Como seleccionar un brazo robótico

Publicado por Loli Diéguez en

Como hay muchos tipos de brazos robóticos, seleccionar el ideal para tu proyecto puede ser una tarea nada fácil. En el artículo de hoy te explico algunos de los conceptos más relevantes sobre los brazos robóticos, así como los diferentes tipos y sus capacidades para que tengas una idea general de qué buscar al elegir uno.

¿Qué es un brazo robótico?

Los robots se utilizan en la ciencia y en la industria para reemplazar o entretener a los humanos y, aunque no tienen que parecerse a nosotros ni tienen que realizar tareas de manera humana, muchos de ellos lo hacen. De hecho, algunos de los más populares en la industria son los robots manipuladores que se asemejan al brazo humano.

Los brazos robóticos están diseñados para manipular y transportar piezas, herramientas o elementos especiales de fabricación a través de movimientos reprogramables para realizar una variedad de tareas. Es por eso que se utilizan habitualmente en entornos industriales, aunque también existen versiones a escala dedicadas a la educación STEM y la robótica de aficionados.

Elementos de un brazo robótico

El mecanismo de un  brazo robótico consiste en la estructura mecánica articulada y un efector final. 

El efector final constituye la interfaz con la que el robot interactúa con su entorno, por lo que puede ser cualquier dispositivo destinado a manipular objetos (es decir, pinzas y ventosas) o transformarlos (es decir, grabadores láser y dispositivos de impresión 3D). 

La estructura mecánica está compuesta por una cadena cinemática constituida por una combinación de eslabones y articulaciones. Un extremo de la cadena está fijo y se llama base y el efector final está fijado al extremo libre de la cadena.

Elementos de un brazo robótico

 

Los enlaces son elementos rígidos que conectan las articulaciones del manipulador robótico y pueden ser giratorios o prismáticos. Se consideran giratorios cuando producen el desplazamiento relativo de dos eslabones unidos por un eje (implica rotación entre eslabones), y prismáticos cuando producen el desplazamiento relativo de dos eslabones a lo largo de un eje (movimiento lineal).

Articulación giratoria

Articulación giratoria (R)

 

 

Articulación prismática           

Articulación prismática (P)

 

Con este tipo de juntas se pueden crear un sinfín de combinaciones, por lo que existen muchos tipos de configuraciones.

 

Tipos de brazos robóticos

 Algunas de las configuraciones más populares son:

  • Robot Articulado/Revoluto (RRR)
  • Robot SCARA (RRP)
  • Robot Paralelo
  • Robot cartesiano (PPP)
  • Robot Polar (RRP)
  • Robot cilíndrico (RPP)

Y todo esto solo usando tres articulaciones. Pero los brazo robóticos pueden tener tantos como sean necesarios. Sin embargo, lo que realmente importa no es el número de articulaciones sino lo que pueden lograr. Aquí es donde entra el término "Grados de libertad". En general, el término Grados de libertad (DOF) se usa para describir la cantidad de parámetros necesarios para especificar la posición espacial de un sistema o cuerpo rígido.

Se describen como:

Traslacional

  • Moviéndose hacia adelante y hacia atrás en el eje X. (Aumento)
  • Moviéndose hacia la izquierda y hacia la derecha en el eje Y. (Influencia)
  • Moviéndose hacia arriba y hacia abajo en el eje Z. (Tirón)

Rotacional

  • Inclinación de lado a lado en el eje X. ( Rodar )
  • Inclinación hacia adelante y hacia atrás en el eje Y. ( Tono )
  • Girando a la izquierda y a la derecha en el eje Z. ( Guiñada )

En teoría, en un mecanismo o enlace que contiene varios cuerpos rígidos conectados, como un manipulador robótico, los grados de libertad miden la capacidad de posicionamiento combinada del sistema. Sin embargo, en la práctica, DOF a menudo se conoce como el número de articulaciones rotacionales de un solo eje en el brazo, donde un número más alto indica una mayor flexibilidad. Por eso es posible que hayas visto que algunos brazos robóticos tienen más de 6 grados de libertad.

 Posiciones espaciales de un brazo robótico

 

Se dice que un robot que tiene mecanismos para controlar los 6 DOF físicos es holonómico, si tiene menos DOF ​​controlable que DOF total no es holonómico, y  un robot con más DOF ​​controlable que DOF total (como el brazo humano que tiene 7 DOF) es redundante.

Los sistemas de manipuladores en serie y en paralelo generalmente están diseñados para colocar un efector final con 6 grados de libertad. Esto proporciona una relación directa entre las posiciones del actuador y la configuración del manipulador definida por su cinemática directa e inversa, que describen la disposición real de los enlaces y las articulaciones, y determinan los posibles movimientos del robot. Sin embargo, si planeas obtener un manipulador robótico, pero no sabes lo que debes buscar, los siguientes términos también te serán útiles.

¿Cómo elegir un brazo robótico?

  • Número de ejes: Suele ser el mismo que los grados de libertad. Se requieren dos ejes para alcanzar cualquier punto en un plano; se requieren tres ejes para llegar a cualquier punto en el espacio. Para controlar completamente la orientación del efector final, se requieren tres ejes más (guiñada, cabeceo y balanceo).

Movimientos del brazo robótico

  • Carga útil: cuánto peso puede levantar el robot. Esto variará según la distancia del efector final a la base, por lo que generalmente se mide en el alcance horizontal máximo del brazo, que es el caso más exigente.
  • Velocidad: qué tan rápido el robot puede posicionar el efector final. Esto depende de la velocidad de los motores utilizados en las juntas.
  • Aceleración: qué tan rápido puede acelerar un eje/articulación.
  • Envolvente de trabajo: esta es la región del espacio que un robot puede alcanzar.

Medidas brazo robótico

  • Precisión: qué tan cerca puede llegar un robot a una posición comandada. Esta medida es igual a la diferencia entre la posición comandada y la posición absoluta del robot.
  • Repetibilidad: Qué tan bien regresará el robot a una posición programada.

Aunque parecen muy similares, la precisión y la repetibilidad son medidas diferentes. La repetibilidad suele ser lo más importante para un robot y es similar al concepto de precisión. Para entender fácilmente la diferencia, aquí hay un ejemplo: cuando se le dice que vaya a una determinada posición, el brazo solo puede llegar a 2 mm de esa posición, esta sería su precisión que se puede mejorar con la calibración. Sin embargo, si cada vez que se envía allí vuelve a estar dentro de los 0,2 mm de la posición, la repetibilidad estará dentro de los 0,2 mm.

Espero que aunque son conceptos básicos y muy generalizados, te sirva para tener una idea más clara sobre los brazos robóticos.

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