TRANSMISIONES Y REDUCTORES Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones. Adems se incluirn los reductores, encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot.Transmisiones: Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es sumamente importante reducir al mximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia que existen entre las masas y el actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, que por lo general son pesados, estn lo ms cerca posible de la base del robot, y debido a esto que se debe, casi por obligacin, utilizar sistemas de transmisin que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. De tal modo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, lo que en ocasiones puede ser necesario. Un buen sistema de transmisin debe cumplir una serie de caractersticasbsicas:Debe tener un tamao y peso reducidoSe ha de evitar que presente juegos u holguras considerablesSe deben buscar transmisiones con gran rendimiento Aunque no existe un sistema de transmisin especfico para robots, s existen algunos usados con mayor frecuencia, los cuales se pueden apreciar en la tabla que se muestra a continuacin:Entrada-SalidaDenominacinVentajasInconvenientes

Circular-CircularEngranajeCorrea dentadaCadenaParalelogramoCablePares altosDistancia grandeDistancia grande--Holguras-RuidoGiro limitadoDeformabilidad

Circular-LinealTornillo sin finCremalleraPoca holguraHolgura mediaRozamientoRozamiento

Lineal-CircularParal. ArticuladoCremallera-Holgura mediaControl difcilRozamiento

La clasificacin se ha realizado en base al tipo de movimiento posible en la entrada y salida (lineal o circular). En la tabla tambin quedanreflejadasalgunas ventajas e inconvenientes propios de algunos sistemas de transmisin (holgura o juego). Es muy importante que el sistema de transmisin a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente s u funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda producir. Tambin hay que tener en cuenta que el sistema de transmisin sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado, y a ser posible entre grandes distancias. Las transmisiones ms habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto en la entrada como a la salida. Incluidas es stas se hallan los engranajes, las correas dentadas y las cadenas.Reductores: Al contrario quecon las transmisiones, s que existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que los reductores utilizados en robtica se lesexigeunas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas caractersticas viene motivada por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisin y velocidad de posicionamiento.Se buscan reductores de:Bajo pesoReducido tamaoBajo rozamientoQue sean capaces de realizar una reduccin elevada de velocidad en un nico paso Se tiende, tambin, a minimizar su momento de inercia, de negativa influencia en el funcionamiento del motor, especialmente crtico en el caso de motores de baja inercia. Los reductores, por motivos de diseo, tienen una velocidad mxima de entrada admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamao del motor. Tambin existe una limitacin con respecto al par de salida nominal permisible (T2) que depende de par de entrada (T1) y de la relacin de transmisin a travs de la relacin:T2=T11/2Donde el rendimiento () puede llegar a ser cerca del 100 % y la relacin de reduccin de velocidades (1= velocidad de entrada;2= velocidad de salida) vara entre 50 y 300. Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos que implican continuos arranques y paradas, es de gran importancia que el reductor sea capaz de soportar pares elevados puntales. Tambin se busca que el juego angular obacklashsea lo menor posible. ste se define como el ngulo que gira el eje de salida cuando cambia su sentido de giro sin que llegue a girar el eje de entrada. Por ltimo, es importante que los reductores para robtica posean una alta rigideztorsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salida para que, manteniendo bloqueado el de entrada, aqul gire un ngulo unitario.Accionamiento Directo: Como se ha indicado anteriormente, desde hace un tiempo que existen robots que poseen accionamiento directo(DirectDrive DD), en que el eje del actuador se conecta directamente a la carga o articulacin, sin la utilizacin de un reductor intermedio. Este trmino suele utilizarse exclusivamente para robots con accionamiento elctrico. Este