viernes, 23 de marzo de 2012
jueves, 22 de marzo de 2012
maquinas y mecanismos
1. Los Componentes De Las Máquinas:
- Las máquinas son aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.
· Elementos De Una Máquina:
- Las máquinas pueden ser muy simples o muy complejas. Sin embargo, en la mayoría de ellas podemos encontrar los mismos elementos:
· Estructura: Es el conjunto de elementos que protegen el resto de los componentes de la máquina y sirven de apoyo para colocarlos.
· Motor: Es el dispositivo que se encarga de transformar cualquier forma de energía en energía mecánica.
· Mecanismos: Son los elementos que se ocupan de transmitir y transformar las fuerzas y los movimientos.
· Circuitos: Son aquellos componentes a través de los que se transporta materia o energía de un lugar a otro de la máquina.
· Actuadotes: Son aquellos elementos de la máquina que transforman el movimiento en trabajo.
· Dispositivos de mando, regulación y control: Son los elementos que permiten gobernar la máquina para que su funcionamiento sea seguro y tenga lugar de acuerdo con lo previsto al diseñarla.
· Circuitos Hidráulicos Y Circuitos Neumáticos:
- Un circuito hidráulico o neumático es un conjunto de elementos, conectados entre sí, por los que circula un fluido. En los circuitos hidráulicos el fluido es agua o aceite, mientras que en los circuitos neumáticos el fluido suele ser aire comprimido.
Los circuitos de fluidos contienen los siguientes elementos:
· El generador: Que se encarga de impulsar el fluido para que se mantenga la corriente.
· Los conductores: Que suelen ser tubos o cañerías de cobre, plástico, caucho, etc.
· Los receptores: Que son los dispositivos o aparatos que aprovechan el movimiento del agua o del aire para producir calor, movimiento, etc.
· Los elementos de protección: Que se preservan al circuito de fugas y rupturas, aumentos excesivos de presión, etc.
· Los elementos de regulación y control de caudal: Que permiten interrumpir o dirigir el paso del líquido o del gas.
2. Los Mecanismos:
· Tipos De Movimientos:
- La mayoría de las máquinas tienen varios componentes que realizan movimientos. Estos movimientos pueden llegar a ser muy complejos, pero se pueden conseguir combinando cuatro básicos:
· Lineal: Es un movimiento que se efectúa en línea recta y en un solo sentido
· Alternativo: Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta.
· Rotativo: Es un movimiento en círculo y en un solo sentido.
· Oscilante: Es un movimiento de avance y retroceso que describe un arco.
· Mecanismos:
- En una máquina, el movimiento lo genera el motor, pero a menudo ese motor no proporciona el tipo de movimiento que necesitamos.
- Los mecanismos son elementos o combinaciones de elementos que transforman las fuerzas y los movimientos.
- Los engranajes, poleas, palancas, bielas y cigüeñales son mecanismos que permiten modificar la intensidad y la dirección en la que actúan las fuerzas.
- Los mecanismos pueden llegar a ser tremendamente complicados.
· Un Ejemplo De Mecanismo: El Mecanismo De Tornillo Y Tuerca:
- Este mecanismo consiste en un tornillo y una tuerca dispuestos de manera que uno de ellos está fijo y el otro se mueve.
· Si es la tuerca la que está fija: El giro del tornillo alrededor de su eje produce un movimiento rectilíneo de avance, que lo desplaza a través de la tuerca.
· Si el tornillo está fijo: Su giro se produce un movimiento rectilíneo en la tuerca en la que está enroscado. Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la tuerca.
- El mecanismo de tornillo y tuerca se emplea para transformar un movimiento de giro en otro lineal con una gran reducción de velocidad y, por tanto, con un gran aumento de fuerza.
3. Palancas:
- La palanca es uno de los mecanismos más importantes y sencillos. Consiste en una barra rígida que puede oscilar sobre un punto de apoyo. Las palancas tienen seis usos:
· Transmitir movimientos.
· Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.
· Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas.
· Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes.
· Transformar un movimiento pequeño en otro mayor.
· Transformar un gran movimiento en uno pequeño.
· Tipos De Palanca:
- En toda palanca tenemos tres elementos fundamentales:
· La potencia, que se aplica.
