Automatizacion

III. El Robot Y Sus Periféricos

3.1 Sistema de control y componentes

La función de un robot es llevar a cabo tareas útiles y esto no puede lograrse sin un medio para controlar los movimientos del manipulador. En las aplicaciones más simples la posición de un efector final puede controlarse colocando topes mecánicos en el actuador.

La relativa falta de flexibilidad de los dispositivos para levantamiento y colocación impide que éstos se utilicen en aplicaciones más complicadas. Para éstas es esencial utilizar un control de malla cerrada, en el cual el error entre una variable deseada y una real se utilice con fines correctivos. En muchos de estos sistemas, el control de la posición del efector final es la principal preocupación pero, cada vez con mayor frecuencia, las aplicaciones requieren el control de la velocidad y la aceleración así como de la posición a lo largo de una trayectoria deseada. El movimiento prescrito se mantiene mediante la aplicación de pares o fuerzas correctivas en los actuadores para ajustar cualesquiera desviaciones del brazo respecto a la trayectoria establecida. Esto requiere contar con un servomecanismo en cada eje del robot para controlar las coordenadas de la máquina y sus derivadas.

La construcción dinámica de algoritmos y la simulación de su validez empleando modelos, está siendo desarrollada, experimentalmente, en algunos centros de investigación. Asimismo, está en fase de estudio, la construcción de sistemas de control, capaces de generar de forma continua y en tiempo real, los algoritmos de gobierno, que adapten la máquina, de manera inmediata, a los cambios del mundo exterior. Los tipos de robots considerados en este párrafo son inteligentes, puesto que toman decisiones instantáneas con la información recibida del exterior y cambian su estrategia de acuerdo con ella.

Las funciones más importantes que debe llevar a cabo el sistema de control, son las siguientes:

* Control y adaptación con los elementos motrices.

* Control y adaptación con los sensores exteriores y procesados de la información que facilitan.

* Elaboración y cálculo de las secuencias de movimientos.

* Establecimiento de los métodos de control adaptativo, si los hubiese.

* Coordinación con los demás dispositivos y máquinas, que conforman la "célula de fabricación flexible", en la que el robot es parte integrante y principal.

Un aspecto muy relevante del moderno sistema de control, corresponde al tipo de realimentación que usa para la concepción del modelo dinámico. Dicha realimentación puede ser de origen interno, propia de los robots actuales que utilizan información referida exclusivamente a parámetros propios y de origen externo, cuando se tiene en cuenta el estado del entorno de trabajo.

En los robots convencionales, el sistema de control puede estar implementado alrededor de un microprocesador de 8 ó de 16 bits. En los modelos avanzados, se usa un minicomputador, o bien, por razones de economía, un sistema multimicroprocesador distribuido. Años atrás, sólo los miniordenadores eran capaces de soportar el procesamiento matemático del modelo geométrico para el manipulador.

Desde hace poco, los robots vienen equipados con la función denominada TCP (Tool Center Point), que permite mover el elemento terminal del manipulador a nivel de coordenadas, generalmente cartesianas, respecto a un sistema de referencia fijo, lo que supone una gran aproximación del gobierno del robot a la actuación humana. En contraposición, los robots de la década de los 70, sólo controlaban los movimientos de sus articulaciones independientemente (ángulos o desplazamientos), desconociendo la situación del punto medio del elemento terminal. La incorporación del TCP, facilita la programación de los movimientos referidos a las coordenadas espaciales, pero exige un proceso de cálculo complejo, que se encargue de convertir la posición relativa de las diversas articulaciones, en posiciones absolutas del elemento terminal.

3.2 Análisis y control del sistema motriz

Los dispositivos que producen el movimiento de las articulaciones del manipulador pueden clasificarse en tres grandes grupos, según la energía que consumen:

 Hidráulicos.

 Neumáticos.

 Eléctricos.

Los actuadores neumáticos e hidráulicos hacen uso del aire comprimido y de un fluido a presión, respectivamente. Dada su importancia y la creciente implantación en Robótica, veremos los motores eléctricos, que como su nombre indica, funcionan con energía eléctrica.

Las diferentes tareas encomendadas a los robots, exigen variadas prestaciones (presión, fuerza, par, velocidad, etc. ). Cada tipo de actuador tiene sus cualidades específicas, lo que obliga en muchos casos a combinar varios tipos en un mismo robot. Así por ejemplo, es aconsejable el uso de elementos hidráulicos en los manipuladores que deban soportar una gran capacidad de carga, con un control de velocidad aceptable.

Los actuadores neumáticos ofrecen velocidades elevadas de trabajo, pero con una regulación imprecisa de la velocidad.

Los motores eléctricos se caracterizan: por la facilidad de realizar un control riguroso de su movimiento. La posibilidad de encontrar energía eléctrica en cualquier parte, unido al funcionamiento limpio y seguro de sus motores, hacen de ellos los actuadores más extensamente aplicados en los robots.

Dentro de la variedad de tipos de motores eléctricos, los más adecuados para el movimiento de las articulaciones de los manipuladores, son los de corriente continua y los de paso a paso, que se denominan abreviadamente PAP.

Los motores de cc producen un par casi proporcional al voltaje de entrada, lo que les confiere una precisa regulación. Este tipo de motores requieren captadores que informen al sistema de control sobre la posición del eje en cada instante, realizando un trabajo en bucle cerrado.

Los motores PAP giran su eje un ángulo fijo, al aplicar a sus bobinas un conjunto adecuado de impulsos eléctricos;. No precisan detectores sobre el posicionamiento de su eje, ya que el simple contaje de los impulsos aplicados, determina el ángulo girado. Trabajan en bucle abierto, son económicos y sencillos, pero al no recorrer su eje todas las posiciones posibles, no cubren por completo el área de trabajo.

Sistemas De Control Para Motores PAP

Una buena regulación del movimiento de un motor PAP exige un sistema de control apropiado, estando íntimamente relacionados estos dos elementos. En líneas generales, el sistema de control recibe las consignas de velocidad y sentido de giro y genera la secuencia de impulsos eléctricos adecuada para su aplicación a las bobinas del

...