introduccion roboticax
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FUNDAMENTOS DE FUNDAMENTOS DE
ROBOTICAROBOTICAMiguel Angel Chávez
Certified LabVIEW Developer National Instruments AUSTIN TEXAS USA
Industrial Automation
Data Acquisition
Machine Vision
Ingeniería Mecatrónica MEXICO JICA CNAD DEGETI MEXICO D.F.
2000
Especialización Automatización y Mecatrónica (2005). BRASIL
Electrónica de Sistemas Computarizados TECSUP
Definición de RobóticaDefinición de Robótica
Robot Institute of America
Un manipulador multifuncional reprogramadle
diseñado para mover material, partes o
dispositivos especiales a través del moviendo
programados variables para la ejecución de
una variedad de tareas. (Shiussel)
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Aplicaciones Aplicaciones
• Industriales
• Medicina
• Inteligencia Artificial
• Robots domésticos
• Robots militares
Robots IndustrialesRobots Industriales
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Humanoides
• Evolución de ASIMO
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
� Sistemas Coordenados: Un sistema coordenado
consiste de ejes ortogonales, los cuales intersectan al
llamado origen.
� Los ejes de un espacio cartesiano tridimensional son
llamados X, Y, y Z. Un punto P en el espacio
cartesiano esta definido por las coordenadas [x, y, z].
Las coordenadas x, y, z definen la distancia del punto
P hacia los tres ejes coordenados X, Y, y Z del sistema
coordenado de referencia.
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Sistemas CoordenadosSistemas Coordenados
� Pose: La pose de un cuerpo en un espacio tridimensional está definida
por su posición y su orientación.
� Posición: La posición de un cuerpo está descrita por sus coordenadas [x,
y, z] relativas a un sistema coordenado de referencia (usualmente el
sistema coordenado global). Las coordenadas x, y, z son las tres
distancias a un punto especial P del cuerpo desde los tres ejes X, Y, y Z
del sistema coordenado de la referencia.
� Orientación: La orientación de un cuerpo en el espacio esta descrita por
la pose del sistema coordenado K (cuya base está en el punto P) relativa
al sistema coordenado de referencia.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
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� Grado de Libertad (GDL): El grado de libertad especifica el
número de posibilidades no interdependientes para mover un
robot, relativo a las coordenadas estáticas del sistema.
La pose de un objeto con libertad de movimiento esta definida
por la posición [x, y, z] y la orientación (rotación alrededor de X, Y,
Z). Por lo tanto tiene 6 GDL.
Una juntura es necesaria para cada GDL.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
� TCP: Tool Central Point (Punto Central de la Herramienta), es la
base del sistema de coordenadas del efector.
� Los robots sujetan las piezas de trabajo o herramientas. La tarea
del efector final es recogerlas y sostenerlas. El TCP esta
normalmente en el medio de los dedos de las tenazas. Se debe
tener en cuenta para un ajuste fino, que el programa del robot
permita la especificación del TCP.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
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� Junturas: o articulaciones, permiten al robot moverse a lo
largo de una trayectoria. Las junturas conectan los enlaces
simples. Los robots típicos tienen de 4 a 6 junturas.
� Junturas principales: son las tres junturas próximas a la base
del robot. Las junturas principales determinan el espacio de
trabajo del actuador final.
� Junturas de la mano: Las junturas restantes son llamadas
junturas de la mano. Estas determinan la muñeca del brazo
robot, además de habilitar la posición y orientación del
actuador final. Solo las junturas rotacionales sirven como
junturas de la mano.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
� Exactitud:
Es el grado en el que la actual posición del manipulador del
robot corresponde a la posición deseada. Es su capacidad de
alcanzar el punto deseado en el espacio.
Elementos que afectan la exactitud:
• La resolución del sistema de control.
• Imprecisiones producidas por las junturas y engranajes,
diferentes cargas y deflecciones de los eslabones.
• Velocidad a la cual actua el brazo robot.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
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� Repetibilidad:
Es la habilidad del robot para reposicionarse en el punto al cual fue
programado para detenerse. Describe el error posicional del actuador
final cuando automaticamente retorna al punto designado
anteriormente. Es entonces una medida mas fina de la performance del
robot. Por ejemplo un manipulador con repetibilidad de +-0.3mm
significa que el robot no va a detenerse en el mismo punto cada vez que
el experimento se repita.
Elementos que afectan la repetibilidad:
• La resolución del sistema de control.
