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INTEGRANTES:ABANTO CRUZ, Nelson
ALTAMIRANO ESPINOZA, Mario
CABANILLAS LEZAMA, Rayder
FLORES SILVA, Anibal
MALSQUEZ LEN, Alex
ORIBE CASTILLO, Christian
Dr. Ing. ALCNTARA ALZA, Vctor M.
INGENIERA MECNICA
I. INTRODUCCIN
Los robots industriales que surgieronde una necesidad, provocaron laprimera revolucin industrial.Obligados a aumentar la produccin,mejorar la calidad y eficiencia deproduccin.
El surgimiento de la robtica provocimpactos en la educacin y en laautomatizacin industrial.
La robtica logr aperturar una nueva etapa en los procesos de automatizacin de los procesos de produccin y mecanizado, pudiendo sustituir maquinas o sistemas capaces de ser automatizados en la industria.
1450- Leonardo Da Vinci construye el primer humanoide. Unaarmadura de metal que poda mover sus brazos y cabeza enforma independiente a travs de un ingenioso sistema deengranajes y palancas.
1738- Jacques de Vaucanson construye un pato mecnicohecho con ms de 4000 piezas. El pato poda graznar,baarse, beber agua, comer granos, digerirlos y evacuarlos. Elparadero del pato es desconocido hasta nuestros das.
1801- Joseph Jacquard construye la primer mquina textilprogramada mediante tarjetas perforadas, gracias a la llegada,en 1788, del Regulador de Watt.
1.1 Antecedentes Histricos
Aos 20, Ficcin: Karel Kapek uso la palabra ROBOT por primera vez en suobra Rosums Universal Robots (1921). Robota es una palabra checa quesignifica trabajo forzado.
Aos 40, Ciberntica: Se considera a Norbert Wiener como el padrede la ciberntica (1948), pero Grey Walter en 1953 con el diseo de suMquina Speculatrix, fue el precursor de la robtica.
Aos 50, Automatizacin: R.C.Goertz del Argonne National Laboratorydesarrolla un manipulador maestro-esclavo de tipo elctrico (1954).incorporando sensores de fuerza.
General Motors incorpora el primer robot manipulador a sus lneas deproduccin (1960). El robot comercial Unimate de la empresa Unimation.
Nace en la universidad de Stanford el robot mvil Shakey (1968). Estabadotado de sensores de visin y tctiles, era capaz de moverse y reconocerformas.
Revolucin tecnolgica siglo xx
Aos 70, Computadora: Los laboratorios de la Universidad deStanford y del MIT acometen, en 1970, la tarea de controlar unrobot mediante computador.
Aos 80, Informtica: LEGO y el MIT Media Lab. colaboranpara construir el primer LEGO orientado a la educacin.
Se desarrollan los primeros sistemas robticos basados en realimentacin visual y de fuerza.
Aos 90, Inteligencia artificial:
1.2 Definicin del robot
Existen varias asociaciones que dan una definicin de robot(JIRA, RIA yISO), pero una definicin ms completa es la establecida por la AsociacinFrancesa de Normalizacin (AFNOR), definiendo primero el manipulador ybasndose en sta definicin define robot.
Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos enserie, articulados entre s, destinado al agarre y desplazamiento deobjetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por unoperador humano o mediante dispositivo lgico.
Robot: manipulador automtico servocontrolado, reprogramable,polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivosespeciales, siguiendo trayectorias variables reprogramables, para laejecucin de tareas variadas.
1.3 Clasificacin del robotClasificacin de robots por su geometra
Se basan en la configuracin de las articulaciones de los tres ejes principales.
Robot Cartesiano Robot Cilndrico Robot Polar o Esfrico
Robot Angular Robot Scara
No servo-controlados, son aquellos en los que cada articulacin tiene unnmero (normalmente, dos) posiciones con topes y slo se desplazan para fijarseen ellas. Suelen ser neumticos, bastante rpidos y precisos.
Servo-controlados, en ellos cada articulacin lleva un sensor de posicin (linealo angular) que es ledo, y enviado al sistema de control, el cual genera la potenciapara el motor. Se pueden as detener en cualquier punto deseado.
Servo-controlados punto a punto, Para controlarlos slo se les indican lospuntos iniciales y finales de la trayectoria, el ordenador calcula el resto siguiendociertos algoritmos que se vern en el capitulo sobre cinemtica y dinmica.Normalmente pueden memorizar posiciones. Basan su funcionamiento en elcontrol numrico computarizado o tcnicamente denominado CNC.
Clasificacin por el mtodo de control
Clasificacin del robot por su funcin
Robots de servicio: Dispositivos electromecnicos mviles o estacionarios, dotados de uno o varios brazos mecnicos independientes, controlados por un programa de ordenador y que realizan tareas
no industriales de servicio.
Robots teleoperados: Dispositivos robticos con brazos manipuladores y sensores y cierto grado de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera directa o a travs de un ordenador.
Clasificacin de los robots segn la AFRI.
Tipo A Manipulador con control manual o telemando.
Tipo B Manipulador automtico con ciclos preajustados; regulacin mediante fines de
carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumtico, elctrico o hidrulico.
Tipo C Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carecen desconocimientos
sobre su entorno.
Tipo D Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en funcin de estos.
La IFR distingue entre cuatro tipos de robots:
Robot secuencial. Robot de trayectoria controlable. Robot adaptativo. Robot telemanipulado.
II. MORFOLOGA DEL ROBOT
Un robot est formado por los siguientes elementos: estructura mecnica, transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y elementos terminales.
2.1 Estructura mecnica
Mecnicamente, est formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos.
El movimiento de cada articulacin puede ser de desplazamiento, de giro, o de una combinacin de ambos.
De este modo son posibles los seis tipos diferentes de articulaciones.
El empleo de 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.
Para posicionar y orientar un cuerpo de cualquier manera en el espacio son necesarios seis parmetros, tres para definir la posicin y tres para la orientacin, de este modo en el espacio se precisaran 6 GDL.
Robot ARC Mate 120/S-12
de Fanuc.
2.2 Transmisores y Reductores
Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta lasarticulaciones. Se incluirn junto con las transmisiones a los reductores, encargados de adaptar el par y lavelocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot.
Entrada-Salida Denominacin Ventajas Inconvenientes
Circular-Circular Engranaje Pares altos Holguras
Correa dentada Distancia grande -
Cadena Distancia grande Ruido
Paralelogramo - Giro limitado
Cable - Deformabilidad
Circular-Lineal Tornillo sin fin Poca holgura Rozamiento
Cremallera Holgura media Rozamiento
Lineal-Circular Paral, articulado - Control difcil
Cremallera Holgura media Rozamiento
Transmisin de movimiento
correspondiente a la mueca del robot
Sistemas de transmisin para robots
En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, s existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales.
La Tabla muestra valores tpicos de los reductores para robtica actualmente empleados.
-reduccin elevada de velocidad en un nico paso.
-minimizar su momento de inercia.
-por motivos de diseo, tienen una velocidad mxima admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamao del motor.
Reductores
Caractersticas Valores tpicos
Relacin de reduccin 50 - 300
Peso y tamao 0.1 - 30 kg
Momento de inercia 104 kg m2
Velocidades de entrada mxima 6000 - 7000 rpm
Par de salida nominal 5700 Nm
Par de salida mximo 7900 Nm
Juego angular 0 - 2"
Rigidez torsional 100-2000 Nm/rad
Rendimiento 85 % - 98 %
Dibujo esquemtico reductor cyclo
2.3 Accionamiento
Los actuadores tienen como misingenerar el movimiento de los elementosdel robot segn las rdenes dadas por launidad de control. Los actuadoresutilizados en robtica pueden emplearenerga neumtica, hidrulica o elctrica.
Actuador
Utilizan el aire comprimido como fuente de energa(5-10bar) y son muy indicados en el controlde movimientos rpidos, pero de precisin limitada.
Cilindros neumticos: Se consigue eldesplazamiento de un mbolo encerrado en uncilindro como consecuencia de la diferencia depresin a ambos lados de aqul.
Motores neumticos: Se consigue elmovimiento de rotacin de un eje mediante aire apresin. Los dos tipos ms utilizados son losmotores de aletas rotativas y los motores depistones axiales.