tipo de accionamiento aparece debido la necesidad de utilizar robots en aplicaciones que exigen combinar gran precisin con alta velocidad. Los reductores introducen una serie de efectos negativos, como son el juego angular, rozamiento o disminucin de la rigidez del accionador, que pueden impedir alcanzar los valores de precisin y velocidad requeridos. La utilizacin de accionamientos directos tiene muchas ventajas entre cuales se pueden destacarcomo lasmasimportantes:Posicionamiento rpido y preciso, pues se evitan los rozamientos y juegos de las transmisiones y reductoresAumento de las posibilidades de controlabilidad del sistema a costa de una mayor complejidadSimplificacin del sistema mecnico al eliminarse el reductor As como ventajas tambin tiene desventajas, como que en la aplicacin prctica de un accionamiento directo el problema radica en el motor a emplear, estos deben tratarse de motores que proporcionen un par elevado (unas 50-100 veces mayor que un reductor) a bajas revoluciones (las de movimiento de la articulacin) manteniendo la mxima rigidez posible.ACTUADORESLosactuadorestienen por misin generar el movimiento de los elementos del robot segn las rdenes dadas por la unidad de control. Los actuadores utilizados en robtica pueden emplear energa neumtica, hidrulica o elctrica. Cada uno de estos sistemaspresentancaractersticas diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador ms conveniente. Las caractersticas a considerar son:PotenciaControlabilidadPeso y volumenPrecisinVelocidadMantenimientoCosto A continuacin se examinan los tres tipos de actuadores mencionados, comparndolos en cuanto a las caractersticas anteriores.Actuadores neumticos:En ellos la fuente de energa es aire a presin entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de neumticos:Cilindros neumticos: En este tipo de actuador se consigue el desplazamiento de un mbolo encerrado en un cilindro, como consecuencia de la diferencia de presin a ambos lados del mbolo. Los cilindros neumticos pueden ser de simple o doble efecto. En el de efecto simple, el mbolo se desplaza en n sentido como resultado del empuje ejercido por el aire a presin, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto de un muelle (que recupera al mbolo a su posicin de reposo). En el cilindro de doble efecto el aire a presin es el encargado de empujar al mbolo en las dos direcciones, al poder ser introducido de forma arbitraria en cualquiera de las dos cmaras. En este tipo de actuadores normalmente slo se persigue un posicionamiento en los extremos del mismo y no un posicionamiento continuo. Esto ltimo se puede conseguir con una vlvula de distribucin (generalmente de accionamiento elctrico) que canaliza el aire a presin hacia una de las dos caras del mbolo alternativamente. Existen no obstante sistemas de posicionamiento continuo de accionamiento neumtico, aunque debido a su costo y calidad todava no resultan competitivos.Motores neumticos: Aqu se consigue el movimiento de rotacin de un eje mediante aire a presin. Los dos tipos ms usados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales. En los motores de aletas rotativas, sobre el rotor excntrico estn dispuestas las aletas de longitud variable. Al entrar aire a presin en uno de los compartimentos formados por dos aletas y la carcasa, stas tienden a girar hacia una situacin en la que el compartimento tenga mayor volumen. Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor que se ve obligado a girar por las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un plano inclinado. Otro mtodo comn ms sencillo de obtener movimientos de rotacin a partir de actuadores neumticos, se basa en el empleo de cilindros cuyo mbolo se encuentra acoplado a un sistema de pin-cremallera. El conjunto forma una unidad compacta que puede adquirirse en el mercado como tal. En general y debido a la compresibilidad del aire, los actuadores neumticos no consiguen una buena precisin de posicionamiento. Sin embargo, su sencillez y robustez hacen adecuado su uso en aquellos casos en los que sea suficiente un posicionamiento en dos situaciones diferentes (todo o nada). Siempre debe tenerse en cuenta que el empleo de un robot con algn tipo de accionamiento neumtico deber disponer de una instalacin deirecomprimido, incluyendo: Compresor, sistema de distribucin (tuberas, electrovlvulas), filtros, secadores, etc. No obstante, estas instalaciones