desplazamiento y movimiento de los robots

  DESPLAZAMIENTO Y MOVIMIENTO DE LOS ROBOTS

Locomoción mediante patas

Cuando la tarea a la que se destina el robots requiere de movilidad, los creadores de éstos han intentado imitar las distintas formas de desplazamiento de la que la naturaleza ha dotado a los animales, incluidos los humanos.

Al dotar de movimiento con patas a un robot, debemos tener en cuenta su posición y velocidad, pero también debemos asegurar que el robot permanezca en equilibrio y no se caiga, usando solamente el movimiento en las articulaciones mediante motores. En robots bípedos, el desplazamiento requiere necesariamente mantener el equilibro en una de las patas mientras la otra se mueve, lo que conlleva una inestabilidad en cada paso.

- ROBOTS BIPEDOS

Un robot bípedo es un robot que tiene 2 patas y su mecanismo se basa en una serie combinada de servomotores, que permiten que caminen.

- ROBOTS CUADRUPEDOS

Robots cuadrúpedos se refiere a robots de 4 patas, Una posible solución para asegurar la estabilidad al desplazarse ha sido aumentar el numero de patas. De esta forma, un robot de 6 patas puede sostenerse con gran estabilidad sobre 3 de sus patas mientras mueve las otras 3. Para el caso de 4 patas, el movimiento es más lento ya que debe sostenerse sobre 3 y mover 1 en cada paso.

- ROBOTS HEXÁPODOS

Un hexápodo es un robot móvil con 6 patas y dependiendo de la configuración que este tenga dependerá la forma en que el robot se moverá. Por ejemplo, los robots hexápodos pueden tener 12 motores dos para cada una de las patas, con lo que el algoritmo para desplazarse dependerá de esta configuración, en la siguiente imagen se muestra un robot hexápodo con 12 grados de libertad.

LOCOMOCIÓN MEDIANTE RUEDAS

Se componen de 2 ruedas en un eje común, cada rueda se controla independientemente, puede realizar movimientos en línea recta, en arco y sobre su propio eje de contacto de rodamiento, requiere de una o dos ruedas adicionales para balance o estabilidad. Sencillo mecánicamente, puede presentar problemas de estabilidad y su cinemática es sencilla (La cinemática de un robot se refiere a la manera en que se mueve), para lograr el movimiento en línea recta requiere que las dos ruedas de tracción giren a la misma velocidad.

RUEDAS OMNIDIRECCIONALES

Es una extensión del caso de dirección diferencial.

Se tienen varias ruedas, normalmente paralelas, estos se configuran coordinadamente de tal forma que se muevan en la dirección que uno desee.

SISTEMA MOTRIZ DIFERENCIAL

La que proporciona fuerza de tracción al robot, No hay ruedas directrices. El cambio de dirección se realiza modificando la velocidad relativa de las ruedas a Izquierda y Derecha

SISTEMA MOTRIZ ACKERMAN

Es el utilizado en vehículos de cuatro ruedas convencionales. De hecho, los vehículos robóticos para exteriores resultan normalmente de la modificación de vehículos convencionales tales como automóviles o incluso vehículos más pesados.

El sistema se basa en dos ruedas traseras tractoras que se montan de forma paralela en el chasis principal del vehículo, mientras que las ruedas delanteras son del tipo direccionamiento, y se utilizan para seguir la trayectoria del robot

elementos permiten el óptimo desarrollo del movimiento en un robot

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

• manipulador
• controlador
• dispositivos de entrada y salida de datos
• dispositivos especiales
  

Manipulador

Mecánicamente, es el componente principal. Está formado por una serie de elementos estructurales sólidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. 

Las partes que conforman el manipulador reciben, entre otros, los nombres de: cuerpo, brazo, muñeca y actuador final (o elemento terminal). A este último se le conoce habitualmente como aprehensor, garra, pinza o gripper.

Cada articulación provee al robot de, al menos, un grado de libertad. En otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar movimientos:

Lineales que pueden ser horizontales o verticales.

Angulares (por articulación)

(En los dos casos la línea roja representa la trayectoria seguida por el robot).

Existen dos tipos de articulación utilizados en las juntas del manipulador:

• Prismática /Lineal - junta en la que el eslabón se apoya en un deslizador lineal. Actúa linealmente mediante los tornillos sinfín de los motores, o los cilindros.
• Rotacional - junta giratoria a menudo manejada por los motores eléctricos y  las transmisiones, o por los cilindros hidráulicos y palancas.

