Universidad Tecnológica de Querétaro

Optativa I

Reporte de presentaciones

27/noviembre/2015

Tema #1:

Junta de rotación prismática y esférica.

Junta Mecánica: Son uniones mecánicas para conectar las partes de un mecanismo o máquina. Resultando una conexión de 2 eslabones que permite el movimiento. Junta De Rotación Prismática Se representa con la letra P, es un movimiento relativo de desplazamiento.

Aplicación Junta De Rotación Esférica

Se representa con la letra S, permite la rotación angular sobre los tres ejes coordenados.

Tema #2:

Eslabón binario, ternario, cuaternario, etc.

Un eslabón es un cuerpo rígido que posee al menos dos nodos (que son los puntos de unión entre eslabones). Estos eslabones se unen para formar los eslabonamientos cinemáticos que son los componentes básicos de todos los mecanismos. Todos los mecanismos (levas, engranajes, cadenas) son variantes de eslabonamientos cinemáticos. Un eslabón puede ser:

- Binario

- Ternario

- Cuaternario Los eslabones están unidos por juntas o pares cinemáticas, que es una conexión que permite algún movimiento entre los eslabones conectados. El par es cinemática si el GDL (grados de libertad) de cada elemento del par es igual a 1.

Tema #3: Robot prismático.

Un eje Prismático /Lineal - es una junta en la que el eslabón se apoya en un deslizador lineal. Actúa linealmente mediante los tornillos sinfín de los motores, o los cilindros. Desarrollo De los diversos tipos de robots antes mencionados el más característico y el que representa de mejor manera a los robos prismáticos, es el robot cartesiano. A continuación se muestran las principales partes mecánicas (pares cinemáticos) que se usan para el desplazamiento de los robots prismáticos.

Tema #4:

Robot cilíndrico. Se trata de un robot RPP, con movimiento rotacional en la base y dos ejes lineales perpendiculares, el segundo de ellos paralelo al de la base. Su eje rotacional hace que este robot presente una mejor maniobrabilidad y velocidad que el robot cartesiano.

Características En modelos de robots cilíndricos, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección de un robot, según la tarea a la que se destine. En soldadura y mecanizado es común precisar capacidades de carga superiores a los 50kg. Precisión en la repetitividad Esta magnitud establece el grado de exactitud en la repetición de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada. Dependiendo del trabajo que se deba realizar, la precisión en la repetitividad de los movimientos es mayor o menor. Así por ejemplo, en labores de ensamblaje de piezas, dicha característica ha de ser menor a +-0.1mm.

Velocidad La velocidad en el robot cilíndrico es bastante considerablemente ya que aumenta o disminuye el rendimiento del robot.

Funcionamiento • Esta configuración tiene dos articulaciones prismáticas y una de

rotación (2D, 1G). La primera articulación es normalmente de rotación la segunda articulación es para movimientos horizontales y la tercera articulación es para movimientos verticales (estructura RPP).

Aplicaciones del robot cilíndrico Soldadura Montaje Manipulación de máquinas herramientas Traslado de material punto a punto desde una posición central.

Tema #5:

Robot esférico.

Robot esférico / Robot polar, Es un robot cuyos ejes forman un sistema polar de

coordenadas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Las coordenadas polares o sistemas polares son un sistema de

coordenadas bidimensional en el cual cada punto del plano se determina por

una distancia y un ángulo, ampliamente utilizados en física y trigonometría. Véase

figuras A) y B).

De manera más precisa, se toman: un punto O del plano, al que se le

llama origen o polo, y una recta dirigida (o rayo, o segmento OL) que pasa por O,

llamada eje polar (equivalente al eje x del sistema cartesiano), como sistema de

referencia. Con este sistema de referencia y una unidad de medida métrica (para

poder asignar distancias entre cada par de puntos del plano), todo punto P del

plano corresponde a un par ordenado (r, θ) donde r es la distancia de P al origen y

θ es el ángulo formado entre el eje polar y la recta dirigida OP que va de O a P. El

valor θ crece en sentido antihorario y decrece en sentido horario. La

distancia r (r ≥ 0) se conoce como la «coordenada radial» o «radio vector»,

mientras que el ángulo es la «coordenada angular» o «ángulo polar».

En el caso del origen, O, el valor de r es cero, pero el valor de θ es indefinido. En

ocasiones se adopta la convención de representar el origen por (0,0º).

APLIACIONES INDUSTRIALES

Usados en la manipulación en máquinas herramientas, soldadura por punto,

fundición a presión, máquinas de desbarbado, soldadura por gas y por arco.

Tema #6:

Robot antropomorfo

Antropomorfismo (del griego « anthrōpos», 'humano', y «morphē», 'figura o forma') es la atribución de características y cualidades humanas a los animales de otras especies, a objetos o a fenómenos naturales. Se trata de una forma de personificación parecida a la prosopopeya.

Llamado también manipulador de codo. Un manipulador de este tipo generalmente consiste en dos articulaciones tipo “hombre” (una para girar sobre un eje vertical y otra para elevarse a la articulación de elevación del hombro) y dos o tres articulaciones de muñeca en el extremo del manipulador.

La principal característica de este tipo de robots es que está conformado por cuerpo, brazo, muñeca, y efector final, a este último se le conoce comúnmente como pinza o gripper.

Este tipo de robots se utilizan principalmente en la industria, donde es necesario el uso de máquinas para no poner el peligro al personal, se encargan de tareas pesadas y repetitivas.

El objetivo de un robot antropomórfico es obtener una maquina capaz de operar

en entornos típicamente diseñados para humanos, seguro y fiable, y que pueda

cooperar eficazmente con las personas en la realización de tareas diversas. La

robustez, fiabilidad y seguridad, son requisitos fundamentales para que el robot

pueda desarrollar su tarea de forma adecuada en entornos compartidos con seres

humanos, sin necesidad de modificar el espacio de trabajo.

