TECNOLOGIA DE CONTROL I ROBÒTICA

TECNOLOGIA DE CONTROL

La tecnologia de control abasta tots els procediments i dispositius que permeten automatitzar les màquines i els processos.

SISTEMES AUTOMÀTICS

Un sistema automàtic té per objectiu aconseguir que una màquina o un procés faci les seves funcions reduint al mínim la intervenció humana, tant física com mental.

Hi ha sistemes semiautomàtics, en els quals cal la intervenció humana en alguna de les accions que fa la màquina o el procés.

ELS AUTOMATISMES EN EL DECURS DE LA HISTÒRIA

Porta d’Herò d’Alexandria

Ànec de Vaucanson

Robots de la Guerra de les Galàxies

SISTEMES DE CONTROL AUTOMÀTIC

Els sistemes de control automàtics estan formats per diferents components o automatismes que serveixen per controlar màquines i processos a través d’ordres reduint al mínim al intervenció humana.

Poden ser de dos tipus: Control de llaç obert i Control de llaç tancat

CONTROL DE LLAÇ OBERT

Un sistema de control de llaç obert, quan s’activa, executa un procés durant un temps prefixat, amb independència de resultat obtingut.

Exemples: torradora de pa, rentadores, rentavaixelles, llums d’escala, etc.

CONTROL DE LLAÇ TANCAT

Els sistemes de control de llaç tancat, quan s’activen, executen el procés, supervisant constantment la sortida o resultat final fins a obtenir el resultat desitjat.

CONTROL DE LLAÇ TANCAT

La consigna és el valor de referència que es desitja obtenir com a resultat de l’acció.

La realimentació consisteix en mantenir la màquina o el procés activats mentre la sortida o resultat final no sigui l’establert a la consigna.

FUNCIONAMENT D’UN SISTEMA DE LLAÇ TANCAT: LA CISTERNA DE L’INODOR

Flotador Vareta desubjecció

Vàlvulad’entrada

Canonadad’entradad’aigua

Canonadade sortidad’aigua

Vàlvulade sortida

Detall de la vàlvula d’entrada.Obturador tancat

Detall de la vàlvula d’entrada.Obturador obert

Nivell de consigna

EXEMPLES DE LLAÇ TANCAT

Calefacció o aire condicionat amb termòstat.

Cisterna del wàter. Llums d’escala amb sensors de

presència. Portes automàtiques Alarmes.

COMPONENTS D’UN AUTOMATISME O SISTEMA DE CONTROL

Controlador Actuadors Sensors

EL CONTROLADOR

El controlador és el dispositiu que determina i executa el control del procés o de la maquina. El controlador sol ser un circuit elèctric o electrònic i fins i tot un ordinador.

L’ALGORISME DE CONTROL

Conjunt de passos o instruccions que contenen les accions a efectuar sobre els actuadors per controlar el procés o la màquina, segons la informació subministrada pels sensors.

Si el controlador és un ordinador, l’algorisme de control és el programa.

ACTUADORS

Els actuadors són els elements finals del procés i són els que provoquen el resultat a la sortida: motors, resistències calefactores, equips de refrigeració, cilindres pneumàtics o hidràulics. Són dispositius de sortida.

SENSORS (DETECTORS)

Els sensors són dispositius que prenen dades de la situació del procés (posició, temperatura, etc.) i les transmeten al controlador. Són dispositius d’entrada.

Detector o sensor de fums

Detectors de presènciaDetector fotoelèctric

DISPOSITIUS DE SORTIDA

Els actuadors, els presentadors de informació o visualitzadors i els indicadors acústics, són dispositius de sortida.

Pantalles, indicadors lluminosos (Led’s), rellotges analògics o digitals, timbres, brunzidors, etc. formen els dispositius de sortida, a més dels actuadors.

DISPOSITIUS D’ENTRADA

S’agrupen en dos conjunts: els elements de comandament i els sensors o detectors.

Els primers permeten activar, desactivar o modificar el procés de control: interruptors, polsadors, potenciòmetres, etc.

Els segons recullen informació del procés o de la màquina. Normalment transformen una magnitud física ( posició, calor, llum, etc) en un senyal elèctric.

