Brazo Robotico y Banda Transportadora

ÍNDICE

1.

BRAZO ROBOTICO………………………………………………………………..…3 Generalidades…………………………………………………………………. …3 1.1.1. Conceptos…………………………………………………--…………….3 1.1.2. Cronograma…………………………………………………--…………..3 1.2. Estructura y construcción …………………………………………--………….4 1.2.1. Similitues entre el !ra"o #umano $ el ro!%tico.…………-……......4 ro!%tico.…………-……......4 1.2.2. Componentes……………………………………...……..………..….....4 1.2.3. &spacio '(olumen) e tra!a*o................. tra!a*o.......................... .................... .................... ................... ............1+ ..1+ 1.2.4. Tipos e con,iguraciones mor,ol%gicas............. mor,ol%gicas....................... .................... ..................12 ........12 1.2.. ateriales e construcci%n..............................................................1 1.2./. Ser(omotores....................................................................................1/ 1.2./.1. Caracter0sticas generales......................................................1/ 1.2./.2. u con(ierte un motor en ser(omotor..................... ser(omotor...........................15 ......15 1.2./.3. Tipos e ser(omotores..........................................................15 1.2./.4. C%mo 6unciona $ se controla un ser(omotor........... ser(omotor.................17 ......17 1.2.5. otor 8C 'Corriente irecta).............................................................2+ 1.2.5.1. 8escripci%n.............................................................................2+ 1.2.5.2. 6uncionamiento......................................................................2+ 1.2.5.3. 9artes......................................................................................2+ 1.2.5.4. :usti,icaci%n.............................................................................23 1.2.;. Sensoresistoria...............................................................................................3+ 2.1.2. Conceptos..........................................................................................31 2.2. Estructura y construcción............................................................................ 32 2.2.1. 9artes................................................................................................32 2.3. Funcionamiento.......................................................................................... 33 2.3.1. Bana................................................................................................33 2.3.2. Roillos..............................................................................................34 2.4. Tipos...........................................................................................................34 2.. Utilidades.................................................................................................... 3 3. BIB?IO@RA6A..................................................................................................35 4. 6&=T&S &?&CTR=ICAS.............................................................................35 1.1.

1. BR BRAZ AZO O ROB ROBOT OTIC ICO O 1.1. Generalidad 1.1.Genera lidades es 1.1.1. Conceptos

Ro!otD procee e la pala!ra c#eca ro!otaE Fue signi,ica Gtra!a*o o!ligatorioH escla escla(oE (oE $ es un mani manipu pula lao orr auto autom mtitico co ser( ser(o o cont contro rola lao oEE repro reprogra grama ma!l !leE eE poli(alenteE capa" e posicionar $ orientar pie"asE Jtiles o ispositi(os especialesE siguie siguieno no tra$ect tra$ectori oria a (aria!l (aria!les es reprogr reprograma ama!le !lesE sE para para la e*ecuci e*ecuci%n %n e tareas tareas (ariaas. =ormalmente tiene la ,orma e uno o (arios !ra"os terminaos en una muKeca. Ro!ot inustrialD es un manipulaor multi,uncional reprograma!leE capa" e mo(er  materi materiasE asE pie"asE pie"asE #errami #erramient entasE asE o ispos ispositi iti(os (os especia especiales lesEE segJn segJn tra$ecto tra$ectorias rias (aria!lesE programaas para reali"ar tareas i(ersas.

1.1. 1. 1.2. 2. Cr Cron onog ogra rama ma  A continuaci%n se presenta un cronograma e los a(ances e la ro!%tica ese sus inicios. 6&C>A

8&SARRO??O

1;+1 1;+1

:. :aFu :aFuar ar  in(en n(entto su telar elarEE Fue Fue era era una una mFu mFuiina prog progrrama! ama!lle para para la

urim!re 1;+

>. aillaret constru$% una muKeca mecnica capa" e #acer 

i!u*os. 174 174

&l in( in(en ento torr !ri !rittnic nico o C. C. L. MenN MenNar ar  sol solic iciit% su pat patent ente par para a ise iseKo Ko e

ro!ot. 9atente !ritnica emitia en 175.