Tema #7:

Robot SCARA

un Scara (acrónimo que responde por sus siglas en inglés a selective compliant

assembly robot arm o selective compliant articulated robot arm) es un robot de

cuatro grados de libertad con posicionamiento horizontal. los robots scara se

conocen por sus rápidos ciclos de trabajo, excelente repetitividad, gran capacidad

de carga y su amplio campo de aplicación.

en 1981, sankyo seiki, pentel y nec presentaron un concepto completamente

nuevo para robots de ensamblaje. el robot fue desarrollado bajo las pautas de

hiroshi makino, un profesor de la universidad de yamanashi, y se le dio el nombre

de selective compliance assembly robot arm( scara). su brazo era rígido en el eje

"z" y flexible en los ejes "x" e "y", lo que le permitía adaptarse a los huecos en

dichos ejes.1

los scaras son generalmente más rápidos y sencillos que los sistemas

comparables de robots cartesianos. su montaje en un pedestal simple requiere de

una pequeña superficie ocupada y proporciona una fácil forma de montaje. por

otro lado, los scaras pueden ser más caros que los sistemas comparables de

robots cartesianos y el software de control que requiere es más complejo, aunque

este software viene integrado con el scara y suele ser transparente al usuario final.

Los robots Scara son robots equipados de libertad total de movimientos en los ejes X e Y pero limitados severamente en sus desplazamientos en el eje Z. Es decir, se comportan de forma parecida al brazo humano, permitiendo ubicar el extremo de la mano en cualquier ubicación pero siempre sobre el plano. En el eje vertical solo realizan manipulaciones simples que habitualmente consisten en presionar y desplazarse unos pocos centimetros. Debido a estas caracteristicas se usan sobremanera en la fabricación de electrónica de consumo, la experimentacion biológica y en la clasificación de artículos para su empaquetado

Tema #8: Robot paralelo

Son cadenas cinemáticas cerradas cuyo órgano terminal, o plataforma móvil, esta conectado a la base mediante varias cadenas cinemáticas seriales. Los robots paralelos están compuestos de dos plataformas una fija y una móvil.

Modelado cinemático El modelado cinemático de robots paralelos, consiste en determinar las relaciones existentes entre las posiciones, velocidades y aceleraciones de las articulaciones actuadas (los motores) y la plataforma móvil (o efector final).

Modelado dinámico

El Modelado Dinámico consiste en determinar la relación que existe entre el movimiento de la plataforma móvil y la fuerza requerida en los actuadores.

Tema #9:

Transmisión mecánica. Se denomina transmisión mecánica a un mecanismo encargado de transmitir potencia entre dos o más elementos dentro de una máquina.

En la gran mayoría de los casos, estas transmisiones se realizan a través de elementos rotantes, ya que la transmisión de energía por rotación ocupa mucho menos espacio que aquella por traslación.

Tipos de transmisión

• Barras en mecanismos articulados como lo es el de biela-manivela • Engranajes • Ruedas de fricción, que transmiten movimiento perimetral • Discos de fricción, que transmiten movimiento axial • Levas • Poleas

Biela-Manivela

• El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa.

Engranaje

• Se denomina engranaje al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina.

Leva • En ingeniería mecánica, una leva es un elemento mecánico que está sujeto

a un eje por un punto que no es su centro geométrico, sino un alzado de centro...

Polea

• Una polea, es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción,

que sirve para transmitir una fuerza.

Poleas compuestas Existen sistemas múltiples de poleas que pretenden obtener una gran ventaja mecánica, es decir, elevar grandes pesos con un bajo esfuerzo. Estos sistemas de poleas son diversos, aunque tienen algo en común, en cualquier caso se agrupan en grupos de poleas fijas y móviles: donde destacan los polipastos.

Tema #10: Motorreductores.

Los motorreductores forman una parte muy importante en la industria y por eso se

podría decir que son indispensables ya que existen muchas aplicaciones, en estas

aplicaciones se necesitan diferentes ritmos y funciones a distintas velocidades,

dependiendo la aplicación que se le quiera dar. Por eso los motorreductores de

velocidad son indispensables en toda la industria desde industria automotriz hasta

la industria de medicamentos ya que requieren en sus máquinas estos

mecanismos.

Introduccion.

Los motorreductores son diseñados a base de engranes, mecanismos circulares y

dentados con geometrías especiales de acuerdo con su tamaño y la función en

cada motor.

Sin la correcta fabricación de los motorreductores, las maquinas pueden presentar

fallas y deficiencia en su funcionamiento. La presencia de ruidos y recalentamiento

pueden ser aspectos que dependan de estos mecanismos, de allí la importancia

del control de calidad.

Motorreductor.

Es un dispositivo que está construido de engranes que pueden ser cónicos,

lineales y/o tornillos sin fin y tiene un motor acoplado directamente.

Principio básico de funcionamiento.

La transmisión de un motorreductor está constituido por un juego de engranes con

diferente tamaño y diferentes características de los mismo.

La flecha que sale del engrane pequeño y/o tornillo sin fin es donde se acopla en

motor y en la flecha que sale del engrane grande es la salida.

Como calcular un motorreductor.

Datos: Par = HPx716/RPM=kg.m

• Velocidad nominal. Par diponible.

• HP

• RPM

Cálculos para la relación de reducción de un motorreductor.

Velocidad nominal / Velocidad que se requiere = reducción.

Tema #11: Grados de libertad.