L’ORDINADOR COM ELEMENT DE CONTROL

L’ordinador, entre les moltes aplicacions que té, també pot efectuar tasques de control.

Té tots els dispositius d’entrada i sortida necessaris, pantalla, teclat, processador,etc. i s’usa en aplicacions complexes.

ENTRADES

SORTIDES DISPOSITIU O

PROCÉS A CONTROLAR

ORDINADORConsigna

Realimentació

SENSORS

I DETECTORS

Acció de control

ACTUADORS

Algorisme

LA INTERFÍCIE

Per a poder comunicar-se amb els dispositius d’entrada i de sortida i controlar-los, l’ordinador necessita un circuit electrònic intermedi, la interfície electrònica de control

LA INTERFÍCIE

ENTRADES

SORTIDES

DISPOSITIU O

PROCÉS A CONTROLAR

ORDINADORConsigna

SENSORS

I DETECTORS

Acció de control

INTERFÍCIE

D'ENTRADES

INTERFÍCIE

DE SORTIDESPROGRAMA

+(Programa)

ACTUADORS

INTERFÍCIE

ELS LLENGUATGES DE CONTROL

La comunicació entre l’ordinador i la interfície es realitza a través d’un llenguatge de programació amb el que s’escriu el programa.

Els llenguatges més utilitzats són llenguatges d’alt nivell com ara el Visual Basic, el Logo, el C++, el Pascal, etc..

El programa conté l’algorisme de control.

ELS AUTÒMAT PROGRAMABLES

Un autòmat programable és un equip electrònic, programable amb llenguatges específics, dissenyat per controlar processos industrials.

ESTRUCTURA D’UN AUTÒMAT

Esquema de blocs d’un autòmat

Unitat d‘entrades

Unitat central Unitat de sortidesComunicació

perifèrics

Sensors i detectors

ActuadorsMàquina o procés

Perifèrics Consola de programació

ROBOTS

El terme robot prové d’unes màquines esclaves dels homes que apareixien a l’obra Rossum’s Universal Robots, de l’autor txec Karel Capek, representada al teatre l’any 1920, moment a partir del qual es va estendre l’ús del mot.

En txec, la paraula robot vol dir “treballador”.

Robòtica

Robots i manipuladors L’evolució del manipulador per esdevenir un robot industrial capaç de generar trajectòries complicades ha estat possible per la incorporació d’ordinadors per al control dels seus moviments i optimització de les trajectòries, juntament amb el desenvolupament de sensors i tècniques de programació més avançades. Això ha permès ampliar el seu grau d’aplicabilitat a la soldadura, la pintura, l’engalzatge i el muntatge entre d’altres. Robot de soldadura.

Els manipuladors i els robots són màquines programables que poden realitzar tasques repetitives amb més rapidesa i més precisió, reduint els costos de fabricació.

Robòtica

Robots i manipuladors Els robots poden ser destinats a la producció, a l’assistència i a l’exploració. Poden substituir les persones en els treballs repetitius, en els que el cansament i l’avorriment poden disminuir l’eficàcia. També poden realitzar operacions perilloses per a les persones com el pintat amb aerosol, la manipulació de compostos tòxics, la desactivació d’explosius. En tasques d’assistència que requereixen molta precisió, els robots també tenen el seu lloc: cirurgia i implantació de pròtesis. I en el camp de l’exploració dels fons marins, la superfície lunar o altres entorns agressius.

Es pot definir la robòtica com el conjunt de coneixements que permeten dissenyar, realitzar i controlar equips basats en estructures mecàniques poliarticulades, amb un certa capacitat d’aprenentatge destinats a la producció industrial i a la substitució del treball humà en tasques diverses.

Els robots i els manipuladors es componen de diferents parts:

Sensors Actuadorsors

Equip de control

Part mecànica

Robòtica

Robots i manipuladors Arquitectura d’un robot industrialL’arquitectura dels robots i manipuladors es refereix a les formes constructives i a les seves capacitats de moviment o mobilitat. Tot i que hi ha moltes formes ens referirem només als braços poliarticulats clàssics. Aquests tenen una base fixa i una cadena de membres o barres unides a partir d’enllaços anomenats parells cinemàtics, que acaben en un extrem amb un element terminal. L’element terminal és l’eina o dispositiu que es troba a l’extrem de l’estructura a fi de realitzar la tasca que tingui encomanada el robot.