neumticas son frecuentes y existen en muchas de las fbricas donde se da cierto grado de automatizacin.Actuadores Hidrulicos: Este tipo de actuadores no se diferencian funcionalmente de los neumticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presin comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegndose en algunas ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones. Sin embrago, las caractersticas del fluido utilizado en los actuadores hidrulicos marcan ciertas diferencias con los neumticos. Primero, el grado de compresilibilidad de los aceites usados es considerablemente inferior a la del aire, por lo que la precisin obtenida en este caso es mayor. Por motivos similares, es ms fcil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un rango de valores (haciendo uso de servocotrol) con notable precisin. Adems las elevadas presiones de trabajo, diez veces superiores a la de los actuadores neumticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares. Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estticas. Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presin ejercida sobre una superficie, sin aporte de energa (para mover el mbolo de un cilindro sera preciso vaciar ste de aceite). Tambin es destacable su elevada capacidad de carga y relacin potencia-peso, as como sus caractersticas de autolubricacin y robustez.Frente a estas ventajas existen tambin ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las elevadas presiones a las que se trabaja propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalacin. Asimismo, para los elctricos, necesitando de equipos de filtrado de partculas, eliminacin de aire, sistemas de refrigeracin y unidades de control de distribucin.Actuadores Elctricos: Las caractersticas de control, sencillez y precisin de los accionamientos elctricoshahecho que sean los ms usados en los robots industriales actuales. Dentro de los actuadores elctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:Motores de corriente continua (DC):Controlados por inducidoControlados por excitacinMotores de corriente alterna (AC):SncronosAsncronosMotores paso a pasoA continuacin se examina cada uno de estos:Motores de corriente continua (DC):Son los ms usados en la actualidad debido a su facilidad de control. Los motores DC estn constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimenta con corriente continua:El inductor, tambin denominado devanado de excitacin, est situado en el estator y crea un campo magntico de direccin fija, denominado excitacin.El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz que aparece como combinacin de la corriente circulante por l y del campo magntico de excitacin. Recibe la corriente del exterior a travs del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas de grafito. Para que se pueda realizar la conversin de energa elctrica en energa mecnica de forma continua es necesario que los campos magnticos del estator y del rotor permanezcan estticos entre s. Esta transformacin es mxima cuando ambos campos se encuentran en cuadratura. El colector de delgas es un conmutador sincronizado con el rotor encargado de que se mantenga el ngulo relativo entre el campo del estator y el creado por las corrientes rotricas. De esta forma se consigue transformar automticamente, en funcin de la velocidad de la mquina, la corriente continua que alimenta al motor en corriente alterna de frecuencia variable en el inducido. Este tipo de funcionamiento se conoce con el nombre de autopilotado.Al aumentar la tensin del inducido aumenta la velocidad de la mquina. Si el motor est alimentado a tensin constante, se puede aumentar la velocidad disminuyendo el flujo de excitacin. Pero cuando ms dbil sea el flujo, menor ser el par motor que se puede desarrollar para una intensidad de inducido constante. En el caso de control por inducido, la intensidad del inductor se mantiene constante, mientras que la tensin del inducido se utiliza para controlar la velocidad de giro. En los controlados por excitacin se acta al contrario. Del estudio de ambos tipos de motores, y realizndose las simplificaciones correspondientes, se obtiene que la relacin entre tensin de control y velocidad de giro (funcin de transferencia), responde aun sistema de primer orden en los controlados por inducido, mientras que en el caso de los motores controlados por excitacin, esta relacin es la de un segundo orden.

