limitaciones mecanicas
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CARLOS DURAZNO ROMERO
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Una colisin es la resultante del mal uso dealgn aparato al exceder o rebasar sus limitesmecnicos los cuales producen unadescomposicin o mal funcionamiento delmecanismo
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Las principales limitaciones mecnicas quepuede tener un sistema activo son:
Grados de libertad Espacio de trabajo Precisin de los movimientos Capacidad de carga Velocidad Tipo de actuadores Programabilidad(tomados en base a un robot industrial)
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Un robot est formado por los siguienteselementos: estructura mecnica,transmisiones, actuadores, sensores,elementos terminales y controlador.
Aunque los elementos empleados en losrobots no son exclusivos de estos (mquinasherramientas y otras muchas mquinasemplean tecnologas semejantes), las altas
prestaciones que se exigen a los robots hanmotivado que en ellos se empleen elementoscon caractersticas especficas.
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La constitucin fsica de la mayor parte de losrobots industriales guarda cierta similitudcon la anatoma de las extremidadessuperiores del cuerpo humano, por lo que, en
ocasiones, para hacer referencia a losdistintos elementos que componen el robot,se usan trminos como cintura, hombro,brazo, codo, mueca, etc.
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Los elementos que forman parte de latotalidad del robot son:
manipulador
controlador dispositivos de entrada y salida de datos
dispositivos especiales
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Mecnicamente, es el componente principal. Est formado por una serie de elementos
estructurales slidos o eslabones unidosmediante articulaciones que permiten unmovimiento.
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Las partes que conforman el manipuladorreciben, entre otros, los nombres de: cuerpo,brazo, mueca y actuador final (o elementoterminal). A este ltimo se le conocehabitualmente como aprehensor, garra, pinzao gripper.
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Como su nombre indica, es el que regulacada uno de los movimientos delmanipulador, las acciones, clculos yprocesado de la informacin. El controlador
recibe y enva seales a otras mquinas-herramientas (por medio de seales deentrada/salida) y almacena programas.
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Existen varios grados de control que son funcindel tipo de parmetros que se regulan, lo que dalugar a los siguientes tipos de controladores:
De posicin: el controlador interviene nicamenteen el control de la posicin del elementoterminal;
Cinemtico: en este caso el control se realizasobre la posicin y la velocidad;
Dinmico: adems de regular la velocidad y laposicin, controla las propiedades dinmicas delmanipulador y de los elementos asociados a l;
Adaptativo: engloba todas las regulaciones
anteriores y, adems, se ocupa de controlar lavariacin de las caractersticas del manipulador alvariar la posicin
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Los ms comunes son: teclado, monitor ycaja de comandos (teach pendant).
En el dibujo se tiene un controlador(computer module) que enva seales a losmotores de cada uno de los ejes del robot yla caja de comandos (teach pendant) la cualsirve para ensearle las posiciones almanipulador del robot.
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Los dispositivos de entrada y salida permitenintroducir y, a su vez, ver los datos delcontrolador. Para mandar instrucciones alcontrolador y para dar de alta programas decontrol, comnmente se utiliza unacomputadora adicional.
Las seales de entrada y salida se obtienenmediante tarjetas electrnicas instaladas en el
controlador del robot las cuales le permitentener comunicacin con otras mquinas-herramientas
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Entre estos se encuentran los ejes quefacilitan el movimiento transversal delmanipulador y las estaciones de ensamblaje,que son utilizadas para sujetar las distintas
piezas de trabajo. En la estacin del robot Move Master EX
(Mitsubishi) representada en la figura sepueden encontrar los siguientes dispositivosespeciales:
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A)Estacin de posicin sobre el transportadorpara la carga/descarga de piezas de trabajo.
B)Eje transversal para aumentar el volumende trabajo del robot.
C)Estacin de inspeccin por computadoraintegrada con el robot.
D)Estacin de ensamble.
