Morfologia del robot

RESUMEN:

Como primeramente se vio en clase, podría definir a un robot como un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas.

Se investigaron diferentes componentes que le conforman para tener un conocimiento base, los cuales fueron los siguientes:

El robot consta de transmisiones las cuales son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Mientras que los reductores son los 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. Existen diferentes sistemas de transmisión para robots los cuales son: circular-circular, circular-lineal y lineal-circular. Cada una de estas tiene sus ventajas e inconvenientes. Las características deseadas de los reductores son: Bajo peso, reducido tamaño; bajo rozamiento, reducción elevada de velocidad en un único paso, minimizar su momento de inercia y bajo juego angular.

El accionamiento directo aparece a raíz de la necesidad de utilizar robots en aplicaciones que exigen combinar gran precisión con alta velocidad. Los reductores introducen una serie de efectos negativos, como son juego angular, rozamiento o disminución de la rigidez del accionado, que pueden impedir alcanzar los valores de precisión y velocidad requeridos. Las principales ventajas que se derivan de la utilización de accionamientos directos son las siguientes: Posicionamiento rápido y preciso, pues se evitan los rozamientos y juegos de las transmisiones y reductores., aumento de las posibilidades de controlabilidad del sistema a costa de una mayor complejidad. Y Simplificación del sistema mecánico al eliminarse el reductor.

Otro de los temas es la comparación de sistemas de acción, 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 y eléctrica.

CONTENIDO:

RESUMEN:        1

OBJETIVO:        3

DESARRROLLO        3

MORFOLOGIA DEL ROBOT        3

TRANSMISIONES Y REDUCTORES        3

ACCIONAMIENTO DIRECTO        8

COMPARACION DE SISTEMAS DE ACCION        10

ACTUADORES NEUMATICOS        10

ACTUADORES HIDRAULICOS        13

ACTUADORES ELECTRICOS        13

CONCLUSIONES:        14

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:        14

CUESTIONARIO:        14

OBJETIVO:

Conocer las características principales que componen el modelo dinámico y estático de los componentes morfológicos de un robot, en este caso, lo es transmisiones y reductores al igual que conocer diferentes tipos de actuadores.

DESARRROLLO

MORFOLOGIA DEL ROBOT

Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y elementos terminales.

[pic 1]

FIGURA 2.1 Ejemplo de estructura mecánica y elementos constitutivos de un robot.

TRANSMISIONES Y REDUCTORES

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.

TRANSMISIONES

Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general, más 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 el movimiento circular en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario.

TABLA 2.1 Sistemas de transmisión para robots.

[pic 2]

En esta tabla también quedan reflejadas algunas ventajas e inconvenientes propios de algunos sistemas de transmisión. Entre ellas cabe destacar la holgura o juego. Es muy importante que el sistema de transmisión a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda introducir. También hay que tener en cuenta que el sistema de transmisión sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado y, a ser posible, entre grandes distancias.

Las transmisiones más habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a la entrada como a la salida. Incluidas en éstas se encuentran los engranajes, las correas dentadas y las cadenas.

REDUCTORES

“Su misión es adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los brazos del actuador. Su objetivo es aumentar la velocidad y la fuerza para poder realizar la tarea adecuadamente.

En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, sí que existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robótica se les exige unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas características viene motivada por las altas prestaciones que se le pide al robot en cuando a precisión y velocidad de posicionamiento. La figura 2.2 muestra valores típicos de los reductores para la robótica actualmente empleados.

Características deseadas

• Bajo peso
• Reducido tamaño
• Bajo rozamiento
• Reducción elevada de velocidad en un único paso
• Minimizar su momento de inercia
• Bajo juego angular

Los reductores por motivos de diseño, tienen una velocidad máxima de entrada admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamaño del motor. Existe una limitación en cuanto al par de salida nominal permisible (T2), que depende del par de entrada (T1) y de la relación de transmisión atraves de la relación:

[pic 3] 

[pic 4]

TABLA 2.2 Características de reductores para robótica.

[pic 5]

Puesto que el robot trabaja en ciclos cortos que implican continuos arranques y paradas, es de gran importancia que los reductores sean capaz de soportar pares elevados puntuales. También se busca que el Juego angular sea lo menor posible. Este se define como el ángulo que gira el eje de salida cuando se cambia su sentido de giro sin que llegue a girar el eje de entrada. Por último, es importante que los reductores para robótica posean una alta rigidez torsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salida para que, manteniendo bloqueada el de la entrada, aquel gire un ángulo unitario.

Los reductores para robots más comúnmente usados son los de las empresas Harmonic Drive [HARMONIC-96] y Cyclo-Getriebebau [Cycio-96]. Los primeros, denominados HDUC (Figura 2.7), se basan en una corona exterior rígida (Figura 2.8) con dentado interior (circular spline) y un vaso flexible (flexspline) con dentado exterior que engrana en el primero. El número de dientes de ambos difiere en 1 o 2. Interiormente al vaso gira un rodamiento elipsoidal (wave generator) que deforma el vaso, poniendo en contacto la corona exterior con la zona del vaso correspondiente al Máximo diámetro de la elipse. Al girar el wave generator (al que se fija el eje de entrada), se obliga a que los dientes del flexspline (fijado al eje de salida) engranen uno a uno con los del circular spline, de modo que, al haber una diferencia de dientes, [pic 6]tras una vuelta completa del wave generator, el flexspline solo habrá avanzado Z dientes. La relación de reducción conseguida será, por tanto, de Z/Nf. En concreto, se consiguen reducciones de hasta 320, con una holgura cercana a cero y capacidad de transmisión de par de 5720 Nm.

[pic 7]

FIGRA 2.7 Despiece HDUC

[pic 8]

FIGURA 2.8 Esquema HDUC

Por otra parte el sistema de reducción de los reductores CYCLO se basa en el movimiento cicloidal de un disco de curvas (Figura 2.9) movido por una excéntrica solidaria al árbol de entrada. Por cada revolución de la excéntrica el disco de curvas avanza un saliente rodando sobre los rodillos exteriores. Este avance arrastra a su vez a los pernos del árbol de salida que describirán una cicloide dentro de los huecos del disco de curvas. La componente de traslación angular de este movimiento se corresponde con la rotación del árbol de salida. La relación de reducción viene, por tanto, determinada por el número de salientes. Para compensar los momentos de flexión y de las masas de cada disco en movimiento excéntrico, generalmente se utilizan dos discos desfasados entre si 180°.

...