Tema: Morfología de Robots

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1 Fundamentos de Robótica, Guía 3 1 Tema: Morfología de Robots Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Fundamentos de Robótica Contenidos Reconocimiento de las distintas morfologías y elementos de transmisión de movimiento mecánico Objetivos Específicos Identificar las partes constitutivas de un Robot Describir las partes de los elementos de transmisión de movimiento Determinar los grados de libertad que poseen los robots del ICIM Material y Equipo 1. 1 Brazo Robot RV-3SB 2. 1 Brazo Robot RV-2AJ 3. 1 Almacén automatizado. Introduccion Teórica Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y elementos terminales. Estructura mecánica de un robot Mecánicamente, un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitución física de la mayor parte de robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cuerpo, brazo, codo y muñeca. El movimiento de cada articulación puede ser de desplazamiento, de giro, o de una combinación de ambos. De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulaciones que se muestran en la figura 1, aunque, en la práctica, en los robots sólo se emplean la de rotación y la prismática.

2 2 Fundamentos de Robótica, Guía 3 Figura 1. Distintos tipos de articulaciones para robots Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior, se llama grado de libertad (GDL). En la figura 1 se indica el número de GDL de cada tipo de articulación. El número de grados de libertad del robot viene dado por la suma de los grados de libertad de las articulaciones que lo componen. Puesto que, como se ha indicado, las articulaciones empleadas son únicamente las de rotación y prismática con un solo GDL cada una, el número de GDL del robot suele coincidir con el número articulaciones de que se compone. El empleo de diferentes combinaciones de articulaciones, da lugar a diferentes configuraciones, con características a tener en cuenta tanto en el diseño y construcción del robot como en su aplicación. La figura 2 muestra las más comunes. Figura 2. Configuraciones más frecuentes en robots industriales. Transmisiones y Reductores Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Se incluirán junto con las transmisiones a los reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los

3 Fundamentos de Robótica, Guía 3 3 valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. Transmisiones: Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general, más pesados, estén lo más cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir el movimiento circular en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario. Tabla 1. Sistemas de transmisión para robots Entrada- Salida Denominación Ventajas Inconvenientes Circular-Circular Engranaje Pares altos Holguras Correa dentada Distancia grande - Cadena Distancia grande Ruido Paralelogramo - Giro limitado Cable - Deformabilidad Circular-Lineal Tornillo sin fin Poca holgura Rozamiento Cremallera Holgura media Rozamiento Linear-Circular Paral. Articulado - Control difícil Cremallera Holgura media Rozamiento Reductores: En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, sí que existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robótica se les exige unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas características viene motivada por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisión y velocidad de posicionamiento.

4 4 Fundamentos de Robótica, Guía 3 Actuadores Los actuadores tienen por misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica y eléctrica. Tabla 2. Características de distintos tipos de actuadores para robots Neumático Hidráulico Eléctrico Energía Aire a presión Aceite mineral Corriente eléctrica (5 a 10 bar) (50 a 100 bar) Opciones -Cilindros Cilindros Corriente continua -Motor de paletas Motor de paletas Corriente alterna -Motor de pistón Motor de pistones axiales Motor paso a paso Ventajas -Baratos Rápidos Precisos -Rápidos Alta relación potencia-peso Fiables -Sencillos Autolubricantes Fácil control -Robustos Alta capacidad de carga Sencilla instalación Estabilidad frente a cargas Silenciosos estáticas Desventajas - Dificultad de - Difícil mantenimiento Potencia limitada Control continuo - Instalación especial - Instalación especial (filtros, eliminación aire) (compresor, filtros) - Frecuentes fugas - Ruidoso - Caros Sensores internos Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado

5 Fundamentos de Robótica, Guía 3 5 de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamenta lmente la posición de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos Tabla3. Tipos de sensores internos de robots - Inductivo - Capacitivo - Efecto hall Presencia - Célula Reed - Óptico - Ultrasónico - Contacto - Potenciómetros - Resolver Analógicos - Sincro - Inductosyn - LVDT Posición - Encoders absolutos Digitales - Encoders incrementales - Regla óptica Velocidad - Tacogenerador