• Imprecisiones producidas por las junturas y engranajes, diferentes
cargas y deflecciones de los eslabones.
• Velocidad a la cual actua el brazo robot.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
Exactitud y RepetibilidadExactitud y Repetibilidad
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� Precisión en la Repetibilidad:
Establece le grado de exactitud en la repetición de los
movimientos de un manipulador al realizar la tarea
programada. Por ejemplo en ensamblado de piezas debe ser
menor a +-0.1mm. En soldadura y pintura entre 1mm y
3mm.
� Resolución del Mando:
Es el incremento mas pequeño de movimiento en que el
robot puede dividir su volumen de trabajo. Se debe a dos
factores, los sistemas que controlan la resolución y las
inexactitudes mecánicas.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
� Velocidad:
La velocidad de un robot se refiere a la de la brida de la herramienta del
robot. Indica la velocidad en la dirección de movimiento de la brida de
la herramienta. Se puede hallar por la combinaciónón de todos los
movimientos de los ejes de los robots. Característica importante para la
selección de un robot.
En tareas de soldadura y manejo de piezas es aconsejable alta
velocidad. En pintura y ensamblaje debe ser media o incluso baja.
� Carga Nominal:
Es el peso que puede transportar la garra del manipulador. Puede
oscilar entre 250 y 0.9kg. Es una de las características más importantes
a tomar en cuenta en la selección de un robot.
Definiciones BDefiniciones Báásicassicas
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CaracterCaracteríísticas Morfolsticas Morfolóógicasgicas
1. Estructura Mecánica
2. Transmisiones y reductores
3. Actuadores
4. Sensores
5. Elementos terminales
Estructura de un RobotEstructura de un Robot
Nivel 1
Mechanical Unit
Nivel 2
Servo Driver Unit
Nivel 3
Motion Control Unit
Nivel 4
Operational Control Unit
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• Similitud anatómica con el brazo humano.
• Espacio de Trabajo: es el volumen en el espacio que elefector final de un robot puede alcanzar, tanto enposición como orientación.
• Robot: elementos o eslabones unidos por articulaciones.
• Tipos de movimiento en articulaciones:
• Desplazamiento
• Giro
• Combinación
• Grado de libertad (GDL): cada uno de los movimientosindependientes que puede realizar cada articulación conrespecto a la anterior.
1.1. Estructura MecEstructura Mecáánica de un Robotnica de un Robot
1.1 Junturas Típicas de los Robots
IndustrialesEl movimiento de cada articulación puede ser de
desplazamiento, de giro o una combinación de ambos.
En la práctica los robots emplean las de rotación y
prismática.
Rotacional Prismática
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1.2 Otras Junturas TípicasUniversalPlanar
EsféricaCilíndrica
1.3 Configuraciones de los Robots1.3 Configuraciones de los Robots
Dependiendo de su configuración física se clasifican en:
i. Robots Cartesianos
ii. Robots Polares o Esféricos
iii. Robots Cilindricos
iv. Robots Antropomórficos o Angulares
v. Robots SCARA
vi. Robots Paralelos
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i.i. Robots CartesianosRobots Cartesianos
Son los robots que están formados por eslabones conectados entre ellos
por junturas prismáticas o lineales (L). Ejemplo de ello son los robots
Gantry (LLL).
En la figura se puede apreciar el
espacio de trabajo de los robots
cartesianos los ejes de movimiento
coinciden con el sistema de
coordenadas
En este tipo de configuración el
robot es colocado por encima del
área de trabajo.
Propiedades del robot cartesiano:
� Arreglo de junturas: LLL
� Velocidad: Hasta 8 m/s
� Carga: de 10 kg hasta 10 000 kg.
� Repetibilidad: aprox. +/- 0.1 mm
� Peso: Hasta muchas toneladas
Principales usos:
� Inserción de componentes
� Manejo de almacen
� Transporte
� Empaque
i.i. Robots CartesianosRobots Cartesianos
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Ventajas:
� Habilidad para hacer movimientos de inserción en línea recta.
� Gran capacidad de carga y espacio de trabajo.
� Fácil programación y cálculo computacional.
� Posee la estructura mas rígida.
Desventajas:
� Las superficies expuestas de las guias requieren de protección
para ambientes corrosivos o con mucho polvo.
� Requiere grandes volúmenes de operación.