· El punto de apoyo, donde se sostiene la barra.
· La resistencia, que queremos vencer.
- Según cómo están colocados estos tres elementos, se pueden distinguir tres tipos de palancas:
· La palanca de primer género: Tiene el punto de apoyo colocado entre la potencia y la resistencia.
· La palanca de segundo género: Tiene el punto de apoyo en un extremo, aplicándose la potencia en el extremo opuesto y quedando la resistencia en el medio.
· La palanca de tercer género: Al igual que el segundo género, tiene el punto de apoyo en un extremo, situándose la resistencia en el otro extremo y quedando la potencia entre ambas.
· Combinación De Palancas:
- Se pueden combinar dos o más palancas para que trabajen en conjunto. Otra forma de combinar palancas es la que se utiliza en los mecanismos de barras articuladas. En estos dispositivos, el movimiento se transmite de una palanca a otra a través de una articulación móvil.
· La Ley De La Palanca:
- Cuando se quiere vencer una resistencia, el punto sobre el que se apoya la palanca es tan importante como la potencia que se aplica. Se puede mover el mismo peso con una potencia menor, siempre que dicha potencia se aplique más lejos del punto de apoyo.
- La relación que existe entre la potencia, la resistencia y las distancias de ambas al punto de apoyo se conoce como principio o ley de palanca:
- El producto de la potencia por su distancia al punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por la distancia entre ella y dicho punto.
4. Ruedas, Levas Y Poleas:
· El Eje Y La Rueda:
- Se basa en el mismo que la palanca: una fuerza pequeña aplicada a lo largo de una gran distancia produce los mismos efectos que una fuerza grande aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
- Con este mecanismo se multiplica la fuerza: aplicando una fuerza: aplicando una fuerza en el borde de la rueda se genera una fuerza mucho mayor en el eje.
· La Rueda Excéntrica Y La Leva:
· Rueda excéntrica: Es una rueda que gira sobre un eje que no pasa por su centro.
· Leva: Rueda excéntrica con forma especial que gira solidariamente con su eje.
· La Polea:
- La polea es un mecanismo compuesto de un eje y de una rueda. La polea se emplea para cambiar la dirección en la que actúa una fuerza:
· Polea Fija: Es una polea que no se mueve al desplazarse la carga, solamente gira alrededor de su eje.
· Polea Móvil: Es una polea que se mueve al desplazarse la carga.
· Polipastos:
- Si combinamos dos o más poleas, además de cambiar la dirección, multiplicaremos la fuerza. A esa combinación de poleas se le llama polipasto. El aumento de fuerza que se consigue es tanto mayor cuanto mayor sea el número de poleas que se combinan.
- Al aumentar el número de poleas, también tendremos que incrementar la longitud de la cuerda que pasa por ellas. Al aumentar la distancia conseguimos multiplicar la fuerza.
5. Sistemas De Transmisión:
- Los sistemas de transmisión son mecanismos que se emplean para comunicar movimiento de un eje a otro. Esto puede conseguirse de varias maneras.
· Transmisión Mediante Ruedas De Fricción:
- Son mecanismos formados por dos o más ruedas que están en contacto, de modo que, cuando gira una rueda, la que está en contacto con ella gira en sentido contrario.
- Los ejes a los que van unidas estas ruedas deben estar muy próximos. Pueden ser ejes paralelos o se pueden cortar; aunque en este último caso se suelen sustituir las ruedas por conos.
· Transmisión Mediante Poleas Y Correa:
- Estos mecanismos están formados por dos o más poleas, conectados mediante correas flexibles.
- Permiten conectar ejes que están alejados. Según cómo se coloquen las poleas y la correa de transmisión, estos ejes girarán en el mismo o en distinto sentido.
- Se emplean para cambiar las fuerzas y modificar la velocidad de giro del eje donde se encuentran.
· Transmisión Mediante Piñones Y Cadena:
- Estos mecanismos están compuestos por dos ruedas dentadas conectadas entre sí mediante una cadena que se engrana en los dientes de las ruedas. Sirven para conectar dos ejes que se encuentran muy alejados.