El número de grados de libertad en un sistema físico se refiere al número mínimo de números reales que es necesario especificar para determinar completamente el estado físico. El concepto aparece en mecánica clásica y en termodinámica. En mecánica, por cada partícula libre del sistema y por cada dirección en la que éstas son capaces de moverse, existen dos grados de libertad: uno relacionado con la posición y el otro con la velocidad (o el momento lineal). El número de grados de libertad de un sistema cuando existen ligaduras entre las partículas, será el número de grados de libertad del sistema sin ligaduras, menos el número de ligaduras que relacionan las variables. Obsérvese que esta definición no coincide ni con la definición de grados de libertad que se usa en ingeniería de máquinas, ni con la que se usa en ingeniería estructural. Más concretamente, los grados de libertad son el número mínimo de velocidades generalizadas independientes necesarias para definir el estado cinemático de un mecanismo o sistema mecánico. El número de grados de libertad coincide con el número de ecuaciones necesarias para describir el movimiento. En caso de ser un sistema holónomo, coinciden los grados de libertad con las coordenadas independientes. En mecánica clásica y lagrangiana, la dimensión d del espacio de configuración es igual a dos veces el número de grados de libertad GL, d = 2·GL. Desarrollo Calculo de los Grados de libertad. Para un mecanismo plano cuyo movimiento tiene lugar sólo en dos dimensiones, el número de grados de libertad del mismo se pueden calcular mediante el criterio de Grübler-Kutzbach: Dónde: m= movilidad.

N= número de elementos (eslabones, barras, piezas, etc.) de un mecanismo. J1= número de uniones de 1 grado de libertad. J2= número de uniones de 2 grados de libertad. Importante: esta fórmula es válida sólo en el caso de que no existan enlaces redundantes, es decir enlaces que aparecen físicamente en el mecanismo pero no son necesarios para el movimiento de éste. Para poder emplear el criterio, debemos eliminar los enlaces redundantes y calcular entonces los grados de libertad del mecanismo. Todas las partes fijas (uniones al suelo) se engloban como el primer elemento. Aunque el grado de libertad de algunas uniones es fácil de visualizar, en otras ocasiones se pueden cambiar por sistemas equivalentes. Tema #12:

Cadena Cinemática

Una cadena cinemática esta formada por un conjunto de eslabones interrelacionados mediante articulaciones, dichas articulaciones permiten el movimiento relativo entre ellos. Existen 2 Tipos Cadena cinemática Abierta Es una cadena cinemática en la cual por lo menos un eslabón ha sido fijado, anclado o sujetado al marco de referencia. Cadena cinemática cerrada En este tipo de cadena cinemática se encuentran, los elementos anclados al marco de referencia, delimitando su movilidad, el movimiento de una articulación produce un movimiento predecible entre sus eslabones. Tema #13:

Cinemática directa e indirecta

La cinemática se encarga de estudiar el movimiento del robot con respecto al sistema de referencia, permitiendo la identificación de la posición y orientación del elemento final del robot sin considerar las fuerzas o momentos que originan el movimiento.

La cinemática directa se encarga de determinar la posición del elemento final con respecto al sistema de referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parámetros geométricos del robot. Tema #14:

Maquina

Dispositivos generados para dirigir, regular o aprovechar la acción de una determinada fuerza Clasificación Las máquinas pueden ser clasificadas a partir de diversos criterios, algunos son:

De acuerdo a su complejidad, que depende de la cantidad de piezas que la compongan.

De acuerdo a la cantidad de pasos que requieran para realizar su trabajo. De acuerdo al tipo de propulsión que utilicen.

Tema #15:

Mecanismo

Conjunto de piezas o elementos que ajustados entre sí y empleando energía mecánica hacen un trabajo o cumplen una función.

Para que un mecanismo sea considerado como tal es necesario que se encuentre formado por tres componentes, los cuales son: eslabón, nodo y par cinemático Grados de libertad La movilidad que tiene un mecanismo o número de parámetros independientes que determinan la posición de los eslabones

Tema #16: Motor CD.

Maquia eléctrica rotativa capas de convertir energía eléctrica a Mecánica. Principio de funcionamiento: El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente directa o continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina “rotor” y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor. Tipos de motores de CD.

• Motor de excitación independiente • Motor en serie • Motor e derivación o motor shunt • Motor compuesto

Motor de excitación independiente.

• Son aquellos que obtienen la alimentación del rotor y del estator de dos fuentes de tensión independientes. Con ello, el campo del estator es constante al no depender de la carga del motor, y el par de fuerza es entonces prácticamente constante. Las variaciones de velocidad al aumentar la carga se deberán sólo a la disminución de la fuerza electromotriz por aumentar la caída de tensión en el rotor.

Motor serie.

• Motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor.

Motor shunt.

• motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar.

Motor compound.

• Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos

bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado

inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados:

inducido, inductor serie e inductor auxiliar

Tema #17: Resolver.

Es esencialmente un transformador de rotación que proporciona retroalimentación de posición en un servosistema como alternativa a un codificador.

Debido a su reducido momento de inercia, imponen poca carga mecánica del funcionamiento del eje.

Como trabaja La energización de la fase de entrada del resolver con una tensión alterna (VAC) induce una tensión en cada uno de los devanados de salida.

Hay 7 parámetros de funcionamiento que definen la operación de los resolvers. Estos son:

• Precisión

• Entrada Voltaje de excitación

• Entrada de excitación de frecuencia

• Corriente de entrada máxima

• Relación de Transformación de Tensión de salida a la tensión de entrada

de desplazamiento

• Fase de la tensión de salida del voltaje de entrada

• Null Voltaje

Aplicaciones • servomotores • automatización de fábricas • fábricas de acero y papel • la producción de petróleo y gas, • sistemas de combustible de motores a reacción • aeronáutica • sistemas de comunicación de posición

Tema #18:

Encoder incremental. Los encoders incrementales generan un número exactamente definido de impulsos por revolución. Éstos indican la medida de la distancia angular y lineal recorrida. Debido al desplazamiento de fase entre las señales A y B (de aproximadamente 90 grados), se puede analizar el sentido de rotación.

Tema #19: Encoder Absoluto.

Un encoder, también conocido como codificador o decodificador es un dispositivo, circuito, programa de software, un algoritmo o incluso hasta una persona cuyo objetivo es convertir información de un formato a otro con el propósito de estandarización, velocidad, confidencialidad, seguridad o incluso para comprimir archivos. Un encoder absoluto se basa en la información proveída para determinar la posición absoluta en secuencia. Un encoder absoluto ofrece un cogido único para cada posición.