� Las guias son difícilies de sellar.
i.i. Robots CartesianosRobots Cartesianos
ii.ii. Robots PolaresRobots Polares
También se les llama robots de configuración esférica. Poseen un espacio
de trabajo de forma esférica. Esta configuración se caracteriza por dos
junturas de rotación y una prismática (RRL)
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Robots de configuración polar:
� Unimate
� Stanford Manipulator
� Fanuc L-1000
Principales usos:
� Aplicaciones de desplazamiento que no
requieren movimientos complejos.
� Extremadamente adecuado cuando se
tienen que alcanzar posiciones dentro de
túneles horizontales o inclinados.
ii.ii. Robots PolaresRobots Polares
Ventajas:
� Buena exactitud y repetibilidad para largos alcances.
� Puede alcanzar puntos por debajo de la base.
� Gran capacidad de carga y rápida operación.
� Posee una gran espacio de trabajo.
Desventajas:
� Resolución relativamente baja, y varía a lo largo del espacio de
trabajo. Es baja cuando el efector final está alrededor de la base,
cambios pequeños producen grandes movimientos.
� El acceso al volumen total del espacio de trabajo es limitado.
� Requiere de complejos algoritmos de control.
ii.ii. Robots PolaresRobots Polares
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iii.iii. Robots CilRobots Cilííndricosndricos
El robot tiene un movimiento de rotación sobre la base, una juntura
prismática para la altura, y una juntura prismática para el radio (RLL). Este
robot satisface los espacios de trabajo circulares.
En la figura se puede
apreciar el espacio de
trabajo de los robots
cilíndricos
iii.iii. Robots CilRobots Cilííndricosndricos
Robots de configuración cilíndrica:
� Arreglo de junturas: RLL
� Velocidad: Hasta 5 m/s
� Carga: de 2 kg hasta 250 kg.
� Repetibilidad: +/- 0.5 a 0.1 mm
Principales usos:
� Carga y descarga de materiales.
� Operaciones de ensamblaje.
� Soldadura de punto.
S19 from Sands Technology
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iii.iii. Robots CilRobots CilííndricosndricosVentajas:
� El eje radial permite que el robot se retraiga y extienda rápidamente.
� Rápido desplazamiento en dirección vertical.
� Fácil acceso a cavidades y aperturas.
� Fácil de programar.
Desventajas:
� La estructura no es muy rígida, esto influye en la exactitud.
� Las articulaciones prismáticas son difíciles de sellar.
� No puede pasar alrededor de obstáculos.
iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficosrficos
El robot posee tres junturas de rotación (RRR) para posicionar
el robot. El volumen de trabajo es esférico. La mayoría de
estos robots se parecen al brazo humano, con una cintura, el
hombro, el codo y la muñeca.
En la figura se
puede apreciar
el espacio de
trabajo de los
robots
antropomórficos
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Robots antropomórficos con 5 GDL:
� Arreglo de junturas: RRR RR
� Velocidad: Hasta 6 m/s
� Carga: de 1 kg hasta 10 kg.
� Repetibilidad: aprox. +/- 0.04 mm
Principales usos:
� Automatización en laboratorios.
� Carga y descarga de máquinas.
� Operaciones de ensamblaje.
� Educación.
iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficos (5GDL)rficos (5GDL)
Ventajas:
� Las articulaciones rotacionales dan una mayor flexibilidad.
� Todas las articulaciones pueden ser selladas y protegidas
del medio ambiente fácilmente.
� Gran espacio de trabajo.
� Movimientos rápidos.
� Fácil instalación.
Desventajas:
� Restringidas posibilidades de orientación del TCP (Tool
Central Point) debido a la ausencia de 1 GDL.
� Cobertura restringida del espacio de trabajo.
� Difícil de visualizar, controlar y programar.
iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficos (5GDL)rficos (5GDL)
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Robots antropomórficos con 6 GDL:
� Arreglo de junturas: RRR RRR
� Llamado “Robot Universal”
� Velocidad: Hasta 8 m/s
� Carga: de 2 kg hasta 1000 kg.
� Repetibilidad: +/- 0.03 hasta +/- 0.5 mm
Principales usos:
� Soldadura de arco y de punto.
� Operaciones de ensamblaje.
� Carga y descarga máquinas.
� Barnizado.
iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficos (6GDL)rficos (6GDL)
Ventajas:
� Las articulaciones rotacionales dan una mayor flexibilidad.
� Orientación arbitraria de las tenazas o herramientas.
