Fundamentos de Robótica: Componentes y Funcionamiento

Conceptos Fundamentales de Robótica

Con el avance tecnológico, se ha ganado en precisión y velocidad en diversas tareas. Sin embargo, las máquinas tradicionales a menudo estaban limitadas a la función específica para la que habían sido diseñadas, lo que impulsó el desarrollo de sistemas más versátiles.

Definición de Robot

Un Robot es una máquina capaz de realizar acciones en respuesta a su entorno, pudiendo ser programable o no programable.

Características Esenciales de un Robot

Las principales características que definen a un robot son:

• Detección del entorno: Capacidad de percibir las condiciones cambiantes del entorno mediante el uso de sensores.
• Análisis de datos: Habilidad para procesar la información recopilada.
• Toma de decisiones y actuación: Capacidad para decidir y ejecutar acciones sobre el entorno.
• Programabilidad: Posibilidad de ser configurado para realizar diversas tareas.

Componentes Clave de un Robot

El Sensor

Un sensor es un dispositivo fundamental encargado de recoger información del entorno y enviarla al sistema de control para su procesamiento.

Tipos de Sensores

Los sensores se clasifican principalmente en dos categorías:

1. Sensores Externos: Se utilizan para captar datos del entorno del robot.
   • Ejemplos: Detectores de objetos (finales de carrera, sensores infrarrojos y ultrasonidos), sensores lumínicos (LDR), sensores de temperatura (NTC, PTC), entre otros.
2. Sensores Internos: Su función es controlar el propio funcionamiento interno del robot.
   • Ejemplos: Controladores de la velocidad de los motores (optoacopladores), controladores de la posición de elementos móviles (interruptores magnéticos o interruptores de final de carrera), controladores de la fuerza ejercida (potenciómetros, galgas extensiométricas), etc.

Sistemas de Control

Los sistemas de control son los cerebros del robot. Se encargan de analizar la información recibida de los sensores, tomar decisiones y emitir las órdenes necesarias para que los actuadores las ejecuten.

Clasificación de Actuadores

Los actuadores se clasifican según el tipo de energía que utilizan para generar movimiento:

1. Actuadores Eléctricos

Estos actuadores se emplean comúnmente en robots de tamaño mediano que no requieren la misma velocidad o potencia que los sistemas de impulsión hidráulica.

• Motores Eléctricos de Corriente Continua (CC): Se utilizan para proporcionar movimientos giratorios donde la precisión extrema no es el factor más crítico.
• Motores Paso a Paso: Permiten un control preciso del ángulo de giro del motor, aunque requieren un circuito electrónico de control o un ordenador para su funcionamiento.

2. Actuadores Hidráulicos y Neumáticos

• Impulsión Hidráulica: Se utiliza en robots grandes que necesitan alta velocidad y la capacidad de manejar cargas pesadas.
• Impulsión Neumática: Es común en robots pequeños o como componentes en robots más grandes, especialmente cuando no se requiere soportar grandes cargas.

El Manipulador Robótico

El manipulador es el elemento principal de un robot industrial. Su función es realizar tareas básicas y repetitivas, como mover materiales, montar componentes, soldar, pintar, entre otras.

Partes de un Manipulador

Un manipulador típicamente se compone de las siguientes partes:

• Cuerpo
• Brazo
• Muñeca
• Elemento Final (o efector final)

Grados de Libertad (GDL)

Definición de Grados de Libertad

Los grados de libertad (GDL) se refieren a cada uno de los movimientos independientes que una articulación puede realizar con respecto a la anterior.

• Los brazos robóticos suelen poseer entre 5 y 6 grados de libertad para una mayor versatilidad.
• Con tan solo 3 grados de libertad, es posible posicionar un objeto en cualquier punto del espacio tridimensional.

Grados de Libertad Básicos

Los grados de libertad fundamentales incluyen:

• Rotacional: Movimiento de rotación alrededor de un eje vertical.
• Radial: Movimiento de extensión o retracción desde el centro vertical.
• Vertical: Movimiento de desplazamiento hacia arriba o hacia abajo.