El tipus d’enllaç o parell cinemàtic determina el moviment que es pot fer entre els dos membres o barres d’un mecanisme. Cada moviment independent d’una barra o membre respecte de l’altre origina el que en diem un grau de llibertat. Els parells cinemàtics més importants són el parell de revolució, el parell prismàtic, el parell cilíndric, el parell helicoïdal, el parell esfèric i el parell pla.

Robot amb una estructura de braç poliarticulat.

Robòtica

Robots i manipuladors

PrismàticDe revolució o articulació

Prismàtic

CilíndricEsfèric

o ròtula esfèrica

Pla

Helicoïdalo de rosca

Guies corredores

Parells cinemàtics

Enllaços o parells cinemàtics

Robòtica

Robots i manipuladors

La combinació adequada dels parells permet organitzar els moviments dels robots i en determina la mobilitat i el grau de llibertat total del robot. Per això es construeixen diferents estructures, segons les necessitats. Les quatre estructures bàsiques dels robots són:

- El robot amb estructura cartesiana, on l’element terminal es pot moure linealment en tres eixos, gràcies a tres guies corredores. L’espai de treball de l’element terminal serà un volum paral·lelepipèdic. - El robot amb estructura cilíndrica, el qual substitueix el moviment lineal sobre la base per un moviment giratori, aleshores disposa d’una articulació i dues guies corredores. L’espai de treball de l’element terminal serà un volum cilíndric. - El robot amb estructura polar, que té dos moviments giratoris i un de lineal, amb un parell d’articulacions i una guia-corredora.- El robot amb estructura angular, que té tres moviments giratoris, amb tres articulacions. És el més versàtil atès que el seu espai de treball és el més ampli. Aquestes estructures presenten tres graus de llibertat, a les que s’ha d’afegir els graus de l’element terminal. Amb tres graus de llibertat es pot posicionar l’element terminal en qualsevol lloc del volum de treball. Per a que aquest pugui accedir a un objecte des de qualsevol punt haurà d’aportar tres graus més, és a dir el robot tindrà sis en total.

Robòtica

Robots i manipuladors

C artesiana C ilíndrica

Polar Angular

L’element terminal d’un robot és el que interacciona amb l’element sobre el que està realitzant una acció. Poden ser de dos tipus: subjectadors i eines. Els subjectadors són per a subjectar objectes per transportar-los, carregar màquines, o descarregar-les. Les eines de treball poden ser diverses segons la funció a que es dediqui: soldadura, pintura, mecanitzat, muntatge, etc.

Robòtica

Robots i manipuladors La mesura de distàncies de manera simple es realitza amb llum laser o amb ultrasons. Amb la incorporació de la visió artificial és possible la mesura de distàncies i la identificació d’objectes. La visió artificial és una de les prestacions dels robots que requereixen sensors de captació d’imatge per a ser tractada posteriorment per l’equip de control. Aquests sensors solen ser del tipus CCD que passen les dades al programari de control per analitzar la imatge i reaccionar segons l’algorisme implementat. Els detectors de presència permeten informar a l’equip de control de la detecció d’un objecte en un punt determinat i fins i tot saber-ne el tipus de material amb què està fet. Els que no distingeixen el material estan els clàssics detector mecànics per contacte físic, i els detectors òptics, amb feix de llum infraroja, ja sigui per reflexió o per interrupció. Entre els que detecten segons el tipus de material, hi ha els detectors magnètics i els detectors capacitius. Els detectors magnètics detecten objectes de metalls ferromagnètics, i els capacitius detecten els materials no metàl·lics.

Símbols de detectors

fotoelèctric

inductiu capacitiu

Els robots poden incorporar sensors de mesura de la velocitat i de l’acceleració, de mesura de forces i de parells, detectors de presència per a diferents tipus de materials, sensors tàctils, sensors de pressió, etc.

Robòtica

Robots i manipuladors Control i programació de robotsPer al control dels moviments i operacions que ha de realitzar el robot l’equip de control funciona com un sistema de control amb lògica programable, en control de llaç tancat, i amb unes prestacions de memòria i rapidesa especialment notables. El programa de control té la clau de la operativitat i governabilitat de la màquina.Cal destacar que el sistema ha de controlar el moviment de totes les articulacions per aconseguir posicionaments molt exactes, per tant, el sistema de control ha de ser en llaç tancat en cada una d’elles.