3

177 177

Se intro ntrou u**o el el prim primer er ro!o ro!ott come comerc rciial por por 9la 9lane nett Corp Corpor orat atio ion. n. est esta!a a!a

controlao por interruptores e ,in e carrera. 17/1

n ro! ro!ot ni nimate se in instal% en la la 6or 6or ot otors Compan$ pa p ara

atener una mFuina e ,unici%n e troFuel. 17// 17//

Trall, all,aE aE una una ,ir ,irma ma noru norueg egaE aE cons consttru$ ru$% e inst instal al% % un un ro! ro!ot ot e pint intura ura por  por 

pul(eri"aci%n. 17/;

n ro! ro!ot m%( m%(il llllamao GS# GS#ae$GG se e esarroll% en SR SRI 'St 'Stan,or

Researc# Researc# Institute) Institute)EE esta!a esta!a pro(isto pro(isto e una i(ersia i(ersia e sensores sensores as0 como una cmara e (isi%n $ sensores tctiles $ po0a espla"arse por el suelo. 1751

&l GSt GStan,or Ar ArmGGE un un peF peFueKo !ra !ra"o e ro ro!ot e ac accionamiento

elctricoE se esarroll% en la Stan,or ni(ersit$. 1753

Se e esarroll% en SR SRI el el pr primer le lengua*e e e pro programaci%n e e ro! ro!ots

el tipo e computaora para la in(estigaci%n con la enominaci%n LAP&. 6ue segu segui io o por por el leng lengua ua*e *e A? en 1754 1754.. ?os ?os os os leng lengua ua*e *ess se esa esarr rrol olla laro ron n posteriormente en el lengua*e PA? PA? comercial para nimation por P0ctor Sc#einman $ Bruce Simano. 1754

AS&A int introu*o el ro!ot Ir!/ e accionamiento completamente

elctrico. 1754 1754

MaN MaNasa asaiE iE !a*o !a*o lice licenc nciia e e ni nima mattionE onE inst instal al% % un un ro ro!ot !ot para ara sol solau aura ra

por arco para estructuras e motocicletas. 1754 1754

Cinc Cinciinnat nnatii ilac ilacro ron n int intro rou u**o el el ro!o ro!ott T3 con con cont contro roll por por comp comput uta aor ora. a.

175 175

&l ro! ro!ot ot GSig GSigma maGGGG e Oli( Oli(et etti ti se uti utili"% li"% en oper operac aciiones ones e mont monta a*eE *eE una una

e las primiti(as aplicaciones e la ro!%tica al monta*e.

4

1.2. Estructura y construcción

1.2.1. Simil Similitues itues entre el !ra"o !ra"o #umano #umano $ el ro!%tico ro!%tico &l !ra"o ro!%tico #a sio iseKao en !ase a la gran (ersatilia el !ra"o #umanoE en un principio los iseKos ,ueron ruimentarios pero con el tiempo se logr%

igualarE

incluso usoE

supe uperar rar

la

comple*ia

e

los

mo( mo(imient entos.

&l !a"o ro!%tico es e gran importancia en la inustria no solo por su e,icacia al reali"ar tra!a*osE sino porFue sustitu$e al #om!re en la!ores e proucci%n Fue no corresponen

a

un

#umanoE

es

ecir

me*ora

la

calia

e

(ia.

&n otras pala!rasE el !ra"o ro!%tico reempla"a la acti(ia.

1.2. 1. 2.2. 2. Co Comp mpon onen ente tess ?os elementos Fue ,orman parte e la totalia el ro!ot sonD

•

anipulaor 

•

Controlaor 

•

8ispositi(os e entraa $ salia e atos

•

8ispositi(os especiales

5

anipulaorD ecnicamenteE es el componente principal. &st ,ormao por una serie e elementos estructurales s%lios o esla!ones unios meiante articulaciones  Fue permiten un mo(imiento relati(o entre caa os esla!ones consecuti(os. ?as partes Fue con,orman el manipulaor reci!enE entre otrosE los nom!res eD cuerpoE !ra"oE muKeca $  actuaor ,inal 'o elemento terminal). A este Jltimo se le conoce #a!itualmente como apre#ensorE garraE pin"a o gripper.

