Definición de un robot manipulador

Definición de un robot manipulador.

Definición del Instituto Americano del Robot (RIA): "Es un manipulador reprogramable, multifuncional ideado para el transporte de materiales, partes, herramientas o sistemas especializados, con movimientos variados y programados para la realización de tareas diversas".

Definición de un robot manipulador.

•Definición de la Asociación Francesa de Normalización (AFNOR): "Es un manipulador controlado en posición, reprogramable, polivalente, de varios grados de libertad, capaz de manipular materiales, piezas, herramientas y dispositivos especializados, durante la ejecución de movimientos variables y programados para la realización de una variedad de tareas".

Constitución de un robot-manipulador

Un robot-manipulador es un sistema electro-mecánico constituido por los siguientes sub-sistemas:

A) Sub-sistema mecánico: Este sub-sistema consiste en un manipulador mecánico que actúa sobre los objetos de su entorno a fin de realizar una tarea útil para el usuario. Por ejemplo: pintar un objeto, soldar dos piezas, trasladar un objeto de un sitio a otro, etc.

B) Sub-sistema de comunicación: En general se trata de una computadora, y permite al usuario comunicarle al manipulador la tarea a realizar, y conocer la situación de éste y de su entorno durante la ejecución de la misma. Para transmitir sus ordenes, el usuario se puede servir de un teclado, de palancas, o de su propia voz.

Cualquiera que sea el caso, la información es recibida por un procesador y transmitida al sub-sistema de decisión para ser convertida en consignas de movimiento para el manipulador. La información relativa al estado del manipulador y de su entorno, es recibida por el usuario en forma gráfica y/o alfa-numérica a través de una pantalla.

C) Sub-sistema de decisión: Es un sub-sistema intermedio entre la parte de comunicación y la de control, que consiste generalmente en un programa de computadora, cuya función básica es la de interpretar las instrucciones que emite el usuario para definir una tarea, y convertir éstas en consignas de movimiento de cada eslabón del manipulador. Asimismo, este sub-sistema genera mensajes comprensibles para el usuario a partir de información recibida del sistema de percepción.

D) Sub-sistema de control: Éste procesa la información recibida de los sub-sistemas de decisión (la consigna original) y de percepción (errores a corregir), y genera las señales físicas necesarias para que, después de ser amplificadas, los actuadores del manipulador ejecuten finalmente los movimientos requeridos por sus eslabones en la realización de la tarea.

E) Sub-sistema de percepción: Este sub-sistema consiste en un conjunto de instrumentos sensores que, a través de las señales físicas que generan, permiten a los sub-sistemas de control y de decisión conocer la situación instantánea del manipulador y de los objetos del ambiente durante la ejecución de alguna tarea. Los sensores pueden ser internos (v.gr. un potenciómetro, o una celda de carga), o externos (v.gr. una cámara de video, o un sistema de ultrasonido).

Los sensores internos se utilizan para obtener información del estado interno del manipulador; por ejemplo, la posición relativa entre dos eslabones, o la carga soportada por el órgano terminal.

Por otra parte, los sensores externos obtienen información acerca de la situación instantánea del ambiente del robot. Por ejemplo, permiten identificar y determinar la situación (posición y orientación) de objetos diversos.

El manipulador mecánico está integrado por tres grupos de componentes:

A) Mecanismo de eslabones articulados. Es un conjunto de sólidos (llamados eslabones) articulados entre sí de tal manera que conduzcan al dispositivo (llamado órgano terminal), colocado en el extremo de la estructura, a las posiciones y orientaciones necesarias para la realización de una tarea dada.

Las articulaciones que se utilizan en todo manipulador pueden ser de dos tipos: de revolución (tipo R), y prismática (tipo P). Las articulaciones de tipo R permiten un movimiento relativo de rotación entre los eslabones que conectan, mientras que las de tipo P permiten un movimiento relativo de traslación.

Órgano terminal: Es el dispositivo que se instala en el extremo del manipulador, el cual interactúa con los objetos de su entorno al efectuar una tarea. Consiste en un sistema mecánico capaz de prender y soltar objetos (v. gr. una pinza neumática, una mano mecánica de varios dedos articulados, etc.). En una herramienta capaz de realizar alguna operación específica.

Los actuadores son los dispositivos que producen la potencia mecánica que se requiere para mover los eslabones del manipulador. Pueden ser motores eléctricos, pistones, y motores neumáticos e hidráulicos. Las transmisiones de potencia aseguran la conducción del movimiento generado en los actuadores hasta cada eslabón del manipulador. Pueden ser del tipo de bandas dentadas, engranajes, cadenas, etc.

Número de grados de libertad.

El número de grados de libertad de un robot es el mínimo número de variables independientes que es necesario definir para determinar la situación en el espacio de todos los eslabones del manipulador.

Para definir la situación (posición y orientación) de un sólido en el espacio se requieren 6 variables independientes. Así, si un robot está constituido por e eslabones, considerando libres esos

eslabones, se necesitarían 6e variables para localizarlos. Sin embargo, al restringir mediante articulaciones el movimiento relativo entre los eslabones, y al fijar el primer eslabón, el número de esas variables se reduce sensiblemente.

Aplicando el criterio de Kutzbach al caso de los manipuladores -los cuales sólo utilizan articulaciones de tipo R o P-, el número de grados de libertad, F, de estos mecanismos está dado por:

F = 6(e - 1) -5p (1.1)

donde:

e

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