Desarrollo

Un Encoder absoluto es muy similar al encoder incremental en el que un disco que gira, con zonas transparentes y opacas interrumpe un haz de luz captando por foto receptores, luego estos transforman los impulsos luminosos en impulsos eléctricos los cuales son tratados y transmitidos por electrónica de salida. Al contrario que los sistemas de medición incremental, el encoder absoluto puede dar la información precisa de la posición al re arrancar después de una perdida de corriente en el sistema o el encoder. Si ocurre algún movimiento mecánico en el sistema sin tener corriente, el valor de la posición real está disponible después de la recuperación de la corriente.

Figura1.- ejemplo de encoder absoluto

Los encoders absolutos son más comúnmente usados en motores eléctricos de corriente directa sin cepillos (brushless DC motors), en la medicina, la industria del transporte en especial en trenes, en la minería y otras industrias.

Figura 2.- Partes de un encoder

Los encoders absolutos se dividen en dos grupos: los encoders de un solo giro y los encoders absolutos de giro múltiple y su tamaño es pequeño para permitir una integración más simple.

Univuelta. Este encoder divide una revolución (univuelta) del eje en incrementos de medida. El número de pasos por revolución es procesado por un disco codificado. Este valor de medida puede ser sacadi en varios formatos, dependiendo de la interface. El valor de medición se repite después de cada vuelta.

Multivuelta. Además de la posición angular por una vuelta, el encoder multivuelta puede también registrar múltiples revoluciones. Por medio de un planetario interno reductor con discos satélite conectado al eje, se puede registrar el número de revoluciones.

Codificación Absoluta. Respecto a los encoders incrementales, los encoders absolutos muestran importantes diferencias desde el punto de vista funcional. Mientras en los encoders incrementales la posición está determinada por el cómputo del número de impulsos con respecto a la marca de cero, en los encoders absolutos la posición queda determinada mediante la lectura del código de salida, el cual es único para cada una de las posiciones dentro de la vuelta. Por consiguiente los encoders absolutos no pierden la posición real cuando se

corta la alimentación, hasta un nuevo encendido, la posición está actualizada y disponible sin tener que efectuar, como en el caso de los encoders incrementales la búsqueda da del punto de cero.

Figura 3.- Disco del encoder

Esto es con la finalidad definir la posición absoluta, la elección más obvia es la del código binario, porque fácilmente puede ser manipulado por los dispositivos de control externos para la lectura de la posición, sin tener que efectuar particulares operaciones de conversión.

Figura 4.- Código de salida.

Aplicaciones.

La detección y transmisión del movimiento rotativo y angular puede alcanzar una muy alta resolución (max. 33 bits). Esto consiste en 17 bits (131.072 pasos) y 16 bits (65.536 vueltas) máximo. Donde se utilizan encoders con configuración adicional de señales incrementales, los 2 canales puede ser utilizados con desfase de 90º para monitorizar la velocidad o controlar. El encoder puede ser instalado en una carcasa a prueba de explosión Ex (clase de protección EX-90.C.1006) para cabinas de pintura u otras aplicaciones. Para adaptaciones especificas a cada cliente, los encoders absolutos TR con procesador (Serie CE/ZE) ofrece oportunidades amplias para el usuario final programando los parámetros del encoder utilizando un software de programación para PC. Ejemplos de aplicaciones típicas para encoders absolutos:

• Máquinas transfer • Máquina herramienta • Instalación de producción

flexibles • Robots pórtico • Robots articulados • Instalaciones de montaje • Fundiciones • Máquinas de proceso de

madera • Plantas de laminación • Industria de impresión • Tecnología de embalaje • Plantas de energía • Investigación • Observatorios • Ingeniería civil y construcción • Propulsión de barcos • Compuertas • Rayos X • Máquinas de corte • etc.

Tema #20: LVDT.

LVDT: Linear variable differential transformer

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés) es un

tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales. El transformador

posee tres bobinas dispuestas extremo con extremo alrededor de un tubo. La bobina central

es el devanado primario y las externas son los secundarios. Un centro ferromagnético de

forma cilíndrica, sujeto al objeto cuya posición desea ser medida, se desliza con respecto al

eje del tubo.

Cuando una corriente alterna circula a través del primario, causa un voltaje que es inducido a

cada secundario proporcionalmente a la inductancia mutua con el primario. La frecuencia del

oscilador que causa la corriente alterna está en el rango de 1 a 10 kHz.

Cuando el núcleo es desplazado en una dirección, el voltaje en una bobina aumenta mientras

que en la otra disminuye, causando que el voltaje de salida también aumente desde cero

hasta su máximo. Este voltaje tiene la misma fase que el voltaje del primario. La magnitud del

voltaje de salida es proporcional a la distancia en que fue desplazado el núcleo (hasta cierto

límite), por eso el dispositivo es descrito como "lineal". La fase del voltaje indica la dirección

del desplazamiento.

Los LVDT son usados para la realimentación de posición en servomecanismos y para la

medición automática en herramientas y muchos otros usos industriales y científicos. Y el

teorema de CM dice que los LVDT's proveen una salida de 0-10 VCD o 4-20 mA

Los sensores de distancia tipo LVDT son elementos de medida inductivos. Se basan en el principio inductivo de transformador de núcleo variable. Esto permite que un movimiento lineal del núcleo en el interior del cuerpo del sensor provoque una variación de inducción entre primario y secundario, lo que se traduce en un cambio de señal de salida, proporcional a ese desplazamiento.

Los rangos de medida de estos sensores parten de unos pocos milímetros y pueden llegar hasta los 500mm, por eso son indicados para rangos de medida bajos y medios, con salida analógica 0-10V o 4-20mA, así como salida digital, principalmente en RS485 o MODBUS. Los formatos son variados, dentro de que se trata de un sensor tipo cilíndrico de un diámetro pequeño, existen series miniatura de 8mm y 12mm de diámetro, que soportan altas presiones y amplios rangos de temperaturas. También existen modelos industriales más convencionales con un diámetro de 20-22mm.

Tema #21: Cálculos de transformadores.

