ROBÓTICA

ROBÓTICA

1. CONTROL CINEMÁTICO

   • El control cinemático establece cu áles son las trayectorias que debe seguir cada articulación del robot a lo largo de l tiempo para lo grar los objetivos fijados por el usuario punto de destino, trayec toria cartesiana del efector final del robot, tiempo invertido p or el usuario, etc.
     • Tipos de trayectorias. Para realizar una tarea determinada, el robot debe moverse desde un punto ini cial hasta un punto final. Este movimien to puede realizar se siguiendo un número infinito de trayecto rias espaciales. De todas ellas ha y algunas que, bien por su sencillez de implementación por parte del control cinemática, bien por su utilidad y aplicación en diversas tareas, son las que incorporan en la práctica los robots comer ciales. As í, puede ocurrir que los robots dispongan de trayec torias punto a punto , coordinadas y con tinuas .

2. HERRAMIENTAS MATEMÁTICAS DEL DISEÑO DE ROBOTS

   • Necesariamente el manipular cualquier objeto con un robot implica el movimiento de su extremo. Asimismo, para manipular una pieza es necesario conocer la ubicación y orientación con respecto a la base del robot de ésta, por lo que se necesitan varias herramientas matemáticas para establecer relaciones espaciales entre distintos objetos que nos permitan saber la ubicación de uno respecto a otro
     • Para localizar un cuerpo rígido en el espacio se necesitan herramientas que nos permitan conocer la ubicación espacial de sus puntos. En el plano la localización se describe por dos componentes independientes, mientras que en el espacio tridimensional son necesarios tres componentes. Existen diferentes formas de representar la posición en el espacio
       • Coordenadas Cartesianas Un punto definido en el plano estará definido por las componentes x e y, por ejemplo el punto (a,b) se ubica a una distancia a medida desde el origen en el eje de las x (horizontal) y a una altura b medida desde el origen en el eje y (vertical). En el caso de las coordenadas en tres dimensiones el punto se definirá con las componentes (x,y,z), es decir, solamente se agrega un dato más (z) para indicar la posición a lo largo del eje z (perpendicular al eje x y y).
       • Coordenadas Polares y Cilíndricas El sistema de coordenadas polares es un sistema de coordenadas bidimensional en el cual cada punto (posición) en el plano viene determinado por un ángulo y una distancia. El sistema de coordenadas polares resulta especialmente útil en situaciones donde la relación entre dos puntos es más fácil de expresar en términos de ángulos y distancias, mientras que en el sistema de coordenadas cartesianas o rectangulares estas mismas relaciones deben ser expresadas mediante fórmulas trigonométricas.
       • Coordenadas esféricas El sistema de coordenadas esféricas se basa en la misma idea que las coordenadas polares y se utiliza para determinar la posición espacial de un punto mediante una distancia y dos ángulos. En consecuencia, un punto P queda representado por un conjunto de tres magnitudes: el radio r, el ángulo polar o colatitud θ y el azimuth φ.

3. CINEMÁTICA DEL ROBOT

   • La cinemática del robot estudia el movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. Así, la cinemática se interesa por la descripci ón analítica del movimiento espacial del robot como una función del tiempo, y en particular por las relacion s entre la posición y orientación del extremo fin al del robot y los valores que t man sus coordenadas articulares.
     • problema cinemático directo: que consiste en determinar cuál es la posición y orientación del extremo final del robot con respecto a un siste ma de coordena das que se toma como referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot
       • La cinemát ica directa consiste en obt ener la posición en el esp acio de la estru ctura a partir de los val ores de las v ariables generalizadas. Éstas están asociadas a las articulaciones y definen sus “prop iedades” de movimiento, por lo que para las articulaciones de revolución la variable generalizada será un ángulo, y para las prismáticas un desplazamiento.
     • problema cinemático inverso , resuelve la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación del extremo conocidas.
       • La cinemática inversa consiste en encontrar los val ores que deben adoptar l as coordenadas articulares del robot para que su extremo se posicione y oriente según una determinada localización espacial.

4. DINÁMICA DEL ROBOT

   • La dinámica se ocupa de la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y e l movimiento que en él se origina como resultado de las mismas. Por lo tanto, el modelo dinámico de un robot tien e por objeto conocer la relación entre el movimiento del robot y las fuerzas aplicadas.
     • Modelo dinámico directo: expresa la evolución temporal de las coordenadas articulares del robot en función de las fuerzas y pares que intervienen.
     • Modelo dinámico inverso: expresa las fuerzas y pares que intervienen en función de la evolución de las coordenadas articuladas y sus derivadas.

