Actuadores.

Presentación del tema: "Actuadores."— Transcripción de la presentación:

1 Actuadores

2 Grados de libertad Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar. Numero de articulaciones

3 Actuadores Genera movimiento de los elementos del robot
El # actuadores puede ser mayores a los gdl Un brazo humano Colocar un objeto de varias formas El # actuadores puede ser menor a los gdl Movimiento reciprocante Hay movimientos imposibles y maniobras

4 El movimiento se consige ejerciendo fuerzas
Lo que hace el actuador es parte de lo que hace el robot Actuadores vs Efectores Actuadores Hidraulicos, neumaticos, electricos Potencia, velocidad precision controlabilidad

5 Actuadores Neumaticos
Fluido compresible, aire 5-10 bares El flujo mueve pistones en cilindro Valvulas neumaticas Seguros, robustos Poca exactitud en la posicion final Difıciles de controlar: Aire es demasiado compresible Presion del compresor inexacta

6 Actuadores Hidraulicos

7 Actuadores Hidraulicos
Aceite mineral a bares Fuerzas y pares elevados, grandes cargas Control muy preciso, continuo. Estabilidad en estatico. Problemas: fugas, mantenimiento.

8 Actuadores Electricos
Estator (imanes) y rotor. Interaccion entre campo magnetico y electrico provoca movimiento. Velocidad giro proporcional a Velocidad de brazo. Propiedes, a mas corriente mas par. Eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad. Sistemas digitales lo modulan con PWM(Power width Modulator).

9 Actuadores Electricos Servo motores
Capaces de colocarse en una posicion. Motor de DC + engranajes + sensor de posicion + controlador proporcional. Suelen estar limitados a 180 grados. 3 hilos: V, tierra, senal. Se controlan con una serie de pulsos modulados en anchura PCM. Anchura proporcional a posicion.

10 Motor electrico, rotor - estator
Servo Motor

11 Modulacion PWM Pulse With Modulation
Modulacion anchura de pulso. Velocidad proporcional al promedio. Tiempo de ciclo y ancho de pulso.

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13 Actuadores Controlados
Realimentacion Proporciona estabilidad Robustez perturbaciones Senal de error a corregir

14 Actuadores controlados
Control PID Proporcional al error instantaneo, a su Integral, a su Derivada

15 Transmision y Reduccion
No existe sistema de transmision especificamente para robotic. Se utilizan los tipicos Engranajes Para transmitir Movimiento

16 Rueda Dentada Cambio de fuerza Cambio de rotacion

17 Cremallera y Pinones Rack and Pinion
Cambio de rotacion a movimiento lineal

18 Escuadras Cambio de Direccion

19 Otros Sistemas de Transmision
Ciguenales Poleas Levas Manivelas Cadenal Diferencial Etc

20 El Par, Velocidad de Giro y los Engranajes
Combinando engranajes se modifican el par del motor y su velocidad Relación: #dientes1/#dientes2 w = d1/d2w1 T2 = d2/d1 T1 Lo que se gana en fuerza se pierde en velocidad

21 El Par y Reducciones El motor de radio R y par T genera una fuerza F = T/R perpendicular a su circunferencia Los motores suelen dar altas velocidades y bajo par. Los dientes estan bien disenados para evitar perdidas. Para aplicar una reduccion 3 : 1 se conecta el motor a un engranajede 8 dientes uno de 24. Se reduce la velocidad por 3 y se aumenta la fuerza tres veces. Se pueden formar cadenas. 2 cadenas 3 : 1 consiguen una reduccion 9 : 1

22 Locomocion Diferentes actuadores:
Piernas: caminar, arrastrarse, trepar, saltar, etc. Ruedas: rodar. Brazos: arrastrarse, trepar. Aletas: nadar. Locomocion con piernas es un problema muy grande para la robotica El robot tiene que ser estable estatica y dinamicamente

23 Locomocion con Patas Equilibrio Estatico
Equilibrio estatico: si se detiene no se cae. El Centro de Gravedad debe caer dentro del poligono de apoyo Al mover una pata el polıgono cambia. Modos de caminar, ej paso alternativo en trıpode (hormigas) Con muchas patas es facil y seguro pero lento e ineficiente

24 Locomocion con Patas Equilibrio Dinamico
Ser estable en movimiento. Robot con una pata: saltan, pero no pueden quedar quietos. Robots bıpedos, cuadrupedos, hexapodos... ¿Cuantas patas estan en el aire durante el movimiento? La estabilidad dinamica requiere mas control, pero permite mayor velocidad

25 Locomocion con Ruedas Mas eficientes que las piernas, y estaticamente estables. Las ruedas pueden ser muy sofisticadas: varios neumaticos, cadenas, con cilindros con otras ruedas, etc. Mecanismo diferencial (tipo tanque). Ruedas directrices (tipo coche).

26 Locomocion con Ruedas

27 Preocupaciones en Locomocion
Ir a un lugar concreto. Planificacion de trayectorias Campo tradicional de la robotica Es compleja: busqueda y evaluacion de todas las posibilidades. La geometrıa del robot y su holonomicidad deben considerarse. Seguir una determinada trayectoria. puede ser imposible para ciertos robots

28 Sistemas de Control

29 Sistema de Control Mision
Recibir ordenes del usuario para llevar a cabo una tarea concreta, ya sea de forma directa o atraves de un programa

30 Sistema de Control, cont
La unidad de control esta basada en uno o mas microprocesadores, unidades de entrada y salidas, puertos en serie, paralelos, procesadores especializados, etc El usuario atraves del programa, ordena al robot realizar una tarea

31 Ordenes Tipicas Puntos de destinos Velocidad de desplazamiento Tiempo Frecuencia

32 Tipos de Controles Control Cinematico Control Dinamico

33 Control Cinematico Establece cuales son las trayectorias que debe seguir cada articulacion del robot a lo largo del tiempo para lograr los objetivos fijados por el usuario.

34 Control Dinamico Tiene por mision procurar que las trayectorias realmente seguidas por el robot sean lo mas parecidas a las propuestas por el control cinematico. El modelo dinamico de un robot no es lineal, es multivariable, de parametros variantes, por lo que en general su control es extremadamente complejo.

35 Esquema del Control del Robot
Programa Generacion de Trayectorias Control Dinamico Ordenes a los Actuadores

36 Componentes del Sistema de control dinamico
Orden, entrada Controlador, Actuadores Articulacion robot Elementos de retroalimentacion

37 Los subsistemas de power tienen como mision mover el manipulador
Sistemas de Potencia Los subsistemas de power tienen como mision mover el manipulador

38 Sistemas de Potencia Electricos Neumaticos Hidraulico
Activados con energia electrica Neumaticos Energizado con aire comprimido Hidraulico Energizado con aceite u otro fluido

39 Sistemas Electricos Ventajas Desventajas Confiabilidad Limpieza
Grado de Conocimiento Relacion carga/velocidad Economico Sistemas de Transmision son costosos Los harmonic drives son sistemas mas precisos que los de engranajes tradicionales

40 Sistemas Hidraulicos Se utilizan en robots grandes que tienen que manejar cargas pesadas Se usa en ambientes hostiles o flamable Este tipo de robot constituye 25 % de la produccion total

41 Sistemas Neumaticos Son mas limitadas debido a que la exactitud se restringe a los extremos del recorrido Se usa en aplicaciones de pick and place o de secuencia fija Este tipo de robot constituye 10 % de la representacion robotica en el mercado

42 El motor Electrico La mayoria de los robots electricos usan stepper motor o servomotores Stepper motor tienen la desventaja que se salen de fase a razon de .5 grd / pulso Los motores servo estan disenado a menor diametro para tener menor momento de inercia y asi tener mas control, a pesar que no tienen mucha potencia

43 Sistemas Hidraulicos Se usaron en los primeros robots, pero su uso se ha reducido atraves del tiempo El dispositivo servocontrol dirige el sistema hidraulico mediante servovalvulas. Estesproporcionan buena estabilidad en los cambios de voltaje en un tiempo corto Inconvenientes, cambios en temperatura

44 Funcion Subsistema de Control
Dirige el sistema de potencia para que mueva el manipulador en una forma predeterminada Almacena uno o varios programas asi como la informacion recojida durante el proceso Permiten la comunicacion, ingreso, egreso de datos en forma de pantallas, teclados o medios magneticos

45 Subsistemas de Control
Nivel Bajo Relays, air logic, drum secuencer, PLC Nivel Medio Servo, poseen entradas (I/O) discretas Nivel Alto Interface de programacion Nivel Expansivo Mayor Capacidad sensorial e interface