Adems, en los motores controlados por inducido se produce un efecto estabilizador de la velocidad de giro originado por la realimentacin intrnseca que posee a travs de la fuerza contraelectromotriz. Por estos motivos, de los dos tipos de motores DC es el controlado por inducido el que se usa en el accionamiento de robots. Para mejorar el comportamiento de este tipo de motores, el campo de excitacin se genera mediante imanes permanentes, con lo que se evitan fluctuaciones del mismo. Estos imanes son de aleaciones especiales como samario-cobalto. Adems, para disminuir la inercia que poseera un rotor bobinado, que es el inducido, se construye ste mediante una serie de espiras serigrafiadas en un disco plano. En contrapartida, este tipo de rotor no posee apenas masa trmica lo que aumenta los problemas de calentamiento por sobrecarga. Las velocidades de rotacin que se consiguen con estos motores son los del orden de1000 a3000 r.p.m., con un comportamiento muy lineal y bajas constantes de tiempo. Las potencias que pueden manejar pueden llegar a los 10 kW. Como se ha indicado, los motores DC son los controlados mediante referencias de velocidad. stas normalmente son seguidas mediante un bucle de retroalimentacin de velocidad analgico que se cierra mediante una electrnica especfica (accionador del motor). Sobre este bucle de velocidad se coloca otro de posicin, en el que las referencias son generadas por la unidad de control (microprocesador) en base al error entre la posicin deseada y la real. El motor de corriente continua presenta el inconveniente del obligado mantenimiento de las escobillas. Por otra parte, no es posible mantener el par con el rotor parado ms de unos segundos, debido a los calentamientos que se producen en el colector. Par evitar estos problemas, se han desarrollado en los ltimos aos motores sin escobillas (brushless). En stos, los imanes de excitacin se sitan en el rotor y el devanado de inducido en el estator, con lo que es posible convertir la corriente mediante interruptores estticos, que reciben la seal de conmutacin a travs de un detector de posicin del rotor.Motores de corriente alterna (AC):Este tipo de motores no ha tenido aplicacin en el campo de la robtica hasta hace unos aos, debido fundamentalmente a la dificultad de su control. Sin embrago, las mejoras que se han introducido en las mquinas sncronas hacen que se presenten como un claro competidorde los motores de corriente continua. Esto se debe principalmente a tres factores:La construccin de rotores sncronos sin escobillasUso de convertidores estticos que permiten variar la frecuencia (y as la velocidad de giro) con facilidad y precisinEmpleo de la microelectrnica que permite una gran capacidad de control El inductor se sita en el rotor y est constituido por imanes permanentes, mientras que el inducido, situado en el estator, est formado por tres devanados iguales decalados 120 elctricos y se alimenta con un sistema trifsico de tensiones. Es preciso resaltar la similitud que existe entre este esquema de funcionamiento y el del motor sin escobillas. Los motores sncronos la velocidad de giro depende nicamente de la frecuencia de la tensin que alimenta el inducido. Para poder variar sta con precisin, el control de velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de prdida se sincronismo se utiliza un sensor de posicin continuo que detecta la posicin del rotor y permite mantener en todo momento el ngulo que forman los campos del estator y del rotor. Este mtodo de control se conoce como autosncrono o autopilotado. El motor sncrono autopilotado excitado con imn permanente, tambin llamado motor senoidal, no presenta problemas de mantenimiento debido a que no posee escobillas y tiene una gran capacidad de evacuacin de calor, ya que los devanados estn en contacto directo con la carcasa. El control de posicin se puede realizar sin la utilizacin de un sensor externo adicional, aprovechando el detector de posicin del rotor que posee el propio motor. Adems permite desarrollar, a igualdad de peso, una potencia mayor que el motor de corriente continua. En la actualidad diversos robots industriales emplean este tipo de accionamientos con notables ventajas frente a los motores de corriente continua. En el caso de los motores asncronos, no se ha conseguido resolver satisfactoriamente los problemas de control que presentan. Esto ha hecho que hasta el momento no tenga aplicacin en robtica.Como resumen de los tipos de actuadores empleados en robtica, se presenta el siguiente cuadro, que los muestra en forma comparativa:Tabla de caractersticas de distintos tipos de actuadotes para robots:NeumticoHidrulicoElctrico

