Brazo Robótico. Larez Jorge, Puesme Margaret, Baza Fadi, Ramírez Jesús, Yegres José. PNF en Instrumentación y Control, Universidad Politécnica Terriorial del Oeste de Sucre. Cumaná, Venezuela.
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Abstracto — Este
documento presenta una explicación de lo que son los brazos robóticos, así como los tipos, su estructura física, transmisores y reductores, actuadores, sensores internos, elementos terminales. Con este escrito se pretende dar un aporte para la concreción de los objetivos planteados en la materia Robótica, la cual forma parte del currículum de la Ingeniería en Instrumentación y Control de la Universidad Politécnica Territorial del Oeste de Sucre “Clodosbaldo Russián”. Clave — Autómatas, Brazo, Control, Hardware, Industrial, Programación, Robot, Robótica, Software. Palabras
I. I NTRODUCCIÓN NTRODUCCIÓN
III. BRAZO R OBÓTICO OBÓTICO Un brazo robótico es un tipo de brazo mecánico, normalmente programable, con funciones parecidas a las de un brazo humano; este puede ser la suma total del mecanismo o puede ser parte de un robot más complejo. Las partes de estos manipuladores o brazos son interconectadas a través de articulaciones que permiten, tanto un movimiento rotacional (tales como los de un robot articulado), como un movimiento traslacional o desplazamiento lineal.
El mundo va en constante cambio, y el hombre, en su s u afán de conseguir mayor comodidad y productividad, siempre está innovando en cuanto a la automatización de los procesos industriales. Una de estas innovaciones la constituye el campo de la robótica, la cual es una rama de la tecnología. Su cometido es la fabricación y utilización de autómatas para sustituir a las personas, sobre todo en la ejecución de ciertas tareas tediosas o peligrosas. II. HISTORIA A lo largo de la historia, el hombre se ha sentido fascinado por máquinas y dispositivos capaces de imitar las funciones y los movimientos de los seres vivos. La configuración de los primeros robots respondía a la denominada configuración esférica y antropomórfica, de uso especialmente valido para la manipulación. En 1982 el profesor Makino de la Universidad Yamanashi de Japón, desarrolla en concepto de robot SCARA que busca un robot con un número reducido de grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una configuración orientada al ensamblado de piezas. Los futuros desarrollos de la robótica apuntan a aumentar su movilidad, destreza y autonomía de sus acciones. La mayor parte de los robots actuales son con la base estática, y se utilizan en aplicaciones industriales tales como ensamblado, soldadura, alimentación de máquinas herramientas, entre otros. Buena parte de las definiciones y clasificaciones de robots existentes responde al robot ampliamente utilizado hasta la fecha, destinado a la fabricación flexible de series medias y que se conoce como robot industrial o robot de producción .
Fig. 1. Brazo Robótico
IV. ESTRUCTURA MECÁNICA Un brazo mecánico está formado por elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Los brazos de un Robot, a menudo son categorizados por sus grados de libertad (por lo general más de seis grados de libertad). Este número número se refiere a un solo eje de rotación rotación de las articulaciones en el brazo, donde un mayor número indica una mayor flexibilidad en posicionar una herramienta. Cuando hablamos de grados de libertad se refiere al movimiento de un espacio tridimensional, es decir, la capacidad de moverse hacia delante/atrás, arriba/abajo,
izquierda/derecha (traslación en tres ejes perpendiculares), combinados con la rotación sobre tres ejes perpendiculares (Guiñada, Cabeceo, Alabeo). El movimiento a lo largo de cada uno de los ejes es independiente de los otros, y cada uno es independiente de la rotación sobre cualquiera de los ejes, el movimiento de hecho tiene seis grados de libertad.
manipulación de máquinas herramientas. Es un robot que tiene dos articulaciones rotatorias paralelas para proporcionar elasticidad en un plano. Robot articulado: Usado para operaciones de ensamblaje, fundición a presión, máquinas de desbarbado, soldadura a gas, soldadura por arco, y pintado en spray. Es un robot cuyo brazo tiene como mínimo tres articulaciones rotatorias. Robot paralelo: Uno de los usos es la plataforma móvil que manipula las cabinas de los simuladores de vuelo. Es un robot cuyos brazos tienen articulaciones prismáticas o rotatorias concurrentes. Robot Antropomórfico: Similar a la mano robótica de Luke Skywalker que se le coloca al final de The Empire Strikes Back. Se le da forma para que pueda sustituir a una mano humana, con dedos independientes incluidos el pulgar.
Fig 2. Articulaciones de un brazo robótico.
V. TIPOS DE BRAZOS R OBÓTICOS
Robot cartesiano: Usado para trabajos de “pick and place” (tomar y colocar), aplicación de
impermeabilizantes, operaciones de ensamblado, manipulación de máquinas herramientas y soldadura por arco. Es un robot cuyo brazo tiene tres articulaciones prismáticas, cuyos ejes son coincidentes con los ejes cartesianos. Robot cilíndrico: Usado para operaciones de ensamblaje, manipulación de máquinas herramientas, soldadura por punto, y manipulación en máquinas de fundición a presión. Es un robot cuyos ejes forman un sistema de coordenadas cilíndricas. Robot esférico / Robot polar, tal como el Unimate: Usados en la manipulación en máquinas herramientas, soldadura por punto, fundición a presión, máquinas de desbarbado, soldadura por gas y por arco. Es un robot cuyos ejes forman un sistema polar de coordenadas. Robot SCARA: Usado para trabajos de “pick and place” (tomar y colocar), aplicación de
impermeabilizantes, operaciones de ensamblado y
Fig. 3 Configuraciones más comunes de los brazos robóticos.