Segons la forma de control hi ha dos sistemes que defineixen com ha de moure’s el robot. El sistema de trajectòria punt a punt, el sistema de control només disposa de la informació de les coordenades del punt inicial i del punt final. La trajectòria d’un punt a l’altre pot realitzar-se per moviments successius de les articulacions o bé cercant el camí més curt. S’empra en El sistema de trajectòria continua el control ha d’aconseguir que la trajectòria seguida passi per un conjunt de coordenades prèviament establertes per tal de seguir un determinat perfil o forma o per evitar possibles obstacles. En aquest cas totes les articulacions poden estar en moviment simultàniament.

Robòtica

Robots i manipuladors Hi ha dues tècniques bàsiques per a la programació d’un robot:

- La programació per guiatge consisteix a “ensenyar” al robot el camí i la seqüència d’accions que ha de realitzar fent-li recórrer la trajectòria manualment emprant un terminal de comandament o bé movent directament les articulacions del manipulador. A mesura que es desplaça va memoritzant les coordenades i les accions que està realitzant. Aquest sistema té l’avantatge que pot ser programat molt fàcilment, ara bé presenta limitacions pel que fa a l’optimització de trajectòries.- La programació amb llenguatge a nivell de robot consisteix a definir la seqüència de treball amb passos de programa en els que se li indica els moviments que ha de fer i se li informa de l’entorn (obstacles). Els llenguatges emprats poden ser genèrics d’alt nivell com el BASIC, el C o el LOGO però amb llibreries específiques adaptades al robot per facilitar la tasca de programació. També hi ha multitud llenguatges específics per a cada model de robot, un dels més antics és el VAL de l’empresa Unimation.

Robòtica

Robots i manipuladors Les màquines eina.Introducció al control numèric

Les anomenades màquina-eina amb control numèric són màquines que realitzen operacions de mecanitzat per a la fabricació de peces de forma automàtica a partir d’un programa emmagatzemat a la memòria de l’ordinador que controla les seves funcions. Les més bàsiques, són el torn i la fresadora, les quals al ser controlades per ordinador es diu que són del tipus CNC (Computer Numerical Controlled).Aquestes màquines tenen la mateixa estructura de funcionament que un robot: elements mecànics, actuadors, sensors, elements de comandament i de visualització, i l’equip de control. Els motors mouen els plats de subjecció i les eines, amb una precisió altíssima, i poden canviar l’eina automàticament. Els sensors del sistema permeten que el programa de control verifiqui que tot és correcte per al funcionament de la màquina i per assegurar que les mides del disseny previst són les que tindrà la peça mecanitzada.

Robòtica

Robots i manipuladors Pantalles de programació amb Control Sadex

Disseny Codificació Simulació

Robòtica

Robots i manipuladors L’autòmat programable

Un autòmat programable és un equip electrònic, programable amb llenguatges específics, dissenyat per controlar processos industrials.

Robòtica

Robots i manipuladors Els autòmats tenen tres unitats bàsiques:

- La unitat central de procés, que conté el processador i la memòria. Té la funció d’executar el programa emmagatzemat a la seva memòria.- La unitat d’entrades s’encarrega de rebre la informació dels sensors i detectors i lliurar-la a la unitat central de procés.- La unitat de sortides rep els senyals de la unitat central de procés i les adequa als dispositius de sortida.El processador és capaç d’interpretar les instruccions que determinen les accions a realitzar, internament o externa, en funció de l’estat de les entrades i de les variables internes. El processador ha de llegir les instruccions a la memòria i executar-les seqüencialment, és a dir una darrera l’altra. Això vol dir que la lectura i execució de tot un programa necessita un temps: el temps d’execució o de cicle (scan time).En acabar la última instrucció torna a executar la primera, és a dir, treballa cíclicament i a una velocitat molt gran.

