Industrial: Robótica

Industriales. Ingeniería. Seguridad. Sistemas de impulsión: hidraúlicos, eléctricos y neumáticos. Aplicaciones

  • Enviado por: Drilmerth Buyón
  • Idioma: castellano
  • País: Venezuela Venezuela
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REPUBLICA DE VENEZUELA

INSTITUTO UNIVERSITARIO

POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO”

DIRECCION DE ESCUELA DE INGENIERIA

CATEDRA: ELECTIVA V (ROBOTICA)

ROBOTICA

ACTUADORES

MARACAY, JULIO 1.999

INTRODUCCIÓN:

La robótica ha evolucionado desde sus aplicaciones iniciales en el piso del taller de la fábrica hasta los complejos dispositivos autónomos capaces de realizar diversas tareas.

Los conceptos sobre la integración de sistemas son los que más pueden interesar a los ingenieros industriales. Dichos conceptos contienen la estructura para el diseño flexible de la manufactura y de los sistemas de ensamblajes de los robots, además incluyen los modelos de referencia jerárquica empleados para establecer las arquitecturas específicas para el control de tales sistemas.

A través de la constitución y diseño que poseen estos robots, una de la manera de poder clasificarlos es a través del tipo de actuador que posee su sistema de impulsión el cual es materia que comprende este trabajo.

Adicionalmente, se explicará lo último en actuadores denominado Alambres de Nitritol, comúnmente utilizados a nivel mundial y la manera como estos poseen su sistema de impulsión que permite la utilización de estos dentro de las organizaciones industriales.

INDICE

INTRODUCCION 1

INDICE 2

SISTEMAS DE IMPULSION 3

SISTEMAS DE IMPULSION HIDRAULICOS 3

SISTEMAS DE IMPULSION ELECTRICOS 3

SISTEMAS DE IMPULSION NEUMATICOS 4

APLICACIONES DE LOS SISTEMAS DE IMPULSION 5

CONCLUSIONES 12

BIBLIOGRAFIA 13

ACTUADORES

Los actuadores son los dispositivos encargados de efectuar acciones físicas ordenadas por algún sistema de control. Esta acción física puede ser un movimiento lineal o un movimiento circular según sea el caso.

El proceso bajo control, la acción que se tiene que llevar a cabo y la velocidad con que ésta deba realizarse, son factores que influyen en la clase de actuador que se ha de utilizar.

Generalmente se consiguen tres tipos de actuadores los cuales se explican a continuación:

ACTUADORES HIRAULICOS

Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidráulicos se utiliza para robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad y mayor resistencia mecánica.

Para las aplicaciones que exijan una carga útil pesada (por lo general, mayor de 10 libras y tan alta como 2000 libras), el dispositivo hidráulico es el sistema a elegir. Los altos índices entre potencia y carga, la mayor exactitud, la respuesta de mayor frecuencia con un desempeño más suave a bajas velocidades y el amplio rango de velocidad, son algunas de las ventajas del acondicionamiento hidráulicos sobre los actuadores neumáticos.

La presión es aplicada de la misma manera que la neumática en un émbolo que se encuentra dentro de un compartimiento hermético. Este se encuentra acoplado mecánicamente a un vástago que se mueve linealmente de acuerdo a la presión aplicada. Los cálculos para la fuerza ejercida por un cilindro hidráulico son las mismas que para los cilindros neumáticos.

Sin embargo, poseen una diferencia fundamental; el cilindro hidráulico del mismo tamaño que el neumático produce una mayor fuerza. Las principales aplicaciones la podemos encontrar en máquinas troqueladoras, en cargadores y en maquinarias pesada para obras civiles.

Para la aplicación de los actuadores hidráulicos, se necesita de una bomba que envíen al líquido también a presión a través de una tubería o de mangueras especiales para el transporte del mismo.

Estos actuadores son de poco uso en la industria si lo comparamos con la acogida de los actuadores neumático y eléctrico; esto se debe entre otras cosas a los grandes requisitos para el espacio de piso y las condiciones de gran riesgo provenientes del escurrimiento de fluidos de alta presión.

