Estructura mecánica de robots manipuladores: actuadores y componentes

Resumen

El texto describe la estructura mecánica de un robot manipulador, formada por eslabones unidos por articulaciones, y su elemento terminal. Explica el volumen de trabajo, las transmisiones y reductores, así como los tipos de actuadores eléctricos, hidráulicos y neumáticos, con sus ventajas e inconvenientes.

Puntos clave

Un robot manipulador está formado por eslabones unidos mediante articulaciones, y el último elemento es el elemento terminal, como una pinza.
Las articulaciones pueden ser de desplazamiento, de giro o una combinación de ambos.
El volumen de trabajo es el espacio al que puede llegar el extremo del robot y depende del tamaño, forma, tipo de segmentos y limitaciones de movimiento.
Las transmisiones llevan el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones, y los reductores adaptan el par y la velocidad.
Los motores de corriente continua son los más usados por su facilidad de control; su velocidad es proporcional al voltaje y, con una reductora, ganan par.
Los actuadores hidráulicos son útiles para grandes cargas pero son complejos, peligrosos y de difícil mantenimiento; los neumáticos son seguros y robustos, aunque poco exactos.

Ponte a prueba

Estructura Mecánica de un Robot Manipulador

Un robot manipulador está típicamente formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Este movimiento es producido por los actuadores. El último elemento se denomina elemento terminal, como por ejemplo una pinza.

Tipos de Movimiento de las Articulaciones

De desplazamiento
De giro
Combinación de ambos

Elementos Terminales

Son los encargados de interactuar directamente con el entorno del robot.

Volumen de Trabajo

Es el volumen espacial al que puede llegar el extremo del robot. Está determinado por el tamaño, la forma, el tipo de segmentos y las limitaciones de movimiento.

Componentes Clave de un Robot Manipulador

Transmisiones

Elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones.

Reductores o Engranajes

Elementos encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento del robot.

Actuadores

Generan el movimiento de los elementos del robot. La mayoría de los actuadores simples controlan únicamente movimientos básicos (izquierda-derecha, arriba-abajo).

Tipos de Actuadores

Actuadores Eléctricos

La interacción entre dos campos magnéticos provoca el movimiento. Los motores de corriente continua son los más utilizados debido a su facilidad de control, mayor relación potencia/peso, precio, etc. Los hay controlados por inducido o por excitación. Su velocidad de giro es proporcional al voltaje. Son eficientes para girar con poco par y gran velocidad; añadiendo una reductora se consigue más par.

Motores Paso a Paso

Inicialmente tenían pares muy pequeños y pasos grandes entre posiciones consecutivas. Actualmente, ambos aspectos han mejorado.

Ventajas:

Gran capacidad para asegurar un posicionamiento simple y exacto.

Desventajas:

Funcionamiento a bajas velocidades no es suave.
Riesgo de pérdida de alguna posición en bucle abierto.

Actuadores Hidráulicos

Ejercen presión aplicando el principio de la prensa hidráulica de Pascal. Utilizan un fluido que circula por tuberías a presión. Son útiles para levantar grandes cargas. Se controlan por servoválvulas que regulan el flujo que circula. Son motores eléctricos de baja velocidad. El flujo mueve un pistón.

Problemas:

Complejos
Peligrosos
Difícil mantenimiento

Actuadores Neumáticos

Utilizan un fluido compresible, generalmente aire. Suelen mover pistones lineales. Se controlan con válvulas neumáticas.