El Robot Industrial es todo un sistema

A veces podemos llegar a pensar que un robot industrial es sólo un brazo articulado, sin embargo, este es solo una parte del mismo, es más complejo que ello, ya que en realidad lo conforman diferentes elementos.

De forma general, se le conoce técnicamente como sistema de robot industrial y consta de las siguientes partes:

Manipulador o brazo mecánico

Se dice que el manipulador es el conjunto de elementos mecánicos que propician el movimiento del elemento terminal o efector final. Dentro de la estructura interna del manipulador se alojan, en muchas ocasiones, los elementos motrices, engranajes y transmisiones que soportan el movimiento de las cuatro partes que, generalmente, suelen conformar el brazo, la mayoría de los robots están montados sobre una base que está sujeta al suelo, su cuerpo está unido a dicha base, mientras que al final se encuentra la muñeca, constituida por varios componentes que le permiten orientarse en una diversidad de posiciones. Los movimientos relativos entre los diversos componentes del cuerpo, brazo y muñeca son proporcionados por una serie de articulaciones. Estos movimientos de las articulaciones suelen implicar deslizamientos o giro.

Controlador

Es el dispositivo que se encarga de regular el movimiento de los elementos del manipulador y de ejercer otro tipo de acciones, cálculos y procesado de la información, que se realizan durante el proceso.

La complejidad del control varía según los parámetros que se gobiernan, pudiendo existir las siguientes categorías:

a. Controlador de posición.
Solo interviene en el control de la posición del elemento terminal. Puede actuar en modo punto a punto, o bien, en modo continuo, en cuyo caso recibe el nombre de control continuo de trayectoria.

b. Control cinemático.
Cuando además de la posición, regula la velocidad.

c. Control dinámico.
Se tienen en cuenta, también, las propiedades dinámicas del manipulador, motores y elementos asociados.

d. Control adaptativo.
Además de lo indicado en los anteriores controles, también se considera la variación de las características del manipulador al variar la posición.

Refiriéndonos a otro aspecto, dependiendo de como se lleve  cabo el proceso y de como sean controladas las variables utilizadas, el control puede ser de lazo abierto, lazo cerrado o un controlador PID.

  • Lazo Abierto.

Se lleva a cabo una acción o proceso, pero no se analiza si se ha realizado con exactitud o si se ha producido un error al efectuarse dicha acción. Comunmente, se desarrollan sistemas con salidas temporizadas o movimientos predeterminados, los cuales actúan en lazo abierto. En la imagen se aprecia de forma esquemática como se realiza el control de lazo abierto.

Lazo Abierto

El control en lazo abierto tiene muchas causas de error (inercia, interferencias, fricciones, desplazamientos, entre otros), y si bien, es muy simple y económico, no se admite en aplicaciones de gran magnitud, donde es fundamental la exactitud de la repetibilidad de los movimientos. Sin embargo, en robots a la enseñanza y entrenamiento, este tipo de control está muy extendido.

  • Lazo Cerrado.

La mayoría de los sistemas de robots industriales poseen un control en lazo cerrado, el cual emplea un transductor o sensor para determinar la posición real de la articulación o del elemento terminal, cuya información se compara con el valor deseado, haciendo que el efector final actúe en base a dicho parámetro. El error entre estas dos magnitudes, se trata de diversas formas para obtener una señal final, que, aplicada a los elementos motrices, hace que se varíe la posición real hasta hacerla coincidir con la deseada.

En la imagen se muestra un diagrama bloques de un controlador en lazo cerrado, en el que la señal que actúa sobre el motor es proporcional a la señal de error (posición deseada menos posición real), de forma que la relación entre la salida del controlador y la señal de error es constante.

Lazo Cerrado

  • Controlador PID.

Además del controlador de tipo proporcional, hay otros como el controlador integral, cuya salida varía proporcionalmente a la señal de error y el controlador derivativo, en el que la salida varía proporcionalmente con la velocidad de variación de la señal de error. La combinación de los tres tipos de controles descritos, dan lugar al que se denomina PID (Proporcional-Integral-Derivativo). La imagen presenta el esquema de un controlador PID.

Controlador PID

3. Elementos motrices o actuadores.

Los elementos motrices son los encargados de producir el movimiento de las articulaciones, bien directamente o a través de poleas, cables, cadenas, entre otros. Debido a la energía que utilizan, se clasifican en:

  • Neumáticos.

Los actuadores neumáticos emplean el aire comprimido como fuente de energía y se utilizan para controlar movimientos rápidos, pero de precisión limitada.

  • Hidráulicos.

Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que requieren de una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad.

  • Eléctricos.

Los motores eléctricos son los más utilizados, gracias a su control preciso, así como otras propiedades ventajosas que reporta su funcionamiento, como consecuencia del empleo de energía eléctrica.

Elemento terminal, Herramienta, aprehensor o efector final

A la muñeca del manipulador se acopla una garra o una herramienta que será la encargada de materializar el trabajo previsto.

Por lo general, la problemática del elemento terminal radica en que ha de soportar una elevada capacidad de carga y al mismo tiempo conviene que tenga reducido peso y tamaño.

Como consecuencia de la amplia variedad de tareas a las que se destinan los robots, el elemento terminal adopta formas muy diversas. En bastantes ocasiones es necesario diseñar el elemento terminal a medida de la operación en la que se aplica.

Sensores de información

Los robots de la última generación tienen capacidad para relacionarse con el entorno y tomar decisiones en tiempo real, para adaptar sus planes de acción a las circunstancias exteriores. La información que reciben les hace autoprogramables, o sea, alteran su actuación en función de la situación externa, lo que supone disponer un cierto grado de Inteligencia Artificial.

Las informaciones mas solicitadas por los robots, son las que hacen referencia a la posición, velocidad, aceleración, fuerzas, pares, dimensiones y contorno de objetos y temperatura. Para cuantivifar los valores correspondientes a estos parámetros, existen en el mercado sensores de tipo mecánico, óptico, térmico, electrónicos, ultrasónicos, entre otros. Sin embargo, la investigación más avanzada contempla con especial atención a los transductores de visión artificial y sonido de máquinas, que posibilitan un tratamiento de información más exacto y apropiado al ser humano.

Fuente: Robótica práctica Tecnología y Aplicaciones. Autor: José Ma. Angulo. 1985. Ediciones Rede.

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