En esta clase de actuadores también encontramos cilindros de simple o de doble efecto y en cuanto a los elementos de control y protección son muy similares a los sistemas neumáticos.

ACTUADORES ELECTRICOS

Se le da el nombre de actuadores eléctricos cuando se usa la energía eléctrica para que el robot ejecute sus movimientos. Los actuadores eléctricos se utiliza para robots de tamaño mediano, pues éstos no requieren de tanta velocidad ni potencia como los robots diseñados para funcionar con actuadores hidráulicos. Los robots que usan la energía eléctrica se caracterizan por una mayor exactitud y repetibilidad.

Los sistemas de acondicionamiento eléctrico han llegado a ser los que más predominan en los ambientes robóticos industriales. Aunque no proporcionan la velocidad o la potencia de los sistemas hidráulicos, los dispositivos eléctricos ofrecen una mayor exactitud y repetitividad, necesitan de un menor espacio de piso y, como consecuencia, son muy adecuados para el trabajo preciso, como el ensamblaje.

Por lo general, los robots se pueden accionar con un acondicionamiento eléctrico, por medio de los motores paso a paso o de los servomotores. En la actualidad, los motores paso a paso predominan en los robots “instructores” pequeños, los cuales se emplean en las instituciones educativas o en los ambientes de laboratorios automatizados.

Una salida de un motor paso a paso consiste en incrementos de movimiento angular discreto iniciado por una serie de pulsos eléctricos discretos. Los robots dirigidos por un motor paso a paso se utilizan para aplicaciones de trabajo ligero, debido a que una carga pesada puede ocasionar una pérdida de pasos y la subsecuente inexactitud.

Los servomotores DC proporcionan un control excelente con los requisitos de mantenimiento mínimos. El control del momento de torsión es posible si, respectivamente, se controlan el voltaje o la corriente que se aplican al motor. Las ventajas que tales motores ofrecen incluyen un momento de torsión elevado, un tamaño pequeño de estructura y una carga ligera, así como una curva de velocidad lineal, lo cual reduce el esfuerzo computacional.

Los actuadores de solenoide utilizan el principio de la atracción electromagnética para producir el movimiento el movimiento mecánico. La mayor ventaja es su velocidad de respuesta, ya que el movimiento es casi instantáneo al flujo de corriente eléctrica. Sin embargo una de sus desventajas es su tamaño comparado con la fuerza que produce. En el momento que se energiza la bobina, el campo magnético creado por ésta, hace que la armadura se deslice hacia ella, logrando con esto, que el vástago presente un movimiento lineal igual al de la armadura. Cuando la bobina se desenergiza, el resorte hace que el vástago regrese a su posición de reposo.

Elementos de Control:

Contactores: Son actuadores que sirven de interface entre los mandos de control y los actuadores eléctricos de mayor potencia. Por medio de la excitación eléctrica de una bobina, el magnetismo creado por ella, atrae un dispositivo mecánico que a su vez conmuta uno o varios interruptores mecánicos que pueden manejar corrientes elevadas.

Los contactores más comunes poseen bobinas de control a 110 o 220 voltios y contienen un juego de 4 interruptores conmutables, uno como auxiliar y los otros tres utilizados para las fases de la corriente trifásica utilizada comúnmente en la industria.

Relés:. Son mecanismos electromagnéticos, que conmutan uno o varios contactos eléctricos por medio de la fuerza electromagnética, generada por paso de la corriente de control a través de su bobina.

Elementos de Protección:

Breakers: Son simplemente interruptores o bloqueadores, que se encargan de aislar la corriente de potencia de entrada, de los diferentes sistemas eléctricos controlados. Estos son instalados serialmente con las líneas de potencia y vienen diseñados para soportar determinadas corrientes de tal manera que si sobrepasa el límite, este se activa y aisla la corriente eléctrica de potencia. Deben ser instalado en el circuito antes del contactor.