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A continuacin se describen lascaractersticas ms relevantes propias de los
robots y se proporcionan valores concretosde las mismas, para determinados modelos yaplicaciones.
Grados de libertad
Espacio de trabajo Precisin de los movimientos
Capacidad de carga
Velocidad
Tipo de actuadores
Programabilidad
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Seis grados de libertad (6DoF son el acrnimode las palabras inglesas "Six degrees offreedom") se refiere al movimiento en unespacio tridimensional, es decir, la capacidad
de moverse hacia delante/atrs, arriba/abajo,izquierda/derecha. El movimiento a lo largode cada uno de los ejes es independiente delos otros, y cada uno es independiente de larotacin sobre cualquiera de los ejes, elmovimiento de hecho tiene seis grados delibertad.
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Las dimensiones de los elementos delmanipulador, junto a los grados de libertad,definen la zona de trabajo del robot,caracterstica fundamental en las fases de
seleccin e implantacin del modeloadecuado.
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La zona de trabajo se subdivide en reasdiferenciadas entre s, por la accesibilidadespecifica del elemento terminal (aprehensoro herramienta), es diferente a la que permite
orientarlo verticalmente o con el determinadongulo de inclinacin.Tambin queda restringida la zona de trabajopor los limites de giro y desplazamiento que
existen en las articulaciones
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El volumen de trabajo de un robot se refierenicamente al espacio dentro del cual puededesplazarse el extremo de su mueca. Paradeterminar el volumen de trabajo no se toma
en cuenta el actuador final. La razn de elloes que a la mueca del robot se le puedenadaptar grippersde distintos tamaos.
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Para ilustrar lo que se conoce como volumende trabajo regular y volumen de trabajoirregular, tomaremos como modelos variosrobots.
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El robot cartesiano y el robot cilndricopresentan volmenes de trabajo regulares. Elrobot cartesiano genera una figura cbica.
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El robot de configuracin cilndrica presentaun volumen de trabajo parecido a un cilindro(normalmente este robot no tiene unarotacin de 360)
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Por su parte, los robots que poseen unaconfiguracin polar, los de brazo articulado ylos modelos SCARA presentan un volumen de
trabajo irregular.
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Para determinar el volumen de trabajo de unrobot industrial, el fabricante generalmenteindica un plano con los lmites de movimientoque tiene cada una de las articulaciones del
robot, como en el siguiente caso:
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La precisin de movimiento en un robotindustrial depende de tres factores:
resolucin espacial
exactitud
repetitividad
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La resolucin espacial se define como el
incremento ms pequeo de movimiento enque el robot puede dividir su volumen de
trabajo.
Para explicar con mayor precisin el trminoresolucin espacial tomemos el siguienteejemplo:
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En el dibujo anterior supongamos queutilizando el teach pendantmovemos el robotde P1 al P2. P2-P1 representa el menor
incremento con el que se puede mover elrobot a partir de P1. Si vemos estosincrementos en un plano se vera como unacuadricula. En cada interseccin de lneas seencuentra un punto "direccionable", es decirun punto que puede ser alcanzado por elrobot. De esta forma la resolucin espacialpuede definirse tambin como la distanciaentre dos puntos adyacentes. Estos puntos
estn tpicamente separados por unmilmetro o menos, dependiendo del tipo derobot.
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La exactitud se refiere a la capacidad de unrobot para situar el extremo de su mueca enun punto sealado dentro del volumen detrabajo. Mide la distancia entre la posicin
especificada, y la posicin real del actuadorterminal del robot. Mantiene una relacindirecta con la resolucin espacial, es decir,con la capacidad del control del robot de
dividir en incrementos muy pequeos elvolumen de trabajo.
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En el siguiente dibujo, si quisiramos moverel robot exactamente al punto donde seencuentra la pieza de trabajo, el robotsolamente podra acercarse al objeto
posicionndose en el punto direccionablems prximo. En otras palabras, no podracolocarse exactamente en la posicinrequerida
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Un robot presenta una mayor exactitudcuando su brazo opera cerca de la base. Amedida que el brazo se aleja de la base, laexactitud se ir haciendo menor. Esto se debe
a que las inexactitudes mecnicas seincrementan al ser extendido el brazo.
