Elements i articulacions en robòtica industrial

Elements i articulacions

Element: peça o conjunt de peces rígides unides entre elles que té un moviment independent dins d’un mecanisme.

Articulació o parell cinemàtic

-unió mòbil entre dos elements, el moviment relatiu dels quals és determinat per la geometria del contacte.

-Aquestes articulacions o parells es poden restringir en graus de llibertat, i en funció d’aquesta restricció.

-En robòtica s’utilitzen prioritàriament els parells cinemàtics o articulacions de classe I següents:

Articulació de revolució (moviment rotació)

Articulació prismàtica (moviment translació)

Cadena cinemàtica

-Conjunt d’elements units entre ells mitjançant parells cinemàtics o articulacions.

-Tipus:

1.–TANCADA

2.– OBERTA

3.– MIXTA

Estructura articulada

-Parts: Base, Braç, Puny.

Estructures del braç

-Classificació dels robots en funció del braç: Cartesià o rectangular, cilíndric, esfèric o polar, angular (braç articulat antropomòrfic), SCARA, alimentador de màquina eina o manipulador, Vertebrat

Estructures de punys

-Puny: part més allunyada de la base

-Funció del puny: orientació del terminal

En funció del tipus de complexitat de la tasca a realitzar el puny té una estructura de 1 a 3 elements articulats.

-Puny de 1 eix: comú en robots de 4 eixos.

-Puny de 2 eixos: comú en robots de 5 eixos.

-Puny de 3 eixos: comú en robots de 6 eixos.

Configuració

de l'estructura articulada d'un robot industrial és el CONJUNT DE POSES que adopten cadascun dels seus ELEMENTS en un moment determinat.

Mobilitat

és la capacitat de l'estructura articulada del robot (o d'una part) per adoptar un gran nombre de configuracions.

El concepte de mobilitat també es pot aplicar a una articulació.

Dos tipus de paràmetre:

•El grau de mobilitat, (DM), o nombre de variables necessàries per definir una configuració de l'estructura articulada (o una part). En general el grau de mobilitat coincideix amb el nombre d'eixos.

•El camp de mobilitat dels eixos, o el camp d'existència d'aquestes variables delimitat per les posicions extremes a què poden arribar els eixos.

Grau de llibertat (dm)

el grau de mobilitat DM d'un robot industrial d'estructura oberta enllaçada per articulacions és igual al nombre d'eixos, que coincideix amb el d'elements i amb el d'articulacions.

(Robot industrial amb 5 articulacions i 5 elements mòbils DM=5)

Grau de llibertat del robot (DFR)

és el nombre de variables que són necessàries per definir la posa del terminal i el seu moviment  (DFR     ≤   DM)

Grau de llibertat d’una tasca (DFT)

el nombre de variables independents necessàries per realitzar els moviments del terminal en l'execució d'una tasca. (DFT    ≤   DFR)

DFR   =  DM no es redundant    DFR < DM es redundant

Grau de redundància (DR)

TIPUS DE 

REDUNDÀNCIA:REDUNDÀNCIA LOCALREDUNDÀNCIA (PRÒPIAMENT DITA)

Accionaments:

Un robot industrial té per missió fonamental l'execució de tasques que impliquen el moviment de l'estructura articulada.

Per tant, cal un sistema d'accionament capaç de situar el terminal en una posa determinada amb la

velocitat i precisió especificades.

Símil antropomòrfic:

• l'estructura articulada seria l'esquelet del sistema.

• l'accionament seria la musculatura i el sistema neurovegetatiu.

Actualment: d’accionament tipus elèctric

Motors: Poden seguir una senyal de consigna, controlat en precisió i velocitat. Caracteristiques: Una baixa relació pes/potència,Un parell màxim alt, Una velocitat màxima elevada, I una inèrcia pròpia molt baixa.

Les tecnologies bàsiques utilitzades com a motors (o actuadors) per a robòtica són la pneumàtica, la hidràulica i l'elèctrica

La PNEUMÀTICA és adequada per a sistemes de precisió molt baixa i càrregues moderades

 La HIDRÀULICA és adequada per a robots sotmesos a grans acceleracions o a grans càrregues.

L'ELÈCTRICA ofereix molt bona precisió i possibilitats de control però, a causa de les grans reduccions necessàries, les acceleracions de la càrrega resulten moderades i el pes és elevat.

Les transmissions per a robòtica han de complir diverses condicions per funcionar correctament:

•han de tenir poca massa i inèrcia baixa,

•han de tenir rigidesa elevada,

•han d'eliminar, en la mesura que sigui possible, els jocs.

•A més, els reductors han d'admetre velocitats d'entrada elevades i parells màxims alts.

conjunt motor-transmissió:

-l'ús de sistemes hidràulics, que no necessiten reductors i tenen una relació pes/potència baixa, es va optar per la situació immediata de l'actuador a l'eix accionat.

-primers robots elèctrics, amb la necessitat de grans reduccions i amb un elevat pes del conjunt.

-Evolució robots elèctrics - situació immediata

Sensors

De posicio

Els POTENCIÒMETRES (basats en una resistència variable) i els RESOLVERS (basats en una tensió induïda), que donen un senyal analògic.

Els CODIFICADORS (basats en el comptatge d'impulsos fotoelèctrics creats per un disc amb ranures), que donen un senyal digital. Els codificadors poden ser incrementals (per comptatge es coneix la posició a partir d'una referència inicial) o absoluts (basats en una lectura múltiple que permetconèixer la posició absoluta).

Controlador

La funció del controlador és comparar el valor real de la variable amb el valor de consigna i originar un senyal de control que tendeixi a corregir aquesta desviació.

Control posició i velocitat