· Transmisión Mediante Engranajes:
- Estos mecanismos están formados por ruedas o barras que tienen dientes y están engarzadas entre sí, de manera que, al girar o desplazarse una de ellas, la otra gira o se desplaza en el sentido contrario. Se emplean para aumentar o disminuir las fuerzas, para cambiar su dirección y para aumentar o reducir la velocidad de rotación de un eje. Hay cuatro tipos básicos de engranajes:
· Las ruedas rectas: Se emplea para aumentar o reducir la velocidad de giro, según coloquemos en el eje motor la rueda dentada grande o la pequeña, y para cambiar el sentido de giro.
· Ruedas cónicas: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el eje motor.
· El tornillo sin fin: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el motor, reduce muchísimo su velocidad de giro.
· La cremallera y el piñón: Se utilizan para convertir un movimiento giratorio en uno lineal o viceversa.
6. La Relación De Transmisión:
· La Relación De Transmisión:
- En todos los sistemas de transmisión, el aumento o la disminución de fuerza y velocidad que se consiguen dependen de la relación de transmisión.
- En el caso de la transmisión por poleas y correa, la relación de transmisión es el cociente entre el diámetro de la rueda arrastrada y el diámetro de la rueda motriz. Y se cumple la siguiente igualdad:
- El reductor de velocidad es un mecanismo que se emplea cuando tenemos un motor cuyo eje gira muy deprisa pero con poca fuerza y lo que necesitamos es un movimiento de rotación lento y con mayor fuerza.
- Se constituyen combinando entre sí mecanismos de transmisión como poleas, engranajes o tornillos.
7. Manivelas Y Bielas:
· La Manivela:
- Una manivela es una barra rígida que está unida a un eje de tal manera que, cuando se gira la manivela, el eje gira también. La manivela es, por tanto, un mecanismo que sirve para hacer girar un eje con menos esfuerzo. Tiene otras aplicaciones, aunque no son tan fáciles de apreciar.
- Al igual que en el mecanismo del eje y la rueda, existe una relación entre la distancia que hay del eje a la barra de la manivela y el esfuerzo: cuanto mayor es esta distancia, tanto menor es el esfuerzo que tenemos que hacer.
· El Cigüeñal:
- Un cigüeñal es un conjunto de manivelas que están colocadas sobre un mismo eje.
- Se utiliza cuando queremos dar movimiento a varios elementos de forma alternativa, como ocurre con los caballitos de tiovivo.
- Se puede conseguir el efecto contrario, es decir, hacer que gire un eje empleando varios elementos con movimiento alternativo.
· La Biela:
- Un a biela es una barra rígida que está conectada a un cuerpo que gira. A medida que el cuerpo gira, la biela avanza y retrocede en cada una de las vueltas.
- Se emplea para convertir un movimiento de giro en un movimiento de avance y retroceso. Moviendo una biela hacia delante y hacia atrás se puede conseguir que un cuerpo gire. Los pistones del motor de explosión transmiten movimiento al cigüeñal por medio de bielas. Puede servir para transmitir el movimiento giratorio de una rueda a otra.
· El Sistema De Biela-Manivela:
-
La biela y la manivela suelen utilizarse juntas, formando un sistema de
biela-manivela. Por ejemplo, las ruedas de los trenes de vapor, el
pedal de la bicicleta.
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- Las máquinas son aparatos que reducen el esfuerzo necesario para realizar un trabajo.
· Elementos De Una Máquina:
- Las máquinas pueden ser muy simples o muy complejas. Sin embargo, en la mayoría de ellas podemos encontrar los mismos elementos:
· Estructura: Es el conjunto de elementos que protegen el resto de los componentes de la máquina y sirven de apoyo para colocarlos.
· Motor: Es el dispositivo que se encarga de transformar cualquier forma de energía en energía mecánica.
· Mecanismos: Son los elementos que se ocupan de transmitir y transformar las fuerzas y los movimientos.
· Circuitos: Son aquellos componentes a través de los que se transporta materia o energía de un lugar a otro de la máquina.
· Actuadotes: Son aquellos elementos de la máquina que transforman el movimiento en trabajo.
· Dispositivos de mando, regulación y control: Son los elementos que permiten gobernar la máquina para que su funcionamiento sea seguro y tenga lugar de acuerdo con lo previsto al diseñarla.