Robòtica

Robots i manipuladors Els llenguatges de programació dels autòmats estan orientats al control i, per tant, són específics per aquests equips. Cada fabricant indica per cada un dels seus autòmats amb quins llenguatges es poden programar i el repertori d’instruccions.Els tres llenguatges més emprats són:

- Booleà o llista d’instruccions.- Diagrama de contactes (Ladder diagram)- Blocs funcionals o logigramaEl Booleà es tracta d’un llenguatge similar als de programar en ordinadors. Els altres dos es basen en sistemes gràfics, el de diagrama de contactes es representen els circuits de les entrades com contactes oberts o tancats i l’acció que desencadenen, i en els blocs funcionals s’estableixen les relacions lògiques en un logigrama.L’escriptura del programa es pot fer des de la consola de programació connectada al autòmat, o bé en un ordinador i en acabar es transfereix a través d’algun port. Abans però es pot realitzar la simulació virtual del programa.

Robòtica

Robots i manipuladors En la programació dels autòmats, la metodologia proporciona eines que sistematitzen les idees i la seva implementació. Hi ha un sistema gràfic especialment desenvolupat per programar en autòmats, es tracta del GRAFCET (Graphe de Comande Etape Transition). En un GRAFCET es representen seqüencialment les etapes per les que ha de passar un automatisme (rectangles) i les transicions entre etapes (línies d’unió entre etapes).

Robòtica

Robots i manipuladors Exemple d’autòmat programable: ZelioZelio és el nom d’una gamma d’autòmats de l’empresa Schneider Electric pensats per a petites aplicacions que es programa amb molta facilitat. D’aquí que en els centres educatius hi hagi un entrenador didàctic basat en el model SR1-B121BD. Les prestacions d’aquest autòmat són:- 6 entrades binàries- 2 entrades duals: analògiques o binàries- 4 sortides a relé- Rellotge intern- Temporitzadors- Comptadors- Pantalla i teclat integrats en la unitat- Port de comunicacions per connectar-se amb l’ordinador

Robòtica

Robots i manipuladors Els circuits integrats programables PIC

Els PIC (Peripheral Interface Controller) són xips electrònics que incorporen un processador, memòria, entrades i sortides per comunicar-se amb l’exterior i altres funcionalitats molt interessants.

Això li dóna una gran potència per a ser emprats en l’automatització de molts dispositius a un preu extraordinàriament baix. Actualment ja hi ha milions de circuits d’aquest tipus que formen part de molts aparells i màquines.Uns tipus de PIC molt pràctics són els de la gamma Picaxe ja que incorporen el llenguatge de programació (BASIC) i resulten molt fàcils de programar.

Robòtica

Robots i manipuladors Un esquema en blocs simplificat dels Picaxe és la següent:

Processador

Memòria ROM

Memòria Flash

Unitat d’entrades Unitat de sortides

Entrades digitals

Entrades analògiques

Memòria RAM

Port COM

Unitat d’alimentació

5 V

Robòtica

Robots i manipuladors

El xip funciona amb una alimentació de 5 V, tensió que cal respectar per al seu funcionament correcte i, sobretot, no s’ha de superar per evitar que es malmeti. De la mateixa manera és important no invertir la polaritat. Les entrades i les sortides externes treballen, doncs, amb senyals referides a aquesta tensió.El xip Picaxe més senzill, però no per això menys potent, és el PICAXE-08M que té només vuit potes i disposa de les prestacions següents:- 80 línies de programa (256 bytes)- 5 potes per a entrades i/o sortides, repartides de la forma següent:

-1 a 4 entrades (3 entrades analògiques màxim) o - 1 a 4 sortides (1 sortida pot generar polsos modulats en amplada i generar tons musicals)- Pot llegir i enviar senyals de comandament amb infraroig.

El nombre total de línies d’entrada/sortida és de 5. Per tant, una opció possible seria disposar de quatre entrades i una sola sortida. Fixeu-vos que cada pota pot realitzar diverses funcions, però no totes alhora:

Robòtica

Robots i manipuladors

Pota

Nomenclatura Funció

1 +V Entrada positiu alimentació

2 Serial In Entrada port comunicacions

3 In 4 / Out 4 / ADC 4 Entrada 4 / Sortida 4 / Entrada analògica 4

4 Input 3 / Infrain Entrada 3 / Entrada infraroig

5 In 2 / Out 2 / ADC 2 / pwm / tune

Entrada 2 / Sortida 2 / Entrada analògica 2 / Sortida de polsos modulats / Sortida tons musicals

6 In 1 / Out 1 / ADC 1 Entrada 1 / Sortida 1 / Entrada analògica 1

7 Out 0 / Serial Out / Infraout

Entrada 0 / Sortida port comunicacions / Entrada senyals infraroig

8 0V Zero volts

Robòtica

Robots i manipuladors Una de les plaques que el fabricant ofereix per iniciar-se en els PICS és el model AXE092. L’esquema elèctric d’aquesta placa permet veure la senzillesa del circuit annex per muntar una aplicació.

