Morfología del robot

Estructura mecánica de un robot

La mayor parte de los robots industriales tienen
cierta similitud con la anatomía del brazo humano,
por lo que se usan términos como cuerpo, brazo,
codo y muñeca.
Estructura mecánica de un robot

A Caja reductora del eje 1 (dentro de la base)

B Caja reductora del eje 2
C Caja reductora del eje 3
D Caja reductora del eje 4
E Caja reductora del eje 5
F Caja reductora del eje 6
Estructura mecánica de un robot

A Motor del eje 1 (dentro de la base)

B Motor del eje 3
C Motor del eje 2
D Juego de cables
Estructura mecánica de un robot

B
A

A Motor del eje 4

B Motor del eje 5
C Motor del eje 6
C
 Estructura mecánica de un robot
El movimiento de cada articulación puede ser de
desplazamiento, de giro o una combinación de
ambos.
Cada uno de los
movimientos que puede
realizar cada articulación
se denomina grado de
libertad (GDL).
 Cadena cinemática?
Serie de eslabones o barras unidas por
articulaciones.
La estructura mecánica de un robot manipulador es
una cadena cinemática.

Cadena cinemática
A
abierta
Cadena cinemática
B
cerrada
 Cadena cinemática?
Los robots manipuladores son, en la mayor parte de los casos,
cadenas cinemáticas abiertas con articulaciones de tipo rotación
o prismática.
La mayoría de los
robots son de
estructura angular
(articular) 45%.

En menor medida los

de estructura
Cartesiana y SCARA.

En desuso son los de

estructura Esférica y
Cilíndrica.
 Cadena cinemática?
Los robots de cadena cinemática cerrada se conocen
también como estructura paralela.
 Cadena cinemática?
Para posicionar y orientar un cuerpo de cualquier
manera en el espacio son necesarios 6 Grados de
Libertad (GDL).
 Transmisiones y reducciones
 Elementos encargados de transmitir el movimiento
desde los actuadores hasta las articulaciones. Junto a
las transmisiones tenemos los reductores, encargados
de adaptar el par y la velocidad de la salida del
actuador.

A – caja reductora eje 5.

 Transmisiones y reducciones
 Transmisiones.
Un robot mueve su extremo con aceleraciones
elevadas, resulta importante reducir su momento
de inercia.
Entrada-Salida Denominación Ventajas inconvenientes
Engranaje Pares altos Holguras
Correa dentada Distancia grande -
Circular-Circular Cadena Distancia grande Ruido
Paralelogramo - Giro limitado
Cable - deformación
Tornillo sin fin Poca holgura Rozamiento
Circular lineal
Cremallera Holgura media Rozamiento
Paral. articulado - Control difícil
Lineal-Circular
Cremallera Holgura media Rozamiento
 Transmisiones y reducciones
 Transmisiones.
Un sistema de transmisión tiene
que cumplir una serie de
características:
• Tamaño reducido.
• Peso reducido.
• Evitar juegos u holguras.
Las transmisiones más
habituales son las que tienen
movimiento circular:
• Engranajes.
• Correas dentadas.
• Cadenas.
 Transmisiones y reducciones
 Reductores.
Las cajas reductoras tienen que
ser capaces de realizar una
reducción elevada de velocidad
en un único paso.
Su momento de inercia tiene que
ser pequeño.
Las características esenciales que
presentan son: A Caja reductora del eje 1 (dentro de la base)

• Bajo peso. B Caja reductora del eje 2

• Reducido tamaño. C Caja reductora del eje 3

D Caja reductora del eje 4
• Bajo rozamiento. E Caja reductora del eje 5
F Caja reductora del eje 6
 Transmisiones y reducciones
 Reductores.
Los robots trabajan en ciclos cortos que implican
continuos arranques y paradas, es importante que el
reductor sea capaz de soportar pares elevados
puntuales.
 Transmisiones y reducciones
 Reductores. (Harmonic Drive)
Una corona exterior rígida con dentado interior (circular spline)
y un vaso flexible (flexpline) con dentado exterior que engrana
en el primero.
Interiormente el vaso, hace girar un rodamiento elipsoidal
(wave generator) que deforma el vaso, poniendo en contacto la
corona interior con la zona del vaso correspondiente al máximo
diámetro de la elipse. VIDEO
circular
spline (CS)
flexpline
(FS)

wave
generator
(WG)
 Transmisiones y reducciones
 Reductores. (Cyclo)
Basado en el movimiento cicloidal de un disco de curvas
movido por una excéntrica solidaria al árbol de entrada.