� Gran espacio de trabajo.
� Movimientos rápidos.
� Fácil instalación.
Desventajas:
� Cobertura restringida del espacio de trabajo.
iv.iv. Robots AntropomRobots Antropomóórficos (6GDL)rficos (6GDL)
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v.v. Robots SCARARobots SCARA
Un tipo de robot con un brazo horizontal es llamado SCARA
(Selective Compliance Assembly Robot Arm). El robot
conforma a las de coordenadas cilíndricas, pero el radio y la
rotación se obtienen por eslabones unidos por junturas de
rotación. Tiene por lo menos dos junturas de rotación
paralelas y una lineal (RRL).
En la figura se puede
apreciar el espacio de
trabajo de los robots
SCARA
Robots SCARA:
� Arreglo de junturas: RRL
� Velocidad: Hasta 6 m/s
� Carga: de 1 kg hasta 20 kg.
� Repetibilidad: aprox. +/- 0.01 mm
� Peso: Desde 10 kg hasta aprox. 200 kg
Principales usos:
� Carga y descarga de materiales.
� Operaciones de ensamblaje.
v.v. Robots SCARARobots SCARA
AdeptOne
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Ventajas:
� La configuración permite una rigidez sustancial en la
dirección vertical, y a la vez flexibilidad en el plano
horizontal.
� Moderadamente fácil de programar.
� Produce movimientos rápidos.
Desventajas:
� Brazo altamente complejo difícil de controlar.
� Cobertura restringida del espacio de trabajo.
� Dos vias para alcanzar el mismo punto.
� Aplicaciones limitadas.
v.v. Robots SCARARobots SCARA
vi.vi. Robots ParalelosRobots Paralelos
Son los robots en donde el efector final está unido a la base directamente
por los accionamientos o por barras. Al haber más de una cadena
cinemática cerrada, la cinemática de estos robots es diferente a la de un
robot en serie.
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Propiedades del robot IRB 340 FlexPicker:
� Velocidad: Hasta 10 m/s
� Aceleraciones 100m/s2
� Carga: de 1 kg.
� Repetibilidad: +/- 0.5 mm
Principales usos:
� Industria farmacéutica.
� Industria alimenticia.
� Industria electrónica.
vi.vi. Robots Robots ParalelosParalelos
Ventajas:
� Gran capacidad de aceleración y velocidad de operación.
� La cinemática inversa se resuelve fácilmente.
� Accionamiento directo (sin reductores).
� Elevada rigidez y bajo peso.
Desventajas:
� El espacio de trabajo es reducido, dependiendo del
robot.
� Dificultad en resolver la cinemática directa.
vi.vi. Robots ParalelosRobots Paralelos
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2.2. Transmisiones y ReductoresTransmisiones y Reductores
� Las transmisiones son los elementos encargados de
transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las
articulaciones.
� Se incluyen junto con las transmisiones a los reductores,
encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida
del actuador a los valores adecuados para el movimiento
de los elementos del robot.
2.1 Transmisiones y Reductores2.1 Transmisiones y Reductores
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2.1 Transmisiones2.1 Transmisiones
Justificación:
� Reducción del momento de inercia (acercamiento de los
actuadores a la base).
� Conversión linear – circular y viceversa.
Características necesarias:
� Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par
elevado.
� No debe afectar el movimiento.
� Mínimos juegos u holguras.
� Tamaño y peso reducido.
� Gran rendimiento.
2.1 Transmisiones2.1 Transmisiones
EntradaEntrada--SalidaSalida DenominaciónDenominación VentajasVentajas InconvenientesInconvenientes
CircularCircular--CircularCircular
EngranajeEngranaje Pares altosPares altos HolgurasHolguras
Correa dentadaCorrea dentada Distancia grandeDistancia grande --
CadenaCadena Distancia grandeDistancia grande RuidoRuido
ParalelogramoParalelogramo -- Giro limitadoGiro limitado
CableCable -- DeformabilidadDeformabilidad
CircularCircular--LinealLineal
Tornillo sin finTornillo sin fin Poca holguraPoca holgura RozamientoRozamiento
CremalleraCremallera Holgura mediaHolgura media RozamientoRozamiento
LinealLineal--CircularCircular
Mec. articuladoMec. articulado -- Control difícilControl difícil
CremalleraCremallera Holgura mediaHolgura media RozamientoRozamiento
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2.1 Transmisiones2.1 TransmisionesParalelogramoParalelogramoCremalleraCremallera
MecanismoMecanismo ArticuladoArticulado
2.2 ReductoresMisión:
� Adaptar par y velocidad de salida del actuador a los
valores adecuados para el movimiento de los eslabones
del robot.
