Conceptos Clave de Robótica Industrial, Cinemática y Mecanismos Fundamentales

Fundamentos de Robótica y Manipuladores

1. Definición de Robótica

Ciencia o rama de la tecnología que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de realizar tareas que hace el ser humano o que requieren el uso de inteligencia.

2. Definición de Robot

Manipulador automático controlado, reprogramable, capaz de posicionar y orientar piezas especiales. Generalmente tienen forma de brazo terminando en muñeca.

3. Clasificación General de los Robots

• Robots manipuladores
• Robots móviles y de servicio
• Telerobot

4. Aplicaciones y Utilidad de los Robots

• Reproducen ciertas capacidades de los organismos vivos.
• Exploración y transporte.
• Asistencia médica.

5. Clasificación de los Robots por Generación

• Robots de 1ª Generación: Telemanipuladores, brazos.
• Robots de 2ª Generación: Sistemas con sensores.
• Robots de 3ª Generación: Capaces de toma de decisiones.

Estructura y Cinemática del Robot

6. Estructura de un Robot

Están formados por segmentos y eslabones, unidos por articulaciones. El último elemento se llama elemento terminal o “Pinza”.

7. Componentes Principales de un Robot

Cuerpo, brazo, muñeca, efector final (Gripper).

8. Movimiento de las Articulaciones

• De desplazamiento
• De giro
• Combinación de ambos

9. Grado de Libertad (GDL)

Movimiento independiente que puede realizar cada articulación con respecto a la anterior. Los GDL totales están dados por la suma de los GDL de las articulaciones que lo componen.

10. Variable de Estado

Son parámetros que definen la configuración (posición, orientación, etc.) del elemento terminal.

11. Orientación para Robots Industriales

• Cartesiana
• Cilíndrica
• Polar
• Esférica
• Scara (mixta)
• Paralela
• Angular

12. Tipos de Articulaciones y sus GDL

Rotacional:

1 GDL

Prismático:

1 GDL

Cilíndrica:

2 GDL

Planar:

2 GDL

Esférica:

3 GDL

Tornillo:

1 GDL

Conceptos de Mecanismos y Eslabones

13. Cadena Cinemática

Ensamblaje de eslabones y juntas interconectadas de modo que proporcionan un movimiento de salida controlado en respuesta a un movimiento de entrada proporcionado.

14. Eslabón

Cuerpo rígido que posee al menos dos nodos, que son los puntos de unión con otros eslabones.

15. Junta o Par Cinemático

Conexión entre dos o más eslabones que permite un movimiento entre los eslabones conectados. Se clasifican en Rotacional y Prismático.

16. Mecanismo

Cadena cinemática donde al menos un eslabón ha sido fijado al marco de referencia. Puede estar en movimiento.

17. Manivela

Eslabón que efectúa una vuelta completa, que está pivoteado a un elemento fijo.

18. Balancín u Oscilador (Rotación Oscilatoria)

Eslabón que tiene rotación oscilatoria, que está pivoteado a un elemento fijo.

19. Balancín u Oscilador (Movimiento Complejo)

Eslabón que tiene movimiento complejo y no está pivoteado a un elemento fijo.

20. Elemento Fijo

Eslabón que está sujeto en el espacio y que no tiene movimiento en relación con la referencia.

Máquinas Simples y Transmisión de Movimiento

21. Palanca

Barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo.

22. Polea Fija

Rueda ranurada que gira en torno a un eje sujeto a una superficie fija.

23. Polea Móvil

Conjunto de dos poleas, una de las cuales se encuentra fija, mientras que la otra se desplaza linealmente.

24. Polipasto

Tipo especial de montaje de poleas fijas y móviles.

25. Ruedas de Fricción

Sistema de dos o más ruedas que se encuentran en contacto.

26. Engranajes o Ruedas Dentadas

Se acoplan y transmiten el movimiento circular entre dos ejes próximos.

27. Tornillo Sin Fin

Tornillo que se engrana a una rueda dentada helicoidal, cuyo eje es perpendicular al eje del tornillo.

Formulario de Cinemática y Estática

1. Fuerza Necesaria (Palanca)

Fórmula general de palanca:

F * d = R * h

Fórmula específica (si aplica):

F * d = R * r

2. Trabajo (W)

W = R * h → Unidades: N·m = J (Joules)

3. Avance de Cremallera

Avance (A): A = p * v

Velocidad de avance (Va): Va = p * n * v

4. Grados de Libertad (GDL)

Ecuación de Gruebler (Mecanismos Espaciales):

GDL = 3L - 2J - 3G

• L = Número de eslabones
• J = Número de Juntas
• G = Número de eslabones fijados

Grados de Libertad para Mecanismos Planos:

M = 3(n - 1) - 2j₁ - j₂

• n = Número de elementos (eslabones, barras, piezas)
• j₁ = Número de uniones de 1 GDL
• j₂ = Número de uniones de 2 GDL