Robótica M.C. Fco. Javier de la Garza S. Cuerpo Académico Sistemas Integrados de Manufactura

Definiciones Volumen de trabajo: Conjunto de puntos que representan la máxima extensión de alcance de la mano o herramienta del robot en todas direcciones. Carga (payload): Capacidad de carga continua y satisfactoria. Peso máximo a una cierta velocidad. Velocidad: Máxima velocidad al que es posible mover la punta del robot expresado en milímetros ó pulgadas por segundo. Ciclo: Tiempo que le toma al robot completar la secuencia de tomar un objeto de un lugar, moverse una cierta distancia, colocar el objeto y regresar al punto original. Exactitud: La capacidad del robot de posicionar su efector final en un punto específico del espacio al recibir un comando partiendo de otra posición. Repetibilidad: Capacidad del robot de regresar de forma consistente a una misma posición. Resolución: El menor cambio en posición que el robot puede efectuar o que su sistema de control puede medir. Tamaño: Las dimensiones físicas del robot que determinan sus capacidades.

Clasificación Los robots se pueden clasificar en tres categorías de acuerdo al tipo de control utilizado: Sin servo.- Sistemas de lazo abierto. Servo.- Sistemas de lazo cerrado. Servo controlados.- Sistemas de control de lazo cerrado con trayectoria controlada.

Generaciones Las cinco generaciones de control de robots: Robots repetidores. Generalmente robots para tomar y colocar con secuencias definidas con topes mecánicos. Controladores alambrados representan a las primeras unidades programables. Los controladores lógicos programables (PLC’s) permiten un control robótico basado en microprocesadores que se puede programar fácilmente. Cuando se requiere un control sofisticado una microcomputadora puede controlar a todo el sistema, incluyendo otros equipos en una celda de manufactura. Controladores de robots con inteligencia artificial, sensores miniatura y capacidad de toma de decisiones. Un robot biológico artificial puede ser la bases para la 6 y subsecuentes generaciones de robots.

Selección El robot debe seleccionarse de acuerdo a las capacidades requeridas por su tarea. Una metodología objetiva para la selección del robot toma en cuenta pocas restricciones en el diseño del sistema para optimizarlo y lograr los objetivos. Criterios para la selección: Técnicos Tipo: Sin servo, servo o controlado por servo. Arquitectura: Rectangular, cilíndrico, esférico, brazo articulado, SCARA, etc. Volúmen de trabajo Capacidad de carga Tiempo de ciclo Repetibilidad Tipo de operación: Eléctrica, neumática, hidráulica o alguna combinación Capacidades especiales No técnicas Costo beneficio Adecuación al equipo existente Entrenamiento y mantenimiento Confiabilidad Servicio Facilidad de uso Seguridad

Tipos de Actuadores El método más popular es el eléctrico El hidráulico se utiliza principalmente en soldadura y actividades submarinas El neumático para sujeción

Motores CD con o sin escobillas CA de Inducción Stepping o de pasos Las escobillas se desgastan y debido a esto se percibe como poco confiables. Las escobillas producen polvo Sin escobillas requieren de elementos adicionales para el control CA de Inducción Stepping o de pasos

Motores de CA Control de velocidad Dirección de giro Control Variando la frecuencia Dirección de giro Requiere de modificaciones internas Control A través de un equipo especial conocido como inversor o drive

Motores de CD Control de velocidad Dirección de giro Control Variando la alimentación de voltaje Dirección de giro Cambiando la polaridad de la alimentación Control A través de un equipo especial conocido como drive

Motores de pasos Control de velocidad Dirección de giro Control Variando la frecuencia de los pulsos Dirección de giro Cambiando la secuencia de encendido de los devanados Control A través de un equipo especial conocido como drive

Motores de Pasos Controlados con mayor exactitud que un motor normal. Permite rotar en fracciones o girar n ocasiones fácilmente Baja velocidad y bajo torque comparado contra un motor similar de CD Usado donde se requiere un posicionamiento preciso

Motores de pasos Tipos Reluctancia variable Imanes permanentes 3 ó 4 bobinas con un retorno común Cuentan con dos bobinas independientes con una derivación central

Reluctancia Variable Motores de pasos de reluctancia variable Figura de un motor de 30 grados por paso

Reluctancia Variable Devanado 1 1 0 0 1 0 0 Devanado 2 0 1 0 0 1 0

Unipolares Motores de pasos unipolares con magnetos permanentes o híbridos Figura de un motor de 30 grados por paso El rotor es un magneto permanente con 6 polos (depende de la resolución angular)

Unipolares Devanado 1a 1 0 0 0 Devanado 1b 0 0 1 0 Devanado 2a 0 1 0 0

Unipolares Devanado 1a 1 1 0 0 1 1 Devanado 1b 0 0 1 1 0 0

Bipolares Los motores de imanes permanentes bipolares son iguales a los unipolares pero sin derivación central El motor es más simple pero el circuito de control es más complejo

Bifilar Se alambra con dos cables en paralelo cada devanado Se utilizan como motores unipolares o bipolares

Sensores de Posición Sensores en articulaciones Sensores en el Motor No hay preocupación por flexiones o esfuerzos Sensores en el Motor Sensores económicos Sensores en el efector final Visión limitada Costo

Sensores de movimiento Encoders Incrementales Absolutos Lineales Rotacionales

Encoder Un sensor, normalmente óptico, detecta el giro de un disco perforado Se genera una señal de salida que puede ser conectada a un contador

Encoder Para detectar la dirección del giro se colocan dos sensores desplazados 90 grados eléctricos Estas dos señales alimentan un contador que puede incrementar o decrementar de acuerdo al sentido de giro Adicionalmente puede tener marcas de indexación como referencia

Encoder Absoluto Código Gray ó código Binario El código Gray cambia solo un bit por transición Al menos un sensor por pista 01 11 00 10 01 11 00

Resolver Utiliza una señal de CA para excitar el devanado del rotor El estator tiene dos devanados colocados a 90 grados entre sí Al girar el rotor el acoplamiento entre los dos devanados cambia Seno Coseno Referencia