Robotica

Robot Industrial Por un robot industrial de manipulación se entiende a una máquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materiales, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento. (IFR, ISO/TR 83737, 1988)

Grados de libertad (GDL) Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. (3 GDL - es el mínimo (según definición robot) / 6 GDL - es el máximo (para posicionar y orientar) / 7+ GDL - redundancia

Redundancia Aumentar el nº de GDL para obtener una mayor maniobrabilidad o aumentar el campo de acción.

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 o eléctrica.

Reductores Aumentar el par motor: Tsal = n·Tent·went / wsal. Aumentar la precisión en la medición del giro del eje sin introducir juegos mecánicos

Tipos de Reductores

• Planetarios + : Bajo coste, gran variedad, alto par de transmisión - : Alta inercia, gran peso, grandes juegos

• Cyclo + : Media inercia, pequeño peso, medios juegos - : Coste medio, bajo par de transmisión

• Harmonic Drive (HD) + : Baja inercia, pequeño peso, pequeños juegos - : Alto coste, no excesivamente alto par de transmisión

Reductor Cyclo Se basa en el movimiento cicloidal de un disco de curvas movido por una excéntrica solidaria al árbol de entrada. Por cada revolución de la excéntrica el disco de curvas avanza un saliente rodando sobre los rodillos exteriores. Este avance arrastra a su vez los pernos del árbol de salida. La relación de reducción está determinada por el número de salientes.

Reductor Harmonic Drive Se basa en una corona exterior rígida con dentado interior (circular spline) y un vaso flexible (flexspline) con dentado exterior que engrana en el circular spline. Interior al vaso gira un rodamiento elipsoidal (wave generator) que desforma el vaso, poniendo en contacto la corona exterior con la zona del vaso correspondiente al máximo diámetro de la elipse. Al haber una diferencia de dientes Z=Nc-Nf, tras una vuelta del wave generator, el flexible spline solo avanza Z dientes. Relación Z/Nf.

Sistemas de transmisión Encargados de transferir y canalizar el movimiento de los motores hasta los elementos móviles del robot. Constan de dos partes sistema de reductores y sistema de transmisión. Los reductores disminuyen las altas velocidades de giro de los ejes de los motores aumentando el par. Problema: Transmitir los movimientos desde los accionadores hacia las articulaciones para disminuir las inercias. Objetivo: Reducir los pares estáticos y los momentos de inercia (esp. en el extremo) Método: Trasladar el mayor peso posible cerca de la base del robot. Función adicional: Convertir movimiento circular en lineal o viceversa Características:  Tamaño y peso reducido; Juegos y holguras pequeños; Gran rendimiento; Escaso rozamiento; Mínimo desgaste, “maintenance free”; Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par elevado.

Sensores

- De Presencia: detecta la presencia de un objeto con o sin contacto dentro de un radio de acción determinado. Los detectores inductivos permiten determinar la presencia o contar el número de objetos metálicos sin necesidad de contacto. De manera similar, se utilizan los sensores capacitivos, sin embargo, son de mayor tamaño. Finalmente, los sensores de efecto hall se utilizan para detectar objetos ferromagnéticos, mientras que los ópticos, para la reflexión de un rayo de luz reflejado por algún objeto.

Inductivo, Capacitivo, Efecto Hall, Célula Reed, Óptico, Ultrasonido, Contacto

- De Posición: Para el control de posición angular se emplean encoders y resolvers. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).

Encoders: constan de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre si; de un sistema de iluminación (led emisor) y de un elemento foto-receptor. El eje cuya posición se desea medir va acoplado al disco transparente. Suministran información digital.

 Analógico: Potenciómetro • Resolver • Sincro • Inductosyn • LVDT 

Digital: Encoder absoluto • Encoder incremental • Regla óptica

- De Velocidad: Relaciona la velocidad de giro o translacion a traves de voltaje.

Tacogeneratriz

 Parametros D-H:

• Numerar los eslabones de 0 a N. El eslabón 0 será la base fija del robot.

• Numerar las articulaciones de 1 a N.

• Determinar cuales son los ejes de cada articulación, de giro o traslación.

• De 0 a N-1 situar el eje zi sobre el eje de la articulación i+1.

• Situar el origen del Sistema de la Base S0 en cualquier punto del eje z0. Elegir x0 e y0 con la regla de la mano derecha.

