Material Examen #2

Actuadores

Grados de libertad

Cada uno de los movimientos independientes que puede realizar.Numero de articulaciones

Actuadores

• Genera movimiento de los elementos del robot

• El # actuadores puede ser mayores a los gdl • Un brazo humano

• Colocar un objeto de varias formas

• El # actuadores puede ser menor a los gdl• Movimiento reciprocante

• Hay movimientos imposibles y maniobras

• El movimiento se consige ejerciendo fuerzas

• Lo que hace el actuador es parte de lo que hace el robot

• Actuadores vs Efectores

• Actuadores Hidraulicos, neumaticos, electricos• Potencia, velocidad precision controlabilidad

Actuadores Neumaticos

• Fluido compresible, aire 5-10 bares

• El flujo mueve pistones en cilindro

• Valvulas neumaticas

• Seguros, robustos

• Poca exactitud en la posicion final

• Difıciles de controlar:• Aire es demasiado compresible

• Presion del compresor inexacta

Actuadores Hidraulicos

Actuadores Hidraulicos

• Aceite mineral a 50-100 bares

• Fuerzas y pares elevados, grandes

• cargas

• Control muy preciso, continuo.

• Estabilidad en estatico.

• Problemas: fugas, mantenimiento.

Actuadores Electricos

• Estator (imanes) y rotor.

• Interaccion entre campo magnetico y electricoprovoca movimiento.

• Velocidad giro proporcional a Velocidad de brazo.

• Propiedes, a mas corriente mas par.

• Eficientes para girar con poca fuerza y granvelocidad.

• Sistemas digitales lo modulan con PWM(Powerwidth Modulator).

Actuadores ElectricosServo motores

• Capaces de colocarse en una posicion.

• Motor de DC + engranajes + sensor de posicion + controlador proporcional.

• Suelen estar limitados a 180 grados.

• 3 hilos: V, tierra, senal.

• Se controlan con una serie de pulsos modulados en anchura PCM.

• Anchura proporcional a posicion.

Motor electrico, rotor - estator

Servo Motor

Modulacion PWMPulse With Modulation

Modulacion anchura de pulso.Velocidad proporcional al promedio.Tiempo de ciclo y ancho de pulso.

Actuadores Controlados

• Realimentacion• Proporciona estabilidad

– Robustez perturbaciones

• Senal de error a corregir

Actuadores controlados

Control PID

Proporcional al error instantaneo, a su Integral, a su Derivada

Transmision y Reduccion

• No existe sistema de transmision especificamente para robotic.

• Se utilizan los tipicos Engranajes Para transmitir Movimiento

Rueda Dentada

• Cambio de fuerza

• Cambio de rotacion

Cremallera y PinonesRack and Pinion

• Cambio de rotacion a movimiento lineal

Escuadras

• Cambio de Direccion

Otros Sistemas de Transmision

• Ciguenales

• Poleas

• Levas

• Manivelas

• Cadenal

• Diferencial

• Etc

El Par, Velocidad de Giro y los Engranajes

• Combinando engranajes se modifican el par del motor y su velocidad

• Relación: #dientes1/#dientes2• w = d1/d2w1• T2 = d2/d1 T1• Lo que se gana en fuerza se pierde en velocidad

El Par y Reducciones

• El motor de radio R y par T genera una fuerza F = T/R perpendicular a su circunferencia

• Los motores suelen dar altas velocidades y bajo par.

• Los dientes estan bien disenados para evitar perdidas.

• Para aplicar una reduccion 3 : 1 se conecta el motor a un engranajede 8 dientes uno de 24.

• Se reduce la velocidad por 3 y se aumenta la fuerza tres veces.

• Se pueden formar cadenas. • 2 cadenas 3 : 1 consiguen una reduccion 9 : 1

Locomocion

• Diferentes actuadores:– Piernas: caminar, arrastrarse, trepar, saltar, etc.

– Ruedas: rodar.

– Brazos: arrastrarse, trepar.

– Aletas: nadar.

• Locomocion con piernas es un problema muy grande para la robotica

• El robot tiene que ser estable estatica y dinamicamente

Locomocion con PatasEquilibrio Estatico

• Equilibrio estatico: si se detieneno se cae.

• El Centro de Gravedad debe caer dentro del

• poligono de apoyo

• Al mover una pata el polıgonocambia.

• Modos de caminar, ej pasoalternativo en trıpode(hormigas)

• Con muchas patas es facil y seguro pero lento e ineficiente

Locomocion con PatasEquilibrio Dinamico

• Ser estable en movimiento.• Robot con una pata: saltan,

pero no pueden quedarquietos.