Caa articulaci%n pro(ee al ro!ot eE al menosE un  grao e li!erta. &n otras pala!rasE las articulaciones permiten al manipulaor reali"ar mo(imientosE los cuales pueen serD

•

?inealesD ue pueen ser #ori"ontales o (erticales .

6

•

 AngularesD 9or articulaci%n.

'&n los os casos la l0nea ro*a representa la tra$ectoria seguia por el ro!ot). &Qisten os tipos e articulaci%n utili"aos en las *untas el manipulaorD

•

9rismtica < ?inealD :unta en la Fue el esla!%n se apo$a en un esli"aor  lineal. ActJa linealmente meiante los tornillos sin,0n e los motoresE o los cilinros.

•

RotacionalD :unta giratoria a menuo mane*aa por los motores elctricos $ las transmisionesE o por los cilinros #irulicos $ palancas.

7

BsicamenteE la orientaci%n e un esla!%n el manipulaor se etermina meiante los elementos roll E pitch $ yaw.

 A la muKeca e un manipulaor le corresponen los siguientes mo(imientos o graos e li!ertaD giro ' hand rotate)E ele(aci%n 'wrist fle ) $ es(iaci%n ' wrist  rotate) como lo muestra el moelo in,eriorE aunFue ca!e #acer notar Fue eQisten

muKecas Fue no pueen reali"ar los tres tipos e mo(imiento

. 8

&l actuaor ,inal ' !ripper ) es un ispositi(o Fue se une a la muKeca el !ra"o el ro!ot con la ,inalia e acti(arlo para la reali"aci%n e una tarea espec0,ica. ?a ra"%n por la Fue eQisten istintos tipos e elementos terminales esE precisamenteE por las ,unciones Fue reali"an. ?os i(ersos tipos poemos i(iirlos en os granes categor0asD pin"as $ #erramientas. Se enomina 9unto e Centro e >erramienta 'TC9E Tool "enter #oint ) al punto ,ocal e la pin"a o #erramienta. 9or  e*emploE el TC9 por0a estar en la punta e una antorc#a e la solaura.

9

ControlaorD Como su nom!re inicaE es el Fue regula caa uno e los mo(imientos el manipulaorE las accionesE clculos $ procesao e la in,ormaci%n. &l controlaor reci!e $ en(0a seKales a otras mFuinas-#erramienta 'por meio e seKales e entraa $ salia) $ almacena programas. &Qisten (arios graos e control Fue son ,unci%n el tipo e parmetros Fue se regulanE lo Fue a lugar a los siguientes tipos e controlaoresD •

8e posici%nD &l controlaor inter(iene Jnicamente en el control e la posici%n el elemento terminal.

•

CinemticoD &n este caso el control se reali"a so!re la posici%n $ la (elocia.

•

8inmicoD Aems e regular la (elocia $ la posici%nE controla las propieaes inmicas el manipulaor $ e los elementos asociaos a l.

•

 Aaptati(oD &nglo!a toas las regulaciones anteriores $E aemsE se ocupa e controlar la (ariaci%n e las caracter0sticas el manipulaor al (ariar la posici%n Otra clasi,icaci%n e control es la Fue istingue entre control en !ucle a!ierto $ control en !ucle cerrao. &l control en !ucle a!ierto a lugar a muc#os erroresE $ aunFue es ms simple $ econ%mico Fue el control en !ucle cerraoE no se amite en aplicaciones inustriales en las Fue la eQactitu es una cualia imprescini!le. ?a inmensa ma$or0a e los ro!ots Fue #o$ 0a se utili"an con ,ines inustriales se controlan meiante un proceso en !ucle cerraoE es ecirE meiante un !ucle e realimentaci%n. &ste control se lle(a a ca!o con el uso e un sensor e la posici%n real el elemento terminal el manipulaor. ?a in,ormaci%n reci!ia ese el

sensor se compara con el (alor inicial eseao $ se actJa en ,unci%n el error o!tenio e ,orma tal Fue la posici%n real el !ra"o coincia con la Fue se #a!0a esta!lecio inicialmente. 10

8ispositi(os e entraa $ saliaD ?os ms comunes son teclaoE monitor $ ca*a e comanos 'teach pendant ). &n el i!u*o se tiene un controlaor 'computer moule) Fue en(0a seKales a los motores e caa uno e los e*es el ro!ot $ la ca*a e comanos 'teach pendant ) la cual sir(e para enseKarle las posiciones al manipulaor el ro!ot.