Actuadores neumticos
Este tipo de actuadores no se diferencia mucho de los neumticos. En ellos,en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presin comprendidanormalmente entre los 50 y 100 bar, llegndose en ocasiones a superar los300 bar. Existen, como en el caso de los neumticos, actuadores del tipocilindro y del tipo motores de aletas y pistones.
Motores de corriente continua(servomotores): Son un tipo especial de motor de c.c. quese caracterizan por su capacidad para posicionarse deforma inmediata en cualquier posicin dentro de suintervalo de operacin. Para ello, el servomotor espera untren de pulsos que se corresponde con el movimiento arealizar. Estn generalmente formados por un amplificador,un motor, un sistema reductor formado por ruedas dentadasy un circuito de realimentacin, todo en un misma caja depequeas dimensiones.
Actuadores hidrulicos
Actuadores elctricos
Los motores paso a paso generalmente no han sido considerados dentro de los accionamientosindustriales, debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeos ylos pasos entre posiciones consecutivas eran grandes.
Motores asncronos de induccin: Son probablemente los ms sencillos y robustos delos motores elctricos. El rotor est constituido por varias barras conductoras dispuestasparalelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los extremos. El conjuntoes similar a una jaula de ardilla y por eso se le denomina tambin motor de jaula de ardilla.
Motores sncronos: El motor sncrono, opera exactamente a la mismavelocidad que le campo del estator, sin deslizamiento. El inducido se sitaen el rotor, que tiene polaridad constante (imanes permanentes obobinas), mientras que el inductor situado en el estator, esta formado portres devanados iguales desfasados 120 elctricos y se alimenta con unsistema trifsico de tensiones.
Motores paso a paso
Motores de corriente alterna
Neumtico Hidrulico Elctrico
Energa . Aire a presin .Aceite mineral .Corriente elctrica
(5-10 bar) (50-100 bar)
Opciones .Cilindros .Cilindros .Corriente continua
.Motor de paletas .Motor de paletas .Corriente alterna
.Motor de pistn .Motor de pistones axiales .Motor paso a paso
Ventajas .Baratos .Rpidos .Precisos
.Rpidos .Alta relacin potencia-peso .Fiables
.Sencillos .Auto lubricantes .Fcil control
.Robustos .Alta capacidad de carga .Sencilla instalacin
.Estabilidad frente a .Silenciosos
cargas estticas
Desventajas .Dificultad de .Difcil mantenimiento .Potencia limitada
control continuo .Instalacin especial
.Instalacin especial (filtros, eliminacin aire)
(Compresor, filtros) . Frecuentes fugas
.Ruidoso .Caros
Caractersticas de distintos tipos de actuadores para robots
2.4 Sensores
Para conseguir que un robot realice su tarea conla adecuada precisin, velocidad e inteligencia,ser preciso que tenga conocimiento tanto de supropio estado como el estado de su entorno.
Internos: Sensores de posicin, velocidad y presencia.
Externos: 1- Deteccin de Alcance.
2- Deteccin de proximidad.
3- Sensores de contacto.
Presencia .Inductivo
.Capacitivo
.Efecto hall
.Clula Reed
.ptico
.Ultrasonido
.Contacto
.Potencimetros
Posicin .Analgicos .Resolver
.Sincero
.Inductosyn
.LVDT
.Digitales .Encoders absolutos
.Encoders incrementales
.Regla ptica
Velocidad .Tacogeneratriz
2.5 ControladorComo su nombre indica, es el que regula cada uno de los movimientos del manipulador, lasacciones, clculos y procesado de la informacin. El controlador recibe y enva sealesmdulo de ordenador.
Tipos de controladores:
De posicin: el controlador intervienenicamente en el control de la posicin delelemento terminal.
Cinemtica: en este caso el control se realizasobre la posicin y la velocidad.
Dinmico: regula la velocidad y la posicin.
2.6 Elementos terminales
Son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. llamados efectores finales pueden dividirse en dos categoras: pinzas y herramientas.
MORFOLOGA DEL ROBOT
Actuadores
Sistema de control
Elementos de transmisin
Eslabones
Elemento terminal
Sensores
EXPOSITOR: ORIBE CASTILLO, CHRISTIAN ALEXANDER
III. HERRAMIENTAS MATEMATICAS PARA LA
LOCALIZACION ESPACIAL
Manipulacin de piezas
Movimiento espacial del
extremo del Robot.
Necesidad de herramientas Matemticas
para especificar posicin y
orientacin.
Estas herramientas han de ser lo suficientemente potentes como para
permitir obtener de forma sencilla relaciones espaciales entre distintos
objetos y en especial entre estos y el manipulador.
REPRESENTACION DE LA POSICION
Para localizar un cuerpo rgido en el espacio es
necesario contar con una herramienta que permita la localizacin espacial
de sus puntos.
La forma ms intuitiva y utilizada de especificar la posicin de un
punto son coordenadas cartesianas. Existen adems otros
mtodos, igualmente vlidos, y tambin ampliamente extendidos
Las coordenadas polares para dos dimensiones, y las
cilndricas y esfricas para espacios de tres dimensiones.
Coordenadas cartesianas Coordenadas polares y cilndricas
Coordenadas esfricas
Figura 3.1. Representacin de un vector en
coordenadas cartesianas en 2 y 3 dimensiones.
Figura 3.2. Representacin de a) coordenadas polares y b) cilndricas
Figura 3.3.
Representacin de
coordenadas esfricas
REPRESENTACIN DE LA ORIENTACIN
Un punto queda totalmente definido en el espacio a travs de los datos de su
posicin. Sin embargo, para el caso de un slido, es necesario adems definir cul es
su orientacin con respecto a un sistema de referencia.
Matrices de rotacin
Figura 3.4. Orientacin de un sistema
OUV respecto a otro OXY en un plano.
= , = . + .
= , = . + ..
=
= +
(,) se relacionan con (,) :
=
=
Donde:
=
Matrices de rotacin 2D
Matrices de rotacin 3D
Supnganse los sistemas OXYZ y OUVW, coincidentes en el
origen, siendo el OXYZ el sistema de referencia fijo, y el OUVW
el solidario al objeto cuya orientacin se desea.
Un vector p del espacio podr ser referido a cualquiera de los
sistemas de la siguiente manera:
= , , = . + .. + .
= , , = . + . + .
Y al igual que en dos dimensiones, se puede obtener la siguiente equivalencia:
=
Tambin recibe el nombre de matriz de cosenos
directores y se trata de una matriz ortonormal, tal que la
inversa de la matriz R es igual a su traspuesta: 1 = =
Donde:
Rotacin alrededor del eje OX
Figura 3.5. Sistema de
referencia OXYZ y solidario
al objeto OUVW.
, =
. . . . . . . . .
, =1 0 00 0
En la Figura 3.5-b, representa la orientacin del sistema
OUVW, con el eje OU coincidente con el eje OX, vendr
representada mediante la matriz:
Rotacin alrededor del eje OY
, =
. . . . . . . . .
, = 0 0 1 0
0
Figura 3.6. Rotacin
del sistema OUVW
con respecto a los
ejes OY .
En la Figura 3.6-b, representa la orientacin del sistema
OUVW, con el eje OV coincidente con el eje OY, vendr
representada mediante la matriz:
Rotacin alrededor del eje OZ
, =
. . . . . . . . .
, = 0 00 0 1
Figura 3.7. Rotacin del
sistema OUVW con
respecto a los ejes OZ.
Estas tres matrices, , ; , ; , estas ecuaciones se denominan
matrices bsicas de rotacin de un sistema espacial de tres dimensiones.
En la Figura 3.7-b, la orientacin del sistema OUVW, con
el eje OW coincidente con el eje OZ, vendr representada
mediante la matriz:
COMPOSICIN DE ROTACIONES: las matrices de rotacin pueden componerse para expresar la aplicacin continua de varias rotaciones.
Cuando sucede la rotacin alrededor del eje OX
= ,
Simultneamente ocurre la rotacin
alrededor de OY, por lo que debe cumplirse:
= ,
Rotacin simultanea alrededor de OZ:
= ,
Orden de la composicin:
1.Rotacin sobre OX
2.Rotacin sobre OY
3.Rotacin
sobre OZ
Realizando reemplazos sucesivos, obtenemos:p
p
p
= R Z,
p
p
p
= R Z, R Y,
ppp
= R Z, R Y, R X,
ppp
En general, sucede:pxpypz
= R Z, R Y, R X,
pupvpw
La matriz de transformacin que compone todas las rotaciones:
= , , , =
= 0 00 0 1
0 0 1 0
0
1 0 00 0
= + + + +
NGULOS DE EULER
Para la representacin de orientacin en un espacio tridimensional mediante un matriz derotacin es necesario definir nueve elementos.