EnergaAire a presin(5-10bar)Aceite mineral(50-100bar)Corriente elctrica

OpcionesCilindrosMotor de paletasMotor de pistnCilindrosMotor de paletasMotor de pistones axialesCorriente continuaCorriente alternaMotor paso a paso

VentajasBaratosRpidosSencillosRobustosRpidosAlta relacin potencia-pesoAutolubricantesAlta capacidad de cargaEstabilidad frente a cargas estticasPrecisosFiablesFcil controlSencilla instalacinSilenciosos

DesventajasDificultad de control continuoInstalacin especial (compresor, filtros)RuidosoDifcil mantenimientoInstalacin especial (filtros, eliminacin de aire)Frecuentes fugasCarosPotencia limitada

Motores pasoa paso:Generalmente no han sido considerado dentro de los accionamientos industriales, debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeos y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes. Esto limitaba su aplicacin a controles de posicin simples. En los ltimos aos se han mejorado notablemente sus caractersticas tcnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes en pequeos pasos para su uso como accionamientos industriales.Existen tres tipos de motores paso a paso:De imanes permanentesDe reluctancia variableHbridos En los primeros, de imanes permanentes, el rotor, que posee una polarizacin magntica constante, gira para orientar sus polos de acuerdo al campo magntico creado por las fases del estator. En los motores de reluctancia variable, el rotor est formado por un material ferromagntico que tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las lneas de fuerza del campo magntico generado por las bobinas del estator. Los motores hbridos combinan el modo de funcionamiento de los dos tipos anteriores. En los motores paso a paso la seal de control son trenes de pulso que van actuando rotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulso recibido, el rotor del motor gira un determinado nmero discreto de grados. Para conseguir el giro del rotor en un determinado nmero de grados, las bobinas del estator deben estar excitadas secuencialmente a una frecuencia que determina la velocidad de giro. Las inercias propiasdel arranque y parada (aumentadas por las fuerzas magnticas en equilibrio que se dan cuando est parado) impiden que el rotor alcance la velocidad nominal instantnea, por lo que sta, y por tanto la frecuencia de los pulsos que la fija, debe ser aumentada progresivamente. Para simplificar el control de estos motores existen circuitos especializados que a partir de tres seales (tren de pulsos, sentido de giro e inhibicin) generan, a travs de una etapa lgica, las secuencias de pulsos que un circuito de conmutacin distribuye a cada fase.Su principal ventaja con respecto a los servomotores tradicionales es su capacidad para asegurar un posicionamiento simple y exacto. Pueden girar adems de forma continua, con velocidad variable, como motores sncronos, ser sincronizados entre s, obedecer a secuencias complejasde funcionamiento, etc. Se trata al mismo tiempo de motores muy ligeros, fiables y fciles de controlar, pues al ser cada estado de excitacin del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidad de sensores de retroalimentacin. Entre los inconvenientes se puede citar que su funcionamiento a bajas velocidades no es suave, y que existe el peligro de prdida de una posicin por trabajar en bucle abierto. Tienden a sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas y presentan un lmite en el tamao que pueden alcanzar. Su potencia nominal es baja y su precisin (mnimo ngulo girado) llega tpicamente hasta 1,8. Se emplean para el posicionado de ejes que no precisan grandes potencias (giro de pinzas) o para robots pequeos (educacionales); tambin son muy utilizados en dispositivos perifricos el robot, como mesas de coordenadas.SENSORES INTERNOSPara conseguir que un robot realice una tarea con la adecuada precisin, velocidad e inteligencia, ser necesario que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. La informacin relacionada con su estado (fundamentalmente la posicin e sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos, mientras que la que se refiere al estado de su entorno, se adquiere con los sensores externos. Se pueden mencionar entre algunos los siguientes sensores externos: visin artificial, sensores de fuerza, sensores de tacto, sensores de distancia o telemetra. Sin embargo aqu slo se tratar el tema de los sensores internos. La informacin que la unidad de control del robot puede obtener sobre el estado de su estructura mecnica es fundamentalmente la relativa a su posicin y velocidad. Los tipos de sensores internos de robo sern mostrados en forma resumida en la siguiente tabla:PresenciaInductivoCapacitivoEfecto hallClulareedpticoUltrasonidoContacto

PosicinAnalgicosDigitalesPotencimetrosResolverSincroInductosynLVDTEncodersabsolutosEncodersincrementalesRegla ptima

