Intro robotica

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1/60 14 de junio de 202 2 Unidad I Unidad I : : Introducción a la Robótica. Introducción a la Robótica. Materia: Materia: Robótica Robótica Docente: Ing. Ramón Javier Villa Medina

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Presentación materia Robotica

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1/6013 de abril de 2023

Unidad IUnidad I: : Introducción a la Robótica.Introducción a la Robótica.

Materia:Materia:RobóticaRobótica

Docente:Ing. Ramón Javier Villa Medina

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Producto y/u objetivo Final de la materia: Adquirir conocimiento y habilidades para el modelado cinemático y Dinámico de los robots. Propondrá soluciones que se adecuen a los requerimientos de automatización.

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FUNDAMENTOS DE ROBOTICABARRIENTOS, PEÑIN, BALAGUER Y ARACIL.

McGraw Hill

ROBOTICA MANIPULADORES Y ROBOTS MOVILES.

OLLERO BATURONE MARCOMBO.

APRENDA MATLAB COMO SI ESTUVIERA EN PRIMERO.

Bibliografía.

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Forma de Evaluación:Unidad 1: Examen escrito individual (70%), Trabajos y Tareas (20%) asistencia individual (10%)Unidad 2-5: Examen en computadora (70%) Trabajos & Tareas (20%) y asistencia individual (10%) La calificación final de las materias se obtendrá con un promedio entre el promedio de las 5 unidades y la calificación del trabajo final (es requisito que el trabajo final funcione para poder aprobar la materia).

Reglas: (Establecidas por el docente) Puntualidad en entrega de trabajos.Calidad en Presentación de Trabajos.

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Características del Trabajo Final

• Tipos de articulaciones y configuración definidas por el equipo de trabajo.• Materiales y medios de actuación y trasmisiones definidos por el equipo de

trabajo.• Interfaz grafica y obtención de datos para el movimiento del robot en Matlab.• Comunicación de datos del Matlab a medio de control (PIC) por medios

seriales.• Se pueden utilizar otros medios de control de motores como tarjetas

controladores de servomotores o tarjetas controladoras de motores de corriente directa.

• Capacidad del robot para transportar un objeto de 200 gramos con dimensiones máximas de 10x3x7 cms en el actuador final .

• Operación básica de soldadura con trayectoria lineal, puede ser simulada o real.• El robot tendrá la capacidad de mover un objeto a distancias mínimas lineales

de 50 cms. • DIBUJO DEL PROBLEMA EN PIZARRON.

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Dibujo trabajo final.

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Índice General

• Introducción.

• Antecedentes Históricos.

• Origen y desarrollo de la Robótica.

• Definición y Clasificación del Robot.

• Morfología del Robot.

• Estructura Mecánica.

• Transmisiones.

• Sistemas de Accionamiento.

• Sistema Sensorial.

• Sistema de Control.

• Elementos Terminales.

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Introducción

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Antecedentes Históricos.

• Donde surge la palabra autómata y que significa.• Describa un poco sobre el funcionamiento de cada

uno de los siguientes autómatas.

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Antecedentes Históricos.

• ¿Quien uso por primera vez la palabra robótica, en qué año y en dónde?

• ¿Quién fue el máximo impulsor de la palabra robot y en que obra?

• ¿Cuales son las primeras leyes sobre la robótica enunciadas?

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Origen y Desarrollo de la Robótica.

• ¿Según el libro introducción a la robótica cuales fueron los progenitores mas directos de los robots y porque se dice eso?

• ¿Cuál fue el primer robot patentado, en qué año y por quién?

• Realice una cronología de los eventos mas importantes en el desarrollo de la robótica.

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Clasificación de Robots.

De acuerdo a su Utilización.– Robots de Servicio. – y robots industriales.

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Definición de un Robot Industrial.

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Definición de un Robot Industrial.

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Clasificación de Robots.

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Clasificación de Robots.

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MORFOLOGÍA DEL ROBOT

Un Robot está constituido por 6 elementos o componentes, los cuales se mencionan a continuación:•Estructura Mecánica.•Transmisiones.•Sistema de Accionamiento.•Sistema Sensorial.•Sistema de Control.•Elementos Terminales.Cada uno de estos elementos será examinado a continuación.

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ESTRUCTURA MECÁNICA DE UN ROBOT.