· Circuitos Hidráulicos Y Circuitos Neumáticos:
- Un circuito hidráulico o neumático es un conjunto de elementos, conectados entre sí, por los que circula un fluido. En los circuitos hidráulicos el fluido es agua o aceite, mientras que en los circuitos neumáticos el fluido suele ser aire comprimido.
Los circuitos de fluidos contienen los siguientes elementos:
· El generador: Que se encarga de impulsar el fluido para que se mantenga la corriente.
· Los conductores: Que suelen ser tubos o cañerías de cobre, plástico, caucho, etc.
· Los receptores: Que son los dispositivos o aparatos que aprovechan el movimiento del agua o del aire para producir calor, movimiento, etc.
· Los elementos de protección: Que se preservan al circuito de fugas y rupturas, aumentos excesivos de presión, etc.
· Los elementos de regulación y control de caudal: Que permiten interrumpir o dirigir el paso del líquido o del gas.
2. Los Mecanismos:
· Tipos De Movimientos:
- La mayoría de las máquinas tienen varios componentes que realizan movimientos. Estos movimientos pueden llegar a ser muy complejos, pero se pueden conseguir combinando cuatro básicos:
· Lineal: Es un movimiento que se efectúa en línea recta y en un solo sentido
· Alternativo: Es un movimiento de avance y retroceso en línea recta.
· Rotativo: Es un movimiento en círculo y en un solo sentido.
· Oscilante: Es un movimiento de avance y retroceso que describe un arco.
· Mecanismos:
- En una máquina, el movimiento lo genera el motor, pero a menudo ese motor no proporciona el tipo de movimiento que necesitamos.
- Los mecanismos son elementos o combinaciones de elementos que transforman las fuerzas y los movimientos.
- Los engranajes, poleas, palancas, bielas y cigüeñales son mecanismos que permiten modificar la intensidad y la dirección en la que actúan las fuerzas.
- Los mecanismos pueden llegar a ser tremendamente complicados.
· Un Ejemplo De Mecanismo: El Mecanismo De Tornillo Y Tuerca:
- Este mecanismo consiste en un tornillo y una tuerca dispuestos de manera que uno de ellos está fijo y el otro se mueve.
· Si es la tuerca la que está fija: El giro del tornillo alrededor de su eje produce un movimiento rectilíneo de avance, que lo desplaza a través de la tuerca.
· Si el tornillo está fijo: Su giro se produce un movimiento rectilíneo en la tuerca en la que está enroscado. Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la tuerca.
- El mecanismo de tornillo y tuerca se emplea para transformar un movimiento de giro en otro lineal con una gran reducción de velocidad y, por tanto, con un gran aumento de fuerza.
3. Palancas:
- La palanca es uno de los mecanismos más importantes y sencillos. Consiste en una barra rígida que puede oscilar sobre un punto de apoyo. Las palancas tienen seis usos:
· Transmitir movimientos.
· Transformar un movimiento en otro de sentido contrario.
· Transformar fuerzas grandes en fuerzas pequeñas.
· Transformar fuerzas pequeñas en fuerzas grandes.
· Transformar un movimiento pequeño en otro mayor.
· Transformar un gran movimiento en uno pequeño.
· Tipos De Palanca:
- En toda palanca tenemos tres elementos fundamentales:
· La potencia, que se aplica.
· El punto de apoyo, donde se sostiene la barra.
· La resistencia, que queremos vencer.
- Según cómo están colocados estos tres elementos, se pueden distinguir tres tipos de palancas:
· La palanca de primer género: Tiene el punto de apoyo colocado entre la potencia y la resistencia.
· La palanca de segundo género: Tiene el punto de apoyo en un extremo, aplicándose la potencia en el extremo opuesto y quedando la resistencia en el medio.
· La palanca de tercer género: Al igual que el segundo género, tiene el punto de apoyo en un extremo, situándose la resistencia en el otro extremo y quedando la potencia entre ambas.
· Combinación De Palancas:
- Se pueden combinar dos o más palancas para que trabajen en conjunto. Otra forma de combinar palancas es la que se utiliza en los mecanismos de barras articuladas. En estos dispositivos, el movimiento se transmite de una palanca a otra a través de una articulación móvil.
