MOTORES DC Y APLICACIÓN EN UN BRAZO

Ing. Yvan Lopez Aguilar

En numerosas ocasiones es necesario convertir la energía eléctrica en energía mecánica, esto se puede lograr, usando los motores de corriente continua. Pero cuando lo deseado es posicionamiento con un elevado grado de exactitud y/o una muy buena regulación de la velocidad, se puede contar con una gran solución: utilizar un motor paso a paso o utilizar un servo motor.

Sus principales aplicaciones se pueden encontrar en robótica, tecnología aeroespacial, control de discos duros, flexibles, unidades de CD-ROM o de DVD e impresoras, en sistemas informáticos, manipulación y posicionamiento de herramientas y piezas en general.

Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos

El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire

El Rotor Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga.

El EstatorConstituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.

Para modificar su velocidad podemos  variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado.

Doble Puente en H - L298

DOBLE PUENTE H L298

PUENTE EN H (MOSFET -L6202-)

Puente en H comercial MD03

Hasta 50V y 20A•Control por señal analógica, PWM o I2C

MANIPULADORES ROBOTICOS:

EL BRAZO HUMANO:El hombro y el codo (la muñeca, hasta donde la robótica trata, se considera parte del mecanismo de la mano). El hombro se puede mover en dos planos, arriba y abajo, hacia detrás y hacia delante. Si mueves los músculos de tu hombro hacia arriba tu brazo entero se levanta separándose de tu cuerpo. Si mueves los músculos de tu hombro hacia delante tu brazo entero se mueve hacia delante. La articulación del codo es capaz de moverse en dos planos: atrás y adelante, arriba y abajo. Las articulaciones del brazo y su capacidad de moverse se llaman grados de libertad. El hombro ofrece dos grados de libertad por sí mismo: rotación del hombro y flexión del hombro. La articulación del codo añade un tercero y cuarto grados de libertad: la flexión del codo y la rotación del codo. Los brazos robóticos también tienen grados de libertad. No obstante en lugar de músculos, tendones, rótulas y huesos, los brazos robóticos están hechos de metal, plástico, madera, motores, electroimanes, engranajes, poleas y otros componentes mecánicos. Algunos brazos robóticos solo proporcionan un grado de libertad; otros proporcionan tres, cuatro, incluso cinco grados distintos de libertad.

Grados de libertad.  Son los parámetros que definen la posición y la orientación del elemento terminal del manipulador. De una manera mas sencilla, los grados de libertad se pueden definir como los posibles movimientos básicos (giratorio y de desplazamiento) independientes. Obviamente, un mayor numero de grados de libertad conlleva a un aumento de la flexibilidad en posicionamiento del elemento terminal. · Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador. La zona de trabajo de un robot es definida por las dimensiones de los elementos del manipulador junto con los grados de libertad. 

La zona de trabajo se subdivide en áreas diferenciadas entre si por la accesibilidad especifica del elemento terminal ( aprehensor o herramienta), es distinto la que permite orientarlo verticalmente o con determinado ángulo de inclinación.

Grados de libertad - Rotación: determina la rotación máxima del brazo(máximo 360 grados)

- Vertical: utiliza un transportador de ángulos para medir el margen de movimiento en grados del brazo (de arriba hacia abajo) Alcance Horizontal - Mide la distancia (fija) de alcance horizontal entre la base del robot y el extremo del brazoTamaño de la Pinza - Mide el ancho máximo de los “dedos” o mandíbulas cuando están completamente abiertasPeso Manipulable - Utiliza una serie de pesos pequeños para determinar cuál es el peso máximo aproximado que es capaz de manejar el brazo sin quedar bloqueadoArea de Trabajo Barrida - El área barrida por el brazo manipulador cuando trabaja puede ser de tres tipos: Rectangular, Esférica (semiesférica) y Cilíndrica.

Coordenadas de revolución Los brazos con coordenadas de revolución se modelan a partir del brazo humano, e modo que tengan muchas de sus capacidades. El diseño típico es algo diferente, sin embargo, a causa de la complejidad de la articulación del hombro humano.

