Rob

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Robótica

• M.C. Fco. Javier de la Garza S.
• Cuerpo Académico Sistemas Integrados de
  Manufactura

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Definiciones

• Volumen de trabajo Conjunto de puntos que
  representan la máxima extensión de alcance de la
  mano o herramienta del robot en todas
  direcciones.
• Carga (payload) Capacidad de carga continua y
  satisfactoria. Peso máximo a una cierta
  velocidad.
• Velocidad Máxima velocidad al que es posible
  mover la punta del robot expresado en milímetros
  ó pulgadas por segundo.
• Ciclo Tiempo que le toma al robot completar la
  secuencia de tomar un objeto de un lugar, moverse
  una cierta distancia, colocar el objeto y
  regresar al punto original.
• Exactitud La capacidad del robot de posicionar
  su efector final en un punto específico del
  espacio al recibir un comando partiendo de otra
  posición.
• Repetibilidad Capacidad del robot de regresar de
  forma consistente a una misma posición.
• Resolución El menor cambio en posición que el
  robot puede efectuar o que su sistema de control
  puede medir.
• Tamaño Las dimensiones físicas del robot que
  determinan sus capacidades.

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Clasificación

• Los robots se pueden clasificar en tres
  categorías de acuerdo al tipo de control
  utilizado
• Sin servo.- Sistemas de lazo abierto.
• Servo.- Sistemas de lazo cerrado.
• Servo controlados.- Sistemas de control de lazo
  cerrado con trayectoria controlada.

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Generaciones

• Las cinco generaciones de control de robots
• Robots repetidores. Generalmente robots para
  tomar y colocar con secuencias definidas con
  topes mecánicos.
• Controladores alambrados representan a las
  primeras unidades programables.
• Los controladores lógicos programables (PLCs)
  permiten un control robótico basado en
  microprocesadores que se puede programar
  fácilmente.
• Cuando se requiere un control sofisticado una
  microcomputadora puede controlar a todo el
  sistema, incluyendo otros equipos en una celda de
  manufactura.
• Controladores de robots con inteligencia
  artificial, sensores miniatura y capacidad de
  toma de decisiones.
• Un robot biológico artificial puede ser la bases
  para la 6 y subsecuentes generaciones de robots.

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Selección

• El robot debe seleccionarse de acuerdo a las
  capacidades requeridas por su tarea.
• Una metodología objetiva para la selección del
  robot toma en cuenta pocas restricciones en el
  diseño del sistema para optimizarlo y lograr los
  objetivos.
• Criterios para la selección
• Técnicos
• Tipo Sin servo, servo o controlado por servo.
• Arquitectura Rectangular, cilíndrico, esférico,
  brazo articulado, SCARA, etc.
• Volúmen de trabajo
• Capacidad de carga
• Tiempo de ciclo
• Repetibilidad
• Tipo de operación Eléctrica, neumática,
  hidráulica o alguna combinación
• Capacidades especiales
• No técnicas
• Costo beneficio
• Adecuación al equipo existente
• Entrenamiento y mantenimiento
• Confiabilidad
• Servicio

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Tipos de Actuadores

• El método más popular es el eléctrico
• El hidráulico se utiliza principalmente en
  soldadura y actividades submarinas
• El neumático para sujeción

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Motores

• CD con o sin escobillas
• Las escobillas se desgastan y debido a esto se
  percibe como poco confiables. Las escobillas
  producen polvo
• Sin escobillas requieren de elementos adicionales
  para el control
• CA de Inducción
• Stepping o de pasos

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Motores de CA

• Control de velocidad
• Variando la frecuencia
• Dirección de giro
• Requiere de modificaciones internas
• Control
• A través de un equipo especial conocido como
  inversor o drive

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Motores de CD

• Control de velocidad
• Variando la alimentación de voltaje
• Dirección de giro
• Cambiando la polaridad de la alimentación
• Control
• A través de un equipo especial conocido como drive

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Motores de pasos

• Control de velocidad
• Variando la frecuencia de los pulsos
• Dirección de giro
• Cambiando la secuencia de encendido de los
  devanados
• Control
• A través de un equipo especial conocido como drive

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Motores de Pasos

• Controlados con mayor exactitud que un motor
  normal. Permite rotar en fracciones o girar n
  ocasiones fácilmente
• Baja velocidad y bajo torque comparado contra un
  motor similar de CD
• Usado donde se requiere un posicionamiento preciso

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Motores de pasos

• Tipos
• Reluctancia variable
• Imanes permanentes
• Reluctancia variable
• 3 ó 4 bobinas con un retorno común
• Imanes permanentes
• Cuentan con dos bobinas independientes con una
  derivación central

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Reluctancia Variable

• Motores de pasos de reluctancia variable
• Figura de un motor de 30 grados por paso

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Reluctancia Variable

• Devanado 1 1 0 0 1 0 0
• Devanado 2 0 1 0 0 1 0
• Devanado 3 0 0 1 0 0 1

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Unipolares

• Motores de pasos unipolares con magnetos
  permanentes o híbridos
• Figura de un motor de 30 grados por paso
• El rotor es un magneto permanente con 6 polos
  (depende de la resolución angular)

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Unipolares

• Devanado 1a 1 0 0 0
• Devanado 1b 0 0 1 0
• Devanado 2a 0 1 0 0
• Devanado 2b 0 0 0 1

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Unipolares

• Devanado 1a 1 1 0 0 1 1
• Devanado 1b 0 0 1 1 0 0
• Devanado 2a 0 1 1 0 0 1
• Devanado 2b 1 0 0 1 1 0

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Bipolares

• Los motores de imanes permanentes bipolares son
  iguales a los unipolares pero sin derivación
  central
• El motor es más simple pero el circuito de
  control es más complejo

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Bifilar

• Se alambra con dos cables en paralelo cada
  devanado
• Se utilizan como motores unipolares o bipolares

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Sensores de Posición

• Sensores en articulaciones
• No hay preocupación por flexiones o esfuerzos
• Sensores en el Motor
• Sensores económicos
• Sensores en el efector final
• Visión limitada
• Costo

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Sensores de movimiento

• Encoders
• Incrementales
• Absolutos
• Lineales
• Rotacionales

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Encoder

• Un sensor, normalmente óptico, detecta el giro de
  un disco perforado
• Se genera una señal de salida que puede ser
  conectada a un contador

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Encoder

• Para detectar la dirección del giro se colocan
  dos sensores desplazados 90 grados eléctricos
• Estas dos señales alimentan un contador que puede
  incrementar o decrementar de acuerdo al sentido
  de giro
• Adicionalmente puede tener marcas de indexación
  como referencia

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Encoder Absoluto

• Código Gray ó código Binario
• El código Gray cambia solo un bit por transición
• Al menos un sensor por pista

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Resolver

• Utiliza una señal de CA para excitar el devanado
  del rotor
• El estator tiene dos devanados colocados a 90
  grados entre sí
• Al girar el rotor el acoplamiento entre los dos
  devanados cambia