¿Qué es un transformador? Es un dispositivo que transforma un voltaje de entrada (C.A.) en otro voltaje (C.A.) de diferente amplitud que entrega a su salida. Tiene que ser en (C.A.) para que funcione.

¿De qué se compone un transformador? • Núcleo de hierro

• Devanado primario (volteje de entrada)

• Devanado secundario (voltaje de salida)

¿Cómo se hacen sus cálculos? En base a la siguiente imagen se pueden observar de mejor manera cada uno de los componentes de un transformador y sus letras correspondientes para la resolución de la formula.

Con la formula anterior dependiendo de que estés buscando en tus cálculos y cuáles son los datos que tienes se puede realizar un despeje y obtener lo requerido.

Tema #22: Efector final.

En robótica, el término de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que está unida a la muñeca. El efector final representa el herramental especial que permite al robot de uso general realizar una aplicación particular. Este herramental especial debe diseñarse específicamente para la aplicación. Los efectores finales pueden dividirse en dos categorías: pinzas y herramientas. Las pinzas se utilizarían para tomar un objeto, normalmente la pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo de trabajo del robot. Estos métodos suplementarios incluyen el empleo de casquetes de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.

Una herramienta se utilizaría como efector final en aplicaciones en donde se exija al robot realizar alguna operación en la pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos, la soldadura por arco, a la pintura por pulverización y las operaciones de taladro. En cada caso, la herramienta particular está unida a la muñeca del robot para realizar la operación.

Herramientas terminales para robots.

Tipo de herramienta Comentarios

Pinza soldadura por puntos Soplete soldadura de arco Cucharón para colada Atornillador Fresa-lija Pistola de pintura Cañón láser Cañón de agua a presión

Dos electrodos que se cierran sobre la pieza de soldar Aportan el flujo de electrodo que se funde Para trabajos de fundición Suelen incluir la alimentación de tornillos Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc. Por pulverización de la pintura Para corte de materiales, soldadura o inspección Para corte de materiales

Tema #23: Determinismo.

Introducción El determinismo es una cualidad clave en los sistemas de tiempo real. Es la capacidad de determinar con una alta probabilidad, cuanto es el tiempo que se toma una tarea en iniciarse. Esto es importante porque los sistemas de tiempo real necesitan que ciertas tareas se ejecuten antes de que otras puedan iniciar. Desarrollo Esta característica se refiere al tiempo que tarda el sistema antes de responder a una interrupción. Este dato es importante saberlo porqué casi todas las peticiones de interrupción, así que es importante determinar el tiempo que tardara el sistema en aceptar esta petición de servicio. Para las comunicaciones se suelen usar conexiones o redes deterministas CAN bus o puertos serie, ya que las redes más usuales, como Ethernet son indeterministas y no pueden garantizarnos el tiempo de respuesta. El sistema CAN bus es utilizado para la interconexión de dispositivos electrónicos de control (ECU) en los vehículos. Determinismo temporal Acciones en intervalos de tiempo determinados. Es fundamental que el comportamiento temporal de los STR sea determinista o, al menos, previsible. -No hay que confundirlo con la necesidad de que sea eficiente. -El sistema debe responder correctamente en todas las situaciones.

-En los sistemas de tiempo real estricto hay que prever el comportamiento en el peor caso posible Una característica común a la mayoría de los buses de campo es que disponen de un método de acceso determinista. Esto quiere decir que el nivel de precisión temporal con el que podemos predecir que una trama de datos emitida ahora desde el equipo A va a llegar en el momento X al equipo B es alto. Ethernet basado en la electrónica de HUBS no era demasiado predecible en cuanto a la recepción de datos debido a la presencia de colisiones y tiempos de latencia de la propia electrónica. El medio Industrial-Ethernet y TCP/IP no permite flujos de datos deterministas respecto al tiempo. No se puede prever cuándo una CPU remota ejecuta las peticiones solicitadas. Las respuestas de la CPU remota son asíncronas al ciclo CPU locales (PLC). El determinismo ha sido un campo de batalla para los departamentos de desarrollo. El paso de redes compartidas (hubs) a redes conmutadas (switches) así como la tecnología Full Duplex supuso reducir en gran medida la incertidumbre en elcomportamiento de la red. Los tiempos de latencia máximos de cada nodo se miden en microsegundos. Sin embargo ya existen soluciones basadas en electrónica estándar Ethernet que llegan al nivel máximo de determinismo ofrecido nunca por una red industrial. PowerLink (solución apoyada en ASICs Ethernet estándar, sobre el que se definen unos roles de maestro y esclavo que evitan las colas de tramas en la electrónica y por lo tanto garantizan el determinismo máximo de la red) Un Sistema Operativo debe ser determinista en el sentido de que el mismo programa ejecutado con los mismos datos, en momentos diferentes, debe producir los mismos resultados. En cambio será indeterminista porque en caso de variabilidad de las situaciones puede responder de un modo impredecible. Estas situaciones pueden ser debidas a petición de recursos, errores de ejecución en programas o bien interrupción de periféricos. ¿Cómo garantizar el determinismo? Planificación determinista: gestión del procesador y otros recursos. El diseño de un sistema embebido usualmente se orienta a: -Reducir su tamaño, su consumo y su costo

-Aumentar su confiabilidad Mejorar su desempeño Asegurar su determinismo y su tiempo de respuesta -Atender la mayor cantidad de tareas posibles etc.

Tema #24: Servomotores

Servomotores CD

Un servomotor es básicamente un actuador mecánico basado en un motor

eléctrico y un conjunto de engranajes que permiten multiplicar el torque del

sistema final y tiene la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en

posición. El ángulo de giro es de 180° en la mayoría de ellos, pero puede ser

fácilmente modificado para tener un giro libre de 360°, como un motor estándar.

Partes de un servomotor

En general, los servomotores suelen estar compuestos por 4 elemento

fundamentales:

Motor DC: Es el elemento que le brinda movilidad al servo. Cuando

se aplica un potencial a sus dos terminales, este motor gira en un

sentido a su velocidad máxima.