6 6 Fundamentos de Robótica, Guía 3 Elementos terminales Los elementos terminales, también llamados efectores finales (end effector) son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas. Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Se distingue entre las que utilizan elementos de agarre mecánico y las que utilizan algún otro tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnéticas, adhesivas, ganchos, etc.). Tabla 4. Sistemas de sujeción para robots Tipos de sujeción Accionamiento Uso Pinza de presión Neumático o eléctrico Transporte y manipulación de piezas sobre - desp. Angular las que no importe presionar - desp. lineal Pinza de enganche Neumático o eléctrico Piezas de grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presión. Ventosas de vacío Neumático Cuerpos de superficie lisa poco porosa (cristal, plástico, etc.). Electroimán Eléctrico Piezas ferromagnéticas Procedimiento Parte 1. Brazo Robot de la estación del CNC, 1. Se le asignara para que pueda realizar la práctica, el control de mando Teach, para que pueda verificar, los diferentes movimientos y ejes que posee, complete las preguntas que se le hacen a continuación, según sean sus observaciones. figura 3. Control de mando Teach.

7 Fundamentos de Robótica, Guía Al observar el Brazo Robot, determine: a) Estructura: Figura 4. Brazo Robot marca RV-2AJ. - Tipo de configuración: - Grados de libertad: - Tipos de Articulaciones: - Número de Eslabones: - Tipo de actuadores:

8 8 Fundamentos de Robótica, Guía 3 b) Transmisiones: (Describir los elementos de transmisión, como piñones, cadenas, reductores, poleas, cables), haga esquemas de estos elementos, de ser necesario desarmar una parte del brazo, hágalo con cuidado de volverlo a armar correctamente. c) Actuadores: d) Sensores: e) Elemento terminal: Parte 2. Brazo Robot RV-3SB Figura 5. Vista lateral de brazo robot RV-3SB. 1. Al observar el Brazo Robot, y con la ayuda del control de mando Teach determine:

9 Fundamentos de Robótica, Guía 3 9 a) Estructura: - Tipo de configuración: - Grados de libertad: - Tipos de Articulaciones: - Número de Eslabones: - Tipo de actuadores: b) Transmisiones: (Describir los elementos de transmisión, como piñones, cadenas, reductores, poleas, cables) haga esquemas de estos elementos, de ser necesario desarmar una parte del brazo, hágalo con cuidado de volverlo a armar correctamente. c) Actuadores: d) Sensores: e) Elemento terminal: Parte 3 almacén automatizado. Auxilice del control de entrenamiento Teach para verificar los movimeintos y las articulaciones que posee el robot de servicio del almacén automatizado, verifique y complete las siguientes preguntas relacionadas con esta parte.

10 10 Fundamentos de Robótica, Guía 3 Fig. 6 almacén automatizado. 1.Al observar el Almacen, y con la ayuda del control de mando Teach determine: a) Estructura: - Tipo de configuración: - Grados de libertad: - Tipos de Articulaciones: - Número de Eslabones: - Tipo de actuadores: b) Transmisiones: (Describir los elementos de transmisión, como piñones, cadenas, reductores, poleas, cables) haga esquemas de estos elementos, de ser necesario desarmar una parte del brazo, hágalo con cuidado de volverlo a armar correctamente.

11 Fundamentos de Robótica, Guía 3 11 c) Actuadores: d) Sensores: e) Elemento terminal: Análisis de Resultados Presente la guía con todas las respuestas a las preguntas que se formulan. Presente el diseño del sistema de control del robot LabVolt considerando el tipo de actuadores que posee. Investigación Complementaria Investigue acerca de los controladores de robots industriales, qué tipo de energía utilizan sus actuadores y qué tipo de configuraciones presentan Bibliografía Barrientos, Antonio; Peñín, Luis Felipe; Balaguer, Carlos; Aracil, Rafael Fundamentos de Robótica Edit. McGraw-Hill/Interamericana de España S.A.U. 1997

12 12 Fundamentos de Robótica, Guía 3 Hoja de cotejo: 3 Guía 3: Morfología de Robots Alumno: Maquina No: Docente: GL: Fecha: EVALUACION % Nota CONOCIMIEN TO 25% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos APLICACIÓN DEL CONOCIMIEN TO 70% No realizó el análisis de resultados no tomando nota de los datos obtenidos de los brazos Realizó el análisis de resultados pero dejó partes sin contestar Realizó completamente el análisis de resultados con sus correspondientes dibujos y gráficas ACTITUD 2.5% Es un observador pasivo. Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. TOTAL 100% 2.5% Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.