� Determinados sistemas son usados preferentemente en
los robots industriales debido a que se requieren altas
prestaciones.
Características necesarias:
� Capacidad de reducción elevada a un solo paso.
� Bajo peso, tamaño y rozamiento.
� Mínimo momento de inercia.
� Mínimo juego o backslash.
� Alta rigidez torsional.
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2.2 Reductores
Características de los reductores para robóticaCaracterísticas Valores típicos
Relación de reducciónRelación de reducción 50 50 –– 300300
Peso y tamañoPeso y tamaño 0.1 0.1 -- 30kg30kg
Momento de inerciaMomento de inercia .0001kg m².0001kg m²
Velocidades de entrada máximaVelocidades de entrada máxima 6000 6000 -- 7000 rpm7000 rpm
Par de salida nominalPar de salida nominal 5700Nm5700Nm
Par de salida máximoPar de salida máximo 7900Nm7900Nm
Juego angularJuego angular 0 0 -- 2"2"
Rigidez torsionalRigidez torsional 100 100 -- 2000 Nm/rad2000 Nm/rad
RendimientoRendimiento 85% 85% -- 98%98%
2.2 Reductores2.2 ReductoresUno de los reductores para robots más usados es de la
empresa Harmonic Drive. Denominados HDUC. Se basa
en una corona exterior rígida con dentado interior
(circular spline), y un vaso flexible (flexspline) con
dentado exterior que engrana al primero. El número de
dientes de ambos difiere en 1 o 2.
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Funcionamiento del HDUC:
� Interiormente el vaso gira un rodamiento elipsoidal (wave
generator) que deforma el vaso poniendo en contacto la
corona exterior con la zona del vaso correspondiente al
máximo diámetro de la elipse.
� Al girar el wave generator (entrada) se obliga a que los
dientes del flexspline engranen uno con uno con los del
circular spline, de modo que al haber una diferencia de
dientes Z=Nc-Nf, tras una vuelta completa del wave
generator, el flexspline solo avanza Z dientes.
� La relación de reducción es de Z/Nf. Se consiguen
reducciones de hasta 320 y capacidad de transmisión de
par de 5720N-m.
2.2 Reductores2.2 Reductores
Su misión es generar los movimientos de los elementos del
robot según las órdenes dadas por la unidad de control.
Pueden ser neumáticos, hidráulicos o eléctricos
Las características a considerar son:
� Controlabilidad.
� Mantenimiento.
� Velocidad.
� Precision.
� Potencia.
� Coste.
� Peso.
3.3. ActuadoresActuadores
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� Fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar.
� Debido a la compresibilidad del aire, los actuadores
neumáticos no consiguen una buena precisión de
posicionamiento.
� Su sencillez y robustez hacen adecuado su uso en
aquellos casos en los que es suficiente un
posicionamiento en dos situaciones diferentes, como
apertura y cierre de pinzas .
� Debe disponer de una instalación de aire comprimido:
compresor, sistema de distribución, filtros, secadores, etc.
3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticos
3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticos
CilindrosCilindros neumáticosneumáticos::
Se consigue el desplazamiento de un émbolo encerrado
en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de
presión a ambos lados de aquel. Normalmente se busca
un posicionamiento en los extremos del dispositivo y no
un posicionamiento continuo. Pueden ser de simple o
doble efecto.
MotoresMotores neumneumááticosticos::
Se consigue la rotación del eje mediante aire a presión. Los
dos tipos más usados son los motores de aletas rotativas y
los motores de pistones axiales.
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3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticosCilindroCilindro neumáticoneumático dede efectoefecto simplesimple::
CilindroCilindro neumáticoneumático dede efectoefecto dobledoble::
3.1 Actuadores 3.1 Actuadores NeumNeumááticosticos
MotorMotor dede PaletasPaletas MotorMotor dede PistonesPistones AxialesAxiales
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� No se diferencian funcionalmente de los neumáticos. En ellos en vez
de aire se utilizan aceites minerales a una presión entre 50 y 100 bar.
� El grado de comprensibilidad de los aceites es inferior al del aire, lo
que permite una mayor precisión y realizar control continuo.