Existen otros mtodos de definicin de orientacin que hacen nicamente uso de trescomponentes para su descripcin (es el caso de los llamados ngulos de Euler).
Todo sistema OUVW solidario al cuerpo cuya orientacin se quiere describir, puede definirse conrespecto al sistema OXYZ mediante tres ngulos: ,,, denominados ngulos de Euler.
ngulos de Euler ZXZ ngulos de Euler ZYZ
Roll, pitch and yaw
(alabeo, cabeceo y guiada)
PAR DE ROTACIN
Mediante la definicin de un vector k (kx, ky, kz) y un ngulo de giro , tal que el sistema
OUVW corresponde al sistema OXYZ girado un ngulo sobre el eje k.
) , = cos sin + (. ) ( 1 cos
EXPOSITOR: FLORES SILVA, ANIBAL
MATRICES DE TRANSFORMACIN HOMOGNEA
Coordenadas y Matrices Homogneas
Una matriz de Transformacin Homognea que transforma un
vector de posicin expresado en coordenadas homogneas
respecto a un sistema de coordenadas que ha sido rotado y
trasladado a otro sistema de coordenadas se define como una
matriz de 4 x 4 y en general consistente de cuatro submatrices.
Coordenadas homogneas
, , ,,, ; con : factor de escala
Generalmente tomamos a = 1, por simplicidad. = , , en coordenadas homogneas como matriz se escribe:
=
=
1
El hecho de emplear coordenadas homogneas con su posterior
representacin en matriz, es porque nos ayuda a representar de manera
eficaz la traslacin de un sistema de coordenadas.
Matriz de transformacin homognea
Compuesta por cuatro sub-matrices: 33: Sub-matriz de rotacin.31: Sub-matriz de traslacin.13: Sub-matriz de perspectiva.11: Sub-matriz de escalado.
MATRICES DE TRANSFORMACIN
=33 3113 11
=
En Robtica generalmente se considera la sub-matriz de perspectiva como nula y la sub-matriz
de escalado global como uno. Es decir la matriz de transformacin homognea que nos interesa
es:
=33 310 1
=
0 1La matriz de transformacin homognea sirve para:
Representar la posicin y orientacin de un sistema girado y trasladado OUVW conrespecto a un sistema fijo de referencia OXYZ, que es lo mismo que representar una
rotacin y traslacin realizada sobre un sistema de referencia.
Transformar un vector (, , ) expresado en coordenadas con respecto a un sistemaOUVW, a su expresin en coordenadas del sistema de referencia OXYZ esto es
(, , ).Por lo que:1
=
1
Rotar y trasladar un vector con respecto a un sistema de referencia fijo OXYZ.
La matriz de transformacin homognea bsica de traslacin se representa por:
=
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
,y son las coordenadas del punto que el sistema OUVW tiene como
origen. Luego la relacin entre los sistemas de coordenadas OUVW y OXYZ,
donde OUVW puede pensarse como obtenido por traslacin de OXYZ :
1
=
1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
1
Ejemplo 01:
Segn la figura el sistema OUVW est trasladado unvector (, , ) con respecto del sistema OXYZ.Calcularlas coordenadas (, , ) del vector cuyas
coordenadas con respecto al sistema OUVW son(, , ).Tenemos:
1
=
1 0 0 60 1 0 30 0 1 80 0 0 1
2731
=
44111
Las matrices de transformacin homognea bsicas de rotacin:
, =
1 0 0 00 00 00 0 0 1
, =
0 00 1 0 0
0 00 0 0 1
,
=
0 0 0 00 0 1 00 0 0 1
Si se tiene combinaciones de rotaciones y traslaciones, es posible obtener la matriz
de transformacin homognea total por medio de la multiplicacin de las matrices
bsicas de traslacin y rotacin.
Rotacin y luego traslacin: Z, , =
0 0 0 0 1 0 0 0 1
Traslacin y luego una rotacin:
, , =
0
0 +
0 0 1 0 0 0 1
SIGNIFICADO GEOMTRICO DE LAS MATRICES HOMOGNEAS 1
=
0 0 0 1
1
(, , ) Representa la posicin del
origen del sistema coordenado de la
herramienta con respecto al sistema
coordenado de la base del Robot. A este
origen tambin se le llama Tool Center
Point (TCP).
, , : Terna ortonormal que representa la orientacin.
=
CINEMTICA DEL ROBOT
El problema cinemtico de un Robot. Problema cinemtico directo: Determinar la posicin y orientacin del extremo final del Robot, con
respecto a un sistema de coordenadas de referencia, conocidos los ngulos de las articulaciones y los
parmetros geomtricos de los elementos del robot.
Problema cinemtico inverso: Determinar la configuracin que debe adoptar el Robot para una posiciny orientacin del extremo conocidos.
Cinemtica directa
Cinemtica inverso
Cinemtica del robot: Estudio de su movimiento con respecto a un sistema de referencia.1.-Descripcin analtica del movimiento espacial en funcin del tiempo.
2.-Relaciones entre la Posicin y orientacin del extremo del Robot con los valores de sus
coordenadas articulares.
Resolucin del problema cinemtico directo mediante matrices de transformacinhomognea
Encontrar una matriz de transformacin homognea T que relacione posicin y
orientacin del extremo del robot con respecto a un sistema de referencia fijo situado en su
base.
= (1, 2, 3, 4, 5, 6) = (1, 2, 3, 4, 5, 6)
= (1, 2, 3, 4, 5, 6) = (1, 2, 3, 4, 5, 6) = (1, 2, 3, 4, 5, 6)
= (1, 2, 3, 4, 5, 6)
Donde las coordenadas (1, 2, 3, 4, 5, 6) se denominan Coordenadas Generalizadas o articularesdel sistema de seis GDL, que caracterizan su posicin. Para articulaciones revolutas estas son ngulos.
Para articulaciones prismticas son distancias
, , : Coordenadas de la posicin del extremo del Robot., , : ngulos de la orientacin del extremo del Robot.
Modelo cinemtico directo de un Robot planar de 2 GDL
= 1 1 + 2 (1 +2) = 1 1 + 2 (1 + 2)
Para Robots de ms grados de libertad puede plantearse un mtodo sistemtico basado en la utilizacin de
las matrices de transformacin homognea.
En este mtodo sistemtico se emplean las matrices A y T:
Matriz :Matriz de transformacin homognea que representa la posicin y orientacin relativa entre
los sistemas asociados a dos eslabones consecutivos del Robot.
Conexin de matrices : 30 = 1
0 21 3
2
Matriz : Matriz 0 cuando se consideran todos los GDL del robot.
= 0 = 1
0 21 3
2 43 5
4 1
Modelo cinemtico directo de un Robot planar de GDL
Aunque para descubrir la relacin que existe entre dos elementos contiguos se puede hacer uso
de cualquier sistema de referencia ligado a cada elemento, la forma habitual que se suele utilizar
en Robtica es la Representacin de Denavit-Hartemberg.
Denavit-Hartemberg propusieron en 1955 un mtodo matricial que permite establecer de
manera sistemtica un sistema de coordenadas () ligado a cada eslabn de una cadenaarticulada, pudindose determinar a continuacin las ecuaciones cinemticas de la cadena
completa.
El procedimiento de colocacin de ejes de referencia es como sigue:
1.Identificar los enlaces y ejes de las articulaciones y trazar lneas imaginarias a lo largo de
ellos.
2.Identificar la perpendicular comn entre ejes consecutivos. El origen del () estar en la interseccin del eje con la normal comn entre los ejes e + 1.
3.Colocar el eje sobre el eje de la articulacin .
4.Colocar el eje sobre la perpendicular comn, o si los ejes intersectan, sobre la normal al plano que forman los ejes y +1.