Engranajes reductores: Tren de engranes que se encarga de reducir

la alta velocidad de giro del motor para acrecentar su capacidad de

torque.

Sensor de desplazamiento: Suele ser un potenciómetro en el eje de

salida del servo que se utiliza para conocer la posición angular del

motor.

Circuito de control: Es una placa electrónica que implementa una

estrategia de control de la posición por realimentación. Para ello,

éste circuito compara la señal de entrada de referencia con la

posición actual medida por el potenciómetro. la diferencia entre la

posición actual y la deseada es amplificada y utilizada para mover el

motor en la dirección necesaria para reducir el error.

Para controlar un servomotor se debe aplicar un pulso de duración y frecuencia

específicas. Todos los servos disponen de tres cables, dos para la alimentación

Vcc y Gnd (4.8 a 6 volt) y un tercero para aplicar el tren de pulsos de control, que

hace que el circuito de control diferencial interno ponga el servo en la posición

indicada, dependiendo del ancho de pulso aplicado.

Las señales PWM utilizadas para controlar los servos están formados por pulsos

positivos cuya duración es proporcional a la posición deseada del servo y que se

repite cada 20ms (50Hz).

Servomotores CA

Básicamente es un servomotor que contiene en su interior un encoder y un

amplificador (driver) que en su conjunto forman un circuito realimentado para

comandar posición, torque y velocidad.

Tipos

Los servomotores más utilizados en las industrias son los motores de corriente

alterna sin escobillas tipo Busheles. Básicamente está formado por un estator

segmentado en el que el espacio rellenado de cobre es casi el doble en los

motores tradicionales, esto permite desarrollar una mayor potencia con un menor

volumen.

Para compensar la mayor cantidad de hilo en las ranuras y su mayor generación

de calor, el espacio libre del bobinado se rellena con resina conductora de calor.

El rotor incorpora una serie de imanes permanentes construidos con Nedimio-

Hierro-Boro que proporciona mayor densidad de flujo, para mejorar rendimiento y

obtención de mejor par en menor tamaño.

Los servomotores de estructura compacta, incorporan dentro de la misma un

encoder absoluto el cual suministra información del estado del proceso al

controlador (servodrive). Los que trabajan en posición vertical, incorporan un freno

mecánico el cual bloquea el eje en caso de falta de tensión para asi evitar posibles

caídas piezas en caso de avería.

Sistema de control

Servo drives

Un servodrive es como un variador de velocidad diseñado específicamente para

los servomotores. Utiliza un conversor para la tensión de entrada y un inversor

para la tensión de salida (aplicada al motor). La señal de salida es definida por el

circuito de control correspondiente.

Mediante el servodrive se trabaja en lazo cerrado, lo que permite detectar los

posibles errores en la actuación del motor y dar la oportuna orden de corrección

del mismo.

El lazo de control puede ser de tres clases: Posición, velocidad y par.

Los servodrive actuales vienen dotados de una serie de características orientadas

a facilitar la labor del programador del mismo y aumentar el rendimiento. Alguna

de las más significativas son:

Reducción de tiempo de cálculo de la CPU-posicionados más rápido.

Autoajuste Online

Utilización de filtros de supresión de resonancia para contrarrestar el ruido

de resonancia mecánica de alta frecuencia.

Control de velocidad realimentado.

Filtro de supresión de resonancia del eje.

Selección del modo de control de velocidad proporcional/integral.

Detección automática del tipo de motor.

Posibilidad de manejo manual de los servomotores.

Búsqueda de origen.

Límite de par.

También dispone normalmente de los siguientes conectores:

Interface RS-232/485 para puesta en servicio y diagnóstico mediante PC.

Interface de posicionamiento.

Interface analógica.

Bornes de conexión al servomotor.

Bornes de conexión al encoder.

Alimentación (220V, 380V)

Tema #25: Micropasos

Un motor paso a paso, se puede definir como un conversor electromagnético incremental que transforma pulsos eléctricos en movimientos angulares de un eje. Este movimiento angular, se repite exactamente con cada pulso sucesivo que el circuito de control inyecta al motor. A. Micropasos y secuencia de control Un motor paso a paso de dos fases, tiene dos bobinas dispuestas en forma tal que producen dos flujos magnéticos a 90° geométricos uno respecto del otro tal como lo indica la fig. 1. El esquema de un motor real puede apreciarse en las figs. 2, 3 y 4. Si se energiza la bobina 1, el rotor del motor llega a una posición de equilibrio alineándose con el campo magnético generado por dicha bobina.

Referenciando los arrollamientos a un par de ejes XY y tomando a esta posición de equilibrio como inicial, se dice que el motor se encuentra en posición de equilibrio a 0°

Motor pasó a paso de dos fases excitado por una bobina en posición de equilibrio a 0°.

El flujo magnético entre el rotor y el estator originan fuerzas (cupla de retención) que tienden a mantener al rotor en posiciones de equilibrio cada paso del motor. Excitando las dos bobinas en forma simultanea, el rotor intentará alinearse con los dos campos magnéticos generados y, debido a la naturaleza vectorial de los mismos, encontrará una posición de equilibrio en dirección al vector resultante de los dos campos

Motor paso a paso excitado por dos bobinas en forma simultánea. Queda en evidencia que el problema cupla-posición de equilibrio en un motor ideal es un problema geométrico. Por lo tanto, la cupla resultante de retención (Torque resultante) queda definida por la eq. (1), e indica que si se energiza una sola bobina, la cupla resultante es la que produce la bobina excitada (la otra es cero). Si ambas fases producen la misma cupla en forma individual, el torque resultante es un 41% mas que el producido por una sola bobina. Cuando el campo magnético rota 90° geométricos, el rotor realiza un desplazamiento angular igual al paso del motor, por lo que la posición del eje queda determinado por la eq.2. En donde: X –Torque por bobina en equilibrio a 0º. Y –Torque por bobina en equilibrio a un ángulo de paso de la posición de equilibrio a 0°. Tr – torque resultante de retención. θ - posición de equilibrio. P – ángulo de paso. La eq. (2) determina la posición del rotor de acuerdo a las cuplas provocadas por la excitación de las bobinas. Si la relación de cuplas Y/X es cero, el eje se encuentra en la posición de

referencia (Fig. 2), si es igual a uno se encuentra en un medio paso (Fig. 4) y si la

cupla provista por el flujo magnético en dirección “x” es cero

(Fig. 3) el rotor realiza un desplazamiento angular igual al paso del motor.