VIDEO
 Transmisiones y reducciones
 Accionamiento directo
El eje del actuador se conecta directamente a la carga o
articulación, sin la utilización de un reductor.
Utilizados en aplicaciones que necesitan ser precisos a alta
velocidad.
• Ventajas: ROBOT SCARA
• Posicionamiento rápido y preciso.
VIDEO
• Aumentan las posibilidades de
control.
• Simplicidad del sistema mecánico.
• Inconvenientes:
• Motores muy voluminosos.
• Problemas cinemáticos por los
pares que se generan.
 Actuadores
Encargados de generar el movimiento de los elementos del
robot según las órdenes del controlador.
Los actuadores utilizados pueden emplear energía neumática,
hidráulica o eléctrica.
 Actuadores
• Actuadores Neumáticos
Los actuadores neumaticos se clasifican en cilindros neumáticos
y motores neumatícos.
 Cilindros: Poseen movimiento lineal debido a la diferencia
de presión, existen de simple y doble efecto, control simple,
repetitividad inferior a otros actuadores. Adecuados para la
manipulación de piezas pequeñas.
 Actuadores
• Actuadores Neumáticos
 Motores Rotativos: Son ligeros y compactos, poseen un
arranque y parada muy rápido, velocidad y torque variable (la
torsión mecánica; El torque es la fuerza aplicada en una palanca que hace rotar
alguna cosa.), control simple.
Se clasifican en:
- Motores de Aletas
- Motores de Pistones
 Actuadores
• Actuadores Hidráulicos
Estos actuadores también se clasifican en cilindros y
motores.
Su funcionamiento es similar a los actuadores neumáticos,
tienen mayor precisión y su característica principal es su
elevada fuerza y par motor, además poseen buena
repetitividad, y un mantenimiento no complejo.
No presentan problemas de refrigeración, y su control es
simple.
 Actuadores
• Actuadores Eléctricos
Son los más utilizados en los robot industriales, son fáciles
de controlar, sencillo pero de construcción delicada,
precisos, alta repetitividad, mantenimiento complejo,
buena relación peso-par-fuerza.
Los motores eléctricos utilizados pueden ser de corriente
alterna y continua con algunas modificaciones en sus
características constructivas.

servomotor Motor paso a paso

 Actuadores
• Motor de Corriente Contínua (DC)
El uso de escobillas, limitaciones de par y el riesgo de
sobrecalentamiento, han hecho que se sustituyan por
motores de alterna o motores sin escobillas.
Rotor

inducido

Estator

inductor Motor sin escobillas

 Actuadores
• Motor de Corriente Contínua (DC)

En los motores sin escobillas la bobina hace de estator del

motor, mientras que el magneto está en el rotor.

Ventajas de los motores sin escobillas

• Menor mantenimiento.
• Bajo momento de inercia.
• Alto par a velocidad nula.
• Mejor rendimiento (no hay pérdidas en rotor)
• Mejor disipación térmica (devanado en contacto con carcasa).
• Mejor relación potencia-peso o volumen.
• No existe riesgo de explosión.
 Actuadores
• Motor paso a paso
La mejora de sus características técnicas como el control
hace que se desarrollen motores con un par
suficientemente pequeño para poder usarlos como
accionamientos industriales.
Existen tres tipos:
• De imanes permanentes.
• De reluntancia variable.
• Híbridos.
 Actuadores
• Motor paso a paso
El de imanes permanentes, el rotor posee una
polarización magnética constante, gira para orientar sus
polos de acuerdo al campo magnético creado por las fases
del estator.
• El de reluntancia variable, el rotor está formado por un
material ferromagnético que tiende a orientarse de modo
que facilite el camino de las líneas de fuerza del campo
magnético generado por las bobinas del estator.
• Híbridos, combinan el modo de funcionamiento de los dos
tipos anteriores.
 Actuadores
• Motor de corriente alterna

No utilizados en robótica hasta hace relativamente poco

debido a su dificultad de control.
Las mejoras en las máquinas síncronas hacen que sea una
alternativa en el uso con los robots industriales.
Se debe principalmente a tres factores:

• Construcción de rotores síncronos sin escobillas.