La articulación del hombro humano consta realmente de dos mecanismos. La rotación del hombro se consigue mediante el giro del brazo en su base, casi como si el brazo estuviera montado en una plataforma giratoria. La flexión del brazo se consigue moviendo la parte superior del brazo adelante y atrás. La flexión del codo trabaja justo como en el brazo humano, el antebrazo se mueve arriba y abajo. Los brazos de coordenadas de revolución son un diseño muy elegido para los robots para aficionados, proporcionan mucha flexibilidad y, además, parecen brazos reales.

Coordenadas rectangulares o Cartesinas o Rectilineas:La envolvente de trabajo del brazo de coordenadas cartesianas se parece a una caja, es el brazo más diferente a un brazo humano y a los demás tipos de brazos robóticos, no tiene componentes giratorias. La base posee una cadena que mueve la columna elevadora arriba y abajo, y tiene un brazo interior que extiende el alcance más cerca o más lejos del robot. El posicionando se hace en el espacio de trabajo con las junturas prismáticas. Esta configuración se usa bien cuando un espacio de trabajo es grande y debe cubrirse, o cuando la exactitud consiste en la espera del robot.

 

Coordenadas polares Una plataforma giratoria rota al brazo entero, igual que en el brazo de coordenadas de revolución. Esta función es análoga a la rotación del hombro; sin embargo, al brazo de coordenadas polares le falta un modo de flexionar el hombro. Su segundo grado de libertad es la articulación del codo, que mueve el antebrazo arriba y abajo. El tercer grado de libertad se consigue variando el alcance del antebrazo. Se extiende o se retrae un antebrazo interior para llevar la pinza más o menos lejos del robot. Sin el antebrazo interior el brazo sólo podría alcanzar objetos colocados en un círculo finito bidimensional frente a él, en lugar de en una esfera, lo que no sería muy útil. .

Coordenadas cilíndricas El brazo de coordenadas cilíndricas se parece un poco a una horquilla elevadora robótica. Su envolvente de trabajo se asemeja a un cilindro grueso, de ahí su nombre. La rotación del hombro se consigue mediante una base que gira, como en los brazos de coordenadas de revolución y de coordenadas polares. El antebrazo se fija a un mecanismo elevador y se mueve arriba y debajo de esta columna para agarrar objetos de varias alturas.Para permitir al brazo alcanzar objetos en un espacio de tres dimensiones, se dota al antebrazo con un mecanismo de extensión similar al descrito en el brazo de coordenadas polares.

Scara (el Brazo de Complacencia Selectivo para el ensamble) - Este robot conforma a las coordenadas cilíndricas, pero el radio y la rotación se obtiene por un o dos eslabones del planar con las junturas de rotación.

Capacidad de carga. La capacidad de carga no es mas que el peso, en kilogramos, que puede transportar la garra de manipulador. Es una de las características que mas hay que considerar para la selección de un robot según la tarea a la que se le destinará.  Exactitud y repetibilidad. Factores que perturban la repetibilidad: 1.      Resolución. El uso de sistemas digitales y otros factores, limitan el numero de posiciones del robot.2.      La cinemática, el error modelado. El modelo de la cinemática del robot, no describe exactamente al de un robot real. Por esta, los cálculos de ángulo de la juntura requeridos contienen un pequeño error.3.      Los errores de la calibración. La posición determinada durante la calibración puede estar apagada ligeramente, mientras se esta produciendo un error en la posición calculada.4.      Los errores del azar. Son los errores que no están intrínsecos al sistema, como la fricción, torcimiento estructural, la expansión termal, la repercusión negativa, la falla en la transmisión, etc.

Técnicas de activación

 Hay tres maneras en general de mover las articulaciones de un brazo robótico:

• Eléctrica • Hidráulica • Neumática

La actuación eléctrica tiene que ver con el empleo de motores, electroimanes y otros dispositivos electromecánicos, es la más sencilla y común de aplicar. Los motores para la flexión del codo así como los motores para el mecanismo de la pinza se pueden colocar en la base o cerca de ella. Los motores se conectan a las articulaciones a las que sirven mediante cables, cadenas o correas.

La actuación hidráulica utiliza la presión de depósitos de aceite similares a los usados en equipos de movimiento de tierras y frenos de vehículos.

La actuación neumática es análoga a la hidráulica, excepto que se emplea aire comprimido en lugar de aceite u otro fluido.

Spar Aerospace Ltd., a Canadian company, designed, developed, tested and built the RMS. Remote Manipulator System

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GRACIAS POR SU ATENCION