Relé Térmico: Su función es la de proteger los diferentes dispositivos a las sobre-corrientes. Deben ser instalados después del contactor, de tal manera que brinde seguridad en caso de que uno de sus contactos se quede pegado o no funcione correctamente, corriendo el riesgo de dejar solo dos fases, lo que ocasionaría grandes daños a los sistemas conectados a éste.

ACUTADORES NEUMATICOS

Solo resta hablar de aquellos robots que se valen de los actuadores neumáticos para realizar sus funciones. En los actuadores neumáticos se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a través de mangueras. Los robots pequeños están diseñados para funcionar por medio de actuadores neumáticos.

Los robots que funcionan con actuadores neumáticos están limitados a operaciones como la de tomar y situar ciertos elementos. Los actuadores neumáticos consisten tanto en cilindros lineales como en actuadores rotatorios proveedores del movimiento. Los actuadores neumáticos son menos costosos y más seguros que otros sistemas, sin embargo, es difícil controlar la velocidad o la posición debido a la compresibilidad del aire que se utiliza. La exactitud se puede incrementar mediante paros mecánicos y los robots accionados en forma neumática son útiles para la aplicaciones ligera que involucran las operaciones de recoger-colocar.

Cilindros o pistones neumáticos:

En este tipo de actuador, el movimiento se trasmite mediante la acción de un pistón alojado dentro de un cilindro a presión. Un cilindro está compuesto básicamente de tres partes: El compartimiento; de donde realmente proviene el nombre de cilindro, el émbolo y el vástago.

Cilindro de doble vástago:

Posee vástago en ambos extremos del compartimiento.

Cilindro tándem:

Son dos cilindros acoplados mecánicamente, de modo que la fuerza resultante es la suma de la fuerza de cada cilindro.

Cilindro multiposicional:

También son dos cilindros acoplados mecánicamente, de modo que si las longitudes de cada uno son diferentes, se pueden obtener cuatro posiciones distintas con dos señales de control.

Cilindro de impacto:

Es un cilindro con dos cámaras de aire, en una de cuales se acumula una presión que luego es liberada de manera rápida sobre la cámara que contiene el émbolo. El resultado es un movimiento del vástago con velocidad tal que se transforma en un fuerte impacto.

Cilindro de giro:

Estos cilindros poseen un acople mecánico, que transforma el movimiento lincal de un vástago interno en un movimiento de giro sobre una pieza circular externa.

ALGUNAS CARACTERISTICAS DE LOS CILINDROS NEUMATICOS

Cilindros de simple efecto:

Este término no es dado a los actuadores que utilizan la presión del aire para generar el movimiento del eje en un solo sentido. Para el regreso, luego de eliminar la presión del aire, se utilizan resortes que empujan al eje hasta su posición de reposo.

Cilindro de doble efecto:

Son llamados así los actuadores que utilizan el aire a presión para generar los dos movimientos del eje, es decir, la ida y el regreso.

DISPOSITIVOS NEUMATICOS DE MOVIMIENTO ROTATIVO

Motores de aire comprimido:

Los motores de aire comprimido son actuadores neumáticos que transforman la presión del aire en movimiento mecánico giratorio. Una de sus aplicaciones es el control de válvulas de cierre en las tuberías paralíquidos.

ELEMENTOS DE CONTROL NEUMATICO

Electroválvulas:

Para poder controlar el lapso de fluido, a través de los diferentes sistemas que trabajan con aire comprimido, es necesario interponer entre el sistema de control y el elemento actuador, una interface que sirva para la conversión de la señal de control, que está basada en corriente eléctrica, en movimiento mecánico que obstruya o permita el paso del aire a presión.

Reguladores de caudal:

Son dispositivos que se instalan sobre los orificios de entrada o salida de aire en los diferentes sistemas mecánicos. Su principal función es controlar la velocidad del desplazamiento del vástago de los cilindros. Si el caudal es muy grande, el cilindro actúa de manera casi instantánea, hasta el punto de sentirse el golpe al finalizar su carrera.

