica (mecanismo de alineación) juega un papel crucial en la evaluación de la morfología de un robot industrial en particular, por tanto sirven como criterios de clasificación para el robot que se clasifican en tipos básicos o derivados (véase el capítulo 2.2 ). Orientación del mecanismo Los diferentes tipos de robots industriales introducido anteriormente han mostrado, entre otros, que el mecanismo de posicionamiento de cualquier tipo de sistema de coordenadas IR&M con tres DOF transmitirá el punto de referencia "B" a la posición deseada en el campo de trabajo. El mecanismo de orientación debe ser entonces utilizado para asegurar la orientación correcta de la presa y manipular objetos. En la práctica, el mecanismo no afecta fundamentalmente a la arquitectura del robot, gracias en buena medida determinada por el mecanismo de alineación. El mecanismo de orientación tiene una función complementaria únicamente garantizar que no sólo la posición correcta del objeto, sino su clara orientación es la que también. Así, en teoría, la estructura de la cadena cinemática de IR&M debe tener (para las combinaciones básicas de PK) de la características que se muestran en la Tabla 2.2: 14

19 Tabla : Uso incorrecto de PK en el mecanismo de orientación Posicionamiento Orientación Evaluación mecanismo mecanismo TTT RRR RTT TRR - NO! RRT TTR - NO! RRR TTT - NO! Aunque, en general, la posición de un cuerpo en el espacio viene dada por seis grados de libertad, de los cuales tres son de traslación y tres son de rotación, es imposible que siempre use esta combinación para los propósitos de manipulación. Si pares cinemáticas trasnacionales están empleados en el mecanismo de alineación, rotación pares deben ser utilizados en el mecanismo de orientación para la orientación general. Si, no obstante, de rotación pares cinemáticas se emplean en el mecanismo de posicionamiento, el mecanismo de orientación, como parte de la cadena cinemática de un robot industrial, también debe contener pares cinemáticas de rotación, lo que permite que el robot de reorientar el objeto en la dirección original una vez el robot se haya convertido. Así, en el cuadro 2.2 sólo la primera, subrayó, la línea es correcta representa una combinación de tres pares de translación cinemática (TTT). La estructura correcta de las cadenas cinemáticas de IR&M deben cumplir con la tabla La negrita de los pares cinemáticos en el mecanismo de posicionamiento frente al mecanismo de orientación es poner de relieve las diferencias en su diseño de construcción, que establece en Thein convirtiendo poco a poco menos robusta. 15

20 Tabla 2.3: El uso correcto de PK en el mecanismo de orientación Posicionamiento mecanismo TTT RTT RRT RRR Orientación mecanismo RR(R) RR(R) RR(R) RR(R) Por lo tanto, se puede concluir que el mecanismo de orientación de IR&M sólo debe ser construido a partir de rotación pares cinemáticas. Las excepciones pueden ser necesarias por una necesidad particular especiales. El mecanismo de orientación de IR&M general puede tener cualquier número de grados de libertad (DOF), que se añade al número de grados de libertad del mecanismo de posicionamiento de lo que se obtiene el número total de grados de libertad de la cadena cinemática de un robot industrial. Sin embargo, usando la tercera rotación, básicamente, sólo gira el objeto manipulado en torno al eje de la cadena cinemática, que suele ser redundante (en particular, en la manipulación de las piezas comunes de rotación). Como resultado, los mecanismos de orientación de los robots industriales suelen contener sólo dos de rotación PK con el fin de anular el giro del mecanismo de alineación y la tercera rotación alrededor del eje del objeto manipulado se descarta. Esto se representa en la Tabla 2.3 del R entre paréntesis. Sin embargo, usando los tres pares cinemáticas de rotación puede ser ventajoso para la orientación de los objetos, por ejemplo, durante el montaje de un alfiler con una lengua o surcos, colocándolo en el agujero en su caso se espera que el objeto girado a ser puesto en la rotación eje del fin par cinemática. En otro lugar para el final cinemática puede estar equipado con un brazo que tiene, por ejemplo, una punta de soldadura