Un Robot está constituido por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitución física de la gran parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del brazo humano, es decir, que poseen ciertas características antropomórficas, por lo que en ocasiones a los distintos elementos que componen el robot se les denomina en términos como cuerpo, brazo, codo muñeca.

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Tipos de Articulaciones.

Cada articulación provee al robot de al menos un ‘grado de libertad’, o bien, cada uno de los movimientos independientes que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior, se denomina ‘grado de libertad’ (GDL).

El movimiento de cada articulación puede ser de desplazamiento, de giro o una combinación de ambos. De este modo son posibles seis tipos diferentes de articulaciones:

•Esférica o Rótula (3 GDL)•Planar (2 GDL)•Tornillo (1 GDL)•Prismática (1 GDL)•Rotación (1 GDL)•Cilíndrica (2 GDL)

Aunque en la práctica, en los robots sólo se emplean la de rotación y la prismática.

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Tipos de Articulaciones.

El empleo de diferentes combinaciones de articulaciones en un robot, da lugar a diferentes configuraciones, con ciertas características tanto en el diseño y construcción del robot como en su aplicación.

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Tipos de configuraciones:

Cuando se habla de la configuración de un robot, se habla de la forma física que se le ha dado al brazo del robot. El brazo del manipulador puede presentar cuatro configuraciones clásicas:

• la cartesiana,

• la cilíndrica,

• la polar

• y la angular,

las cuales serán explicadas a continuación.

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Configuración cartesiana:

• Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y y Z.

• Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales.

• Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro.

• A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación.

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Configuración cilíndrica:

Puede realizar dos movimientos lineales y uno rotacional, o sea, que presenta tres grados de libertad.El robot de configuración cilíndrica está diseñado para ejecutar los movimientos conocidos como interpolación lineal e interpolación por articulación.La interpolación por articulación se lleva a cabo por medio de la primera articulación, ya que ésta puede realizar un movimiento rotacional.

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Configuración polar:

Tiene varias articulaciones. Cada una de ellas puede realizar un movimiento distinto: rotacional, angular y lineal.

Este robot utiliza la interpolación por articulación para moverse en sus dos primeras articulaciones y la interpolación lineal para la extensión y retracción.

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Configuración angular (o de brazo articulado):

Presenta una articulación con movimiento rotacional y dos angulares.

Aunque el brazo articulado puede realizar el movimiento llamado interpolación lineal (para lo cual requiere mover simultáneamente dos o tres de sus articulaciones), el movimiento natural es el de interpolación por articulación, tanto rotacional como angular.

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Configuraciones no clásicas.

• Además de las cuatro configuraciones clásicas mencionadas, existen otras configuraciones llamadas no clásicas. El ejemplo más común de una configuración no clásica lo representa el robot tipo SCARA.

• Este brazo puede realizar movimientos horizontales de mayor alcance debido a sus dos articulaciones rotacionales. El robot de configuración SCARA también puede hacer un movimiento lineal (mediante su tercer articulación).

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TRANSMISIONES Y REDUCTORES.

Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Además se incluirán 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.

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TRANSMISIONES Y REDUCTORES.

Transmisiones: Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es sumamente importante reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia que existen entre las masas y el actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, que por lo general son pesados, estén lo más cerca posible de la base del robot, y debido a esto que se debe, casi por obligación, utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. De tal modo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario.

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TRANSMISIONES Y REDUCTORES.

Un buen sistema de transmisión debe cumplir una serie de características básicas:

· Debe tener un tamaño y peso reducido

· Se ha de evitar que presente juegos u holguras considerables.

· Se deben buscar transmisiones con gran rendimiento.

Aunque no existe un sistema de transmisión específico para robots, sí existen algunos usados con mayor frecuencia, los cuales se pueden apreciar en la tabla que se muestra a continuación:

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Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconveniente

s

Circular-Circular

EngranajeCorrea dentadaCadenaParalelogramoCable

Pares altosDistancia grandeDistancia grande

--

Holguras-

RuidoGiro limitadoDeformabilidad

Circular-Lineal Tornillo sin finCremallera

Poca holguraHolgura media

RozamientoRozamiento

Lineal-Circular Paral. ArticuladoCremallera

-Holgura media

Control difícilRozamiento

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Circular-Circular. Circular-Lineal.

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Accionamiento.