VI. TRANSMISORES Y R EDUCTORES Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Se incluirán junto con las transmisiones a los reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot. Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estén lo más cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para
convertir movimiento circular en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario. La misión de los reductores es adaptar par y velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los eslabones del brazo robótico. En la Fig. 4 se muestran los distintos tipos de transmisiones usadas frecuentemente.
Los actuadores neumáticos debido a la compresibilidad del aire, no consiguen una buena precisión de posicionamiento. Sin embargo, su sencillez y robustez hacen adecuados su uso en aquellos casos en los que sea suficiente posicionamiento en dos situaciones diferentes (todo o nada). B. Actuadores Hidráulicos:
Este tipo de actuadores no se diferencian funcionalmente en mucho de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida entre los 50 y 100 bar, llegándose a superar los 300 bar. Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estáticas. Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presión ejercida sobre una superficie, sin aporte de energía. También es destacable su elevaba capacidad de carga y relación potencia-peso, así como sus características de auto lubricación y robustez. C. Actuadores Eléctricos:
Fig. 4. Transmisiones utilizadas en los robots.
VII. ACTUADORES Los actuadores tienen por misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robótica pueden emplear energía neumática, hidráulica o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son entre otras:
Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisión Velocidad Mantenimiento Coste
Existen tres tipos de actuadores: A. Actuadores Neumáticos:
En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 19 bar. Existen dos tipos de actuadores neumáticos: cilindros neumáticos y motores neumáticos. Normalmente, con los cilindros neumáticos solo se persigue un posicionamiento en los extremos del mismo y no un posicionamiento continuo. En los motores neumáticos se consigue el movimiento de rotación de un eje mediante aire a presión.
Las características de control, sencillez y precisión de los accionamiento eléctricos ha hecho que sean los más usados en los robot industriales actuales. En los cuales encontramos tres tipos: 1) Motores de Corriente continua (DC): Controlados inducido, Controlados por excitación.
por
2) Motores de Corriente Alterna (AC): Síncronos y Asíncronos 3) Motores Paso a Paso. VIII. SENSORES I NTERNOS. Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la posición de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos. Tipos de sensores internos de robot:
Sensores de posición: para el control de posición angular se emplean fundamentalmente los denominados encoders y resolvers. Los potenciómetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robot educacionales, ejes de poca importancia). Normalmente los sensores de posición se acoplan al eje del motor. Considerando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el de la articulación
se sitúa un reductor de relación N, cada movimiento X. CONCLUSIONES. de la articulación se verá multiplicado por N al ser Las empresas modernas utilizan robots industriales en medido por el sensor. Este aumentara a su resolución aquellos centros de trabajo donde prevalezcan situaciones de multiplicado por N. peligro para los trabajadores por la naturaleza del proceso. Por Sensores de velocidad: la captación de la velocidad ejemplo: El proceso de fundición en matriz; implica un se hace necesaria para mejorar el comportamiento considerable peligro si salpica el metal caliente durante el dinámico de los actuadores del robot. La información inyectado en la cavidad del dado. Una de las aplicaciones de la velocidad de velocidad de movimiento de cada originales para el desarrollo de robots industriales fue la actuador (que tras el reductor es la de giro de la fabricación en matriz. articulación) se realimenta a un bucle de control Por lo tanto, el uso de robots en las empresas se va analógico implementado en el propio accionador del haciendo necesario a medida de que el mundo empresarial va elemento motor. Sensores de presencia: este tipo de sensor es capaz de a pasos agigantados en lo que a la tecnología se refiere. Por detectar la presencia de un objeto dentro de un radio otra parte para poder ofrecer calidad y bajos precios hay que de acción determinado. Esta detección puede hacerse disminuir la mayoría de costos de la empresa, en donde los con o sin objeto. En el segundo caso se utilizan robots industriales juegan un papel importante, ya que tienen diferentes principios físicos para detectar la una gran capacidad de producción con un costo muy bajo. presencia, dando lugar a los diferentes tipos de El uso de robots en las operaciones de las empresas que captadores. En el caso de detección con contacto, se puedan ocasionar daños al hombre es aún más justificado, ya trata siempre de un interruptor, normalmente abierto que se mejora la calidad de vida del personal. Además el uso o normalmente cerrado según interese, actuado de robots industriales proporciona calidad consistentemente mecánicamente a través de un vástago u otro repetible con una capacidad de producción predecible y con dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en poca obsolescencia de capital. robótica principalmente como auxiliares de los XI. R EFERENCIAS detectores de posición, para indicar los límites de movimientos de las articulaciones y permitir localizar [1] Automática Industrial. la posición de referencia de cero de estos en el caso https://automaticaindustrial.wordpress.com/robotica/programa de que sean incrementales. cion-de-robot/ IX. ELEMENTOS TERMINALES. [2] La Enciclopedia Del Estudiante: Tomo 04, Tecnología e
Los elementos terminales, también llamados efectores finales, son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de aprehensión como herramientas. Los primeros se pueden clasificar según el sistema de sujeción empleado. Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Estas se distinguen entre las que utilizan dispositivos mecánicos y las que utilizan algún otro tipo de dispositivos (ventosas, pinzas magnéticas, adhesivas, ganchos, etc.). Para la elección o diseño de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de manipulación a realizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objeto y la fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. El accionamiento neumático es el más utilizado por ofrecer mayores ventajas en simplicidad, precio y fiabilidad, aunque presenta dificultades de control de posiciones intermedias. En ocasiones utilizan accionamiento de tipo eléctrico.
Informática. Editorial Santillana (2006). [3] Robot http://es.wikipedia.org/wiki/Robot_industria
Industrial .
[4]Visual Basic. http://es.wikipedia.org/wiki/Visual_Basic