Robòtica

Robots i manipuladors Programació Per a la programació es disposa d’un únic programari, senzill i molt intuïtiu, per a tota la gamma de xips. El qual està en molts idiomes. La instal·lació és única i una vegada instal·lat es pot canviar l’idioma, al menú View, opció Options. En aquest mateix quadre de diàleg es tria el model de PICAXE amb el que treballarem.

Robòtica

Robots i manipuladors L’escriptura del programa de control, es pot fer amb l’editor de diagrames de flux o amb llenguatge de programació BASIC:

El diagrama de flux es pot convertir automàticament a la llista d’instruccions en BASIC, però no a l’inrevés. La conversió es fa a l’opció Convertir Organigrama a BASIC, al Menú PICAXE.

Robòtica

Robots i manipuladors Per iniciar un diagrama de flux, cal escollir l’opció Nuevo Organigrama, al submenú Nuevo del menú Archivo. A partir d’aquest moment es disposa de la barra d’icones per a construir el diagrama de flux.

Al fer clic a la icona de sortides, out, apareixen tot un conjunt de noves icones per al control de les sortides:

Robòtica

Robots i manipuladors En el cas de les temporitzacions, apareixen les icones següents:

Els paràmetres, com el relatiu al número de sortida o al temps d’una temporització, cal introduir-los a la part inferior de la finestra després d’haver incorporat l’acció a l’organigrama i fer clic al damunt del símbol.

Robòtica

Robots i manipuladors SimulacióLa simulació s’atura fent un clic amb el botó esquerre del ratolí a qualsevol part de la finestra. Per verificar el funcionament correcte l’editor disposa d’un simulador per avaluar el funcionament del programa de control, tant en l’opció de diagrama de flux com en la programació literal. L’execució de la simulació verifica també que totes les connexions de l’organigrama i la sintaxi del programa sigui correcta. Per a la verificació apareix un panell per seguir el procés del programa i alhora indica sobre l’organigrama o el programa BASIC, quin punt està verificant, en color vermell. En el panell apareixen les vuit potes del xip i el seu estat.

ROBOTS

Els manipuladors, són braços articulats que no permeten la realització simultània de moviments. S’usen en tasques senzilles de càrrega i descàrrega.

Els robots industrials en canvi, poden efectuar moviments complexos i es controlen per ordinador. S’usen molt a la indústria per efectuar operacions perilloses i/o repetitives com la soldadura, el muntatge, la pintura, etc.

ROBOTS INDUSTRIALS

Robòtica

Robots i manipuladors ActuadorsLa força motriu per aconseguir el moviment de cada articulació pot provenir d’actuadors elèctrics, pneumàtics o hidràulics. En el cas dels elèctrics es tracta de motors, dels quals se n’empren de diferents tipus: motors pas a pas, motors de corrent continu, sense escombretes (més coneguts com tipus brushless). Els servomotors són motors que incorporen una caixa reductora i un sistema de control de posicionament digital. Aquests tenen tres fils, dos per a l’alimentació i un tercer per rebre els polsos de control que van al sistema electrònic intern. La durada dels polsos determina la posició en què ha de quedar l’eix de sortida.

Servomotor

En el cas dels actuadors pneumàtics i hidràulics es tracta bàsicament de cilindres moguts per aire comprimit o per oli a pressió.