en su extremo. Es evidente que la teoría mecanismo de orientación tiene estrecha relación con su aplicación práctica. El análisis anterior ha demostrado que el diseño de un par de rotación cinemática en el mecanismo de orientación pueden (de manera similar como en el mecanismo de alineación) se refieren a cualquiera de rotación alrededor de su propio eje (sin rotación de un brazo adicional) o equipados con un brazo "r" ( v. fig. 2-12). Hereat, es difícil determinar su pertinencia a la x, y o z eje en el mecanismo de orientación, ya que se trata de un acuerdo considerablemente móvil. Designando pares cinemáticas de rotación en el mecanismo de orientación como j 1, j 2, 3 j, etc.... es más apropiado. La figura. 2 12: Realización de un par cinemática en el mecanismo de rotación de IR&M a) con un eje b), c) con un brazo de rotación La figura. 2 13: Dos variantes arreglo básico de tres pares de rotación cinemática en el mecanismo de orientación de IR&M a) los ejes paralelos de la primera y tercera del Protocolo de Kioto en el positrón de base, b) los ejes perpendiculares Recíprocamente de los tres KP 16

21 La figura El arreglo más común en la combinación de dos PK en el mecanismo de orientación de IR&M Las rotaciones, naturalmente, cambia de dirección cuando varios pares cinemáticas se combinan. Una vez más, de manera similar como en el mecanismo de alineación, debemos mantener el control de su arreglo. seguimiento coherente de ejes paralelos no es tan importante como lo es en el mecanismo de posicionamiento, ya que la actividad del mecanismo de orientación en varios puntos de trabajo se presume. En principio, el régimen se muestra en la figura se utilizan en la combinación de dos pares de rotación cinemática en el mecanismo de orientación. En una combinación de tres pares cinemáticas, el número de grados da lugar a otros posibles aumentos de forma similar a como en el mecanismo de posicionamiento, sin embargo, en el uso práctico las dos variantes son las más comúnmente empleadas (ver fig. 2-13). En el ejemplo que se muestra en la figura. 2-13a, el tercero se convierte en PK, cejar en el primer Protocolo de Kioto después de la segunda par cinemática se ha convertido un poco. Los diseños particulares del mecanismo de orientación de IR&M están estrechamente relacionados con sus respectivas soluciones de construcción modular o integrado La problemática de la precisión en el posicionamiento de los tipos de IR&M básicos Las holguras en el mecanismo de locomoción de un par cinemática se pueden dividir en vz autorizaciones y certificaciones básicas ocurre cuando se usan v o. El aclaramiento total del mecanismo de locomoción de la pareja cinemática después de la carrera inicial y un determinado período de trabajo es, entonces: v c = v z + v o = n. v z, donde n.... coeficiente, cuya magnitud es proporcional a la duración del período ha sido utilizado para el par. En un sistema de serie de ordenar los pares cinemáticas de IR&M, cada una de las cuales muestra un error i, el error resultante c viene dada por la suma geométrica de los errores de cada uno de coordenadas ( 1, 2, 3... ). El error total de tres grados de libertad es: c = No puede exceder el valor de inacurracy admisible en la posición (orientación) c < c dov. En el sistema de coordenadas rectangulares (K) se muestra en la Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.a and Fig. 2-2a, hay un error en cada uno de coordenadas: x = 1 = x 2 x 1 ; y = 2 = y 2 y 1 ; z = 3 = z 2 z 1 donde x2, y2, z2 son las coordenadas de la posición deseada y A2 x1, y1, z1 son las coordenadas de la posición real A1 El error total en el sistema (K) es: ck A A x x y y z z (2.2) 17

