Robotica Basica

1. Morfología de los robots industriales.

1.1. Introducción a la morfología de los robots.

La morfología es un concepto importante porque la forma y estructura de los robots condicionan en gran manera su funcionamiento y prestaciones así como su campo de aplicación. En el siguiente esquema podremos observar una sistematización de conceptos ligados con el factor morfología. Se puede observar que se contempla la morfología del robot en su conjunto – arquitectura – y en la de sus subsistemas constituyentes.

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1.1.1. Arquitectura.

La arquitectura, definida por el tipo de configuración general del robot, puede ser fija o metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales – cambio de la herramienta o de la garra -, hasta los más complejos – cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales.

Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica de robot, tal y como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismo que resista un análisis crítico riguroso. Como se puede observar en la tabla anterior podemos subdividir los robots, atendiendo a su arquitectura en cinco grupos: poliarticulados, móviles, androides, zoomórficos e híbridos.

Poliarticulados.

Bajo esta denominación agrupamos robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios – aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados – y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad. En este grupo se hallan los manipuladores, los robots industriales clásicos, los robots tipos pórtico, los robots repartidos y algunos robots de manutención, entre otros.

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Móviles.

Los móviles son robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas de concepción diversa y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante o rulante. Siguen su camino por telemando o guiándose con la información recibida de su entorno a través de sus sensores.

Androides.

Los androides son robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma – antropomorfismo – y el comportamiento cinemático del ser humano.

Zoomórficos.

Este tipo de robots, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluirse también a los androides, constituyen una amplia clase caracterizada fundamentalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los de diversos seres vivos.

Híbridos.

Los robots de arquitectura híbrida corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa a caballo de las ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas, desarrollado en una universidad japonesa, participa al mismo tiempo de los atributos de los robots móviles y de los robots zoomórficos.

1.1.2. Subsistemas.

Para completar la visión sistematizada de la morfología de los robots – una vez contempla su configuración global o arquitectura – es conveniente considerar los dos grupos de subsistemas que reúnen a todos sus componentes estructurales y funcionales. Los subsistemas estructurales son el cuerpo, los brazos, el sistema locomotor y los elementos terminales. Con una combinación de los mismos se puede configurar cualquier tipo de robot desde el punto de vista de su “esqueleto” mecánico. Los subsistemas funcionales están constituidos por las unidades operativas que “animan” al robot, dotándole de movimiento, de percepción y de capacidad de actuación o “inteligencia”. Son el sistema de accionamiento, el sistema sensorial y el sistema de control.

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1.2. Morfología de los robots industriales.

1.2.1. Estructura mecánica de los robots industriales.

A continuación se describen las características mecánicas más relevantes propias de los robots industriales y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones.

1.2.1.1. Grados de libertad.

Son los parámetros que se precisan para determinar la posición y la orientación del elemento terminal del manipulador. También se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos básicos (giratorios y de desplazamiento) independientes. En la imagen se muestra el esquema de un robot de estructura moderna con 6 grados de libertad; tres de ellos determinan la posición en el espacio del aprehensor (q1, q2 y q3) y los otros 3, la orientación del mismo (q4, q5 y q6).

Ejemplo robot con 6 grados de libertad.

Un mayor número de grados de libertad conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requieren 6 grados de libertad, como las de la soldadura, mecanizado y paletización, otras más complejas reciben un numero mayor, tal es el caso en las labores de montaje. Tareas más sencillas y con movimientos mas limitados, como las de la pintura y paletizacion, suelen exigir 4 o 5 grados de libertad.

1.2.1.2. Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador.

Las dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de libertad, definen la zona de trabajo del robot, característica fundamental en las fases de selección e implantación del modelo adecuado. La zona de trabajo se subdivide en áreas diferenciadas entre sí, por la accesibilidad especifica del elemento terminal (aprehensor o herramienta), es diferente a la que permite orientarlo verticalmente o con el determinado ángulo de inclinación. También queda restringida la zona de trabajo por los límites de giro y desplazamiento que existen en las articulaciones.

1.2.1.3. Capacidad de carga.

El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de la propia garra. En modelos de robots indústriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección de un robot, según la tarea a la que se destine. En soldadura y mecanizado es común precisar capacidades de carga superiores a los 50kg.

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1.2.1.4. Exactitud y Repetibilidad.

· Las funciones de la exactitud, o precisión, y la repetibilidad

1. - La resolución - el uso de sistemas digitales, y otros factores que sólo son un número limitado de posiciones que están disponibles. Así el usuario ajusta a menudo las coordenadas a la posición discreta más cercana.

2. - La cinemática el error modelado - el modelo de la cinemática del robot no empareja al robot exactamente. Como resultado los cálculos de ángulos de la juntura requeridos contienen un error pequeño.

3. - Los errores de la calibración - La posición determinada durante la calibración puede estar apagada ligeramente, mientras se esta produciendo un error en la posición calculada.

4. - Los errores del azar - los problemas se levantan conforme el robot opera. Por ejemplo, fricción, torcimiento estructural, la expansión termal, la repercusión negativa / la falla en las transmisiones, etc. pueden causar las variaciones en la posición.

La Exactitud de punto:

1. · "Cómo el robot consigue al punto deseado"

2. · Esto mide la distancia entre la posición especificada, y la posición real del efector de extremo de robot.

3. La Exactitud de punto es más importante al realizar fuera de la línea programando, porque se usan las coordenadas absolutas.

· Repetibilidad:

1. · "Cómo el movimiento del robot es a la misma posición como el mismo movimiento hecho antes"

2. · Una medida del error o variabilidad al alcanzar repetidamente para una sola posición.

3. · Éste sólo es el resultado de errores del azar

4. La repetibilidad de punto es a menudo más pequeña que la exactitud.

La Resolución de punto esta basada en un número limitado de puntos que el robot puede alcanzar para éstos se muestran aquí como los puntos negros. Estos puntos están típicamente separados por un milímetro o menos, dependiendo del tipo de robot. Esto es más complicado por el hecho que el usuario podría pedir una posición como 456.4mm, y el sistema sólo puede mover al milímetro más cercano, 456mm, éste es el error de exactitud de 0.4mm.

1.2.1.5. Precisión en la repetibilidad.

Esta magnitud establece el grado de exactitud en la repetición de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada. Dependiendo del trabajo que se deba realizar, la precisión en la repetibilidad de los movimientos es mayor o menor. Así por ejemplo, en labores de ensamblaje de piezas, dicha característica ha de ser menor a ±0.1mm. En soldadura, pintura y manipulación de piezas, la precisión en la repetibilidad está comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado, la precisión ha de ser menor de 1mm.

1.2.1.6. Velocidad.

En muchas ocasiones, una velocidad de trabajo elevada, aumenta extraordinariamente el rendimiento del robot, por lo que esta magnitud se valora considerablemente en la elección del mismo.

En tareas

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