· La Ley De La Palanca:
- Cuando se quiere vencer una resistencia, el punto sobre el que se apoya la palanca es tan importante como la potencia que se aplica. Se puede mover el mismo peso con una potencia menor, siempre que dicha potencia se aplique más lejos del punto de apoyo.
- La relación que existe entre la potencia, la resistencia y las distancias de ambas al punto de apoyo se conoce como principio o ley de palanca:
- El producto de la potencia por su distancia al punto de apoyo es igual al producto de la resistencia por la distancia entre ella y dicho punto.
4. Ruedas, Levas Y Poleas:
· El Eje Y La Rueda:
- Se basa en el mismo que la palanca: una fuerza pequeña aplicada a lo largo de una gran distancia produce los mismos efectos que una fuerza grande aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
- Con este mecanismo se multiplica la fuerza: aplicando una fuerza: aplicando una fuerza en el borde de la rueda se genera una fuerza mucho mayor en el eje.
· La Rueda Excéntrica Y La Leva:
· Rueda excéntrica: Es una rueda que gira sobre un eje que no pasa por su centro.
· Leva: Rueda excéntrica con forma especial que gira solidariamente con su eje.
· La Polea:
- La polea es un mecanismo compuesto de un eje y de una rueda. La polea se emplea para cambiar la dirección en la que actúa una fuerza:
· Polea Fija: Es una polea que no se mueve al desplazarse la carga, solamente gira alrededor de su eje.
· Polea Móvil: Es una polea que se mueve al desplazarse la carga.
· Polipastos:
- Si combinamos dos o más poleas, además de cambiar la dirección, multiplicaremos la fuerza. A esa combinación de poleas se le llama polipasto. El aumento de fuerza que se consigue es tanto mayor cuanto mayor sea el número de poleas que se combinan.
- Al aumentar el número de poleas, también tendremos que incrementar la longitud de la cuerda que pasa por ellas. Al aumentar la distancia conseguimos multiplicar la fuerza.
5. Sistemas De Transmisión:
- Los sistemas de transmisión son mecanismos que se emplean para comunicar movimiento de un eje a otro. Esto puede conseguirse de varias maneras.
· Transmisión Mediante Ruedas De Fricción:
- Son mecanismos formados por dos o más ruedas que están en contacto, de modo que, cuando gira una rueda, la que está en contacto con ella gira en sentido contrario.
- Los ejes a los que van unidas estas ruedas deben estar muy próximos. Pueden ser ejes paralelos o se pueden cortar; aunque en este último caso se suelen sustituir las ruedas por conos.
· Transmisión Mediante Poleas Y Correa:
- Estos mecanismos están formados por dos o más poleas, conectados mediante correas flexibles.
- Permiten conectar ejes que están alejados. Según cómo se coloquen las poleas y la correa de transmisión, estos ejes girarán en el mismo o en distinto sentido.
- Se emplean para cambiar las fuerzas y modificar la velocidad de giro del eje donde se encuentran.
· Transmisión Mediante Piñones Y Cadena:
- Estos mecanismos están compuestos por dos ruedas dentadas conectadas entre sí mediante una cadena que se engrana en los dientes de las ruedas. Sirven para conectar dos ejes que se encuentran muy alejados.
· Transmisión Mediante Engranajes:
- Estos mecanismos están formados por ruedas o barras que tienen dientes y están engarzadas entre sí, de manera que, al girar o desplazarse una de ellas, la otra gira o se desplaza en el sentido contrario. Se emplean para aumentar o disminuir las fuerzas, para cambiar su dirección y para aumentar o reducir la velocidad de rotación de un eje. Hay cuatro tipos básicos de engranajes:
· Las ruedas rectas: Se emplea para aumentar o reducir la velocidad de giro, según coloquemos en el eje motor la rueda dentada grande o la pequeña, y para cambiar el sentido de giro.
· Ruedas cónicas: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el eje motor.
· El tornillo sin fin: Transmite el movimiento a un eje que se encuentra en ángulo recto con el motor, reduce muchísimo su velocidad de giro.
· La cremallera y el piñón: Se utilizan para convertir un movimiento giratorio en uno lineal o viceversa.
6. La Relación De Transmisión:
· La Relación De Transmisión:
- En todos los sistemas de transmisión, el aumento o la disminución de fuerza y velocidad que se consiguen dependen de la relación de transmisión.