22 Dado el supuesto simplificador de que los errores en las coordenadas individuales iguales: x = y = z =, el error resultante se puede expresar como: ck = A 1 A 2 = 1,73. La magnitud del error no depende, dada la suposición de que la precisión de la producción - y por la simplificación también el desgaste - se mantiene en el mismo nivel en toda la longitud del elemento de propulsión (p.ej. un perno o una leva), en la distancia de la posición resultante de la salida de la cabeza hasta el punto inicial del sistema de coordenadas. En el sistema cilíndrico (C) se muestra en la Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.b y Fig. 2-2b no son las coordenadas de la posición deseada A 2 ( r + r, z + z, z + z ) y las coordenadas de la posición real A 1 (r, z,z). Dado el supuesto simplificador de que z = 0, z = r, z = 0 el error resultante después de la sustitución en la ecuación (2,2) es: cc cos r r r A A 2 r 2.(2.3) z La magnitud del error cc depende de la distancia r desde la posición resultante de la salida de la cabeza hasta el punto inicial del sistema de coordenadas. A mayor distancia, mayor será el error resultante. En el sistema esférica (S) se muestra en la Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.c and Fig. 2-2c las coordenadas de los puntos A 1 and A 2 se expresan como: A 1 ( r, z, x ), A 2 ( r + r, x + x, z + x ). Dado el supuesto simplificador de que x = 0 a z = 0 and x = x =, el error resultante después de la sustitución en la ecuación (2,2) es: cc r r r sin r A A 2...(2.4) Del mismo modo en el sistema cilíndrico, el error resultante es en este caso depende de la magnitud de la distancia r de la salida de la cabeza hasta el punto inicial del sistema de coordenadas. A mayor distancia, mayor será el error resultante. a. b. c. d. Fig. 2-2 Posicionamiento en el cartesiano (a), cilíndrica (b), esférica (c) y antropomorfas (d) sistema de coordenadas En el antropomorfas (multiangulares) sistema (A) se muestra en la Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.d no son las coordenadas de la posición deseada A 2 ( R 1, x + x, z + z, R 2, + ) y las coordenadas de la posición real A 1 (R 1, x, z, R 2, ), las opiniones rectangulares de los cuales, de acuerdo con Fig.2.10d, se: 1. Para el punto A 1 : x 1 = [ R 1 cos x + R 2 cos ( - + x ) ] cos z y 1 = [ R 1 cos x + R 2 cos ( - + x ) ] cos z z 1 = R 1 cos x + R 2 cos ( - + x ) 18

23 2. Para el punto A 2 : x 2 = cos ( z + z ) R 1 cos ( x + x ) + R 2 cos ( - + x + x + ) y 2 = sin ( z + z ) R 1 cos ( x + x ) + R 2 cos ( - + x + x + ) z 2 = R 1 sin ( x + x ) + R 2 sin ( - + x + x + ) En este caso, el cambio de la posición del punto de referencia B r, encuentra en el extremo del brazo R 2, está influenciada no sólo por el cambio del ángulo z y el ángulo, que contiene los brazos R 2 y R 1, pero también por el cambio del ángulo x, y que, sin cambiar el ángulo. El valor de este ángulo influye en la magnitud de la distancia desde el punto de referencia B r hasta el punto inicial del sistema de coordenadas, el valor absoluto de los cuales también se ve influida por la longitud de los brazos R 1 y R 2. Dado el supuesto simplificador de que z = 0 y x = 0, que comparado con otros casos similares anteriores sólo significa que el sistema de coordenadas se convertirá para permitir la identificación del eje x con el brazo de la rotación de base R (R 1 ) del sistema cinemática de base, y teniendo en cuenta otras hipótesis de simplificación que x = =, R 1 = R 2 = R, y, finalmente, =, lo que significa que el brazo R 2 se coloca en el alargamiento del brazo R 1 en el eje x, que causan la distancia máxima desde el punto de referencia B r hasta el punto inicial del sistema de coordinación, el error total resultante después de la sustitución en la ecuación (2,2) es: ca A A 1 2 R cos cos cos 2 2R 2 después de la corrección: R sin cos cos 2 2 R sin sin 2 2 ca 2 R sin 2 0,5 sin sin 2 0,5 cos cos2 0,5.(2.5) F.e. para R = mm, = 10, = 0,1 mm el resultado después de la sustitución en la ecuación (2,2-2,5) es: ck = 0,2 mm, cc = 2,9 mm, cs = 4,1 mm, ca = 10,5 mm y la comparación de la precisión alcanzable en los sistemas de posicionamiento individual en el más desfavorable de la mayor distancia desde el punto de referencia B r hasta el punto inicial del sistema de coordenadas y partía de la hipótesis de que el sistema en una vinculación sumas abrir la siguiente: ca = 52,5 ck cs = 20,5 ck cc = 14,5 ck El análisis complejo de los cuatro sistemas de posicionamiento demuestra que, dada la exactitud producción misma de los componentes de los pares cinemáticas, el robot industriales que operan sin posicionamiento con retroalimentación al control, compuesto por unidades de ajuste en el sistema TTT, es decir, el posicionamiento en el