VelocidadTacogeneratriz

Sensores de posicin: Para el control de posicin angular se emplean fundamentalmente los denominadosEncodersy Resolvers. Los potencimetros dan bajas prestaciones por lo que no se emplean salvo en contadas ocasiones (robots educacionales, ejes de poca importancia).Codificadores angulares de posicin (encoders): Los codificadores pticos oencodersincrementales constan, en su forma ms simple, de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadasradialmentey equidistantes entre s; de un sistema de iluminacin en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor. El eje cuya posicin se quiere medir va acoplado al disco transparente. Con esta disposicin, a medida que el eje gira se irn generando pulsos en el receptor cada vez que la luz atraviese cada marca, y llevando una cuenta de estos pulsos es posible conocer la posicin del eje. Existe, sin embargo, el problema de no saber si en un momento dado se est realizando un giro en un sentido o en otro, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solucin a este problema consiste en disponer de otra franja de marcas, desplazada de la anterior de manera que el tren de pulsos que con ella se genere est desplazado 90 elctricos con respecto al generado por la primera franja. De esta manera, con un circuito relativamente sencillo es posible obtener una seal adicional que indique cual es el sentido de giro, y que acte sobre el contador correspondiente indicando que incremente odecrementela cuenta que se est realizando. Es necesario adems disponer de una marca de referencia sobre el disco que indique que se ha dado una vuelta completa y que, por tanto, se ha de empezar la cuenta de nuevo. Esta marca sirve tambin para poder comenzar a contar tras recuperarse de una cada de tensin. La resolucin de este tipo de sensores depende directamente del nmero de marcas que se pueden poner fsicamente en el disco. Un mtodo relativamente sencillo para aumentar esta resolucin es, no solamente contabilizar los flancos de subida de los trenes de pulso, sino contabilizar tambin los de bajada, incrementando as por cuatro la resolucin de captador, pudindose llegar, con la ayuda de circuitos adicionales, hasta 100.000 pulsos por vuelta. El funcionamiento bsico de los codificadores oencodersabsolutos es similar al de los incrementales. Se tiene una fuente de luz con las lentes de adaptacin correspondientes, un disco graduado y unos fotorreceptores. En este caso, el disco transparente se divide en un nmero determinado de sectores (potencia de 2), codificndose cada uno de ellos segn un cdigo binario cclico (normalmente cdigoGray) que queda representado por zonas transparentes y opacas dispuestasradialmente.

No es necesario ahora ningn contador o electrnica adicional para detectar el sentido de giro, pues cada posicin (sector) es codificado de forma absoluta. Su resolucin es fija, y vendr dada por el nmero de anillos que posea el disco graduado. Resoluciones habituales van desde28a219bits (desde256 a524.288 posiciones distintas). Normalmente los sensores de posicin se acoplan al eje del motor. Considerando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el de la articulacin se sita un reductor de relacin N, cada movimiento de la articulacin se ver multiplicado por N al ser medido por el sensor. ste aumentar as su resolucin multiplicndola por N. Este problema se soluciona en losencordersabsolutos con la utilizacin de otro encoger absoluto ms pequeo conectado por un engranaje reductor al principal, de manera que cuando ste gire una vuelta completa, el codificado adicional avanzar una posicin. Son los denominadosencodersabsolutosmultivuelta. Esta misma circunstancia originar que en el caso de los codificadores incrementales la seal de referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el punto origen para la cuenta de pulsos, pues habr N posibles puntos de referencia para un giro completo de laarticulacn. Para distinguir cul de ellos es el correcto se suele utilizar un detector de presencia denominado de sincronismo, acoplado directamente al eslabn del robot que se considere. Cuando se conecta el robot desde una situacin de apagado, es preciso ejecutar un procedimiento de bsqueda de referencias para los sensores (sincronizado). Durante su ejecucin se leen los detectores de sincronismo que detectan la presencia o ausencia del eslabn del robot. Cuando se detecta la conmutacin de presencia a ausencia de pieza, o viceversa, se atiende al encoger incremental, tomndose como posicin de origen la correspondiente al primer pulso de marca de cero que aquel genere. Losencoderspueden presentar problemas mecnicos debido a la gran precisin que se debe tener en su fabricacin. La contaminacin ambiental puede ser una fuente de interferencias en la transmisin ptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su margen de temperatura de trabajo limitado porlaqpresencia de componentes electrnicos.Captadores angulares de posicin (sincro-resolvers): La otra alternativa en sensores de posicin para robots la representan los resolvers y lossincroresolvers, tambin llamadossincros. Se trata de captadores analgicos con resolucin tericamente infinita. El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilizacin de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor.