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Accionamiento Directo:

Como se ha indicado anteriormente, desde hace un tiempo que existen robots que poseen ‘accionamiento directo’ (Direct Drive DD), en que el eje del actuador se conecta directamente a la carga o articulación, sin la utilización de un reductor intermedio. Este término suele utilizarse exclusivamente para robots con accionamiento eléctrico.Este tipo de accionamiento aparece debido 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 el juego angular, rozamiento o disminución de la rigidez del accionador, que pueden impedir alcanzar los valores de precisión y velocidad requeridos.

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Accionamiento Directo:

La utilización de accionamientos directos tiene muchas ventajas entre cuales se pueden destacar como las mas importantes:· 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· Simplificación del sistema mecánico al eliminarse el reductorAsí como ventajas también tiene desventajas, como que en la aplicación práctica de un accionamiento directo el problema radica en el motor a emplear, estos deben tratarse de motores que proporcionen un par elevado (unas 50-100 veces mayor que un reductor) a bajas revoluciones (las de movimiento de la articulación) manteniendo la máxima rigidez posible.

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ACTUADORES

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 o eléctrica. Cada uno de estos sistemas presentan características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son:· Potencia· Controlabilidad· Peso y volumen· Precisión· Velocidad· Mantenimiento· Costo

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En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de neumáticos:Cilindros neumáticos: En este tipo de actuador se consigue el desplazamiento de un émbolo encerrado en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de presión a ambos lados del émbolo. Los cilindros neumáticos pueden ser de simple o doble efecto. Servo- válvulas.

Actuadores neumáticos:

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Actuadores Neumáticos.

• Motores neumáticos: Aquí se consigue el movimiento de rotación de un eje mediante aire a presión. Los dos tipos más usados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales.

• Otro método común más sencillo de obtener movimientos de rotación a partir de actuadores neumáticos, se basa en el empleo de cilindros cuyo émbolo se encuentra acoplado a un sistema de piñón-cremallera. El conjunto forma una unidad compacta que puede adquirirse en el mercado como tal.

• Compresibilidad del aire no los hace competitivos.• Siempre debe tenerse en cuenta que el empleo de un robot con algún

tipo de accionamiento neumático deberá disponer de una instalación de ire comprimido, incluyendo: Compresor, sistema de distribución (tuberías, electroválvulas), filtros, secadores, etc. No obstante, estas instalaciones neumáticas son frecuentes y existen en muchas de las fábricas donde se da cierto grado de automatización

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Actuadores Hidráulicos:

Este tipo de actuadores no se diferencian funcionalmente de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegándose en algunas ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones.Sin embrago, las características del fluido utilizado en los actuadores hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos. Primero, el grado de compresilibilidad de los aceites usados es considerablemente inferior a la del aire, por lo que la precisión obtenida en este caso es mayor. Por motivos similares, es más fácil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un rango de valores (haciendo uso de servocotrol) con notable precisión. Además las elevadas presiones de trabajo, diez veces superiores a la de los actuadores neumáticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares.Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estáticas. Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presión ejercida sobre una superficie, sin aporte de energía (para mover el émbolo de un cilindro sería preciso vaciar éste de aceite). También es destacable su elevada capacidad de carga y relación potencia-peso, así como sus características de autolubricación y robustez.Frente a estas ventajas existen también ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las elevadas presiones a las que se trabaja propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalación. Asimismo, para los eléctricos, necesitando de equipos de filtrado de partículas, eliminación de aire, sistemas de refrigeración y unidades de control de distribución.

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Actuadores Eléctricos:

Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos ha hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales.Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:· Motores de corriente continua (DC):§ Controlados por inducido§ Controlados por excitación· Motores de corriente alterna (AC):§ Síncronos§ Asíncronos· Motores paso a paso

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PDF Sensores.

Sistema Sensorial.

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Sistema Control.

PDF Control.

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PLC´s

• PLC´s

• PIC´s

• PC´s

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Elementos Terminales.

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Grippers

Figure 7.1 – Fearon’s final gripper design

Stepper Motor

Power Nut

Rubber Strips

Lead ScrewThrust BearingFigure 7.2 – Fearon’s Solid Edge Model

http://www.gatewaycoalition.org/files/L&s/L&S_ME_allfiles/L&S_ME_webfiles/mup001.TABLE%20OF%20CONTENTS.htm

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