?a siguiente ,igura muestra un teach pendat  para un tipo e ro!ot inustrial.

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?os ispositi(os e entraa $ salia permiten introucir $E a su (e"E (er los atos el controlaor. 9ara manar instrucciones al controlaor $ para ar e alta programas e controlE comJnmente se utili"a una computaora aicional. &s necesario aclarar Fue algunos ro!ots Jnicamente poseen uno e estos componentes. &n estos casosE uno e los componentes e entraa $ salia permite la reali"aci%n e toas las ,unciones. ?as seKales e entraa $ salia se o!tienen meiante tar*etas electr%nicas instalaas en el controlaor el ro!ot las cuales le permiten tener comunicaci%n con otras mFuinas-#erramientas.

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Se pueen utili"an estas tar*etas para comunicar al ro!otE por e*emploE con las mFuinas e control numrico. &stas tar*etas se componen e rele(aoresE los cuales manan seKales elctricas Fue espus son interpretaas en un programa e control. &stas seKales nos permiten controlar cuno e!e entrar el ro!ot a cargar una pie"a a la mFuinaE cuano e!en empe"ar a ,uncionar la mFuina o el ro!otE etc. 8ispositi(os especialesD &ntre estos se encuentran los e*es Fue ,acilitan el mo(imiento trans(ersal el manipulaor $ las estaciones e ensam!la*eE Fue son utili"aas para su*etar las istintas pie"as e tra!a*o. &n la estaci%n el ro!ot o(e aster & 'itsu!is#i) representaa en la ,igura se pueen encontrar los siguientes ispositi(os especialesD  A) &staci%n e posici%n so!re el transportaor para la cargaierro Sin em!argo eQiste una eQtensa lista e materiales alternos Fue tam!in se utili"anE por e*emploD

20

•

aera

•

9lstico

•

Tar*etas e espuma. &specialmente Jtil para peFueKos ro!ots

one el

peso tiene muc#a importancia. •

>o*a e plstico eQpania r0gia.

&l material a emplear en su ,a!ricaci%n (ariar e acuero al tipo e tra!a*o Fue se e!a #acerE por e*emplo para casos en los Fue se reFuiere Fue el ro!ot soporte cargas granesE se ,a!ricar entonces e metalE principalmente e acero o acero templaoE $a Fue ste opone gran resistencia a la tracci%nU mientras Fue si lo Fue se !usca es Fue las cargas Fue mane*e sean ligeras $ se en cam!io se optimice la (elocia e espla"amientoE se utili"arn materiales ms ligerosE como el plstico. A#ora !ienE para cargas meianasE lo i%neo es utili"ar tam!in metales. &n resumenE un ro!ot e!e estar ,a!ricao e acuero a las especi,icaciones el tra!a*o Fue (a$a a reali"ar $ se e!e #acer por supuesto un anlisis completo pre(io a la mecani"aci%n e caa una e sus partes.

6inalmenteE el soporte electr%nico $ los componentes el ro!ot pueen estar  separaosE $ el enlace entre ste $ sus componentes e control pueen ser un ca!leE una ona e lu" in,rarro*a o una seKal e raio.

1.2./. Ser(omotores  Antes Fue too (amos a e,inir Fue es un ser(omecanismo antes e comen"ar  con el ser(omotorE un ser(omecanismo es un actuaor mecnico Vgeneralmente un motorE aunFue no eQclusi(amenteVE Fue posee los su,icientes elementos e

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control como para Fue se puean monitori"ar los parmetros e su actuaci%n mecnicaE como su posici%nE (elociaE torFueE etc. n Ser(o es un ispositi(o peFueKo Fue tiene un e*e e renimiento controlao. &ste puee ser lle(ao a posiciones angulares espec0,icas al en(iar una seKal coi,icaa. Con tal e

Fue

una seKal coi,icaa eQista en la l0nea e entraaE el ser(o mantenr la posici%n angular el engrana*e. Cuano la seKala coi,icaa cam!iaE la posici%n angular  e los piKones cam!ia. &n la prcticaE se usan ser(os para posicionar super,icies e control como el mo(imiento e palancasE peFueKos ascensores $ timones. &llos tam!in se usan en raio controlE t0teresE $ por supuestoE en ro!ots. 1.2./.1.