5. ESTRUCTURA MECÁNICA DEL ROBOT

   • Mecánicamen te, un robot está formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante a rticula ciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabon es con secuti vos. La constitución física de la may or part e de los rob ots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del brazo hu mano
     • TRANSMISIONES
       • TRANSMISIONES: Son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los motores a las articulaciones. Adaptar la potencia mecánica del actuador a las necesidades de velocidad y par del robot. Reducción de los momentos de inercia (Se acercan los accionamientos ala base) Conversión lineal‐circular y viceversa.
       • REDUCTORES: Adaptar el par de salida del actuador al valor adecuado para los movimientos de los eslabones del robot. Específicos con altas prestaciones en robótica. Los reductores normalmente alcanzan entre 1000 y 3000 horas de funcionamiento continuo a la máxima carga permitida y a la velocidad de entrada recomendada.
     • ACTUADORES
       • Generan los movimientos del robot según los comandos generados a partir del sistema de control.
         • ACTUADORES ELECTRICOS El motor eléctrico convierte la potencia eléctrica en potencia mecánica Motores DC (servo‐motores) Motores brushless DC Motores asíncronos Motores síncronos Motores Paso a Paso
         • ACTUADORES NEUMÁTICOS E HIDRAÚLICOS Tanto los actuadores hidráulicos y neumáticos utilizan fluidos en movimiento (aceite a presión o aire comprimido) para alimentar un dispositivo. Ambos tipos son similares en términos de sus funciones operativas. Se diferencian en su capacidad para ejercer presión sobre el fluido.
     • SENSORES
       • Se usan para: Medir parámetros del robot Encontrar la posición de objetos Corregir el error de los modelos Detectar y evitar fallos Monitorizar la interacción con el entorno (Ej. Fuerzas) Monitorizar el ambiente (Ej. Temperatura)
         • SENSORES DE PRESENCIA Y DISTANCIA Suelen ser digitales y las distancias de detección no exceden los 10 mm. Los sensores ópticos y de ultrasonido tienen mayor rango de medición. Los sonars y los lásers son también sensores de distancia de alta precisión y amplio rango de medición (desde los cm hasta varios metros) Utilizados en robótica móvil requieren un procesamiento de la información más complejo.
         • SENSORES DE POSICION Resistencia cuyo valor varía al desplazar un contacto móvil. •Divisor de tensión •Disposiciones multivuelta •Pueden ser lineales o angulares
         • SENSORES DE PRESENCIA CAPACITIVOS Proximidad de piezas metálicas y no metálicas Rango bajo (1 mm- 30 mm) Muy sensibles al ambiente (humedad)y al material detectado. En robótica se usan en el efector final para detectar vidrio, cerámica, plástico, aceite, madera, cartón
         • SENSORES DE PRESENCIA OPTICOS TIPOS: Sensores de Barrera: • Amplio alcance • Robótica: Como sistema de protección. • Detección de objetos Retro reflexión: • Alto alcance • Robótica: cortinas de múltiple haz Reflexión directa • Corto alcance • Afectados por el material y orientación
     • EFECTOR FINAL
       • Representa la herramienta especial que permite al robot de uso general realizar una aplicación particular. Esta herramienta especial debe diseñarse específicamente para la aplicación.
         • Los efectores finales pueden dividirse en dos categorías: pinzas y herramientas.

6. CONTROL DINÁMICO

   • El control dinámico tiene como objetivo proc urar que las trayec torias realmente seguidas por el robot, sean lo más parecidas posible a las propuestas por el con trol cinemático como trayectorias deseadas. Para llevar a cabo esa tarea hace uso del conocimiento del modelo dinámic o del robot y de las herramientas de análisis y diseño aportadas por la teoría del servocontrol
     • El modelo dinámico de un robot es fu ertemente no lineal, multivariable, ac oplado y de parámetros variantes, por lo que, en general, su control es extrem adamente complejo. En la práctica se llevan a cabo ciertas simplificaciones, que resultan aceptables para un gran número de los robots comerciales, las cu ales facilitan el diseño del sistema de control proporcionando unos resultados razonablemente buenos, aunque limit an en ciertas situaciones la calidad de sus prestaciones.