• De 1 a N-1 situar el sistema Si en la intersección de zi con la línea normal común a zi-1 y zi. • Situar xi en la línea normal común a zi-1 y zi.

• Situar yi para completar el sistema dextrógiro con xi y zi.

• Situar el sistema Sn en el extremo del robot, con zn paralelo a zn-1 y xn normal a zn-1 y zn.

• Obtener el giro ?i en torno a zi-1 para que xi-1 y xi queden paralelos

• Obtener el desplazamiento di a lo largo de zi-1 para que xi-1 y xi queden alineados

• Obtener el desplazamiento ai a lo largo de xi para que coincidan los orígenes de Si-1 y Si.

• Obtener el giro ?i en torno a xi para que para que coincidan los sistemas Si-1 y Si.

Configuraciones singulares:

- Definición física: Las configuraciones singulares de un robot son aquellas para las cuales las velocidades del extremo no se pueden realizar por una velocidad finita de las articulaciones, o cuando se pierde algún grado de libertad en el movimiento.

- Definición matemática: El robot esta en una configuración singular cuando el rango de la matriz jacobiana[mxn] sea menor m. En el caso de que n=m: existirá singularidad cuando el determinante de la matriz jacobiana es nulo {det J(q)=0}

- De forma práctica: Cuando el robot esta en los límites de su espacio de trabajo porque pierde posibilidades de movimiento o cuando están alineados dos o más ejes de articulaciones del mismo tipo (rotación o traslación)

Tipos de Trayectorias

- Punto a punto: No importa el camino del extremo del robot. Solo importa que alcance el punto final indicado 

Tipos: 

Movimiento eje a eje: sólo se mueve un eje cada vez (aumento del tiempo de ciclo) (Sólo en robots muy simples o con unidad de control limitada) 

Movimiento simultáneo de ejes: los ejes comienzan a la vez. Cada uno acaba cuando puede (altos requerimientos inútiles) 

Movimiento coordinado: empiezan y acaban a la vez

- Coordinadas o isocronas: No importa el camino del extremo del robot, pero los ejes se mueven simultáneamente, ralentizando las articulaciones más rápidas, de forma que todos los ejes acaben a la vez. Tiempo total = menor posible. Se evitan exigencias inútiles de velocidad y aceleración.

- Continuas: Se pretende que el extremo del robot describa una trayectoria concreta y conocida. Importa el camino, pues durante el mismo el robot realiza parte de su cometido (soldadura por arco, corte por láser, etc.). Trayectorias típicas: Línea recta, arco de círculo, otras.

Metodos de programacion de robots

• Programacion por guiado: Se lleva al robot por el camino que se desea que repita posteriormente en modo automático.

- Pasivo: El programador aporta la energía para moverlo

Directo: Se mueve directamente el extremo del robot.

Maniquí: En vez del robot real se mueve un maniquí con su misma configuración cinemática pero mucho más ligero y fácil de mover.

- Activo: Se utiliza el propio sistema de accionamiento del robot, controlado desde una botonera o un JoyStick

• Programacion textual: Se basa en la existencia de un lenguaje formal de programación para indicar los comandos al robot. PROGRAMA: secuencia de ordenes primeramente, editadas y escritas por el usuario y posteriormente, ejecutadas por el robot 

- Modos en que se procesa un programa:

• Interpretado: facilita la depuración y puesta a punto

• Compilado: necesario en lenguajes con sintaxis muy compleja, aumenta la velocidad de ejecución

Criterios de implantacion:

 – Lay-out: esquema de implantación de equipos, máquinas y otros elementos de la planta

– Arquitectura de control: tanto hardware como software

– Elección de la maquinaria: en especial el ROBOT

– Seguridad: tratada de forma especial al aparecer maquinas con funcionamiento automático

– Justificación económica de la implantación

Resolución: mínimo incremento que acepta la unidad de control. Limitado por la electrónica de sensores, convertidores, etc.

Precisión: distancia entre el punto programado y el valor medio de los puntos realmente alcanzados. Errores de calibración, deformación, modelado, etc.

Repetibilidad: radio de la esfera que abarca los puntos alcanzados por el robot tras muchos movimientos. Debido al sistema mecánico: rozamientos, histéresis, zonas muertas, etc.