Caracter0sticas generales

&stos ser(os tienen un ampli,icaorE ser(o motorE 9iKoner0a e reucci%n $ un potenci%metro e realimentaci%nU too incorporao en el mismo con*unto. &sto es

un ser(o e posici%n 'lo cual signi,ica Fue uno le inica a Fu posici%n e!e ir)E con un rango e aproQimaamente 1;+ graos. &llos tienen tres ca!les e coneQi%n elctricaU PccE @=8E $ entraa e control. n ser(omotor es un sistema compuesto por unD - n motor elctricoD es el encargao e generar el mo(imientoE a tra(s e su e*e. - n sistema e regulaci%nD ,ormao por engrana*esE Fue actJa so!re el motor  para regular su (elocia $ el par. eiante estos engrana*esE normalmente rueas entaasE poemos aumentar la (elocia $ el par o isminuirlas.

22

- n sistema e control o sensorD circuito electr%nico Fue controla el mo(imiento el motor meiante el en(0o e pulsos elctricos. - n potenci%metroD conectao al e*e central el motor Fue nos permite sa!er en too momento el ngulo en el Fue se encuentra el e*e el motor.

1.2./.2.

u con(ierte un motor en ser(omotor

O me*or ic#o

por Fu se consiera Fue

algunos motores son ser(omotores $ otros no ?a respuesta no es emasiao complicaaD un ser(omotor tiene integrao o aosao al menos un etector Fue permita conocer su posicionamiento $a$ 4 tipos ,unamentales e ser(omotoresD  -Ser(omotores e corriente continua 'cc)D los ms #a!ituales. ,uncionan con un peFueKo motor e corriente continua. &l ser(omotor se controla por 9L 'moulaci%n por anc#o e pulso)E como $a eQplicamos.

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-Ser(omotores e corriente alterna 'ac)D pueen utili"ar corrientes ms potentes $ por lo tanto se usan para mo(er granes ,uer"as.

-Ser(omotores e imanes permanentes o Brus#lessD se llama !rus#less porFue es un motor e corriente alterna sin esco!illas 'como las Fue lle(an los e cc). Se utili"an para granes torFues o ,uer"as $ para altas (elociaes. Son los ms usaos en la inustria. &stn !asaos en los motores s0ncronos.

-otor 9aso a 9asoD es un motor elctricoE pero Fue no giraE sino Fue a(an"a un WpasoW. =o giran e manera continua sino por pasosE es ecirE giran un nJmero eterminao e graos. ?a caracter0stica principal e estos motores es el #ec#o e poer mo(erlos un paso a la (e" por caa pulso Fue se le apliFue. Su control se !asa en polari"ar las !o!inas Fue lle(an incluias e manera aecuaa para

24

Fue giren correctamente. Son ieales para la construcci%n e mecanismos en one se reFuieren mo(imientos mu$ precisos.

1.2./.4.

C%mo 6unciona $ se controla un ser(omotor

Como #emos ic#oE el control el ser(o se #ace por meio e pulsos elctricos.

Imagina un ser(o cu$os (alores posi!les e la seKal e entraa 'pulsos) estn entre 1.ms $ 2. msE Fue posicionan al motor en am!os eQtremos e giro '+ $ 1;+Erespecti(amente). 25

60*ate en la imagen. Si mantengo el pulso 1Ems el motor pasa e la posici%n inicial a la intermeia 'giro e 7+X). Si mantengo el pulso 2Ems el motor gira a la posici%n ,inal 'giro e 1;+X). Si mantu(iera el pulso ms tiempo e 2Ems el motor  no girar0a msE $a Fue el potenci%metro el e*e etectar0a Fue est en la posici%n ,inalE $ normalmente sonar0a un "um!io para inicarnos Fue est al ,inal el recorrio. &l (alor 1. ms inicar0a la posici%n central o neutra '7+X)E mientras Fue otros (alores el pulso lo e*an en posiciones intermeias. &l caculo e la posici%n para pulsos intermeios es mu$ sencillaE solo #a$ Fue aplicar una regla e tres. Tam!in #a$ ser(os Fue solo tiene os o tres posiciones. 9or e*emplo si mantu(iramos el pulso un tiempo menor e 1Ems el motor se Fuear0a en su posici%n inicial. 9ara pulsos entre 1Ems $ 2Ems el motor

estar0a

en

la

posici%n

intermeia $ para pulsos ma$ores e 2E se colocar0a en la posici%n ,inal 'solo 3 posiciones). 1.2.5. otor 8C 'Corriente irecta) 1.2.5.1.

