Tipología de Transmisiones en Robótica

Transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Los reductores se encargan de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. Características necesarias en una transmisión:

• Tamaño y peso reducido.
• Mínimos juegos y holguras.
• Gran rendimiento.
• No debe afectar al movimiento.
• Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par elevado.

VENT Permiten ubicar el elemento actuador en un lugar diferente al de la articulación. Permite reducir la velocidad aumentando el par. Son propensas a las holguras y al desgaste. Requieren mantenimiento. Generan calor, que, en el caso de grandes potencias, puede afectar de forma considerable al rendimiento del sistema. Los Sistemas de acoplamiento directo eje del motor unido a la articulación del robot sin utilizar ningún sistema de transmisión mecánica.

VENT Reducido espacio de acoplamiento. Mayor velocidad. Mayor precisión y fiabilidad. Menor mantenimiento. INC Para un mismo fin, los motores deben ser de mayor potencia. Los motores deben proporcionar mayor par para trabajar a pocas revoluciones. El sistema de control electrónico es más caro.

Circular-Circular → engranaje (Pares altos - holguras) → correa dentada (distancia alta -) → cadena (- ruido) → paralelogramo (distancia alta - giro limitado) → cable (- deformable)Circular-lineal → tornillo sin fin (poca holgura - rozamiento) → cremallera (holgura media - rozamiento)Lineal-circular → paralelo. Articulado (- control difícil) → cremallera (holgura media - rozamiento). Reductores armonic drives - sistema de engranajes concéntricos inventado y patentado en 1957 por Walton Musser. Sistema que mejora sistemas tradicionales de engranajes planetarios y helicoidales. Formado por: Wave generator, Flexspline, Circular Spline. Cuando se insertan en el FlexSpline y el Wave Generator en el Circular Spline, los dientes externos del FlexSpline engranan con los dientes internos del Circular Spline a lo largo del eje mayor de la elipse del Wave Generator. Los componentes pueden rotar a velocidades diferentes aun estando en el mismo eje de rotación. El mecanismo comienza cuando el Wave Generator tiene la zona de engrane en su eje mayor y cuando esta zona se desplaza 180º alrededor del Circular Spline, entonces FlexSpline tendrá un retraso de un diente porque posee 2 dientes. Alto precio (muy usado en robótica).

Actuadores eléctricos - Mayormente utilizado en robótica (robots y control de movimiento). Son rápidos, precisos, fáciles de conectar y limpios. Pueden ser giratorios (motores) que producen movimiento de giro cuando se les aplica fuente de energía o lineales que producen desplazamiento lineal de forma similar a los cilindros neumáticos e hidráulicos. Pueden ser según la corriente aplicada: CC o CA. La regulación de velocidad requiere accionamientos electrónicos complejos.

Motores de Corriente continua - Formados por 2 devanados: el inductor y el inducido. El inductor (devanado de excitación) alojado en el estator y genera un campo magnético cuando tiene corriente eléctrica. El inducido, alojado en el rotor y se alimenta por un sistema de conmutación (colector y escobillas). Cuando por el devanado inducido, que se encuentra en el centro del campo magnético generado por el inductor, pasa una corriente eléctrica, se produce una fuerza perpendicular al campo, causando un desplazamiento del conductor. Como los conductores del devanado inducido se encuentran ubicados en el rotor, este girará debido a dicha fuerza de desplazamiento. Según estén conectados el devanado inducido al inductor pueden ser serie, shunt, compound o independiente (los más utilizados). Máquinas de baja potencia = no hay devanado inductor sino imanes de tipo permanentes.

Motores de corriente alternaMotores síncronos - Inducido situado en el estator. Inductor o excitación en el rotor. El inducido se alimenta en trifásico (CA) origina un campo magnético de tipo giratorio que se mueve a la velocidad del sincronismo relacionado con la frecuencia (z) de la red de alimentación y con la velocidad a la que gira el rotor.Motores asíncronos - Utilizados en aplicaciones industriales. El rotor gira a una velocidad ligeramente inferior a la del campo magnético del estator (la diferencia se llama deslizamiento). Permite conectar el motor de arranque a través de sus devanados a la red. Puede estar bobinado o no, si lo está el rotor está ranurado como el estator y tiene 3 devanados unidos entre sí en conexión estrella, si no, un circuito formado por sistema de barras de cobre o aluminio en cortocircuito sobre el que se induce el campo magnético desde el estator.

Motores paso a paso - Para aplicaciones de gran exactitud y muy buena regulación de velocidad. Se mueven un paso o porciones de paso. Pueden quedar enclavados en una posición fija o quedar libres. Tipos de motores:

• Motores unipolares: toma de conexión intermedia que se conecta a +VCC o masa, activando los extremos de la bobina conseguimos crear polo norte o sur dependiendo (pueden estar con 5 o 6 cables).
• Motores Bipolares: las bobinas no tienen conexión intermedia para crear CM opuestos deben polarizar las tensiones inversas con un puente en H de transistores.

Funcionamiento- Rotor con imanes permanentes con n de pares de polos en el rotor y con 2 n de pares de polos en el estator y dependiendo como se alimentan las bobinas de este el rotor se irá acoplando con el CM que se genere en el estator de forma síncrona. Tipos de funcionamiento - Funcionamiento simple: las bobinas se activan una a una por separado (menos consumo pero más par). Funcionamiento doble: cada vez se activan 2 bobinas (motor cada vez más fuerza). Funcionamiento medio paso: primero activa una y después 2. VENT: puede ser controlado en bucle abierto, precisión +- de 1 paso, gran par a pequeñas velocidades angulares, excelente precisión en posicionamiento, errores no son acumulables, es simple y robusto, puede quedar atascado sin dañarse ni calentarse. INC: limitación control de par, movimiento no suave en bajas revoluciones, no tienen codificador óptico o sistemas de realimentación para indicar el error de la posición.

Servomotores - Principales componentes (rotor y estator). Tiene un detector de rotación (codificador) para detectar posición y velocidad del rotor en el eje posterior del motor. Los de estructura compacta tienen un encoder absoluto. Los que trabajan en vertical tienen freno mecánico (compuesto por motor codificador y excitador). VENT: excelente control de posición y velocidad y flexibilidad para ser programados. INC: coste alto, tamaño superior al de un motor DC o paso a paso, cableado y FA especiales.