5.Colocar el eje completandoun sistema de referencia
dextrgiro
Segn la representacin D-H, escogiendo adecuadamente los sistemas de coordenadas asociados para
cada eslabn, ser posible pasar de uno al siguiente mediante 4 transformaciones bsicas que dependen
exclusivamente de las caractersticas geomtricas del eslabn
1.Rotacin alrededor del eje 1 un ngulo .2.Traslacin a lo largo de 1 una distancia ; vector (0,0, ).3.Traslacin a lo largo de una distancia ; vector ( , 0,0).4.Rotacin alrededor del eje un ngulo .
1 = , 0,0, , 0,0 (, )
1 =
0 0 0 00 0 1 00 0 0 1
1 0 0 00 1 0 00 0 1 0 0 0 1
1 0 0 0 1 0 00 0 1 00 0 0 1
1 0 0 00 00 00 0 0 1
1 =
0 0 0 0 1
Donde , , , son los parmetros D-H del eslabn . De este modo, basta con identificar los
parmetros D-H de cada eslabn para obtener matrices 1 y relacionar as todos y cada uno de los
eslabones del robot.
: Es el ngulo que forman los ejes 1 y medido en un plano perpendicular al eje 1utilizando la regla de la mano derecha. Se trata de un parmetro variable en articulaciones
giratorias.
: Es la distancia a lo largo del eje 1 desde el origen del sistema de coordenadas 1 -simo hasta la interseccin del eje 1 con el eje .Se trata de un parmetro variable enarticulaciones prismticas.
:Es la distancia a lo largo del eje que va desde la interseccin del eje 1 con el eje hastael origen del sistema -simo ,en el caso de articulaciones giratorias. En el caso dearticulaciones prismticas, se calcula como la distancia ms corta entre los ejes 1 y .
: Es el ngulo de separacin del eje 1 y el eje , medido en un plano perpendicular al eje, utilizando la regla de la mano derecha.
Para la obtencin del modelo cinemtico directo de un Robot, tendremos en cuenta los siguientes
pasos generales:
1. Establecer para cada elemento del Robot un sistema de coordenadas cartesiano ortonormal , , donde = 1,2,3 (:nmero de GDL).Cada sistema de coordenadas corresponder a la articulacin + 1 y estar fijo en el elemento .2. Encontrar los parmetros D-H de cada una de las articulaciones.
3. Calcular las matrices 1.
4. Calcular la matriz: = 0 = 1
0 21 3
2 43 5
4 1
Algoritmo de Denavit- Hartemberg
D-H 1: Numerar los eslabones comenzando con 1 (primer eslabn mvil de la cadena) y acabando con (ltimoeslabn mvil).Se numerar como eslabn 0 a la base fija del Robot.
D-H 2: Numerar cada articulacin comenzando por 1 (la correspondiente al primer grado de libertad) yacabando en .
D-H 3: Localizar el eje de cada articulacin. Si esta es rotativa, el eje ser su propio eje de giro. Si es prismtica,ser el eje a lo largo del cual se produce el desplazamiento.
D-H 4: Para desde 0 a 1 situar el eje sobre el eje de la articulacin + 1.
D-H 5: Situar el origen del sistema de la base (0) en cualquier punto del eje 0.Los ejes 0 e 0 se situarn de modo que formen un sistema dextrgiro con 0.
D-H 6: Para desde 1 a 1, situar el sistema () (solidario al eslabn ) en la interseccin del eje con la lnea normal comn a 1 y .Si ambos ejes se cortasen se situara () en el punto de corte. Si fuesen paralelos ()se situara en la articulacin + 1
.
D-H 7: Situar en la lnea normal comn a 1 y .
D-H 8: Situar de modo que forme un sistema dextrgiro con y .
D-H 9: Situar el sistema () en el extremo del Robot de modo que coincida con la direccin de 1 y sea normal a 1 y .
D-H 10: Obtener como el ngulo que hay que girar en torno a 1 para que 1 y quedenparalelos.
D-H 11: Obtener como la distancia, medida a lo largo de 1, que habra que desplazar (1)para que y 1 quedasen paralelos.
D-H 12: Obtener como la distancia medida a lo largo de (que ahora coincidira con 1)que habra que desplazar el nuevo (1) para que su origen coincidiese con ().
D-H 13: Obtener como el ngulo que habra que girar entorno a (que ahora coincidira con1), para que el nuevo (1) coincidiese totalmente con ().
D-H 14: Obtener las matrices de transformacin 1.
D-H 15: Obtener la matriz de transformacin entre la base y el extremo del Robot = 0 =
10 2
1 32 4
3 54
1
D-H 16: La matriz define la orientacin (sub-matriz de rotacin) y posicin (sub-matriz detraslacin) del extremo referido a la base en funcin de las coordenadas articulares.
Modelo cinemtico directo de un Robot cilndrico.
Articulacin
1 1 1 0 0
2 90 2 0 90
3 0 3 0 0
4 4 4 0 0
10 =
1 1 0 01 1 0 00 0 1 10 0 0 1
21 =
1 0 1 01 0 0 00 1 0 20 0 0 1
32 =
1 0 1 00 1 0 00 0 1 30 0 0 1
43 =
4 4 0 04 4 0 00 0 1 40 0 0 1
= 10 2
1 32 4
3 =
14 14 1 (3 + 4)114 14 1 (3 + 4)1
0 0 0 1 + 20 0 0 1
1 =
0 0 0 0 1
Expositor: Cabanillas Lezama, Rayder
CINEMATICA INVERSA
OBJETIVO: Encontrar los valores que debenadoptar las coordenadas articulares del robotpara que su extremo se posicione y orientesegn una determinada localizacin espacial.
La resolucin no es sistemtica.
Depende de la configuracin del robot(soluciones mltiples).
No siempre existe solucin en forma cerrada.
Cinemtica Inversa
Objetivo General
Cinemtica Inversa
Objetivo General
Se conoce especificacin de localizacin del robot T=[ n o a p ]
Se conoce la cinemtica del robot definida por sus parmetrosD-H y por lo tanto:
0An(q1, . . . ,qn) =
0A1(q1) . . .
n-1An(qn)
Se trata de encontrar q1, . . . ,qn que satisfagan0An(q1, . . . ,qn) = T
0A1(q1) . . .
n-1An(qn) =[ n o a p ]
Esta ecuacin corresponde a 12 ecuaciones no lineales conn incgnitas
12 ecuaciones no lineales con n incgnitas
Problemas al buscar la solucin
Difcil resolucin
Es posible que no exista una
solucin.
Puede existir mltiples soluciones.
Eleccin que minimice los
movimientos desde la posicin actual
Mover los eslabones de menor peso
Solucin Cerrada vs Numrica
Se prefiere una solucin cerrada (qn=fn[x, y, z, , , ]) por:
En aplicaciones en las que se precisa resolver el MCI en tiempo
real no se puede depender de la convergencia del mtodo
numrico. Por ejemplo: Seguimiento del cordn de soldadura.
Al poder encontrarse soluciones mltiples, un mtodo numrico
no permite escoger cual es la que interesa.
Mtodos de Solucin del Problema
cinemtico inverso
Mtodos Geomtricos
Se suele utilizar para las primeras variables articulares
Uso de relaciones geomtricas y trigonomtricas (resoluciones de tringulos)
Resolucin a partir de las Matrices de Transformacin Homognea
Despejar n variables qi en funcin de las componentes de los vectores n, o, a y p
Desacoplo Cinemtico
En robots de 6 GDL
Separacin de orientacin y posicionamiento
Mtodos Geomtricos
Este procedimiento es adecuado para robots de pocos grados de
libertad o para el caso de que se consideren solo los primeros
grados de libertad, dedicados a posicionar el extremo.
El procedimiento se basa en encontrar un nmero suficiente de
relaciones geomtricas en las que intervendrn las coordenadas
del extremo del robot, sus coordenadas articulares y las
dimensiones fsicas de sus elementos.
Mtodos Geomtricos (cont.)
Para mostrar el procedimiento a seguir se va a aplicar el
mtodo a un robot con 3GDL de rotacin (estructura
tpica articular).
El dato de partida son las coordenadas (Px, Py, Pz )
referidas a {So} en las que se requiere posicionar su
extremo.