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Otro factor que afecta a la exactitud es elpeso de la carga; las cargas ms pesadasreducen la exactitud (al incrementar lasinexactitudes mecnicas). El peso de la carga
tambin afecta la velocidad de losmovimientos del brazo y la resistenciamecnica.
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La repetitividad, se refiere a la capacidad delrobot de regresar al punto programado lasveces que sean necesarias. Esta magnitudestablece el grado de exactitud en la
repeticin de los movimientos de unmanipulador al realizar una tareaprogramada.
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En el dibujo anterior al robot se le indicmediante un comando de programacin queregresara al punto PP (punto programado). Elrobot se puede colocar en el punto de
regreso (PR) o en otro punto de regreso quetenga la misma distancia hacia PP.
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Dependiendo del trabajo que se debarealizar, la precisin en la repetibilidad de losmovimientos es mayor o menor. As porejemplo, en labores de ensamblaje de piezas,
dicha caracterstica ha de ser menor a 0.1mm. En soldadura, pintura y manipulacin depiezas, la precisin en la repetibilidad estacomprendida entre 1 y 3 mm y en las
operaciones de mecanizado, la precisin hade ser menor de 1mm
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El peso, en kilogramos, que puedetransportar la garra del manipulador recibe elnombre de capacidad de carga. A veces, estedato lo proporcionan los fabricantes,
incluyendo el peso de la propia garra.En modelos de robots industriales, lacapacidad de carga de la garra, puede oscilarde entre 205kg. y 0.9Kg. La capacidad decarga es una de las caractersticas que ms se
tienen en cuenta en la seleccin de un robot,segn la tarea a la que se destine. Ensoldadura y mecanizado es comn precisarcapacidades de carga superiores a los 50kg.
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Se refiere a la velocidad mxima alcanzablepor las articulaciones. En muchas ocasiones,una velocidad de trabajo elevada, aumentaextraordinariamente el rendimiento del robot,
por lo que esta magnitud se valoraconsiderablemente en la eleccin del mismo.En tareas de soldadura y manipulacin depiezas es muy aconsejable que la velocidadde trabajo sea alta. En pintura, mecanizado y
ensamblaje, la velocidad debe ser media eincluso baja.
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Los elementos motrices que generan elmovimiento de las articulaciones pueden ser,segn la energa que consuman, de tipo:hidrulico, neumtico o elctrico.
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Los actuadores de tipo hidrulico se destinana tareas que requieren una gran potencia ygrandes capacidades de carga. Dado el tipode energa que emplean, se construyen con
mecnica de precisin y su coste es elevado.Los robots hidrulicos se disean formandoun conjunto compacto la central hidrulica, lacabina electrnica de control y el brazo del
manipulador.
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La energa neumtica dota a sus actuadoresde una gran velocidad de respuesta junto aun bajo coste, pero su empleo est siendosustituido por elementos elctricos.
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Los motores elctricos, que cubren la gamade media y baja potencia, acaparan el campode la Robtica, por su gran precisin en elcontrol de su movimiento y las ventajas
inherentes a la energa elctrica queconsumen.
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La inclusin del controlador de tipomicroelectrnica en los robots industriales,permite la programacin del robot de muydiversas formas.
En general, los modernos sistemas de robotsadmiten la programacin manual, medianteun modulo de programacin.Las programaciones gestual y textual,
controlan diversos aspectos delfuncionamiento del manipulador
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- Control de la velocidad y la aceleracin.- Saltos de programa condicionales.- Temporizaciones y pausas.- Edicin, modificacin, depuracin y
ampliacin de programas.- Funciones de seguridad.- Funciones de sincronizacin con otrasmaquinas.
- Uso de lenguajes especficos de Robtica.
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Gracias por su atencin