Teniendo en cuenta que, si los circuitos magnéticos no están saturados, la cupla

producida tiene una relación lineal con la cantidad de corriente circulante por las

espiras del bobinado. Por lo tanto, variando la cantidad de corriente circulante por

las espiras, se puede variar en forma lineal las cuplas provocadas, variando la

cupla resultante (Eq. 1) de manera de que el efecto sea igual a la producida por

una sola bobina. Si no hay saturación en ninguno de los circuitos magnéticos, la

relación entre cuplas, es numéricamente igual a la relación entre corrientes

circulantes por las bobinas. En consecuencia, si se modifican las cantidades de

corriente en forma gradual pero en diferentes proporciones en cada bobina,

también varían de igual manera las cuplas respectivas, cambiando la relación

(Y/X) existente entre ellas en la eq. (2), con lo que se pueden obtener en principio,

infinitas posiciones intermedias entre pasos.

Entonces, en motores ideales de reluctancia variable o de imán permanente, combinando las eqs. (1) y (2), de manera tal de excitar en forma gradual y secuencial los bobinados limitando la corriente circulante por las espiras, no habiendo saturación magnética, se obtienen sucesivas posiciones intermedias entre pasos con cupla de retención constante e igual a la de una bobina, es decir, se obtienen micropasos a cupla constante.

B. Micropasos y PWM Para realizar micropasos, los valores de corriente que circulan por las bobinas del motor deben ser controlados en forma secuencial. Un método para limitar la corriente es mediante modulación de ancho de pulso. En posiciones intermedias entre pasos, las fases del motor se alimentan mediante un tren periódico de pulsos rectangulares, variando el ciclo de actividad de los pulsos, se varía el valor medio de la tensión resultante en el tiempo, con lo que se modifica la cantidad de corriente circulante por las espiras de los bobinados. Actividad de 3/4 del período T, con lo que se obtiene un valor medio resultante equivalente a las 3/4 partes de la tensión aplicada. Igualdad de áreas y valor medio de tensión en un pulso rectangular. En forma analítica, el valor medio de tensión se puede calcular planteando la igualdad de áreas A1 y A2 durante el período T del pulso rectangular. En donde: V – Valor medio de tensión resultante. Vcc – Tensión pico del pulso. Planteando el problema en forma más general, se llega a la siguiente expresión

En donde: n/m - Porción del período T. V - Valor medio de tensión resultante. Vcc - Tensión pico del pulso.

C. Micro pasos y circuitos asociados

La corriente que circula por el bobinado del motor se compara con un valor de referencia generado por un conversor digital analógico (CDA), mediante la Lógica asociada se genera un tren de pulsos que energizan las espiras según el estado del CDA y de la Habilitación. Con a y b se selecciona la fase del motor, Vo a Vn establecen la tensión de referencia del CDA, el comparador y el monoestable conforman el tren de pulsos que se traducen en cantidad de corriente circulante por las espiras del bobinado. En el sistema propuesto, los niveles de corriente necesarios, también se realizan por modulación de ancho de pulso (PWM). La diferencia fundamental es que el PWM es generado por un microcontrolador, no siendo necesario un CDA, un comparador ni un monoestable.

D. Prototipo construido

El prototipo se construyó con un AT89C51 y dosULN2803A para manejar tres motores unipolares, pudiendo realizar hasta ocho micropasos. La comunicación del microcontrolador con el exterior es via serie, por donde arriban la cantidad de micropasos a realizar y sentido de giro de los motores de acuerdo al protocolo establecido. Cuenta además con entradas para la señal de los index, fines de carreras programables por software, informe de status y control e informe de errores. La modulación de ancho de pulso se lleva a cabo utilizando la eq. (3), en donde m, son las cuentas del temporizador del microcontrolador. Para un período aproximado de 1 KHz, se tiene que m=948.

Tema #26: Como funciona un motor trifásico jaula de ardilla.

Motor trifásico jaula de ardilla. Para comenzar a hablar de un motor trifásico jaula de ardilla primero debemos de tener uno en cuenta el concepto de un motor trifásico. Un motor trifásico es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. Las partes que componen son: estator, rotor y carcasa.

Estator está compuesto por bobinas su función consiste en el

desfasamiento de 120° de las fases del estator así crear un campo

magnético e inducir al rotor.

Rotor es el elemento en el cual se le induce campo magnético esto genera

un giro, a partir de esto se convierte de energía eléctrica a mecánica.

La carcasa tiene como función contener al estator y el rotor.

Tipos de rotores. 1. Rotor devanado

Cuenta con un devanado trifásico de cobres dispuestos en las ranuras en el rotor que van conectados en tres anillos metálicos, por uno de sus extremos en tanto que por el otro lado se conectan en estrella y es un mejor factor de potencia que el rotor de jaula de ardilla.

2. Rotor jaula de ardilla

También llamado rotor en corto circuito es el más sencillo y utilizado actualmente. El núcleo del rotor está constituido de chiapas estampados y aceros al silicio interior de las cuales se disponen unas barras, generalmente de aluminio moldeado de a presión, las barras del devanado, van conectado a unos anillos conductores conocidos como anillos externos el bobinado así dispuesto tienen forma de jaula de ardilla. Métodos de arranque de un motor trifásico

Método de Arranque directo

Aplicación: Maquina inferior a 5 watts

Método de arranque por autotransformador.

Método de arranque por conmutación estrella delta.

Método dispositivos electrónicos.

Método por resistencias estatoricas.

Rotor bobinado.