sistema de coordenadas cartesianas "K", será la más acertada Robots industriales con cinemática paralela Recientemente, las construcciones interesantes encontradas en la aplicación en la construcción de maquinaria de fabricación, es decir, centros de mecanizado, la explotación de una idea original de la fijación de la herramienta de corte a un dispositivo de sujeción (plataforma) suspendió en tres suspensiones de longitud variable y unidos por una articulación que hará posible rotar y cambiar la orientación de la plataforma en relación con el trabajo. Debido a que por lo menos 3 suspensiones son necesarios para definir la posición de la plataforma y utilizando 6 suspensiones demostrado ser un óptimo, la construcción se refiere popularmente como hexápodo. La primera construcción conocida de hexápodo, 19

24 diseñado por V. Gogh, viene de En 1965, D. Stewart describe las propiedades de un hexápodo simple, por lo tanto, la corriente, término común "plataforma de Stewart". A diferencia de las máquinas todavía utiliza la cinemática de serie, es decir, una combinación de movimientos de rotación y de traslación, el movimiento resultante en un hexápodo se da en el funcionamiento simultáneo y el control de la circulación de seis (sin embargo, en general, por lo menos tres) suspensiones de longitud variable, unidos por articulaciones que se mueven a la posición de la plataforma de Stewart en el espacio. Estas son entonces las máquinas con una estructura de cinemática paralela. En el año , varios modelos de estas máquinas fueron construidas, sin embargo, los problemas se produjeron principalmente en el hardware y las áreas de software. Un avance en este campo ha sido realizado por dos fabricantes: Geodesia e INGERSOLL. Aparte de la cinemática totalmente paralelo de máquinas con seis grados de libertad, tales como los hexápodos ha mencionado anteriormente, un centro de mecanizado Dyna-M con una estructura de propulsión híbrido ha sido desarrollado y construido en el marco del proyecto común BMBF DYNAMIL. En la actualidad, estos nuevos principios de la utilización de estructuras paralelas cinemática no podría haber dejado la construcción de robots industriales afectados. El robot industrial TRICEPT HP 1, presentó en la feria EMO-95 internacionales en Milán por COMAU-División de Robótica, Torino, tiene un mecanismo de orientación que consiste en una combinación común de rotación pares cinemáticas. Esta es, sin embargo, montado en una brida, suspendido y se coloca como una plataforma de Stewart por tres puntales de longitud variable controlada suspendido de soportes articulados en forma de horquillas giratorias. La estructura de soporte de HP TRICEPT un robot industrial con una estructura paralela cinemática del mecanismo de posicionamiento consiste en una columna montada firmemente en la placa base. El extremo superior de la columna, que es rectangular en sección transversal, tiene un carácter horizontal en forma de U cruzada de brazos, a la que las secciones de la parte superior de los tres brazos verticales - lineal (de traslación) unidades de maniobra - se unen a través de las articulaciones. El mecanismo de posicionamiento estándar (una secuencia de serie de pares cinemáticas y las unidades de actuación), debe ser sustituido en este robot con un sistema de barras espacial de las unidades de accionamiento lineal, que son, en el extremo inferior, unidos por articulaciones a la plataforma de Stewart. Las articulaciones se encuentran en el archivo adjunto puntos geométricos que corresponden a los vértices de un triángulo equilátero en el centro de la cual el punto de referencia "H." de la cadena cinemática de base se encuentra, que es el punto geométrico para conectar el mecanismo de orientación del robot. El mecanismo de orientación es impulsado por un sistema de engranajes alojados en el tubo vertical situado en el centro del conjunto de las unidades de actuación tres (ver Fig. 2.11b). Aunque, en términos morfológicos, el dispositivo en su conjunto puede ser clasificado como una estructura con cinemática híbrida (véase el esquema que aparece en Fig. 2-3a), es un mecanismo de alineación está diseñado como una estructura puramente cinemática paralela. 20