� Las elevadas presiones de trabajo permiten desarrollar elevadas
fuerzas y pares.
� Presenta estabilidad frente a cargas estáticas, como el peso sobre
una superficie.
� Se utilizan en robots que manejan grandes cargas, entre los 70 y 250
kg.
� La instalación es más complicada que la necesaria para los
actuadores neumáticos.
3.2 Actuadores 3.2 Actuadores HidrHidrááulicosulicos
� Las características de control, sencillez y precisión de los
accionamientos eléctricos han hecho que sean los más usados en los
robots industriales actuales.
� Se distinguen tres tipos diferentes:
i. Motores de corriente continua (DC)
Controlados por inducido.
Controlados por excitación.
ii. Motores de corriente alterna (AC)
Síncronos.
Asíncronos
iii. Motores paso a paso
3.3 Actuadores 3.3 Actuadores ElElééctricosctricos
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i.i. MotoresMotores dede corrientecorriente continuacontinua (DC)(DC)
� Son los más usados debido a su fácil control.
� Presenta el inconveniente de obligado mantenimiento de las
escobillas.
� No es posible mantener el par con rotor parado más de unos
segundos, debido a los calentamientos que se producen en el
colector.
� Para evitar este problema se desarrollaron los motores sin escobillas
(brushless).
3.3 Actuadores 3.3 Actuadores ElElééctricosctricos
ii.ii. MotoresMotores dede corrientecorriente alternaalterna (AC)(AC)
� No han tenido aplicación en el campo de la robótica hasta hace unos
años debido a la dificultad de su control.
� Las mejoras introducidas en las maquinas sincronas hacen que se
presenten como un claro competidor de los motores DC. Esto se
debe a tres factores:
i. Uso de convertidores estaticos que permiten variar la frecuencia
(y asi la velocidad de giro) con facilidad y precision.
ii. Construccion de rotores sincronos sin escobillas.
iii. Empleo de microelectronica que permite gran capacidad de
control.
3.3 Actuadores 3.3 Actuadores ElElééctricosctricos
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iii.iii. MotoresMotores pasopaso aa pasopaso
� La señal de control son trenes de pulsos que actuan sobre los
electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulso el rotor del
motor gira un detrminado número discreto de grados.
� Su funcionamiento a bajas velocidades no es suave. Tienden a
sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas.
� Su potencia nominal es baja y su precisión llega típicamente a 1.8°.
� Se emplean para el posicionamiento de ejes que no requieren
grandes potencias (giro de pinza) o para robots educacionales.
3.3 Actuadores El3.3 Actuadores Elééctricosctricos
4.4. SensoresSensores
� Para realizar las tareas con precisión, velocidad e
inteligencia, es preciso el conocimiento del estado del
robot.
� La información relacionada con el estado del robot se
consigue con sensores internos.
� La información respecto al entorno del robot se obtine
con sensores externos.
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4.4. SensoresSensores�� PosiciónPosición::
� Potenciómetros, Resolver, Sincro - Resolver, Inductosyn, LVDT.
� Encoders Absolutos, Incrementales, Regla óptica.
�� PresenciaPresencia::
� Inductivo, Capacitivo, Efecto Hall, Optico, Ultrasonido, Contacto.
�� VelocidadVelocidad::
� Tacogeneratriz..
�� EsfuerzoEsfuerzo::
� Galgas Extensométricas.
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))PotenciPotencióómetrosmetros::
Inconvenientes:
� Desgaste
� Ruido electrico
� Velocidad limitada
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))Resolver/Resolver/SincroSincro--resolverresolver::
� 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.
� Buena robustez mecánica durante el funcionamiento e inmunidad a
contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones.
� Rango dinámico alto (velocidades mayores a 6000 rpm).
� Resolucion teóricamente infinita.
� Bajo momento de inercia.
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))
� Resolver: dos bobinas fijas desfasadas 90°:
V1=Vsen(wt)sen(θ)
V2=Vsen(wt)cos(θ)
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))� Sincro-resolver: tres bobinas fijas desfasadas 120° (estrella):
V13=√3Vcos(wt)sen(θ)
V32=√3Vcos(wt)sen(θ+120°)
V21=√3Vcos(wt)sen(θ+240°)
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))InductosynInductosyn::
� También llamado regla magnética, es un sensor de desplazamiento
lineal. Su funcionamiento es similar al de los resolvers.