Robòtica

Robots i manipuladors SensorsUn dels principals problemes dels robots és poder controlar el posicionament de cada un dels elements de l’estructura per aconseguir la màxima precisió en les coordenades d’una trajectòria i de la posició final. Per això cal que cada una de les articulacions incorpori un sistema de sensor de posició que informi a l’equip de control de quina és la situació. Aquests poden estar integrats a l’interior d’un servomotor, o situats en un dels elements mòbils. Normalment són codificadors òptics, els quals disposen d’un disc perforat solidari a l’eix en moviment. Les perforacions són per deixar passar un feix de llum infraroja que emet un emissor, i ser rebuda per un detector, de manera que comptant les transicions a partir de les interrupcions de la llum, es pot saber el gir obtingut. N’hi ha per mesurar posicions angulars i per desplaçaments lineals.

Codificador de posició òptic

ARQUITECTURA DELS ROBOTS

L’arquitectura dels robots i manipuladors es refereix a les formes constructives dels robots i a les seves capacitats de mobilitat (moviment).

El més important són els graus de llibertat o moviments que pot efectuar l’element terminal, que és on se situa l’eina o dispositiu a controlar.

Els graus de llibertat depenen de com s’enllacen els diferents elements (articulacions) i de l’estructura.

Robòtica

Robots i manipuladors - El parell de revolució o articulació, és el més comú de tots. En aquest enllaç, una barra pot únicament girar respecte de l’altra, com és el cas d’una frontissa que permet que una porta giri respecte del bastiment o les dues parts d’unes alicates. Per tant, té un grau de llibertat.- En el parell prismàtic o de guia-corredora, una barra pot lliscar respecte de l’altra sense girar, en un únic moviment guiat, com el carro d’una impressora de tinta. També proporciona un únic grau de llibertat- El parell cilíndric permet dos moviments independents, un de giratori i un altra lliscant. Llavors té dos graus de llibertat.- El parell helicoïdal o de rosca, permet el moviment de gir i el de desplaçament al mateix temps, però lligat l’un a l’altre. Té un únic grau de llibertat, ja que el moviment de rotació no és independent del de translació.- El parell esfèric o ròtula esfèrica és el que permet tres girs en les tres dimensions sense desplaçaments, com la bola d’un remolc. Aleshores té tres graus de llibertat.Finalment, en el parell pla una barra o membre pot moure’s en dues direccions i girar respecte de l’altre. S’utilitza poc ja que l’enllaç no queda garantit.

Tipus de parell o enllaç

Graus de llibertat

De revolució o articulació

1

Prismàtic 1

Cilíndric 2

Helicoïdal 1

Esfèric 3

Pla 3

ENLLAÇOS (ARTICULACIONS)

Actuadors elèctrics: motors o servomotors

Tipus d’enllaç(articulació)

Graus de llibertat

Pla 1

Prismàtic 1

Rotacional(de revolució)

1

Cilíndric 2

Esfèric 3

PlanaRotacional

Prismàtica

CilíndricaEsfèrica

ESTRUCTURES BÀSIQUES

C artesiana C ilíndrica

Polar Angular

ESTRUCTURES BÀSIQUES

El robot amb estructura cartesiana es pot moure linealment en tres eixos, totes les articulacions són prismàtiques. L’espai de treball de l’element terminal serà un volum paral·lelepipèdic.

El robot amb estructura cilíndrica substitueix el moviment lineal sobre la base per un moviment giratori, aleshores disposa de dues articulacions prismàtiques i una de rotacional. L’espai de treball de l’element terminal serà un volum cilíndric.

El robot amb estructura polar té dos moviments giratoris i un de lineal, amb dues articulacions rotacionals i una prismàtica.

El robot amb estructura angular té tres moviments giratoris, amb tres articulacions rotacionals. És el més versàtil atès que el seu espai de treball és el més ampli.

60

LOS ROBOTS

61

ESQUEMA BÁSICO DE CONTROL DE ROBOTS

Programa

62

SISTEMAS DE CONTROL DE ROBOTS

63

PROGRAMACIÓN DE ROBOTS

APLICACIONS

Els primers robots tenien funcions de manipuladors industrials i progressivament s’han anat introduint en molts camps, especialment en la fabricació i en l’exploració.

La manipulació inclou operacions com la càrrega i descàrrega de peces en màquines o en cadenes de producció; la fabricació inclou operacions de tall, de trepanat, de fressat, de soldadura, d’encolat, d’inserció, de mesura, etc.

En l’àmbit de l’exploració els robots s’han usat en diferents medis: el terrestre, el marítim i en l’espai.