32
3
32
2
3
2
2
222
3
332
2
3
2
2
22
222
cos1
2cos
cos2
qsenq
ll
llPPPq
qllllPr
PPr
zyx
z
yx
2+
2
1 = tan1
3 = tan1
1 2 3cos 3
Con cos 3 =2+
2+22
232
223
Resolucin por Mtodos Geomtricos
332
33
22
2
cosqll
senqlarctg
pp
Parctg
r
parctg
q
yx
zz
332
33
222
cosqll
senqlarctg
pp
parctgq
yx
z
SOLUCION
DOBLE
Matriz de Transformacin Homognea
En principio es posible tratar de obtener el modelo cinemtico inverso de un
robot a partir del conocimiento de su modelo directo.
Se resuelve la cinemtica directa y se obtienen las matrices A.
Para evitar la aparicin de ecuaciones trascendentes, se va
pre multiplicando por las matrices inversas.
Se intenta obtener de esta forma una ecuacin que asle en uno
de los lados una de las variables articulares
La eleccin de los elementos ha de realizarse con sumo cuidado
Por su complejidad a menudo este mtodo se deshecha.
Resolucin a partir de la Matriz de
transformacin Homognea
Resolucin a partir de la Matriz de
transformacin Homognea (cont.)
1000
010
0cos0
00cos
1
11
11
0
1l
qsenq
senqq
A
1000
0010
0cos0
00cos
22
22
1
2
qsenq
senqq
A
1000
100
0010
0001
3
2
3 qA
1000
cos0
0coscos
0coscoscos
122
21121
21121
0
2lqsenq
senqsenqqqsenq
senqqsenqqq
A
1000
coscos0
coscos
coscoscoscos
012322
21321121
21321121
3 lqqqsenq
senqsenqqsenqsenqqqsenq
senqqqsenqqsenqqq
AT
T = 0A11A2
2A3
(0A1)-1 T= 1A2
2A3
El trmino izquierdo depender solo de q1 mientras que el derecho depende de q2 y q3.
Busco un elemento fcil, que relacione q1 con constantes:
1000
100
0010
0001
1000
0010
0cos0
00cos
10001000
00cos
100
00cos
3
22
22
11
1
11
d
qsenq
senqq
paon
paon
paon
qsenq
l
senqq
zzzz
yyyy
xxxx
0cos 11 pqpsenq yx
p
pq
x
y)tan(1
p
pq
x
yarctan
1
1000
0010
coscos0
0cos
10001000
00cos
100
00cos
3222
3222
11
1
11
qqqsenq
qsenqsenqq
paon
paon
paon
qsenq
l
senqq
zzzz
yyyy
xxxx
Dado que q1 est obtenido, para q2, buscare relaciones entre q1 y q2 con un elemento
constante en el lado derecho:
(1A2)-1(0A1)
-1 T=2A3
1000
100
0010
0001
10001000
00
100
00
1000
00
0100
00
311
1
11
22
22
qpaon
paon
paon
CS
l
SC
CS
SC
zzzz
yyyy
xxxx
1000
100
0010
0001
10001000
001
31221212
1
1 221212
qpaon
paon
paon
lCCSSCS
CS
SlSSCCC
zzzz
yyyy
xxxx
0coscoscos 2121212 senqlpsenqpsenqqpqq zyx pl
ppq
z
yx
1
22
2 arctan
qlqpqpsenqsenqpqsenq zyx 31221212 coscoscos ppsenqlpqq yxz22
2123 cos
Desacoplamiento Cinemtico
Habitualmente los tres ltimo ejes del robot se cortan en un
punto llamado mueca del robot (a4=a5=a6=d5=0)
La posicin de la mueca no depende entonces de q4, q5, q6.
Se descompone el problema cinemtico en 2:
Cinemtica inversa de la posicin
Cinemtica inversa de orientacin
Se encuentra la posicin de la mueca
Se obtiene q1, q2, q3 para conseguir esa posicin
Se obtiene q4,q5, q6 para conseguir la orientacin
CINEMATICA DEL ROBOT
IRB2400
Conocida la posicin y orientacin final deseada, se puede conocer donde debe estar O5 (mueca)
Puesto que la direccin (Z5)=(z6) (Conocida)
Distancia O5O6 es d6=l4
Pr es donde se quiere ir [Px Py Pz]
Z6 es el vector a como se quiere orientar al extremo [axay az]
Luego se puede conocer Pm: coordenadas de O5
q1, q2, q3 se obtienen para poner O5 en dichas coordenadas
Para obtener los valores de q4, q5, q6 que consiguen la orientacin
deseada se realiza lo siguiente:
63
3
0
6
0 RRaonR
6554430
6
3
6
01
3
0
RRRaonR
RRR
T
ijr
Luego se tiene que:
56565
546465464654
546465464654
CCSCS
CSCCSCSSCCCS
SCCSSCCSSCCC
rij
De las nueve relaciones expresadas se pueden tomar las
correspondientes a:
Del conjunto de ecuaciones es inmediato obtener los valores de los
parmetros articulares
5413 cos senr 5423 cossenr 533 cosr
6531 cossenr 6532 sensenr
33
234 r
rarcsen
33arccos5 r
31
326 arctan
r
r
MATRIZ JACOBIANA
Matriz Jacobiana: Permite conocer las
velocidades del extremo del robot a partir de las
velocidades de cada articulacin
Relaciones Diferenciales
n
nx
qqf
qqfx
,,
,,
1
1
n
ny
qqf
qqfy
,,
,,
1
1
i
n
i
x qq
fx
1
i
n
i
f
1
i
n
i
f
1
in
i
f
1
i
n
i
z qq
fz
1i
n
i
y qq
fy
1
n
n
ff
ff
J
1
x
1
x
nq
q
z
y
x
1
J
n
nz
qqf
qqfz
,,
,,
1
1
Con:
Mtodos de clculo de la Jacobiana inversa
Inversin simblica de la matriz Jacobiana
Gran complejidad (matriz 6x6)
Evaluacin numrica de J e inversin numrica
Necesidad de recalculo continuo
En ocasiones J no es cuadrada entonces matrizpseudoinversa
En ocasiones | J | = 0
A partir del modelo cinemtico inverso
V.- PROGRAMACION DE
ROBOTS
OBEJTIVO: Indicar la secuencia de acciones a
realizar durante una tarea
Movimiento a puntos predefinidos
Manipulacin de objetos
Interaccin/sincronizacin con el entorno
Clasificacin de la Programacin
Gestual o Directa (Guiado)
Por aprendizaje directo
Mediante un dispositivo de
enseanza (botonera)
Textual
Programacin textual explcita
Nivel de movimiento elemental
Articular
Cartesiano
Nivel estructurado
Programacin textual especificativa
Nivel de Objeto
Nivel de Tarea
Programacin Gestual o Directa (Guiado)
Consiste en guiar el brazo del robot directamente a lo
largo de la trayectoria que debe seguir.
Los puntos del camino se graban en memoria y luego
se repiten.
Este tipo de programacin, exige el empleo del
manipulador en la fase de enseanza, o sea, trabaja
"on-line".
Por Aprendizaje Directo
El punto final del brazo se traslada con
ayuda de un dispositivo especial
colocado en su mueca.
Sobre el es que se efectan los
desplazamientos que, tras ser
memorizados, sern repetidos por el
manipulador.
Programacin Gestual (cont.)
Programacin Gestual (cont.)
Mediante un Dispositivo de Enseanza
Consiste en determinar las acciones y
movimientos del brazo manipulador,
a travs de un elemento especial
para este cometido (joystick).
En este caso, las operaciones
ordenadas se sincronizan para
conformar el programa de trabajo.
Programacin Textual
En la programacin textual, las acciones que ha de realizar el
brazo se especifican mediante el programa, que consta de un
texto de instrucciones o sentencias (en un lenguaje
determinado), cuya confeccin no requiere de la intervencin
del robot; es decir, se efectan "off-line".
Las trayectorias del manipulador se calculan
matemticamente con gran precisin, siendo este tipo de
programacin idneo para tareas de precisin
Programacin Textual (cont.)
En esta, el programa esta
formado por ordenes o
instrucciones concretas que
definen mediante operaciones
los movimientos punto a punto.
Programacin Textual Explicita
Nivel de movimiento
elemental
Formado por lenguajes
encaminados al control de
movimientos
Articular
Cuando el lenguaje se dirigeal control de los movimientosde las diversas articulacionesdel brazo
Cartesiano
Cuando el lenguajedefine los movimientosrelacionados con elsistema de manufactura
Nivel estructurado
Intenta introducir relaciones entre el objeto y el sistema
del robot, para que los lenguajes se desarrollen sobre
una estructura formal.