8escripci%n

&s una mFuina Fue con(ierte la energ0a elctrica en mecnica a tra(s el uso el campo magntico generao Fue esto pro(oca un mo(imiento giratorioE uno e los granes pro!lemas con este tipo e mFuinas es el mantenimiento $a Fue es caro $ la!orioso 1.2.5.2.

6uncionamiento

26

&l principio e ,uncionamiento e un motor e corriente irecta o C8E es en el ingreso e una corriente en los !ornes el mismoE al igual el control e este se reali"a a tra(s e la cantia e corriente Fue se le aministre al motorE sieno Fue este gira a su mQima capacia con,orme a la corriente aministraa. 1.2.5.3.

9artes

Se encuentra compuesto e os partes principalesE sienoD • • • • • • •

• • •

otor  &stator  8entro e las cuales se encuentran los siguientes su!-componentes &sco!illas $ porta-esco!illas Colector  &*e =Jcleo $ e(anao el rotor 

Imn permanente  Arma"%n Tapas o campanas

&stas pie"as se encuentran istri!uias e la siguiente ,orma •

Rotor  &*e o =Jcleo $ e(anao Colector  o &stator  o  Arma"%n Imn permanente o &sco!illas $ porta-esco!illas o Tapas o o

•

&l ,uncionamiento e estos componentes ser e la siguiente ,ormaD •

Rotor  27

&sta es la parte m%(il el motor sieno as0 Fue pro(ee el torFue necesario para mo(er la carga puesta •

&*e o

•

Imparte la rotaci%n la nJcleoE e(anao $ al colector 

=Jcleo Se ,a!rica generalmente con capas e aceroE la ,unci%n Fue lle(a a o ca!o es la e proporcionar un tra$ecto magntico entre los polos

•

para Fue el ,lu*o magntico circule 8e(anao o Consta e !o!inas aislaas entre ellas $ el nJcleo e la armauraE se conectan con el colector Fue e!io a su rotaci%n proporciona un

•

camino e conucci%n conmutao Colector  o &sta constituio e lminas el material conuctorE este se encuentra en so!re uno e los eQtremos el e*e el rotorE e moo Fue el mo(imiento escrito por el e*e se reprouce en este componente para as0 recoger a tensi%n proucia por el e(anao inucio

28

•

&stator 

Yste es el componente ,i*o en la mFuinaE cumple la ,unci%n e aministrar el ,lu*o magntico

29

•

 Arma"%n >ace la ,unci%n e soporte $ proporciona una tra$ectoria e retorno o al ,lu*o magntico el rotor $ el imnE completano as0 el circuito

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magntico Imn permanente Se encuentra ,i*ao al arma"%n o carca"a el estator. ?a ,unci%n e o este componente es proporcionar un campo magntico uni,orme al e(anao el rotor para Fue este actJe con el campo ,ormao por el

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!o!inao $ se origine el mo(imiento el rotor  &sco!illas o &ste componente est ,a!ricao en car!%n $ poseen una ure"a menor al colector para e(itar el esgaste e ste Jltimo. Transmiten la tensi%n $ la corriente e la ,uente #acia el colector $ e a#0 al !o!inao el rotor 

1.2.5.4.

:usti,icaci%n

&n la elecci%n el uso el motor a corriente irectaE los principales moti(os ,ueron el !a*o costoE $a Fue estos se pueen reciclar ,cilmente e cualFuier maFuina a la cual se puea tener accesoU el ,cil mane*o e estos con respecto a los ser(omotores $ la potencia Fue estos an para poer mo(er masas ms pesaas a comparaci%n e los ser(omotores.  As0 mismo el empla"amiento e estos motores ser en los puntos one el torFue necesario es alto $ el control e estos puntos es !sico.

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1.2.;. Sensores