• Uso de convertidores estáticos que permiten variar la
frecuencia (velocidad de giro) con facilidad y precisión.
• Empleo de microelectrónica que permita gran capacidad
de control.
 Actuadores
• Motor de corriente alterna
El inductor rotor está constituido por imanes permanentes.
El inducido estator está formado por tres devanados iguales
decalados 120º eléctricos.
Son motores muy parecidos a los motores sin escobillas.
La velocidad de giro depende de la frecuencia de la tensión
que alimenta el inducido. Para evitar la pérdida de
sincronismo se utiliza un sensor de posición que detecta la
posición del rotor.
Este método se conoce como
autosíncrono o autopilotado,
también llamado motor senoidal.
 Características de los actuadores
NEUMÁTICO HIDRÁULICO ELÉCTRICO
ENERGÍA • Aire a presión (5 a • Aceite mineral (50 a 100 • Corriente eléctrica
10 bar) bar)
• Cilindros • Cilindros • Corriente continua
OPCIONES • Motores de paletas • Motores de paletas • Corriente Alterna
• Motores de pistón • Motores de pistones axiales • Motor paso a paso
• Baratos • Precisos
• Rápidos
• Rápidos • Fiables
VENTAJAS • Alta relación potencia-peso
• Sencillos • Fácil control
• Alta capacidad de carga
• Robustos • Silenciosos
• Dificultad de • Difícil mantenimiento
control continuo • Accesorios
DESVENTAJAS • Potencia limitada
• Accesorios • Fugas
• Ruidoso • Caros
 Sensores internos
Medida Tipo
• Para conseguir que el robot • Inductivo
• Capacitivo
realice su tarea con precisión es • Efecto hall
necesario disponer de sensores Presencia • Célula Reed
• Óptico
internos. • Ultrasonido
• La información que la unidad de • Cantacto

control necesita conocer es la • Potenciómetros

• Resolver
relativa a su posición y Posición Analógicos • Síncrono
velocidad. • Inductosyn
• LVDT
• Digitales
• Encoders absolutos
• Encodres
• Los más significativos son: Posición Digitales
incrementales
• Regla óptica
Velocidad • Tacogeneratriz
 Sensores internos

• Sensores de Posición.

Fundamentalmente se utilizan los encoders y resolvers.

 Sensores internos
• Codificadores angulares de posición (encoders).

Los codificadores ópticos o encoders incrementales constan de:

• Un disco transparente
Fotoreceptor
con una serie de marcas
opacas colocadas
radialmente y
equidistantes. Led emisor

• Un sistema de
iluminación infrarroja. Disco codificado

• Un elemento
fotoreceptor.
 Sensores internos
• Codificadores angulares de posición (encoders).
A medida que el eje gira se van generando pulsos en el recetor.
Llevando una cuenta de estos pulsos será posible conocer la
posición del eje.
Para poder establecer el sentido de giro se coloca una segunda
franja de marcas.
Para establecer el cero se incorpora una marca de referencia,
que es única en todo el disco.
Cuando el eje da una vuelta
completa el contador se
reinicia.
Se puede llegar hasta
100.000 pulsos por vuelta.
 Sensores internos
• Codificadores angulares de posición (encoders).
Los encoders absolutos son similares a los incrementales. El
disco se divide en un número determinado de sectores
codificándose cada uno de ellos según un código binario
(código Gray).
No es necesario ningún contador
para detectar el sentido de giro.
Cada posición se codifica de forma
absoluta.
 Sensores internos
• Codificadores angulares de posición (encoders).
Los encoders pueden presentar problemas:

• Mecánicos por la gran precisión que se les exige en la

fabricación.
• La contaminación ambiental perjudica la transmisión óptica.
• Dispositivos muy sensibles a golpes y vibraciones.
• Margen de temperatura de trabajo limitado
 Sensores internos
• Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).
La otra alternativa la representan los resolvers y los
sincroresolvers, conocidos como sincros.
Son captadores analógicos con resolución infinita.
Están basados en la utilización de una bobina solidaria al eje y
excitada por una portadora a 400 Hz, y por dos bobinas fijas
situadas a su alrededor.

http://robots-argentina.com.ar/SensoresAngulares_resolver.htm
 Sensores internos
• Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).
El giro de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las
bobinas fijas varíen, consiguiendo que la señal resultante en
éstas dependa del seno del ángulo de giro.