Programacin Textual (cont.)
Programacin Textual Especificativa
En este tipo de programacin, el usuario describe las
especificaciones de los productos mediante una
modelizacin, al igual que las tareas que hay que
realizar sobre ellos.
Para este tipo de programacin, se necesita un modelo
del entorno del robot que, normalmente ser una base
de datos.
Dentro de la programacin textual especificativa, hay
dos clases:
Si el modelo se orienta al nivel de los objetos, el lenguaje
trabaja con ellos y establece las relaciones entre ellos.
Cuando el modelo se orienta hacia los objetivos, se define
el producto final.
Caractersticas de un Lenguaje Ideal
Las seis caractersticas bsicas de un lenguaje
ideal son:
Claridad y sencillez.
Claridad de la estructura del programa.
Sencillez de aplicacin.
Facilidad de ampliacin.
Facilidad de correccin y mantenimiento.
Eficacia.
Estas caractersticas son insuficientes para la
creacin de un lenguaje "universal" de
programacin en la robtica, por lo que es
preciso aadir las siguientes:
Transportabilidad sobre cualquier equipo
mecnico o informtico.
Adaptabilidad a sensores (tacto, visin,
etc.).
Posibilidad de descripcin de todo tipo de
herramientas acoplables al manipulador.
Interaccin con otros sistemas.
REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMA DE PROGRAMACIN DE ROBOTS
Entorno de programacin.
Modelado del entorno.
Tipo de datos.
Manejo de entradas/salidas (digital y analgica)
Control de movimiento.
Control del flujo de ejecucin del programa
ENTORNO DE PROGRAMACIN
Programar las acciones de un manipulador es complicado en el
sentido de que en todo momento existe una interaccin con el
entorno, tratndose de un proceso continuo de prueba y error
MODELADO DEL ENTORNO
El modelo del entorno es la representacin que tiene e! robot de los
objetos con los que interacciona.
TIPO DE DATOS
ENTORNO DE MANEJO DE ENTRADAS/SALIDAS
Un sistema de programacin de robots cuenta, adems de con los tipos de
datos convencionales (enteros, reales, booleanos, etc.) con otros
especficamente destinados a definir las operaciones de interaccin con el
entono, como son, por ejemplo,
La comunicacin del robot con otras mquinas o procesos que cooperan con
l, es fundamental para conseguir su integracin y sincronizacin en los
procesos de fabricacin. Esta comunicacin se consigue, en el nivel ms
sencillos, mediantes seriales binarios de entrada y salida.
CONTROL DE MOVIMIENTO.
CONTROL DEL FLUJO DE EJECUCIN DEL PROGRAMA
Indudablemente, un mtodo de programacin de robots debe incluir la
posibilidad de especificar el movimiento del robot. Adems del punto de
destino, puede ser necesario especificar el tipo de trayectoria espacial
que debe ser realizada, la velocidad media del recorrido
Al igual que en cualquier lenguaje de programacin de propsito general,
un lenguaje de programacin de robots ha de permitir al programador
especificar de alguna manera un flujo de ejecucin de operaciones
4.3. EJEMPLO DE PROGRAMACION DE UN ROBOT INDUSTRIAL
Para concretar de forma prctica como se
realiza la programacin textual de un
robot industrial, se desarrolla a
continuacin un caso concreto utilizando
un lenguaje textual de carcter
experimental, como es el Cdigo-R [Feliu-
85]. Este lenguaje fue desarrollado para
su utilizacin sobre el robot DISAM-E65.
La aplicacin a programar, mostrada en la
Figura4.3.1 , consiste en una clula de
verificacin y empaquetado de
componentes. El robot utilizado en la
aplicacin es de tipo SCARA
Figura 4.3.1. Esquema de la aplicacin programada con Cdigo-R.
Como seales de control de la clula por
parte del sistema de control del robot se
utilizan diversas seales digitales de entrada
y salida.
Como seales de entrada digitales se tienen:
Ea: Indica si hay componente en el
alimentador.
Eh: Indica la existencia de componente en la
herramienta (pinza).
Et: Indica si el test ha resultado positivo.
Ep: Indica si el pallet est disponible.
Y como salidas digitales:
Sn: Alarma que indica la necesidad de un
nuevo componente.
Sh: Alarma que indica que no hay
componente en la pinza.
Sm: Serial de control del motor de la cinta de
transporte.
St : Serial de activacin del test.
Nom. Parmetros Descripcin Ejemplo
POS$ Variable position (x,y)Posiciona el extremo del robot en la
position especificada.POS$ Pa
SBR N Subrutina Llamada a una subrutina. SBR 300
BUC Narep. .identificador Bucle de repeticin. BUC 5, 1
REP Identificador de bucle Fin de bucle. REP 1
OPE Var, Operacin, VarRealizacin de una operacin entre
variables.OPE Pv=Pa+Pi
SAL* Na de lnea, condicin Salto condicional. SAL* 100, Ea=l
SAL Nfi de lnea Salto incondicional. SAL 104
EST Valor numrico Esperar un tiempo en segundos. EST 2
GPZ Variable orientacin Girar pinza a una orientacin GPZ Oa
ESE Id. Entrada = valor Esperar entrada. ESEEa=l
RET - Retorno de subrutina. RET
VEL tipo y velocidad Asignar velocidad. VEL a=2000
MONId entrada = valor, lnea de
salto, tiempo de espera
Monitoriza el valor de una seal un
tiempo, si la seal toma el valor indicado
salta a lnea.
MON Ea= 1,506,30
VAR Id. variable = position Definicin de var. de posicin. VARPa= 100,100
VARa Id. variable = orientacin Definicin de var. de orientacin. VARa Op = 100
SUB - Subir la pinza. SUB
BAJ - Bajar la pinza. BAJ
SLD Id. Salida = valor, tiempo Activar salida durante un tiempo. SLD Sn= 1,10
Por defecto es siempre.
Tabla 8.1 Instrucciones del lenguaje Cdigo-R
Macroinstrucciones
MAC COG ; Definicin de la macroinstruccin coger
PINZA = ABRIR
BAJ
EST 0.5
PINZA = CERRAR
SUBIR
END MAC
MAC DEJ ; Definicin de la macroinstruccin DEJAR
BAJ
PINZA = ABRIR
EST 0.5
SUB
PINZA = CERRAR
END MAC
1 VEL = 2000 ; Velocidad base de posicionamiento
2 VELa = 100 ; Velocidad de giro de la pinza
3 VAR Pa = -450,275 ; Posicin del alimentador
4 VAR Pt = 0, 450 ; Posicin del dispositivo de test
5 VAR Pi = 330,-30 ; Posicin de comienzo del pallet
6 VAR Pd = -250,450 ; Pos. almacn de comp. defectuosos
7 VAR Pv = 330,-30 ; Pos. pallet libre y auxiliar
8 VAR Pf = 330,-30 ; Pos. de la fila libre
10 VAR Ic = 80, 0 ; Incremento de columna
11 VAR If = 0, 80 ; Incremento de fila
12 VARa op = 100 ; Orientacin del comp. en pallet
13 VARa Oa = 0; Orientacin del comp. en alimentacin
16 VARa Ot = 50 ; Orientacin de dispositivo de test
Inicializacin de variables
Se definen en este bloque de datos inicial la velocidad lineal y
angular del efector final, as como distintas variables con posiciones
y orientaciones a utilizar durante el desarrollo de la aplicacin.
