ESTRUCTURA DE UN ROBOT INDUSTRIAL

Estructura de un robot industrial

Componentes

Un robot est formado por los siguientes elementos: estructura mecnica, transmisiones, actuadores, sensores, elementos terminales y controlador. Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos de estos (mquinas herramientas y otras muchas mquinas emplean tecnologas semejantes), las altas prestaciones que se exigen a los robots han motivado que en ellos se empleen elementos con caractersticas especficas.

La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatoma de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan trminos como cintura, hombro, brazo, codo, mueca, etc.

Los elementos que forman parte de la totalidad del robot son:

1.- La estructura - la estructura mecnica (los eslabones, base, etc). Esto exige mucha masa, para proporcionar la rigidez bastante estructural para asegurar la exactitud mnima bajo las cargas tiles variadas.

2.- Actuadores - Los motores, los cilindros, etc., las junturas del robot. Esto tambin podra incluir los mecanismos para una transmisin, etc.,

3.- Control a la Computadora - Esta computadora une con el usuario, y a su vez los mandos las junturas del robot.

4.- El extremo de Brazo que labora con herramienta (EOAT) - La programacin que proporciona el usuario se disea para las tareas especficas.

5.- Ensee la pendiente - Un mtodo popular para programar el robot. Esto es que una mano pequea contiene un dispositivo que puede dirigir movimiento del robot, los puntos de registro en las sucesiones de movimiento, y comienza la repeticin de sucesiones. Las pendientes ms prolongadas incluyen ms funcionalidad.

Partes del brazo robot y perifricos

La unidad de control del brazo robot se puede ampliar para poder interconectar mediante buses de comunicacin o entras y salidas a otros elementos y herramientas que comporten la clula de fabricacin. Estructuras mecnicas

Condicionadas por la naturaleza y secuenciacin de las articulaciones.

Cartesiana Cilndrica

Polar Angular

Scara Paralelo

Caractersticas estructurales

Numero de articulaciones

Caractersticas geomtricas y mecnicas de los eslabones

Emplazamiento de accionamientos

Rigidez estructural

Frecuencia de resonancia

Rango articular

Volumen de trabajo

Accesibilidad

Movilidad

muy fuertemente asociada a su morfologa indica la capacidad de movimiento y las caractersticas de su comportamiento dinmico. Puede referirse al conjunto del robot o limitarse al mbito de cualquier subsistema estructural del robot (cuerpo,brazosoelementos terminales).

Hay cuatro tipos:

modo eje:Se trata de mover cada eje del robot por separado. Intuyo que se trata del modo masfcilde programar, pues es incrementar o decrementar el valor de dicho eje.

modo mundo:en este caso, lo que movemos son una combinacion de los ejes, de manera que el punto P1 se desplace en las coordenadas. Existen al menos 3 coordenadas (x, y, z) de movimiento del robot, y otras tres (a, b, c) que indican el balanceo de la Herramienta respecto a dicho punto.

modo base:aqui se indican los movimientos como el modo mundo, solo que dichas variaciones estan en funcion de una base propia definida por el usuario. Hay una serie de metodos para definir bases.

modo Herramienta:este metodo hace variar los ejes como el modo mundo, solo que las coordenadas estan definidas en funcion de la herramienta. Normalmente un desplazamiento en Z indica un movimiento de avance o retroceso de la herramienta.

Como se implica un servomotor en el funcionamiento de la movilidad de los ejes de un robot.Estructura mecnica de un robot

Mcnicamente, un robot est formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatoma del brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan trminos como cuerpo, brazo, codo y mueca.El movimiento de cada articulacin puede ser de desplazamiento, de giro, o una combinacin de ambos. De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulaciones que se muestran en la figura 1, aunque, en la prctica, en los robots slo se emplean la de rotacin y la prismatica.

Figura 1- Distintos tipos de articulaciones para robotsCada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulacin con respecto a la anterior, se denomina grado de libertad (GDL). En la figura 1 se indica el nmero de GDL de cada tipo de articulacin. El nmero de grados de libertad del robot viene dado por la suma de los grados de libertad de las articulaciones que lo componen. Puesto que, como se ha indicado, las articulaciones empleadas son nicamente las de rotacin y prsmatica con un solo GDL cada una, el nmero de GDL del robot suele coincidir con el nmero de articulaciones de que se compone.El empleode diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, da lugar a diferentes configuraciones con caractersticas a tener en cuenta tanto en el diseo y construccin del robot como en su aplicacin. Las combinaciones ms frecuentes son las representadas en la figura 2 donde se atiende nicamente a las tres principales articulaciones del robot, que son las ms importantes a la hora de posicionar su extremo en un punto del espacio.