Básicamente, la orientación de un eslabón del manipulador se determina mediante los elementos roll, pitch y yaw

A la muñeca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate), elevación (wrist flex) y desviación (wrist rotate) como lo muestra el modelo inferior, aunque cabe hacer notar que existen muñecas que no pueden realizar los tres tipos de movimiento.

El actuador final (gripper) es un dispositivo que se une a la muñeca del brazo del robot con la finalidad de activarlo para la realización de una tarea específica. La razón por la que existen distintos tipos de elementos terminales es, precisamente, por las funciones que realizan. Los diversos tipos podemos dividirlos en dos grandes categorías: pinzas y herramientas. Se denomina Punto de Centro de Herramienta (TCP, Tool Center Point) al punto focal de la pinza o herramienta. Por ejemplo, el TCP podría estar en la punta de una antorcha de la soldadura.

Controlador

Como su nombre indica, es el que regula cada uno de los movimientos del manipulador, las acciones, cálculos y procesado de la información. El controlador recibe y envía señales a otras máquinas-herramientas (por medio de señales de entrada/salida) y almacena programas.

Existen varios grados de control que son función del tipo de parámetros que se regulan, lo que da lugar a los siguientes tipos de controladores:

• de posición: el controlador interviene únicamente en el control de la posición del elemento terminal;
• cinemático: en este caso el control se realiza sobre la posición y la velocidad;
• dinámico: además de regular la velocidad y la posición, controla las propiedades dinámicas del manipulador y de los elementos asociados a él;
• adaptativo: engloba todas las regulaciones anteriores y, además, se ocupa de controlar la variación de las características del manipulador al variar la posición

Otra clasificación de control es la que distingue entre control en bucle abierto y control en bucle cerrado.

El control en bucle abierto da lugar a muchos errores, y aunque es más simple y económico que el control en bucle cerrado, no se admite en aplicaciones industriales en las que la exactitud es una cualidad imprescindible. La inmensa mayoría de los robots que hoy día se utilizan con fines industriales se controlan mediante un proceso en bucle cerrado, es decir, mediante un bucle de realimentación. Este control se lleva a cabo con el uso de un sensor de la posición real del elemento terminal del manipulador. La información recibida desde el sensor se compara con el valor inicial deseado y se actúa en función del error obtenido de forma tal que la posición real del brazo coincida con la que se había establecido inicialmente.

Dispositivos de entrada y salida

Los más comunes son: teclado, monitor y caja de comandos (teach pendant).

En el dibujo se tiene un controlador (computer module) que envía señales a los motores de cada uno de los ejes del robot y la caja de comandos (teach pendant) la cual sirve para enseñarle las posiciones al manipulador del robot.

La siguiente figura muestra un teach pendat para un tipo de robot industrial.

Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y, a su vez, ver los datos del controlador. Para mandar instrucciones al controlador y para dar de alta programas de control, comúnmente se utiliza una computadora adicional. Es necesario aclarar que algunos robots únicamente poseen uno de estos componentes. En estos casos, uno de los componentes de entrada y salida permite la realización de todas las funciones.

Las señales de entrada y salida se obtienen mediante tarjetas electrónicas instaladas en el controlador del robot las cuales le permiten tener comunicación con otras máquinas-herramientas

Se pueden utilizan estas tarjetas para comunicar al robot, por ejemplo, con las máquinas de control numérico (torno, ...). Estas tarjetas se componen de relevadores, los cuales mandan señales eléctricas que después son interpretadas en un programa de control. Estas señales nos permiten controlar cuándo debe entrar el robot a cargar una pieza a la máquina, cuando deben empezar a funcionar la máquina o el robot, etc.

 

Dispositivos especiales

Entre estos se encuentran los ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador y las estaciones de ensamblaje, que son utilizadas para sujetar las distintas piezas de trabajo.

En la estación del robot Move Master EX (Mitsubishi) representada en la figura se pueden encontrar los siguientes dispositivos especiales:

A. Estación de posición sobre el transportador para la carga/descarga de piezas de  trabajo.

B. Eje transversal para aumentar el volumen de trabajo del robot.

C. Estación de inspección por computadora integrada con el robot.

D. Estación de ensamble.

El robot cuenta con señales de entrada/salida para poder realizar la integración de su función incorporando estos elementos.