ELEMENTOS DE CONTROL EN ROBÓTICA

Transcripción

1 ELEMENTOS DE CONTROL EN ROBÓTICA 1. INTRODUCCIÓN. 2. ACTUADORES. a) El motor de corriente continua. b) El motor paso-a-paso. 3. ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA. 4. SENSORES INTERNOS. a) Sensores de posición. b) Sensores de velocidad. 5. SENSORES EXTERNOS.

2 1. INTRODUCCIÓN Esquema general de planificación y control del movimiento: PLANIFICADOR DE TRAYECTORIAS CONTROLADOR MANIPULADOR: -Actuadores -Transmision de Energia -Caracteristicas Dinamicas VARIABLES: -Posicion -Velocidad -Aceleracio COMPUTADOR SENSORES INTERNOS ROBOT INTERFAZ 1. Actuadores: proporcionan la energía necesaria para producir el movimiento. 2. Elementos de Transmisión de Energía: transmiten el movimiento desde el actuador hasta el elemento que se quiere mover. 3. Sensores Internos: proporcionan los valores reales de las variables a controlar. Sensores externos: su objetivo es dotar al sistema robótico de cierta capacidad sensorial. 2. ACTUADORES Función: convierten la señal eléctrica procedente del controlador (salida de un conversor A/D) en movimiento. Suele incluir amplificación de potencia de la señal de control. Tipos: 1. Potencias alta: motores hidráulicos y neumáticos. 2. Potencias medias y bajas: motores eléctricos.

3 Evaluación de los distintos tipos de actuadores: Los actuadores neumáticos son baratos, pero de precisión limitada y baja velocidad de respuesta. Los actuadores hidráulicos son más precisos. Apropiados para entornos peligrosos en los que se necesita precisión. Requieren mantenimiento. El motor cc es limpio y preciso. Menos potencia (mejorable con motores especiales o engranajes). El motor paso-a-paso tiene la ventaja de poder realizar un control en bucle abierto. Poco precisos El motor de corriente continua Fundamento: toda carga eléctrica inmersa en un campo magnético B está sometida a una fuerza F = qv B. I F B τ(t) = i(t) N S Cte. del motor F I B B Fuerza contraelectromotriz: todo espira (o bobina) en movimiento dentro de un campo magnético genera un tensión e b entre sus extremos, que es proporcional a la velocidad angular de la espira y opuesta a la tensión externa aplicada. e b (t) = K b ω(t) i(t) = v in(t) e b (t) R a K b Cte. del generador R a Resistencia del bobinado

4 Función de transferencia del motor: τ(t) = J θ(t) τ(t) = i(t) = R a [v in (t) e b (t)] R a [V in (s) k b sθ(s)] = Js 2 Θ(s) k [ ] a V in (s) k b Θ(s) = J R Θ(s) a Θ(s) V in (s) = Modelo detallado: incluye autoinducción y disipaciones por rozamiento. s [R a Js K b ] v (t) in - 1 L a s Ra i(t) τ(t) 1 Jsf. θ (t) 1 θ (t) s e (t) b K b Θ(s) V in (s) = s [ ] L a Js 2 (R a J L a f)s ( K b R a f) L a : autoinducción del bobinado. f : coeficiente de rozamiento viscoso Motor paso-a-paso Fundamento: reciben una secuencia de pulsos eléctricos, de forma que por cada pulso recibido giran un ángulo incremental fijo. Esquema del motor: Polo 1 Polo 4 N Polo 2 Resolución: Angulo de paso n = S Polo 3

5 3. ELEMENTOS DE TRANSMISIÓN DE ENERGÍA Funciones: 1. Transportar movimiento. 2. Transformar el tipo de movimiento. 3. Conversión de potencia: aumentar la potencia a costa de disminuir la velocidad angular. Engranajes: Rel. de Engranajes: n = N 1 /N 2 ω 2 = nω 1 τ 2 = τ 1 /n Tornillos de Potencia: convierten un movimiento rotacional en lineal. v(t) = pω(t) F = 2πτE p (E 90 %)

6 4. SENSORES INTERNOS 4.1. Sensores de posición Sensores potenciométricos: - θ V cc V cc V out - - V out V cc V out = k p θ = θ θ tot Codificadores Ópticos: 1. Codificadores incrementales: Diodo LED FOTOTRANSISTOR Luz Pulsos θ 2. Codificadores absolutos: 4.2. Sensores de velocidad

7 5. SENSORES EXTERNOS Utilidad: dotan al sistema robótico de capacidad sensorial. Hacen posible que el sistema tome sobre la marcha sus propias decisiones. Sensores más usados: 1. Sensores de visión (cámaras): sirven para identificar el tipo de objeto y su posición. En el caso más simple sólo detectan la presencia o ausencia de objetos. 2. Sensores de Fuerza: útiles en aplicaciones en las que hay contacto entre objetos.