Para tratar la información generada por los resolvers y los

sincros es necesario convertir las señales analógicas en digitales.
Para ellos se utilizan los resolver/digital R/D.
 Sensores internos
• Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).
Ventajas:
• Buena robustez mecánica.
• Inmunidad a contaminación:
• Humedad.
• Altas temperaturas.
• Vibraciones.
• Bajo momento de inercia.
 Sensores internos
• Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).
Comparación entre distintos sensores de posición angular
atendiendo a diversos parámetros de funcionamiento.

Robustez Rango Estabilidad

Resolución
Mecánica Dinámico Térmica

Encoder Mala Media Buena Buena

Resolver Buena Buena Buena Buena

Potenciómetro Regular Mala Mala Mala

 Sensores internos
• Sensores de desplazamiento LVDT e Inductosyn.
Transformador diferencial de variación lineal (LVDT). Infinita
resolución, poco rozamiento y alta repetividad.
Basado en el uso de un núcleo ferromagnético unido al eje. Este
núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos
secundarios, haciendo que la inductancia varíe.
 Sensores internos
• Sensores de Presencia.
Sensor capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un
radio de acción.
Pueden ser con contacto o si contacto.
• DETECCIÓN con CONTACTO: es un interruptor,
normalmente abierto o normalmente cerrado. Actúa
mecánicamente a través de un vástago u otro dispositivo.
• DETECCIÓN sin CONTACTO o de Presencia: muy utilizados
por su sencillez y bajo coste.
 Sensores internos
• Sensores de Presencia.

Los sensores de presencia más utilizados son:

Tipos Características Inconvenientes
Detectan objetos Se comportan de diferente forma
Inductivo
metálicos dependiendo del tipo de metal
Mas voluminosos.
Detectan objetos
Tienen problemas de funcionamiento en
Capacitivos metálicos y no
condiciones húmedas y con puestas a tierra
metálicos
defectuosas.
Detectan objetos
Efecto Hall
ferromagnéticos
Detectan el objeto
debido a la reflexión de
Captadores
la luz procedente del
Ópticos
emisor cuando esta es
devuelta por el objeto
 Elementos Terminales
Son los encargados de interaccionar
directamente con el entorno del robot. Pueden ser
elementos de aprehensión como herramientas.

• Elementos de Sujeción.

Estos elementos en la mayoría de los casos

suelen ser diseñados para cada tipo de trabajo.
 Elementos Terminales
Tipos de sujeción Accionamiento Uso

Pinza de presión
Neumático o Transporte y manipulación de piezas sobre
de desplazamiento
eléctrico las que no importe presionar
angular o lineal
Neumático o
Piezas de grandes dimensiones o sobre las
Pinza enganche eléctrico
que no se puede ejercer presión.

Cuerpos con superficie lisa poco porosa

Ventosa de vacío Neumático
(cristal, plástico, etc.)
Electroimán Eléctrico Piezas ferromagnéticas.
 Elementos Terminales
• Herramientas terminales.

Cuando el robot hace operaciones que no son de manipulación

utilizan una herramienta.
Tipo de herramienta Comentarios

Pinza de soldadura por puntos Dos electrodos que se cierran sobre la pieza a soldar.
Soplete soldadura al arco Aportan el flojo de electrodo que se funde.
Cucharón para colada Para trabajos de fundición.
Atornillador Suelen incluir la alimentación de tornillos.
Fresa-lija Para perfilar , eliminar rebabas, pulir, etc.
Pistola de pintura Por pulverización de la pintura.
Cañón laser Para corte de materiales, soldadura o inspección.
Cañón de agua a presión Para corte de materiales.
Elementos Terminales