Tipos de conexión de un motor jaula de ardilla. Conexión estrella.

Conexión triangulo o delta.

Tema #27:

Como funciona un acelerómetro. QUE ES UN ACELEROMETRO? Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones.

UNIDAD DE MEDIDA La llamada aceleración de la gravedad en la Tierra es la aceleración que produce la fuerza gravitatoria terrestre; su valor en la superficie de la Tierra es, aproximadamente, de 9,8 m/s2. Esto quiere decir que si se dejara caer libremente un objeto, aumentaría su velocidad de caída a razón de 9,8 m/s por cada segundo (siempre que omitamos la resistencia aerodinámica del aire). El objeto caería, por tanto, cada vez más rápido, respondiendo dicha velocidad a la ecuación:

En física, la aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En el contexto de la mecánica vectorial newtoniana se representa normalmente por o y su módulo por . Sus dimensiones son . Su unidad en el Sistema Internacional es el m/s2. En la mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa} constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de Newton):

Donde F es la fuerza resultante que actúa sobre el cuerpo, m es la masa del cuerpo, y a es la aceleración. La relación anterior es válida en cualquier sistema de referencia inercial. APLICACIONES Los acelerómetros se emplean para medir vibraciones y oscilaciones en muchas máquinas e instalaciones, así como para el desarrollo de productos (p.e. de componentes o herramientas). La medición proporciona los siguientes parámetros: aceleración de la vibración, velocidad de vibración y variación de vibración. De este modo se caracterizan las vibraciones con precisión

TIPOS DE ACELEROMETRO ACELEROMETRO MECANICO Es el acelerómetro más simple. Se construye uniendo una masa a un dinamómetro cuyo eje está en la misma dirección que la aceleración que se desea medir.

• ACELEROMETRO PIEZOELECTRICO

• El acelerómetro es uno de los transductores más versátiles, siendo el más

común el piezoeléctrico por compresión. Este se basa en que, cuando se

comprime un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una carga

eléctrica proporcional a la fuerza aplicada.

• ACELEROMETRO DE EFECTO HALL

• Utilizan una masa sísmica donde se coloca un imán y un sensor de efecto

Hall que detecta cambios en el campo magnético

• ACELERÓMETROS DE CONDENSADOR

• Miden el cambio de capacidad eléctrica de un condensador mediante una

masa sísmica situada entre las placas del mismo, que al moverse hace

cambiar la corriente que circula entre las placas del capacitor.

Conclusiones

1. Es una unión mecánica que sirve para la conexión e interacción de

dos mecanismos permitiendo así su movimiento hacia un ángulo o

posición. 2. Un eslabón permite la conexión de dos o más elementos y los puede

haber en varios nodos es donde recibe el nombre de binario,

terciario, cuaterciario etc…

3. Un robot prismático es aquel que trabaja o hace sus movimientos en

el plano cartesiano desplazándose en el eje X y en el eje Y.

4. El robot cilíndrico su principal característica es que tiene un

movimiento rotacional en la base y dos ejes lineales perpendiculares

y que gracias a su eje rotacional proporciona mayor maniobrabilidad

y rapidez.

5. El robot esférico tiene como peculiaridad el ser de dos ejes rotativos

el cual permite virar en varias direcciones sin complicación alguna.

6. El robot antropomorfo tiende a seguir las características de un brazo

humano desde el tronco que sería la base, hombro, antebrazo,

codo, brazo, muñeca, mano y dedos.

7. Un robot scaraconsta de cuatro grados de libertad con un

posicionamiento horizontal y tienen ciclos de trabajo muy rapidos asi

como gran capacidad de carga.

8. El robot paralelo, es un robot q consta de cadenas cinemáticas

cerradas cuya parte terminal está conectada a la base principal.

9. Una transmisión es un mecanismo encargado de transmitir potencia

entre dos o más elementos dentro de una máquina.

10. Motorreductor es un dispositivo que consta de una seria de

engranes que pueden ser de distintos tipos y van acoplados

directamente al motor.

11. Los grados de libertad son aquellos ligamentos del robot en los

cuales puede moverse, dependiendo el número de brazos, es el

número de grados de libertad.

12. Una cadena cinemática está constituida por un conjunto de

eslabones interrelacionados mediante articulaciones y dichas

articulaciones permiten el movimiento entre ellos.

13. la cinemática directa o indirecta, se encarga del estudio de los

movimientos del robot respecto al sistema de referencia permitiendo

la identificación de posición.

14. La máquina es un dispositivos generado para dirigir, regular o

aprovechar la acción de una determinada fuerza.

15. Conjunto de piezas o elementos que ajustados entre sí y empleando

energía mecánica hacen un trabajo o cumplen una función

16. El motor de cd es un maquina eléctrica rotativa, capaz de convertir

la energía eléctrica en una energía mecánica.

17. Es esencialmente un transformador de rotación que proporciona

retroalimentación de posición en un servosistema como alternativa a

un codificado.

18. Encoder incremental es un dispositivo usado para aplicaciones

sencillas en la industria.

. 19. Encoder absoluto es en el que un disco que gira, con zonas transparentes

y opacas interrumpe un haz de luz captando por foto receptores, luego

estos transforman los impulsos luminosos en impulsos eléctricos los

cuales son tratados y transmitidos por electrónica de salida.

20. Transformador Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que

permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente

alterna, manteniendo la potencia.

21. En robótica, el termino de efector final se utiliza para describir la mano o

herramienta que esta unida a la muñeca.

22. Determinismo: Es la capacidad de determinar con una alta probabilidad,

cuanto es el tiempo que se toma una tarea en iniciarse. Esto es importante

porque los sistemas de tiempo real necesitan que ciertas tareas se

ejecuten antes de que otras puedan iniciar.

23. Servomotor: es un actuador mecánico basado en un motor eléctrico con

una serie de engranes.

24. Micro pasos: Es el ángulo de paso natural de un motor y puede ser

dividido en ángulos mucho menores.

25. Acelerómetro: Se denomina acelerómetro a

cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones.