ROBOTICA

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RESÚMEN DE LA MATERIA

CONCEPTOS BÁSICOS

Un robot proviene de la palabra checa que

significa trabajos forzados.

La robótica combina diversas disciplinas

como: mecánica, electrónica, informática, inteligencia artificial e ingeniería

de control.

¿Qué es la robótica?

La

robótica es la ciencia encaminada a diseñar y construir aparatos y sistemas

capaces de realizar tareas propias de un ser humano.

¿Qué es un robot?

Es

un manipulador reprogramable, multifuncional controlado automáticamente y puede

estar fijo o moverse y está diseñado para mover objetos por medio de

movimientos programados para realizar diversos trabajos.

¿Cómo trabaja un robot?

Primero

el robot toma el conocimiento del entorno que lo rodea, luego procesa la

información y toma una decisión y por ultimo actúa.

Clasificación de los robots según su

cronología

1° generación: encontramos los manipuladores son sistemas

mecánicos con sistema de control sencillo.

2° generación: son los robots de aprendizaje estos repiten

una secuencia de movimientos que es ejecutada por un ser humano.

3° generación: son los robots con control sensorizado la

computadora recibe las órdenes de un programa y envía al robot para que realice

los movimientos.

4° generación: son los robots inteligentes poseen un control

sensorizado y sensores.

SEGÚN SU ARQUITECTURA

-

Poli articulados: robots de muy diversas formas, son

sedentarios y están estructurados para mover sus elementos terminales en un

determinado espacio de trabajo según sus sistemas de coordenadas y con grados

de libertad.

-

Móviles: son robots con desplazamiento como carros y

poseen un sistema locomotor de tipo rodante.

-

Androides: intentan reproducir la forma y el

comportamiento cinemático del ser humano.

-

Zoomórficos: imitan a diversos seres vivos

-

Híbridos: son los robots formados por la yuxtaposición

de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los

robots industriales.

SEGÚN SU APLICACIÓN

Se clasifican en: ensamblado, entrenamiento,

investigación, inspección, empaquetado, carga, pintura, médico y soldadura.

SEGÚN SUS CARACTERISTICAS

Se clasifican en: humanoide, móvil,

industrial, inteligente y servicios.

MORFOLOGÍA DEL ROBOT

COMPONENTES DEL ROBOT: estructura mecánica, transmisiones, sistema de accionamiento, sistema

sensorial, sistema de control y elementos terminales.

CARACTERISTICAS ESTRUCTURALES: número de articulaciones, características geométricas y

mecánicas de eslabones, emplazamiento de accionamientos, rigidez estructural,

frecuencia de resonancia, rango articular, volumen de trabajo y accesibilidad.

PRESTACIONES: velocidades y aceleraciones máximas, precisión estática y dinámica,

repetibilidad, resolución espacial y capacidad de carga.

ESTRUCTURA MECANICA DE UN ROBOT

-

Eslabones: son los elementos rígidos

-

Articulaciones: permiten el movimiento relativo entre los eslabones

Tipos de articulaciones: esférica, planar,

tornillo, prismática, rotación, cilíndrica.

-

Grados de libertad: número de componentes de movimiento que se necesitan

para generar un movimiento.

HERRAMIENTAS MATEMATICAS PARA LALOCLIZACION ESPACIAL

Para manipular una pieza es necesario conocer

la ubicación y orientación con respecto a la base del robot.

REPRESENTACION DE LA POSICION:

En un plano se tiene 2 y 3 grados de libertad

y tenemos coordenadas cartesianas, polares, esféricas y cilíndricas.

MATRICES DE ROTACION:

Son el modo más extendido para la descripción

de orientaciones debido al algebra matricial.

ANGULOS DE EULER:

Se usan tres componentes para su descripción.

CINEMATICA DEL ROBOT

La cinemática es el estudio de su movimiento

con respecto a un sistema de referencia.

-

Cinemática directa: Consiste en determinar la posición y

orientación del extremo del robot con respecto a un sistema de coordenadas de

referencia, conocidos los ángulos de las articulaciones y los parámetros

geométricos de los elementos del robot.

-

Cinemática inversa: Consiste en

determinar la configuración que debe adoptar el robot para una posición y

orientación del extremo, conocidas.

MATRÍZ JACOBIANA: transforma las variables de velocidad en el espacio articular en el

vector de estado de velocidad en el espacio cartesiano.

Se distinguen dos tipos:

-

Singularidades en los límites del espacio de trabajo

-

Singularidades en el interior del espacio de trabajo

DINAMICA DEL ROBOT

La dinámica se ocupa de la relación entre las

fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento que en él se origina.

El modelo dinámico de un robot tiene por

objetivo conocer la relación entre el movimiento del robot y las fuerzas

implicadas en el mismo.

FINES DE LA DINAMICA:

Simulación del movimiento del robot, diseño y

evaluación de la estructura mecánica del robot, dimensionamiento de los

actuadores y diseño y evaluación del control dinámico del robot.

MODELO DINAMICO DE LA ESTRUCTURA MECANICA DE UN ROBOT

La obtención del modelo dinámico de un robot

se basa en el planteamiento del equilibrio de fuerzas.

MODELOS DINAMICOS:

-

Modelo dinámico directo: evolución temporal de las coordenadas

articulares del robot en función de las fuerzas y pares que intervienen.

-

Modelo dinámico inverso: fuerzas y pares que intervienen en función de

la evolución de las coordenadas articulares y sus derivadas.

FORMULACIONES DEL MODELO DINAMICO DE UN ROBOT

•

Formulación de

Lagrange-Euler

-

Poca eficiencia computacional:

-

Ecuaciones finales bien estructuradas

•

Formulación de

Newton-Euler

-

Procedimiento recursivo

-

Basado en operaciones vectoriales

-

Ecuaciones poco estructuradas

-

Mayor eficiencia computacional:

FORMULACION DE NEWTON EULER

El método de

Newton-Euler permite obtener un conjunto de ecuaciones recursivas hacia delante

de velocidad y aceleración lineal y angular las cuales están referidas a cada

sistema de referencia articular.

FORMULACION DE LAGRAGE

Posee energía

cinética y potencial.

Energía cinética: se produce a causa de sus

movimientos que depende de la masa y la velocidad.

Energía potencial: es la energía que es capaz de

generar un trabajo como consecuencia de la posición del cuerpo.

CONTROL DE ROBOTS

Un sistema de control es la combinación de

componentes que actúan juntos para realizar el control de un proceso.

TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL

-

Sistemas de control en lazo abierto

Son aquellos en los que la salida no tiene

influencia sobre la señal de entrada.

-

Sistemas de control en lazo cerrado

Son aquellos en los que la salida influye la

señal de entrada.

ELEMENTOS FUNDAMENTALES:

-

Sensores: captan la información (velocidad,

temperatura, humedad del ambiente, etc)

-

Controladores: recogen la información de los sensores y la

gestionan (circuitos eléctricos, autómatas programables, ordenadores).

-

Actuadores: reciben la orden del controlador y actúan

ESTRUCTURA MECANICA DEL ROBOT

Un robot está formado por una serie de

elementos unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo

entre cada dos eslabones consecutivos.

Tipos de articulaciones:

-

Esférica

-

Planar

-

Tornillo

-

Prismática

-

Rotación

-

Cilíndrica

Tipos de configuraciones:

Se habla de la forma física que se le ha dado

al brazo del robot.

-

Configuración cartesiana: posee 3 movimientos lineales

-

Configuración cilíndrica: puede realizar dos movimientos lineales y uno

rotacional

-

Configuración polar: tiene varias articulaciones

-

Configuración angular: presenta una articulación con movimiento

rotacional y dos angulares.

Configuraciones básicas

Tener en cuenta las características

específicas del robot a la hora del diseño y construcción del mismo y del

diseño de las aplicaciones.

Elementos terminales

-

Son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del

robot.

-

Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas.

-

Normalmente son diseñados específicamente para cada tipo de trabajo.

Volumen de trabajo

-

Volumen espacial al que puede llegar el

extremo del robot.

TRANSMISIONES Y REDUCTORAS

-

Transmisiones: elementos encargados de transmitir el

movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones.

-

Reductoras: encargados de adaptar el par y velocidad de

la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los

elementos del robot.

ACTUADORES: generan

el movimiento de los elementos del robot.

-

Hidráulicos: ejercen presiones aplicando el principio de

la prensa hidráulica de pascal.

-

Neumáticos: suelen mover pistones lineales, se controlan

con válvulas neumáticas, seguros y robustos,

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