� Los devanados secundarios son móviles y el primario es fijo. Al
alimentar el fijo con tensión alterna, en los secundarios se inducen
tensiones proporcinales al desplazamiento del eje.
� Resolución teóricamente infinita.
� Bajo rozamiento.
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))ee11 == Vsin(wt)Vsin(wt)
ee22 == Vsin(wtVsin(wt ++ d)d)
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))LVDTLVDT:: (Transformador(Transformador diferencialdiferencial dede variacivariacióónn lineal)lineal)
� Consiste en un núcleo ferromagnético, unido al eje cuyo
desplazamiento se quiere medir, entre un devanado primario y dos
secundarios.
� Al mover el núcleo, la tensión alterna del primario induce tensiones
diferentes en los secundarios, que son proporcionales al
desplazamiento en el eje.
� Alta linealidad, resolución infinita, bajo rozamiento.
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
((AnalAnalóógicosgicos))
4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióón n
(Digitales)(Digitales)EncoderEncoder IncrementalIncremental::
� Consiste en un disco transparente con una serie de
marcas opacadas o pistas ranuradas, colocadas
radialmente y equidistantes, de un sistema de
iluminacion con su respectivo fotoreceptor.
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
(Digitales)(Digitales)� Convierten el movimiento 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.
� Para detectar el sentido de giro disponer de otra franja de marcas,
desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con
ella se genere este desplazado 90 grados eléctricos con respecto al
generado por la primera.
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
(Digitales)(Digitales)� Su resolución depende directamente del número de
marcas físicas del disco.
� Se requiere de electrónica adicional.
� Hasta 100 000 pulsos por vuelta.
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
(Digitales)(Digitales)EncoderEncoder AbsolutoAbsoluto::
� Similar al encoder incremental, en este caso el disco sedivide en un número determinado de sectores (potenciade 2), codificandose cada uno de ellos según un códigobinario cíclico.
4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
(Digitales)(Digitales)� No es necesario electrónica adicional para saber el sentido de giro
porque cada posición es codificado de forma absoluta.
� La resolución es fija y viene dada por el número de anillos que posee
el disco.
� La resolución va desde 256 a 524266 posiciones distintas.
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4.1 Sensores de 4.1 Sensores de PosiciPosicióón n
(Digitales)(Digitales)� El código Gray es un caso particular del código binario. Garantiza
que cualquier transición varía sólo un bit. Esto evita errores por
falta de alineación de los captadores.
4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióón n
(Digitales)(Digitales)ReglaRegla OpticaOptica::
� Realizan mediciones de desplazamiento lineal. Funcionan como
los encoders absolutos. Estos sensores poseen una resolución de
micrómetros de grado.
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4.1 Sensores de Posici4.1 Sensores de Posicióónn
EncoderEncoder ResolverResolver PotenciPotencióómetrometro
Robustez Robustez MecMecáánicanica
regularregular buenabuena regularregular
Rango Rango DinDináámicomico
mediamedia buenabuena malamala
ResoluciResolucióónn regularregular buenabuena regularregular
Estabilidad Estabilidad TTéérmicarmica
buenabuena buenabuena malamala
MantenimientoMantenimiento buenobueno buenobueno malomalo
4.2 Sensores de Presencia4.2 Sensores de Presencia
�� MecánicosMecánicos::
Para sensar fines de carrera. Problemas
de mantenimiento por desgastes de
contacto.
�� OpticosOpticos::
El emisor y el receptor se pueden
encontrar en un sólo encapsulado o de
manera independiente (barreras
fotoeléctricas).
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4.2 Sensores de Presencia4.2 Sensores de Presencia
�� CapacitivosCapacitivos::
Medida de variación de capacidad. Sirve
para materiales metálicos y no metálicos.
�� InductivosInductivos::
Detección de variación de consumo
debido a corrientes de Focault. Solo sirve
para materiales metálicos.
4.2 Sensores de Presencia4.2 Sensores de Presencia
�� EfectoEfecto HallHall::
Mide la variación del campo
magnético. Sirve sólo para materiales
ferro magnéticos.
�� UltrasonidoUltrasonido::
Detecta incluso materiales
transparentes y líquidos. Pueden
medir distancia.
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4.3 Sensores de Velocidad4.3 Sensores de Velocidad
� Son necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los
actuadores.