Proceso de llenado de palletSubrutina de nuevo pallet
100 SBR 300 ; Solicita pallet nuevo
101 BUC 5, filas ; Bucle de indexacin de filas
102 OPE Pv=Pf ; Comienzo de fila
103 BUC 3 , columnas ; Bucle de indexacin de columnas
104 SAL* 100, Ep=0 ; No hay pallet; comenzar proceso
105 SBR 500 ; Tomar componente del alimentador
106 SBR 600 ; Realizar test
107 SAL* 110, Et=l ; Componente valido. Situarle en pallet
108 SBR 700 ; Componente defectuoso. Rechazarle
109 SAL 104 ; Coger un nuevo componente
110 SLD St=0 ; Test pasado, desactivar test y sacar
111 SUB ; componente del dispositivo de test
112 SBR 400 ; Colocar componente en pallet
113 OPE Pv=Pv+Ic ; Incrementar posicin de columna
114 REP columnas ; fin de indexacin de columnas
115 OPE Pf=Pf+If ; Incrementar fila
116 REP filas ; Fin indexacin filas, pallet lleno
117 SAL 100
300 OPE Pv=Pi Inicializacin de Pv
301 OPE Pf=Pi Inicializacin de Pf
302 SLD Sm=1 Pedir nuevo pallet, activar cinta
303 EST 2 Tiempo de evacuacin del pallet anterior
304 ESE Ep=1 Espera llegada de pallet nuevo
305 SLD Sm=0 Parar cinta
306 RET Fin de nuevo pallet
Subrutina de colocar en pallet
400 POS$ Pv
401 GPZ Op
402 DEJ
403 RET
Primero se pide un nuevo pallet, y despus de coger el componente,
se realiza el test. Si el test resulta positivo, se coloca el componente
en el pallet y se actualiza la variable que representa la primera
posicin libre en el pallet. Si el test es negativo, se desecha el
componente y se deja en la zona de componentes defectuosos
El propsito de esta subrutina es garantizar que el pallet nuevo est
posicionado en la posicin de llenado, inicializando las variables Pv
y Pf a la primera posicin del pallet. Para conseguir esto, se activa
la salida que controla el motor de movimiento de la cinta.
Esta rutina coloca, con la adecuada orientacin de la pinza, un
componente en la primera posicin libre en el pallet.
Subrutina colocar componente
500 POS$ Pa Posicionarse sobre el alimentador
501 GPZ Oa Orientndose correctamente
502 MON Ea=l,506,30 Monitoriza la entrada 1 durante 30s mx.
503 EST 30 Espera de 3 0 segundos
504 SLD Sn=l,10 Si no llega componente en 3 0s
505 SAL 502 Alarma (Sn) durante 10s y repite accin
506 COG Llega componente, cogerlo.
507 SAL* 510,Eh= 0 Verificar que componente ha sido cogido
508 RET Fin de tomar componente
510 SLD Sh=l,5 Fallo al coger el componente
511 SAL 500 Emitir alarma (Sh) durante 5s y reintentar
Subrutina de test
600 POS$ Pt Posicionarse sobre dispositivo de test
601 GPZ Ot orientarse correctamente
602 BAJ Introducir componente en dispositivo
603 SLD St=1 Activar test
604 RET Fin de test
Subrutina de rechazo de componente
700 SLD st=o ; Componente defectuoso
701 SUB ; Sacar componente del dispositivo de test
702 POS$Pd ; Posicionarse sobre almacn de piezas malas
703 DEJ ; Dejar componente
705 RET ; Fin de rechazar componente
Espera durante un mximo de 30 segundos la llegada de un
componente al alimentador. Si no llega, emite una alarma
durante 10 segundos y lo vuelve a intentar. Si llega, lo recoge,
verificando que est en la pinza del robot. Si no est (por
ejemplo, porque ha resbalado) emite una alarma y trata de
realizar la operacin de nuevo.
Esta subrutina coloca el componente en el dispositivo
de test y lo activa.
Esta subrutina rechaza los componentes que no pasan el test,
y los deja en el almacn de componentes defectuosos
CRITERIOS DE IMPLANTACIN DE UN ROBOT INDUSTRIAL
Expositor: MALSQUEZ LEN, Alex Xavier
1. DISEO Y CONTROLDE UNA CLULAROBOTIZADA
Implica considerar gran nmerode factores que llevar comofinalidad definicin detallada delay-out y as mismo laarquitectura de control.
Especificacin del tipo y nmerode robots a utilizar, as como delos elementos perifricos,indicando posicin relativa de losmismos.
DISPOSICIN DEL ROBOT EN LA CLULA DE TRABAJO
Centro En Lnea
Mvil Suspendido
CARACTERSTICAS DEL SISTEMA DE LA CLULA DE TRABAJO
Control individual
Sincronizacin
Deteccin, tratamiento y recuperacin
Organizacin del funcionamiento
Interfaz con el usuario
Interfaz con otras clulas
Interfaz con un sistema de control superior
http://wikifab.dimf.etsii.upm.es/wikifab/index.php/Assignment_5:_DISE%C3%91O_DE_UNA_C%C3%89LULA_ROBOTIZADA
2. CARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DE UN ROBOTAREA DE TRABAJO
Volumen espacial al que puedellegar el extremo del robot.
Determinado por tamao, formay tipo de eslabones.
Existe reas de trabajo regularescomo irregulares.
No se toma en cuenta el efectordel robot.
Determina la accesibilidad deste y su capacidad paraorientar su herramientaterminal.
Se determina por el tipo deaplicacin.
Comnmente 6 GDL, ms GDLmayor costo; para contrarrestareste problema se hace uso deutillajes alternativos.
GRADOS DE LIBERTAD
RESOLUCIN Incremento ms pequeo por
parte terminal del robot.
Depende de 2 factores: Sistemaque controla resolucin(resolucin de captadores deposicin, nmero de bits,elementos motrices) yinexactitudes mecnicas.
PRECISIN, REPETIBILIDAD Y RESOLUCIN
Capacidad de un robot parasituar extremo de su mueca enun punto sealado dentro delcampo de funcionamiento.
Menor distancia entre posicinespecificada y posicin real.
Se ve afectada por cargas,temperatura, inercia.
PRECISIN
Radio de la esfera que abarca lospuntos alcanzados por el robot trassuficientes movimientos, alordenarle ir al mismo punto dedestino programado, concondiciones de carga ytemperatura.
Error debido a transmisin.
Valores normales : ensamblaje 0,1mm; soldadura, pintura,manipulacin de piezas 1 y 3 mm.
REPETIBILIDAD:
FACTORES QUE AFECTAN EL ERROR DE POSICINAMIENTO
Longitud de brazos
Carga manejada
Tipo de estructura
Velocidad
Corte por laser por Robot Stabli
2. CARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DE UN ROBOT (Continuacin)VELOCIDAD
Velocidad vs. Carga inversamenteproporcionales.
Vel. Nominal relevante en procesosque impliquen movimientos largos derobot.
Para movimientos cortos (muchasveces), vel. Nominal es cualitativo.
Valores: 1 y 4 m/s (carga mx.)
CAPACIDAD DE CARGA
Viene acondicionada por tamao,configuracin y sistema deaccionamiento del propio robot.
Debe tener en cuenta, pesos deherramientas tanto como robot,momento que la pieza ejerce altransportarla.
Valores normales: 0,9 y 205 kg.
2. CARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA SELECCIN DE UN ROBOT (Continuacin)
SISTEMA DE CONTROL
Hace referencia a sus posibilidadescinemticas y dinmicas, y por otraparte a su modo de programacin.
Cinemticas: tipo de trayectoria (PTPo CP).
Dinmicas: prestaciones dinmicasdel robot.
Modo de programacin: guiado ytextual.
TABLA N V.2 Caractersticas deseables en un robot segn su aplicacin
PINTURA
Programacin por guiado
Campo de accin similar al humano
Estructura antropomrfica
6 grados de libertad
PALETIZACIN
Elevada capacidad de carga
Relacin grande entre rea de
trabajo y tamao del robot.
Control PTP
PROCESADO
Sistema de programacin
5-6 grados de libertad
Campo de accin similar al humano
Control de trayectoria continua
ENSAMBLADO
Elevada precisin y rapidez
Campo de accin similar al humano
Potencia del sistema de
programacin
Sistema sensorial
TABLA N V.1 Caractersticas a tener en cuenta para la seleccin de un robot
Caractersticas
geomtricas
rea de trabajo
Grados de libertad
Errores de posicionamiento
Distancia tras emergencia
Repetividad
Resolucin
Errores en el seguimiento de trayectorias
Calidad de una lnea recta, arco,
Precisin cuando se mueve el mnimo incremento
posible
Caractersticas
Cinemticas
Velocidad nominal mxima
Aceleracin y deceleracin
Caractersticas
Dinmicas
Fuerza
De agarre
Carga mxima
Control de fuerza-par
Frecuencia de resonancia
Tipo movimientos Movimientos punto a punto
Movimientos coordinados
Trayectorias continuas (CP)
Modo programacin Enseanza (guiado)
Textual
Tipo accionamiento Elctrico (c. alterna o c. continua)
Neumtico
Hidrulico
Comunicaciones E/S Digitales/Analgicas
Comunicaciones lnea serie
Servicio proveedor Mantenimiento, Servicio Tcnico, Cursos de
formacin.
