ARQUITECTURA DE ROBOTS, SENSORES Y ACTUADORES

1. Arquitectura de robots.
Sensores y actuadores
Robótica y Visión por Computador

2. Robótica y visión por Computador 2
Arquitectura de robots
1. Estructura mecánica
2. Transmisiones y reductores
3. Actuadores
4. Sensores internos
5. Elementos terminales

3. Robótica y visión por Computador 3
Arquitectura de robots
Nivel 1
Unidad
mecánica
Nivel 2
Unidad de
potencia
Nivel 3
Unidad de
control
Nivel 4
Unidad de
programación
Robot
industrial
Robot
teleoperado
Robot
educacional

4. Robótica y visión por Computador 4
Arquitectura de robots: Unidad mecánica
brazo mecánico:
• Eslabones,
• Articulaciones,
• Actuadores,
• Transmisiones y
• Reductores.

5. Robótica y visión por Computador 5
•Robot = elementos o eslabones unidos
por articulaciones
•Similitud anatómica con el brazo humano
•Tipos de movimiento en articulaciones:
•Desplazamiento
•Giro
•Combinación
•Grado de libertad (GDL): cada uno de los
movimientos independientes que puede
realizar cada articulación con respecto a la
anterior
Arquitectura de robots: Unidad mecánica

6. Robótica y visión por Computador 6
•Grados de libertad
•Muñeca del Robot
•Espacio de trabajo
Arquitectura de robots: Unidad mecánica

7. Control de Robots y Sistemas
Sensoriales 7
Morfología: Robots seriales

8. Control de Robots y Sistemas
Sensoriales 8
Morfología: Robots paralelos

9.  Robots espaciales
 Existen múltiples
configuraciones:
 3 GDL
 4 GDL
 5 GDL
 6 GDL
 Robots enlazados
III.-
Configuraciones
Configuraciones de los robots paralelos

10. Robótica y visión por Computador 10
Robots Redundantes:
Arquitectura de robots: Unidad mecánica

11. Robótica y visión por Computador 11
Transmisiones
• Elementos encargados de transmitir el movimiento
desde los actuadores hasta las articulaciones.
•Justificación
– Reducción del momento de inercia (acercamiento de los
actuadores a la base)
– Conversión lineal- circular y viceversa
•Características necesarias (Altas prestaciones)
– Tamaño y peso reducido
– Mínimos juegos u holguras
– Gran rendimiento
– No debe afectar al movimiento
– Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par elevado

12. Robótica y visión por Computador 12
Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconvenientes
Circular-Circular Engranaje
Correa dentada
Cadena
Paralelogramo
Cable
Pares altos
Distancia grande
Distancia grande
---
---
Holguras
---
ruido
giro limitado
deformabilidad
Circular-lineal Tornillo sin fin
Cremallera
Poca holgura
Holgura media
Rozamiento
Rozamiento
Lineal- Circular Paral. Articulado
Cremallera
---
Holgura media
Control difícil
Rozamiento
Transmisiones

13. Robótica y visión por Computador 13
Reductores
•Misión:
Adaptar par y velocidad de la salida del actuador a los
valores adecuados para el movimiento de los eslabones
del robot
•Específicos para robots (altas prestaciones)
•Características:
– Bajo peso, tamaño y rozamiento
– Capacidad de reducción elevada en un solo paso
– Mínimo momento de inercia
– Mínimo juego o Backslash (se define como el ángulo que gira el eje de salida
cunado se cambia el su sentido de giro sin que llegue a girar el eje de entrada)
– Alta rigidez torsional
2
1
1
2 *




 

14. Robótica y visión por Computador 14
Reductores
Diferencia entre dientes: Z= Nc - Nf
Reducción: Z/Nf
www.harmonic-drive.com

15. Robótica y visión por Computador 15
Reductores

16. Robótica y visión por Computador 16
Robots de accionamiento directo (DD)
Robots de accionamiento eléctrico sin reductores
Ventajas:
– Posicionamiento rápido y preciso
– Mayor controlabilidad (aunque más compleja)
– Simplificación del sistema mecánico
Desventajas:
– Necesidad de motores especiales (par elevado a bajas
revoluciones con alta rigidez)
– Reducción de la resolución del codificador de posición
Típicos en robots SCARA

17. Robótica y visión por Computador 17
Actuadores. (I) Tipos
Tipos empleados en robótica:
•Neumáticos (cilindros y motores)
•Hidráulicos (cilindros y motores)
•Eléctricos (DC , AC y Motores
paso a paso)
Características:
•Potencia
•Controlabilidad
•Peso y volumen
•Precisión
•Velocidad
•Mantenimiento
•Coste

18. Robótica y visión por Computador 18
Actuadores (II) Características

19. Robótica y visión por Computador 19
Actuadores (III)
neumática
Válvula neumática
Cilindro neumático de
doble efecto
Motor de
paletas
Motor de
pistones axiales
Actuador
rotativo
piñon-
cremallera

20. Robótica y visión por Computador 20
Actuadores (IV)
Eléctricos
Motor DC. Esquema y fdt

21. Robótica y visión por Computador 21
Sensores internos. Tipos
•Posición:
– Analógicos:
– Digitales:
•Velocidad:
Tacogeneratriz
•Presencia:
Potenciómetros,
Inductosyn,
Resolver, LVDT,
Sincro
Encoders absolutos
Regla óptica
Encoders_incrementales
Inductivo
Capacitivo
Efecto Hall
Célula Reed
Óptico
Ultrasónico
Contacto

22. Robótica y visión por Computador 22
Sensores internos (II)
Funcionamiento
Encoder incremental
Sensores angulares de posición
Encoder absoluto

23. Robótica y visión por Computador 23
Sensores internos. Funcionamiento
  
 sin
sin
1 t
V
V 
Sincro-resolver
Encoder lineal
resolver
  
 cos
sin
2 t
V
V 

24. Robótica y visión por Computador 24
Sensores internos (III)
Funcionamiento
LVDT
Inductosyn
Sensores lineales de posición
 
2
1 M
M
Eo 








p
x
kV
Vs 
2
cos

25. Robótica y visión por Computador 25
Elementos Terminales (I)
Elementos de aprehensión o sujeción
Sistemas de sujeción para robots
Tipos de sujeción Accionamiento Uso
Pinza de presión Neumático o eléctrico Transporte y manipulación
· desp. angular de piezas sobre las que no
· desp. lineal importe presionar
Pinza de enganche Neumático o eléctrico Piezas de grandes dimens.
o sobre las que no se puede
ejercer presión
Ventosas de vacío Neumático Cuerpos con superficie lisa
poco porosa (cristal,
plástico, etc.)
Electroimán Eléctrico Piezas ferromagnéticas.

26. Robótica y visión por Computador 26
Elementos Terminales (II)
Herramientas
Tipo de herramienta Comentarios
Pinza soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran sobre la
pieza a soldar
Soplete soldadura al arco Aportan el flujo de electrodo que se funde
Cucharón para colada Para trabajos de fundición
Atornillador Suelen incluir la alimentación de tornillos
Fresa- lija Para perfilar, eliminar rebabas,
pulir, etc
Pistola de pintura Por pulverización de la pintura
Cañón láser Para corte de materiales, soldadura o
inspección.
Cañón de agua a presión Para corte de materiales.

27. Robótica y visión por Computador 27
Elementos Terminales (III)