Figura 2- Estructuras mecnicas frecuentes en robots industrialesPuesto que para posiciona ry orientar un cuerpo de cualquier manera en el espacio son necesarios seis parametros, tres para definir la posicin y tres para la orientacin, si se pretende que un robot posicione y oriente su extremo (y con l la pieza o herramienta manipulada) de cualquier modo en el espacio, se precisarn de seis GDL.CartesianoCuando el brazo de un robot se mueve de modo rectilineo, es decir, en las direcciones de las coordenadasx,yyzdel sistema de coordenadas cartesianas rectangulares diestras, como se ve en la figura 3a), se le llama tipo cartesiano o rectangular.El robot asociado se conoce entonces como robot cartesiano. Se llama a los movimientos desplazamientox,altura o elevacinyy alcancezdel brazo. Su espacio de trabajo tiene la forma de una caja o de un prisma rectangular, como se indica en la figura 3b). Un robot cartesiano necesita un espacio de gran volumen para su operacin. Sin embargo, este robot tiene una estructura rgida y ofrece una posicin precisa para el efector final. El manteniento de estos robots es difcil, puesto que los movimientos rectilneos se obtienen por lo general a travs de actuadores elctricos giratorios acoplados a tuercas y tornillos esfricos. El polvo acumulado en los tornillos puede llegar a dificultar el movimiento suave del robot. Por lo tanto, tienen que cubrirse mediante fuelles. Adems, mantener la alineacin de los tornillos requiere una mayor rgidez en estos componentes. Por ende, estos robots tienden a ser mas caros.

Figura 3- Un brazo de robot cartesiano y su espacio de trabajoCilndricoCuando el brazo de un robot tiene una articulacin de revoluta y dos prismticas, es decir, si la primera articulacin prismtica del tipo cartesiano, figura 3, es reemplazada por una articulacin de revoluta de su eje girado 90 respecto al ejez, los puntos que pueden alcanzar pueden ser convenientes especificados con coordenadas cilndricas, es decir, ngulo, alturayy radioz, como se indica en la figura 4a). Un robot con este tipo de brazo se denomina robot cilndrico, cuyo brazo se mueve por medio de,yyz, es decir, tiene una rotacin de base, una elevacin y un alcance, respectivamente. Puesto que las coordenadas del brazo pueden asumir cualquiera de los valores entre los lmites superior e inferior especificados, su efector final puede moverse en un volumen limitado, que es una seccin de corte dentro del espacio entre los dos cilindros concntricos, como se muestra en la figura 4b). Observe que ste no es el caso para un brazo cartesiano; su volumen de trabajo es una caja slida como se muestra en la figura 3b). La lnea punteada de la figura simplemente completa el lmite del volumen de espacio de trabajo para una mejor vizualizacin. Un robot de este tipo podr tener problemas para tocar el piso cerca de la base. Se usan exitosamente cuando una tarea requiere que se alcancen aperturas pequeas o en el trabajo sobre superficies cilndricas, por ejemplo, para la soldadura de dos tubos.

Figura 4-Brazo de robot cilndrico dentro de su volumen de trabajoLas partes huecas son aquellas que estn fuera del alcance del efector final del robot. Se denominan zonas singulares.

Esfrico o polarCuando el brazo de un robot es capaz de cambiar su configuracin moviendo sus dos articulaciones de revoluta y su articulacin prismtica, es decir, cuando la segunda articulacin prismtica a lo largo de la alturaydel tipo cilndrico es reemplazada por una articulacin de revoluta con su eje girado 90 respecto al ejez, se denomina brazo de robot esfrico o polar; la posicin del brazo se describe convenientemente por medio de las coordenadas esfricas, yz; el brazo se muestra en la figura 5a). Los movimientos del brazo representan la rotacin de la base, los ngulos de elevacin y el alcance, respectivamente. Su volumen de trabajo es indicado en la figura 5b).

Figura 5- Robot esfrico con su volumen de trabajoArticulado o de revolutaCuando un brazo de robot consiste en eslabones conectados por articulaciones de revoluta, es decir, cuando la tercera articulacin prismtica tambin es reemplazada por otra articulacin de revoluta con su eje girado 90 respecto al ejez, se le llama brazo unido articulado o de revoluta. Este caso se muestra en la figura 6a). Su volumen esfrico de trabajo se muestra en la figura 5b) donde su superficie interna es difcil de determinar. Tales robots son relativamente ms sencillos de fabricar y mantener, ya que los actuadores del robot estn directamente acoplados mediante transmisiones de engranes o bien por bandas. Sin embargo, la realizacin de una tarea en coordenadas cartesianas requiere de transformaciones matemticas.

Figura 6- Robot tipo GantryEs bastante interesante observar que las cuatro arquitecturas fundamentales del brazo que se mencionan arriba pueden derivarse unas de otras. En parte de la literatura tambin se utilizan clasificaciones como Gantry y SCARA (Slective Compliance Assembly Robot Arm), como se muestra en las figuras 6 y 7, respectivamente. Es en verdad no se requiere, pues los tipos fundamentales son suficientes para ayudar a su entendimiento. Por ejemplo, el brazo del robot tipo gantry es del tipo cartesiano puesto al revs. Este robot es grande, verstil en su operacin, pero caro. Es SCARA, por otro lado, es un tipo cilndrico cuyo alcance se logra mediante el uso de una articulacin de revoluta en lugar de una articulacin prismtica. Un robot SCARA es muy conveniente para operaciones de ensamble; por lo tanto, se usa mucho para este propsito en varias industrias.

Figura 7- Brazo SCARA