• Robots bıpedos, cuadrupedos, hexapodos...

• ¿Cuantas patas estan en el aire durante el

• movimiento?• La estabilidad dinamica

requiere mas control, peropermite mayor velocidad

Locomocion con Ruedas

• Mas eficientes que las piernas, y estaticamente estables.

• Las ruedas pueden ser muy sofisticadas: varios neumaticos, cadenas,

• con cilindros con otras ruedas, etc.

• Mecanismo diferencial (tipo tanque).

• Ruedas directrices (tipo coche).

Locomocion con Ruedas

Preocupaciones en Locomocion

• Ir a un lugar concreto.

• Planificacion de trayectorias

– Campo tradicional de la robotica

– Es compleja: busqueda y evaluacion de todas las posibilidades.

– La geometrıa del robot y su holonomicidad deben considerarse.

• Seguir una determinada trayectoria.

– puede ser imposible para ciertos robots

Sistemas de Control

Sistema de Control

• Mision•Recibir ordenes del usuario para llevar a cabo una tarea concreta, ya sea de forma directa o atraves de un programa

Sistema de Control, cont

• La unidad de control esta basada en uno o mas microprocesadores, unidades de entrada y salidas, puertos en serie, paralelos, procesadores especializados, etc

• El usuario atraves del programa, ordena al robot realizar una tarea

Ordenes Tipicas

• Puntos de destinos

• Velocidad de desplazamiento

• Tiempo

• Frecuencia

Tipos de Controles

• Control Cinematico

• Control Dinamico

Control Cinematico

• Establece cuales son las trayectorias que debe seguir cada articulacion del robot a lo largo del tiempo para lograr los objetivos fijados por el usuario.

Control Dinamico

• Tiene por mision procurar que las trayectorias realmente seguidas por el robot sean lo mas parecidas a las propuestas por el control cinematico.

• El modelo dinamico de un robot no es lineal, es multivariable, de parametros variantes, por lo que en general su control es extremadamente complejo.

Esquema del Control del Robot

• Programa

• Generacion de Trayectorias

• Control Dinamico

• Ordenes a los Actuadores

Componentes del Sistema de control dinamico

• Orden, entrada

• Controlador, Actuadores

• Articulacion robot

• Elementos de retroalimentacion

Sistemas de Potencia

Los subsistemas de power tienencomo mision mover el manipulador

Sistemas de Potencia

• Electricos• Activados con energia electrica

• Neumaticos• Energizado con aire comprimido

• Hidraulico• Energizado con aceite u otro fluido

Sistemas Electricos

Ventajas Desventajas

• Confiabilidad

• Limpieza

• Grado de Conocimiento

• Relacion carga/velocidad

• Economico

• Sistemas de Transmision son costosos

• Los harmonic drives son sistemas mas precisos que los de engranajes tradicionales

Sistemas Hidraulicos

• Se utilizan en robots grandes que tienen que manejar cargas pesadas

• Se usa en ambientes hostiles o flamable

• Este tipo de robot constituye 25 % de la produccion total

Sistemas Neumaticos

• Son mas limitadas debido a que la exactitud se restringe a los extremos del recorrido

• Se usa en aplicaciones de pick and place o de secuencia fija

• Este tipo de robot constituye 10 % de la representacion robotica en el mercado

El motor Electrico

• La mayoria de los robots electricos usan stepper motor o servomotores

• Stepper motor tienen la desventaja que se salen de fase a razon de .5 grd / pulso

• Los motores servo estan disenado a menor diametro para tener menor momento de inercia y asi tener mas control, a pesar que no tienen mucha potencia

Sistemas Hidraulicos

• Se usaron en los primeros robots, pero su uso se ha reducido atraves del tiempo

• El dispositivo servocontrol dirige el sistema hidraulico mediante servovalvulas. Estesproporcionan buena estabilidad en los cambios de voltaje en un tiempo corto

• Inconvenientes, cambios en temperatura

Funcion Subsistema de Control

• Dirige el sistema de potencia para que mueva el manipulador en una forma predeterminada

• Almacena uno o varios programas asi como la informacion recojida durante el proceso

• Permiten la comunicacion, ingreso, egreso de datos en forma de pantallas, teclados o medios magneticos

Subsistemas de Control

• Nivel Bajo• Relays, air logic, drum secuencer, PLC

• Nivel Medio• Servo, poseen entradas (I/O) discretas

• Nivel Alto• Interface de programacion

• Nivel Expansivo• Mayor Capacidad sensorial e interface