Introducción a la Robótica. Morfología 1

MORFOLOGÍA DEL ROBOT

• Estructura Mecánica• Transmisiones y Reducciones• Elementos Motores• Sensores Internos• Elementos Terminales

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Estructura mecánica de un robot

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Caracterización del manipulador• El manipulador adopta una estructura

de cadena cinemática abierta, en la que:– Eslabones: son los elementos

rígidos, interrelacionadosmediante

– Articulaciones: que permiten el movimiento relativo entre los sucesivos eslabones.

• Generalmente un extremo de la cadena es fijo (base) y el otro es libre, en el cual se sitúa un elemento de trabajo.

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Caracterización de los eslabones• Generalmente, cualquier elemento de la cadena o eslabón queda caracterizado

por:– Longitud (an): distancia entre los ejes de las articulaciones en las que

finaliza el eslabón.– Torsión (αn): ángulo que, en un plano perpendicular a an, existe entre

ambos ejes.

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Caracterización de las articulaciones• La posición relativa entre dos eslabones consecutivos se referencia mediante:

– Distancia entre elementos (dn): distancia entre las normales al eje de la articulación que quedan definidas por an-1 y an.

– Ángulo entre eslabones (Θn): ángulo entre estas normales, medido en un plano perpendicular al eje.

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Tipos de articulaciones

Planar (2 GDL)

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Grados de libertad

• Cada uno de los movimientos independientes que una articulación permite efectuar entre dos eslabones de la cadena, confiere un grado de libertad a la estructura formada.

• El número de grados de libertad de la estructura viene determinado por la suma de los grados de libertad de cada una de las articulaciones.

• El número total de grados de libertad requerido puede completarse por medio de la muñeca: articulación o conjunto de articulaciones que enlazan el elemento terminal con el elemento de trabajo.

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Estructura mecánica: Configuraciones

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Configuración cartesiana

• Tiene una estructura PPP.• La especificación de un punto del espacio se efectúa

mediante coordenadas cartesianas (x, y, z).• La precisión es uniforme en todo el espacio

operativo.• Especialmente apta para seguir una trayectoria

previamente especificada.• Construcción rígida: la distribución de cargas no

presenta problemas especiales.• No resulta adecuada para acceder a puntos situados

en espacios cerrados.• Ejemplos: ABB 840, AMERICAN ROBOT,

MOTOMAN TSG, SANKYO CCR.Espacio de trabajo

Sistema de coordenadas

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Configuración cartesiana (Ejemplos I)

ABB 840

AMERICAN ROBOTGantry 3000

SEIKO XM-3000

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Configuración cartesiana (Ejemplos II)

MOTOMAN TSGSANKYO CCR M10, M12, M14, M30

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Configuración cartesiana (Ejemplos III)

VENTAX VMR-3, SE

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Configuración cilíndrica

• Tiene una estructura RPP o PRP.• La posición del punto del espacio se realiza

mediante coordenadas cilíndricas (α, ρ, z).• Ofrecen ventajas cuando la tarea a desarrollar o las

máquinas servidas se encuentran situadas radialmente al robot.

• Algunos ejemplos: SEIKO RT3300, YAMAHA YP330A, ZYMARK SMS.

Espacio de trabajo

Sistema de coordenadas

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Configuración cilíndrica (Ejemplos)

SEIKO RT3300YAMAHA YP330A

ZYMARK SMS

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Configuración polar o esférica

• Tiene una estructura RRP.• La posición del punto del espacio se realiza

mediante coordenadas esféricas (α, β, ρ).• Configuración utilizada por los primeros robots.• Algunos ejemplos: UNIMATE 1000 y 2000,

COAMU 6000, FANUC M1.

Espacio de trabajo

Sistema de coordenadas

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Configuración polar o esférica (Ejemplos)

FANUC M1 UNIMATE 5000

UNIMATE 1000

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Configuración angular o antropomórfica

• Tiene una estructura RRR.• La posición del punto del espacio se fija con

coordenadas angulares (α, β, γ).• Son más fáciles de construir.• Soluciona, en cierta forma, el acceso a espacios

cerrados.• Obliga a un esfuerzo suplementario en el sistema de

control para el seguimiento de trayectorias rectilíneas.

• Algunos ejemplos: ABB 1400, 6400; FANUC M6, CR-100; KAWASAKI FS02, UD; MITSUBISHI RV-E4; MOTOMAN SK-45; STAÜBLI RX-170.

Espacio de trabajo

Sistema de coordenadas

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Configuración angular (Ejemplos I)

ABB 1400, 6400 MOTOMAN SK-45

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Configuración angular (Ejemplos II)

KAWASAKI FS02, UD STAÜBLI RX-170

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Configuración angular (Ejemplos III)

FANUC M6, CR-100 MITSUBISHI RV-E4

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Configuración SCARA

• Tiene una estructura RPR o PRR.• Especialmente desarrollado para realizar tareas de

ensamblado electrónico, y en general, de manipu-lación vertical.

• La mayoría de fabricantes incluyen este tipo en su oferta.

• Algunos ejemplos: ADEPT A3; SANKYO SR8437; SEYKO TT8550; YAMAKA K-II, Z-II, YK740A.

Espacio de trabajo

Sistema de coordenadas

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Configuración SCARA (Ejemplos I)

ADEPT A3 SANKYO SR8437 SEYKO TT8550

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Configuración SCARA (Ejemplos II)

YAMAKA K-II, Z-II, YK740A

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Configuración paralela

• El elemento terminal se encuentra conectado a la base por al menos dos cadenas cinemáticasindependientes.

• Inicialmente utilizada en los simuladores de vuelo.• La carga se reparte entre los eslabones.• La rigidez de los eslabones asegura mayor precisión

de posicionamiento• Bajo coste y montaje preciso.• Algunos ejemplos: ABB 340; DEMAUREX Delta;

FANUC F100; NEOS TR600, TM805; PATHFINDERS Hexvantage; POLYTEC Hexapod;

Espacio de trabajo

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Configuración paralela (Ejemplos I)

DEMAUREX Delta

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Configuración paralela (Ejemplos II)

NEOS TR600, TM805 ABB 340

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Configuración paralela (Ejemplos III)

PATHFINDERS Hexvantage FANUC F100 POLYTEC Hexapod