Coste
3. SEGURIDAD EN INSTALACIONES ROBOTIZADAS
CAUSAS DE ACCIDENTES
Mal funcionamiento de sistema decontrol.
Acceso indebido de personal.
Errores humanos de operacin.
Rotura y fatiga de robot.
Sobrecarga del robot.
Medio ambiente o herramientapeligrosa.
3. SEGURIDAD EN INSTALACIONES ROBOTIZADAS
MEDIDAS DE SEGURIDAD
En fase de diseo de robot:Supervisin del sistema de control
Paradas de emergencia
Velocidad mxima limitada
Detectores de seguridad
Cdigos de seguridad
Frenos mecnicos adicionales
Comprobacin de seales autodiag.
En fase de diseo de la clula.
Barrera de acceso
Dispositivos de intercambio de piezasMovimientos condicionadosZonas de reparacinCondiciones adecuadas en la instalacin
auxiliar.
En fase de instalacin y explotacin del sistema.Abstenerse de entrar en zona de trabajoSealizacin adecuadaPrueba progresiva del programa de robotFormacin adecuada
MEDIDAS DE SEGURIDAD
4. MERCADO DE ROBOTS
Evolucin del nmero de robots industriales instalados por continentes
Parque mundial de robots en 2008
EXPOSITOR:
ALTAMIRANO ESPINOZA, Mario
APLICACIONES DE LA ROBTICA
En la actualidad los robots se usan de manera extensa en la
industria, siendo un elemento indispensable en una gran parte
de los procesos de manufactura.
A continuacin van hacer analizadas algunas de las
aplicaciones industriales de los robots. Dando una breve
descripcin del proceso.
TRABAJOS EN FUNDICIN
El material usado, en estado lquido, es inyectado a presin en
el molde. Este ltimo est formado por dos mitades.
Los robots no necesitan una gran
precisin. Su estructura ms
frecuente es la polar y la articular.
Su sistema de control es por lo
general sencillo.
SOLDADURA
La industria automovilstica ha sido la gran impulsora. La tarea ms
frecuente ha sido sin duda alguna la soldadura de carroceras, siendo la
ms usada la soldadura por punto
Los robots precisan capacidad de carga del orden de los 50-100 Kg y estructura
articular, con suficientes grados de libertad (5 o 6) como para posicionar y orientar la
pinza. En cuanto al control suele ser suficiente con un control punto a punto (PTP).
PINTURA
Suelen ser robots articulares, ligeros, con 6 o
ms grados de libertad que les permiten
proyectar pintura en todas direcciones.
Estn protegidos para defenderse de las
partculas en suspensin y sus posibles
consecuencias. Su accionamiento puede ser
hidrulico o elctrico.
La caracterstica fundamental es su mtodo
de programacin. Cuentan con un control de
trayectoria continua.
ADHESIVOS Y SELLANTES
El material se encuentra en forma lquida o pastosa en un tanque, siendo
bombeado hasta la pistola que porta el robot
El robot, siguiendo la trayectoria preprogramada, proyecta la sustancia que se
solidifica al contacto con el aire. En este proceso es importante el control
sincronizado de su velocidad y del caudal suministrado por la pistola
ALIMENTACIN DE MQUINAS
La alimentacin de mquinas especializadas es otra tarea de manipulacin de posible
robotizacin. La peligrosidad y monotona de las operaciones de carga y descarga ha
conseguido que gran nmero de empresas hayan introducido robots en sus talleres.
Los robots usados en estas tareas son, por lo general, de baja complejidad,
precisin media, nmero reducido de grados de libertad y un control sencillo
(PTP), basado en ocasiones con manipuladores secuenciales.
PROCESADO
Dentro del procesado se incluyen aquellas
operaciones en las que el robot enfrenta la
pieza y herramientas (transportando una u
otra) para conseguir, en general, una
modificacin en la forma de la pieza
(mecanizado).
Por este motivo se precisan robots con
capacidad de control de trayectoria continua
y buenas caractersticas de precisin y
control de velocidad.
CORTE
Es una aplicacin reciente que cuenta con notable
inters. Los mtodos de corte no mecnico ms
empleados son oxicorte, plasma, laser y chorro de
agua, dependiendo de la naturaleza del material a
cortar.
El corte por lser y por chorro de agua es de ms
reciente aparicin. La disposicin tpica del robot en el
corte por chorro de agua es la de robot suspendido
trabajando sobre las piezas fundamentalmente en
direccin vertical. Los robots empleados precisan
control de trayectoria continua y elevada precisin.
MONTAJE
Muchos procesos de ensamblado se han automatizado empleando mquinas
especiales que funcionan con gran precisin y rapidez.
Los robots empleados requieren, en cualquier caso una gran precisin y
repetitividad, no siendo preciso que manejen grandes cargas. Tambin se usan
robots cartesianos por su elevada precisin y, en general, los robots articulares
que resuelven aplicaciones con suficiente efectividad.
PALETIZACIN
Generalmente las tareas de paletizacin implican el manejo de grandes cargas,
de peso y dimensiones elevadas. Por este motivo, los robots empleados en este
tipo de aplicaciones acostumbran a ser robots de gran tamao, con una
capacidad de carga de 10 a 100 Kg. No obstante, se pueden encontrar
aplicaciones de paletizacin de pequeas piezas, en las que un robot con una
capacidad de carga de 5 Kg es suficiente.
CONTROL DE CALIDAD
El robot industrial puede participar en esta tarea
usando su capacidad de posicionamiento y
manipulacin. As, transportando en su extremo
un palpador, puede realizar el control
dimensional de piezas ya fabricadas.
No existe, en este caso, un tipo concreto de
robot ms adecuado para estas tareas, suelen
usarse robots cartesianos por la precisin de
estos pero, en general, son igualmente validos
robots articulares.
MANIPULACIN EN SALAS BLANCAS
Ciertos procesos de manipulacin
deben ser realizados en ambientes
extremadamente limpios y controlados.
La utilizacin de un robot para estas
funciones se realiza introduciendo este
de manera permanente en una cabina.
NUEVOS SECTORES DE APLICACIN
Existen otros sectores donde no es preciso conseguir elevada
productividad, en los que las tareas a realizar no son repetitivas, y
no existe un conocimiento detallado del entorno. Entre estos
sectores podra citarse la industria nuclear, la construccin, la
medicina, etc.
Estos sectores obligan a que los robots cuenten con un mayor
grado de inteligencia.
INDUSTRIA NUCLEAR
Por sus especiales caractersticas, el sector nuclear es uno de los
ms susceptibles de utilizar robots de diseo especifico, ya que la
industria nuclear genera una cantidad considerable de residuos
radioactivos de baja o de alta contaminacin.
MEDICINA
De entre las varias aplicaciones de la robtica a la medicina destaca
la ciruga.
CONSTRUCCIN
Es Japn el pas que cuenta con mayor
nmero de sistemas en
funcionamiento. En algunos casos se
trata de robots parcialmente
teleoperados, construidos a partir de
maquinaria convencional (gras,
excavadoras, etc.). En otros es
maquinaria especficamente construida
para resolver un proceso concreto.
rea multidisciplinaria que, a
travs de ciencias como la
informtica, la lgica y la
filosofa, estudia la creacin de
diseos de entidades capaces de
razonar por si mismas utilizando
como paradigma la inteligencia
humana.
Matemticas
Filosofa
Economa Neurociencia
Teora del Control y la Ciberntica.
Lingstica
Psicologa
Ingeniera Computacional
Ya existen sistemas inteligentes capaces de tomar decisiones
acertadas.
Actualmente el centro de las investigaciones es el aspecto racional, pero
se est considerando seriamente la posibilidad de incorporar
componentes emotivos como indicadores de estado, a fin de aumentarla IA.
En sntesis lo racional y lo emocional estn de tal manera
interrelacionados entre s, que se podra decir que no slo no son
aspectos contradictorios sino que son- hasta cierto punto-
complementarios.
FIN
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