El giro de la bobina mvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas vare, consiguiendo que la seal resultante en sta dependa del seno del ngulo de giro. La bobina mvil excitada con tensin V sen (t) y girada un nguloinduce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones:V1= Vsen(t)senV2= Vsen(t)senQue la llamada representacin del nguloen formato resolver. El funcionamiento de los sincros es anlogo al de los resolvers, excepto que las bobinas fijas forman un sistema trifsico en estrella. Para un girode la bobina mvil excitada con tensin V sen (t), admitiendo que los acoplamientos y los desfases son los mismos para todos los devanados, se obtienen las siguientes tensiones entre las fases del estator:V13=3 Vcos(t)senV32=3 Vcos(t)sen(+ 120)V21=3 Vcos(t)sen(+ 240)Que es la llamada representacin del nguloen formatosincro. El cambio de formatosincroa formato resolver o viceversa es inmediato, ya que puede pasar de uno a otro a travs de la llamada red de Scout o transformador de Scout, de funcionamientobidireccional. Para poder tratar en el sistema de control la informacin generada por los resolvers y lossincroses necesario convertir las seales analgicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver/digital (R/D), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructurasdistintas: seguimiento (tracking) y muestreo (sampling).ROBUSTEZ MECNICARANGO DINMICORESOLUCINESTABILIDADTRMICA

EncogerMalaMediaBuenaBuena

ResolverBuenaBuenaBuenaBuena

PotenciometroRegularMalaMalaMala

Ambos captadores son de tipo absoluto en cada vuelta del ejeacolpladoa ellos. Entre sus ventajas destacan su buenarobutezmecnica durante el funcionamiento y su inmunidad a contaminacin, humedad, altas temperaturas y vibraciones. Debido a su reducido momento deinercia, imponen poca carga mecnica al funcionamiento del eje. La tabla siguiente presenta una comparacin entre distintos tipos de sensores de posicin angular, atendiendo a diversos parmetros de funcionamiento. Se comenta brevemente a continuacinalgunode ellos. Dado el carcter continuo de la seal, la resolucin de los resolvers es tericamente infinita. Bien es verdad que depende en la mayora de las ocasiones de una electrnica asociada, lo que limita la precisin de forma prctica. En el caso de los codificadores pticos la resolucin viene limitada por el nmero de secciones opaco/transparente que se utilicen. La exactitud esttica, definida como la diferencia entre la posicin fsica del eje y la seal elctrica de salida, se relativamente alta tanto en resolvers como en codificadores pticos. El rango dinmico se encuentra ms limitado en el caso de los codificadores pticos o digitales, no as en los resolvers donde con conversiones R/D adecuadas se puede trabajar con velocidades superiores a las 6000rpm.Sensores lineales de posicin (LVDT eInductosyn): Entre los sensores de posicin linealesdestaca el transformador diferencial de variacin lineal (LVDT) debido a su casi infinita resolucin, poco rozamiento y altarepetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilizacin de un ncleo de material ferromagntico unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este ncleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios, haciendo con su movimiento que vare la inductancia entre ellos. A continuacin se muestra el esquema de su funcionamiento:Figura 2.23

Otros sensores lineales que tambin se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas pticas (equivalentes a los codificadores pticos angulares) y las reglas magnticas oInductosyn(marca registrada deFarrandIndustries Inc.).elfuncionamiento delInductosynes similar al del resolver con la diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator, siendo la forma de los devanados la representada en la figura que sigue a continuacin. El estator se encuentra excitado por una tensin conocida que induce en el rotor dependiendo de su posicin relativa una tensinVs:

Sensores de velocidad: La captacin de la velocidad se hace necesaria para mejorar el comportamiento dinmico de los actuadotes del robot. La informacin de la velocidad de movimiento de cadaactuador(que tras el reductor es la giro de la articulacin) se realimenta normalmente a un bucle de control analgico implementado en el propioaccionadordel elemento motor. No obstante, en ocasiones en las que el sistema de control del robot lo exija, la velocidad de giro de cadaactuadores llevada hasta la unidad de control del robot. Normalmente, y puesto que el bucle de control de velocidad es analgico, el captador usado es unatacogeneratrizque proporciona una tensin proporcional a la velocidad de giro de su eje (valores tpicos pueden ser 10 milivoltios porrpm). Otra posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise valorar la velocidad de giro de las articulaciones,consistenen derivar la informacin de posicin que sta posee.Sensores de presencia: Este tipo de sensor es capaz de detectar la presencia de un objeto dentro de un radio de accin determinado. Esta deteccin puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el segundo caso se utilizan diferentes principios fsicos para detectar la presencia, dando lugar a los diferentes tipos de captadores. En el caso de deteccin con contacto, se trata siempre de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado segn interese, actuado mecnicamente a travs de un vstago u otro dispositivo. Los detectores de presencia se utilizan en robtica principalmente como auxiliares de los detectores de posicin, para indicar los lmites de movimiento de las articulaciones y permitir localizar la posicin de referencia de cero de estos en el caso de que sean incrementales. Adems de esta aplicacin, los sensores de presencia se usan como sensores externos, siendo muy sencillos de incorporar al robot por su carcter binario y su costo reducido. Los detectores inductivos permiten detectar la presencia o contar el nmero de objetos metlicos sin necesidad de contacto. Presentan el inconvenientede distinto comportamiento segn del tipo de metal del que se trate. El mismo tipo de aplicacin tiene los detectorescapacitivos, ms voluminosos, aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metlicos. En cambio presentan problemas de trabajo en condiciones hmedas y con puestas a tierra defectuosas. Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagnticos por la deformacin que estos provocan sobre un campo magntico. Los captadores pticos, sin embargo, pueden detectar la reflexin del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.ELEMENTOS TERMINALES Los elementos terminales, tambin llamados efectores finales (endeffector) son los encargados de interaccionar directamente con el entorno del robot. Pueden ser tanto elementos de aprehensin como herramientas. Si bien un mismo robot industrial es, dentro de unos lmites lgicos, verstil yreadaptablea una gran variedad de aplicaciones, no ocurre as con los elementos terminales, que son enmuchos casos especficamente diseados para cada tipo de trabajo. Se puede establecer una clasificacin de los elementos terminales atendiendo a si se trata de un elemento de sujecin o de una herramienta. Los primeros se pueden clasificar segn el sistema de sujecin empleado. En la siguiente tabla se representan estas opciones, as como los usos ms frecuentes.Tipos de sujecinAccionamientoUso

Pinzas de presinDesplazamiento angularDesplazamiento linealNeumtico o elctricoTransporte y manipulacin de piezas sobre las que no importe presionar

Pinza de engancheNeumtico o elctricoPiezas de grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presin.

Ventosas de vacoNeumticoCuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plstico,etc)

ElectroimnElctricoPiezas ferromagnticas.

Los elementos de sujecin se utilizan para agarrar y sostener los objetos y se suelen denominar pinzas. Se distingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecnico, y las que utilizan algn tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnticas, adhesivas, ganchos,etc). En la eleccin o diseo de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de manipulacin a realizar destacan, el peso, la forma, el tamao del objeto y la fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. Entre los parmetros de las pinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el equipo de accionamiento y la capacidad de control. El accionamiento neumtico es el ms utilizado por ofrecer mayores ventajas en simplicidad, precio y fiabilidad, aunque presenta dificultades de control de posiciones intermedias. En ocasiones se utilizan accionamientos de tipo elctrico.