ELEMENTOS DE PROTECCION

Manómetros:

Son instrumentos de medición que nos indican la presión que posee el aire que está pasando por el punto donde este ha sido instalado. La presión del aire, está dada en bares o en libras por pulgada y es normal en una planta, encontrar la presión del aire de suministro general en 5 ó 6 bares.

Unidad de mantenimiento:

Para la correcta operación de los actuadores neumáticos, debido a que estos están basados en la presión que ejerce el aire comprimido, en diferentes zonas debe ser instalada una unidad de mantenimiento. Esta última nos garantiza que el aire que estamos utilizando sea el más adecuado y no produzca averías en los cilindros o en los demás dispositivos. Una unidad de mantenimiento típica, para los sistemas que trabajan por medio de aire comprimido, posee un filtro de humedad, un regulador de presión y un lubricador.

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ALAMBRES MUSCULARES

Son alambres delgados de alta resistencia mecánica. Construidos con aleaciones de materiales con memoria de forma. Estos materiales pueden ser entrenados para cambiar de forma a diferentes temperaturas. Son provistos por SCM en packs de 1 metro y 5 metros, con instrucciones completas en castellano.

A temperatura ambiente son muy fáciles de estirar con la acción de una fuerza mínima. Al hacerles conducir una corriente eléctrica, el alambre muscular se calentara y cambiara de forma. En el caso de los alambres musculares estos están preparados para producir un acortamiento de un 5% de su longitud. Su aplicación mas sencilla, es la de un brazo de palanca, accionado por un alambre muscular que tira de el, levantando un peso. También pueden implementarse

La fuerza depende del diámetro del alambre muscular. Los diámetros varían entre 37 micrones a 375 micrones, y sus fuerzas varían de 20 gramos a 2Kgrs dependiendo del diámetro del alambre.

Los alambres musculares se contraen tan rápido como se calientan - en una centésima de segundo o menos. Para que se relaje el alambre debe bajar su temperatura, que depende de las condiciones de alrededor del alambre y de su diámetro. Los alambres musculares HT tienen un tiempo de transición del 50% con respecto a los LT. En las tablas observara la cantidad de ciclos por minuto que pueden realizar los distintos alambres en aire estanco a 20 grados centígrados. Estas velocidades pueden ser incrementadas en 10 veces ventilándolos, o sumergiéndolos en agua o vaselina.

Comparados con los solenoides, los alambres musculares poseen muchas ventajas mas. Tamaño pequeño, livianos, bajo consumo, control preciso, activación por corriente continua o alterna, bajo magnetismo, accionamiento lineal directo, deformable, etc...

Para una larga vida útil y una buena perfomance de sus diseños debe tener en cuenta:

  • ·Tener buen contacto eléctrico y mecánico.

  • · Proteger el alambre muscular de posibles sobrecalentamientos

  • CONCLUSIONES

    La robótica se ha caracterizado por el desarrollo de sistemas cada vez más flexibles, versátiles y polivalentes, mediante la utilización de nuevas estructuras mecánicas y de nuevos métodos de control y percepción.

    Un robot industrial es una máquina programable de propósito general que posee ciertas características antropomórficas. El componente principal lo constituye el manipulador, el cual consta de varias articulaciones y sus elementos. Las partes que conforman el manipulador reciben los nombres de cuerpo, brazo, muñeca y efector final o gripper. Otros elementos son el controlador, los mecanismos de entrada y salida de datos y los dispositivos especiales.

    La robótica abre una nueva y decisiva etapa en el actual proceso de mecanización y automatización creciente de los procesos de producción. Consiste esencialmente en la sustitución de máquinas o sistemas automáticos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos que realizan operaciones concretas, por dispositivos mecánicos de uso general, dotados de varios grados de libertad en sus movimientos y capaces de adaptarse a la automatización de un número muy variado de procesos y operaciones.

    BIBLIOGRAFIA

    WWW.UAM.ES

    WWW.UCCORDOBA.COM.

    LUISEIJO*UAM.NET

    ALFMAIL*CANTV.NET

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