Actuadores y Sensores

Pinzas y Manos Humanas

• Primer gripper: garfio• Industria Nuclear impulsa las pinzas en los

teleoperadores• La herramienta del final del brazo se conoce

como:– Gripper o Pinza– Mano– Actuador final

• Mano Humana: 27 huesos, 21 grados de libertad

Pinzas y Manos Humanas

• Un actuador replicado de la mano humana no es el mejor gripper.

• Además de los grados de libertad cuenta con:– Retroalimentación de posición– Sensores de temperatura y presión

• Los grippers para robots se pueden dividir en dos:– Grippers para partes y materiales– Herramientas para trabajar en partes y materiales

• Si se intercambian los grippers debe de contar con un dispositivo de rápida desconexión

Carateristicas de la Herramienta Final del Brazo

• Investigación en manos roboticas similares a las humanas.

• La mano de un robot es diseñada para realizar mejor la tarea que la de un humano.

• Puede tener sensores. Proximidad, magnéticos, etc.

• La muñeca puede tener agregados cámaras o micrófonos para vista y oído artificial. O piel para sentido de tacto y presión.

Utilidad Especializada para un Trabajo

• La mano debe de ser diseñada para un trabajo específico

• Casi cualquier cambio (tamaño, tarea, etc.) requerirá de un nuevo gripper.

• Similar a cuando un humano escoge una nueva herramienta

Utilidad Especializada para un Trabajo

• El diseño de un gripper requiere tomar en cuenta:– Tamaño y forma del objeto– Peso, dureza y superficie del material– Velocidad del movimiento de la pieza– Compliance surface: ajuste mínimo de

posicionamiento– Manejo de materiales muy calientes o fríos

Utilidad Especializada para un Trabajo

– Mandíbulas rectas o curvas– Apertura paralela o de ángulo variado– Potencia de trabajo del gripper– Modo de Activación

• Sensor, programado

– Grado de Exactitud– Cambio rápido de gripper

Remote Center Compliance (RCC)

• Taladrar, o ensamblar partes muy precisas, requiere tolerancias muy justas.

• Humano usa coordinación ojo-mano

• Robots usan grippers con una RCC

• Pueden ser pasivas o activas

Como trabajan los grippers

• Agarre– Aplicar fuerza mecánica a al menos dos puntos

• Enganche– Usar un gancho para pasar a través de un hoyo

• Cuchara– Usar una cuchara para tomar material sin forma

• Inflar alrededor– Inflar un globo o vejiga alrededor o dentro de una

pieza

Como trabajan los grippers

• Atracción magnética– Atraer usando la fuerza magnética. Piezas

solo de hierro

• Atracción por vacío– Superficies lisas. Puede manejar piezas

difíciles como cristales de carros

• Pegar– Usar una supericies pegagosa. Requiere un

dispositivo mecánico para separarlo.

Como trabajan los grippers

• Cosas a considerar en la elección del gripper:– Peso de la parte– La distancia de sujeción desde el CG de la parte– Coeficiente de friccion entre las partes– Las fuerzas G al moverse– Angulo de los dedos del gripper– Factores de Seguridad– Características de la parte:

• Composición• Fragilidad• Rigidez

Calculando la carga útil del gripper y la fuerza de sujeción

• Especificación del manipulador o del griper?– La mas baja

• Calcular la fuerza que se aplicara por un gripper requiere considerar:– Angulo de partida y final– Ancho de los sujetadores del gripper– Distancia al CG de la pieza– Coeficiente de fricción entre la pieza y el sujetador del

gripper (CF)– Aceleración de la pieza al ser movida– Factor de Seguridad

Calculando la carga útil del gripper y la fuerza de sujeción

• El ángulo varia según el plano de movimiento– 0 grados plano vertical– 90 grados plano horizontal

• El grosor de la parte, el ancho del gripper y la distancia al centro de gravedad sirven para calcular el torque.

• El coeficiente de fricción dice que tan eficiente se sujetara la parte

• La aceleración o desaceleración se suma con la gravitacional y se multiplica por el peso para sacar la fuerza de oposición al movimiento.

• El factor de seguridad es un multiplicador para contrarrestar errores que no se hallan contemplado.

SENSORES

• Los seres vivos se adaptan al medio gracias al uso de sensores

• Añadir sensores a los robots le permiten agregarle versatilidad

• Con sensores el robot se retroalimenta

• Sin sensores el robot ocupa un mundo perfecto

Clases de Sensores

• Sensores Internos

• Sensores Externos

• Sensores

• Transductores. Mayoría de Sensores

Clases de Sensores

• Sensores Internos– Primeros robots. Usaban topes mecánicos, y

eran de lazo abierto– Motores de pasos. Conteo de pulsos para

obtener el posicionamiento– Switches limitadores. Requerían una

instalación mecánica– Percepción Háptica. Primeros sensores

complejos. Similar al sentido humano de la kinestesia.

Clases de Sensores

• Sensores internos …– Los sensores internos usan dispositivos

mecánicos, electricos, electrónicos e hidraulicos para obtener feedback de diversos dispositivos movibles.

– Señal de error. A mayor error mayor la señal.– Gobernador. Control de velocidad rotacional– Tornillo líder solidario. Control de un cilindro

retráctil

Clases de Sensores

• Sensores Internos– Shaft Enconder o Codificador de eje.

Movimientos rotacionales finos. Caro. Codigo Gris

– Codificador Incremental. Barato. Determina el sentido del giro. Varias opciones de forma de trabajo

• Doble anillo• Desfase a 90°

Clases de Sensores

• Sensores Internos– Medidor de Esfuerzo (Strain Gauge)– Uso de piezoelectricos

• Cuarzo• Cerámica

– Sensores de Efecto Hall• Corriente eléctrica formada por un campo

magnético

– Bobina Rígida Plana• Responde a la distorsión creada por la presión

sobre ella

Clases de Sensores

• Sensores Internos– Potenciómetro

• Barato• Inexacto• Conexión:

– Directa para movimiento angular– A través de banda, para movimiento lineal

– Sincro• Tipo motor, con stator multidevanado. Movimiento

angular en electricidad o viceversa

Sensores Externos

• Movimientos sin sensado

• Peligrosos a humanos

• Microswitch. Primer dispositivo

• Optointerruptor

• Ultrasonido e IR

• Oido, vista, habla y tacto son areas experimentales en los robots

Interbloqueos

• Dispositivos que no permiten que una operación sea realizada hasta que ciertas condiciones se cumplan.– Interlock DeadMan– Switches de Microondas– Medidores de Presion de fluido– etc-.

• Pueden ser electromecánicos, piezoeléctricos o mecánicos

• Pueden ser considerados externos o internos

Traduciendo Señales Analógicas a Controladores Digitales

• ADC

• Diferentes tipos de convertidores

Áreas de Sensores Para Robots