� La información de velocidad de movimiento de cada actuador
(que tras al reductor es la de giro de la articulacion) se realimenta
normalmente a un bucle de control analógico implementado en el
propio accionador del elemento motor.
� Se pueden usar sensores de posición para medir velocidad,
teniendo en cuenta el tiempo que se tarda en alcanzar una
determinada posición.
4.3 Sensores de Velocidad4.3 Sensores de Velocidad
TacogeneratrizTacogeneratriz::
� El rotor, 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.
� Pueden ser de corriente continua o alterna.
� Resoluciones de 10mV/RPM.
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4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo
� 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 número de sensores
puntuales.
4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo
GalgasGalgas extensométricasextensométricas::
� Varian su resistencia electrica al deformarse.
� Galgas de hilo: dispuestas en zigzag sobre un soporte elástico.
� Galgas de Semiconductor: pista de semiconductor en núcleo de
silicona.
� En ambos casos al someter a tracción la galga, se estira y
disminuye su sección, con lo que varía su resistencia eléctrica.
� Montaje meticuloso, calibración laboriosa.
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4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de EsfuerzoGalgasGalgas dede hilohilo GalgasGalgas dede semiconductorsemiconductor
4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo
�� MedidaMedida dede fuerzasfuerzas dede traccióntracción yy torsióntorsión..
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4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo
� Células de carga: conjunto integrado de galgas
formando un elemento unitario de medida de fuerzas
o pares.
4.4 Sensores de Esfuerzo4.4 Sensores de Esfuerzo
� Sensores de muñeca: están constituidos
por galgas que miden la desviación de la
estructura mecánica debido a fuerzas
exteriores.
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5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales� También llamados efectores finales. Este término se utiliza para
describir la mano o herramienta que está unida a la muñeca.
� Se dividen en dos categorias: pinzas y herramientas. Las pinzas se
utilizan para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo.
� La herramienta se utiliza en aplicaciones en donde se exija al robot
realizar alguna aplicación en la pieza de trabajo
5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales� Al seleccionar una pinza hay que tener en cuenta su peso (que
afecta a la inercia del robot), el equipo de accionamiento y la
capacidad de control.
� El accionamiento neumático es el más usado por ofrecer mayor
simplicidad, precio y fiabilidad.
� Se suelen colocar sensores para detectar el estado de la pinza
(abierto o cerrado), sensores de visión, detectores de proximidad,
sensores de fuerza, etc.
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5.5. Elementos TerminalesElementos Terminales
Tipos de SujeciTipos de Sujecióónn AccionamientoAccionamiento UsoUso
Pinza de presiPinza de presióónn NeumNeumáático o eltico o elééctricoctrico TransporteTransporte yy manipulacimanipulacióónndede piezaspiezas sobresobre laslas queque nonoimporteimporte presionarpresionar..
Pinza de enganchePinza de enganche NeumNeumáático o eltico o elééctricoctrico PiezasPiezas dede grandesgrandesdimensionesdimensiones sobresobre laslas quequenono sese puedepuede ejercerejercerpresipresióónn..
Ventosas de vacVentosas de vacííoo NeumNeumááticotico Superficies lisas, poco Superficies lisas, poco porosas (cristal, plastico).porosas (cristal, plastico).
ElectroimElectroimáánn ElElééctricoctrico Piezas ferromagnPiezas ferromagnééticas.ticas.
5.5. Elementos TerminalesElementos TerminalesTipo de HerramientaTipo de Herramienta ComentariosComentarios
Pinza de soldadura por puntosPinza de soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran Dos electrodos que se cierran sobre la pieza a soldar.sobre la pieza a soldar.
Soplete de soldadura al arcoSoplete de soldadura al arco Aportan el flujo de electrodo Aportan el flujo de electrodo que se funde.que se funde.
CucharCucharóón para coladan para colada Para trabajos de fundiciPara trabajos de fundicióón.n.
AtornilladorAtornillador Suelen incluir la alimentaciSuelen incluir la alimentacióón n de tornillos.de tornillos.
Fresa Fresa -- LijaLija Para perfilar, eliminar rebabas, Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc.pulir, etc.
Pistola de pinturaPistola de pintura Por pulverizaciPor pulverizacióón de la pintura.n de la pintura.
CaCaññon lon lááserser Para corte de materiales, Para corte de materiales, soldadura o inspeccisoldadura o inspeccióón.n.
CaCaññon de agua a presion de agua a presióónn Para corte de materiales.Para corte de materiales.