El Robot Y Sus Perifericos

EL ROBOT Y SUS PERIFERICOS

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.

Para el control del brazo de un robot es necesaria una tarea analítica extremadamente difícil. La dinámica de un robot con n grados de libertad es no lineal en su mayor parte: se describe por un conjunto de n ecuaciones diferenciales no lineales de segundo orden estrechamente acopladas (Bejczy, 1974). La no linealidad se deriva de la carga de inercia, del acoplamiento entre enlaces adyacentes del manipulador y de las cargas de gravedad, todos los cuales varían de acuerdo con las coordenadas de la máquina.

En cualquier sistema de control es importante conocer con precisión el valor deseado de la variable controlada. Cuando los robots se enseñan por medio de botoneras o a base de "llevarlos de la mano", los valores deseados de cada coordenada de la máquina se registran durante la enseñanza. En muchas aplicaciones, sin embargo, la enseñanza por imitación no resulta ni adecuada ni satisfactoria. Un número cada vez mayor de aplicaciones utiliza la programación fuera de línea, en la cual la trayectoria deseada se expresa en coordenadas reales. La computadora debe entonces llevar a cabo la transformación inversa de coordenadas reales a coordenadas máquina con el fin de determinar los valores deseados para las coordenadas de la máquina. Posteriormente se considerarán dos métodos de control de la trayectoria: geométrico y cinemático.

Como cada eje de un robot requiere un servomecanismo, resulta relevante incluir un breve análisis de los sistemas de control lineal en malla cerrada. También se hace una breve mención de los sistemas digitales. Estos sistemas resultan particularmente útiles para optimizar el rendimiento del sistema de control de un robot. Como las ecuaciones son no lineales, para lograr un rendimiento óptimo en el control es necesario que los parámetros del sistema de control se alteren a través del volumen de trabajo del robot. Las técnicas de control digital permiten que la estrategia de control se determine por medio de una computadora; es por ello que éstas han adquirido una gran importancia en el campo de la robótica.

Las prestaciones más representativas y potentes de los robots industriales, se lograron al incluir el computador como elemento principal de control. Después, el desarrollo tecnológico dio origen a los minis y microcomputadores, que redujeron considerablemente el volumen y el precio del ordenador, a la par mantenían la potencia y la velocidad en el procesado de la información.

En la actualidad, la mayoría de los robots disponen, como sistema de control, un mini, un conjunto multimicroprocesador o un microcomputador, dependiendo del alcance y amplitud de sus funciones.

La estructura del conjunto computarizado, ha de ajustarse a la operatividad del robot ya su "grado de inteligencia”. Las primeras generaciones de robots, carecían prácticamente de "inteligencia artificial", limitándose a seguir trayectorias preestablecidas, reguladas por un pequeño número de informaciones básicas, como las que proporcionan los finales de carrera y los interruptores de posicionamiento. En una etapa posterior, se incluyo la posibilidad de efectuar cambios en los ciclos de trabajo e, incluso, la actualización del modelo interno del robot, procesando cierta cantidad de información; pero aún carecían de la suficiente inteligencia artificial para adaptarse a las condiciones de trabajo en tiempo real.

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 procesado 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.

Las ecuaciones dinámicas se calculan en función de la velocidad, posición, aceleración, pares, etc., mediante un modelo matemático apropiado. Posteriormente, se hallan los pares que han de aplicarse a los actuadores, que controlan los movimientos del manipulador.

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

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