- En el caso de la transmisión por poleas y correa, la relación de transmisión es el cociente entre el diámetro de la rueda arrastrada y el diámetro de la rueda motriz. Y se cumple la siguiente igualdad:
d1 = n2
d2 n1
-
En el caso de la transmisión por engranajes, y por piñones y cadena, la
relación de transmisión es el cociente entre el número de dientes del
engranaje arrastrado y el número de dientes del engranaje motor. Y se
cumple la igualdad:
z1 = n2
z2 n1
· El Reductor De Velocidad:- El reductor de velocidad es un mecanismo que se emplea cuando tenemos un motor cuyo eje gira muy deprisa pero con poca fuerza y lo que necesitamos es un movimiento de rotación lento y con mayor fuerza.
- Se constituyen combinando entre sí mecanismos de transmisión como poleas, engranajes o tornillos.
7. Manivelas Y Bielas:
· La Manivela:
- Una manivela es una barra rígida que está unida a un eje de tal manera que, cuando se gira la manivela, el eje gira también. La manivela es, por tanto, un mecanismo que sirve para hacer girar un eje con menos esfuerzo. Tiene otras aplicaciones, aunque no son tan fáciles de apreciar.
- Al igual que en el mecanismo del eje y la rueda, existe una relación entre la distancia que hay del eje a la barra de la manivela y el esfuerzo: cuanto mayor es esta distancia, tanto menor es el esfuerzo que tenemos que hacer.
· El Cigüeñal:
- Un cigüeñal es un conjunto de manivelas que están colocadas sobre un mismo eje.
- Se utiliza cuando queremos dar movimiento a varios elementos de forma alternativa, como ocurre con los caballitos de tiovivo.
- Se puede conseguir el efecto contrario, es decir, hacer que gire un eje empleando varios elementos con movimiento alternativo.
· La Biela:
- Un a biela es una barra rígida que está conectada a un cuerpo que gira. A medida que el cuerpo gira, la biela avanza y retrocede en cada una de las vueltas.
- Se emplea para convertir un movimiento de giro en un movimiento de avance y retroceso. Moviendo una biela hacia delante y hacia atrás se puede conseguir que un cuerpo gire. Los pistones del motor de explosión transmiten movimiento al cigüeñal por medio de bielas. Puede servir para transmitir el movimiento giratorio de una rueda a otra.
· El Sistema De Biela-Manivela:
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Los robots industriales
Entre los robots considerados de
más utilidad en la actualidad se encuentran los robots industriales o
manipuladores. Existen ciertas dificultades a la hora de establecer
una definición formal de lo que es un robot industrial. La primera de
ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japonés y el
euro-americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador. Así,
mientras que para los japoneses un robot industrial es cualquier
dispositivo mecánico dotado de articulaciones móviles destinado a la
manipulación, el mercado occidental es más restrictivo, exigiendo una
mayor complejidad, sobre todo en lo relativo al control. En segundo lugar,
y centrándose ya en el concepto occidental, aunque existe una idea común
acerca de lo que es un robot industrial, no es fácil ponerse de acuerdo a
la hora de determinar una definición formal. Además, la evolución de la
robótica ha ido obligando a diferentes actualizaciones de su definición.
La definición mas comúnmente aceptada posiblemente sea
la de la Asociación de Industrias de Robótica (RIA, Robotic Industry
Association), según la cual:
"Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas"
Esta definición, ligeramente modificada, ha sido
adoptada por la Organización Internacional de Estándares (ISO) que define
al robot industrial como:
"Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas"
Se incluye en esta definición la necesidad de que el
robot tenga varios grados de libertad. Una definición más completa es la
establecida por la Asociación Francesa de Normalización (AFNOR), que
define primero el manipulador y, basándose en dicha definición, el robot:
Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lógico.
Robot: manipulador automático servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.
Por ultimo, la Federación Internacional de Robótica (IFR,
International Federation of Robotics)
distingue entre robot industrial de manipulación y otros robots:
"Por robot industrial de manipulación se entiende una maquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento"
En esta definición se debe entender que la
reprogramabilidad y la multifunción se consiguen sin modificaciones
físicas del robot.
Común en todas las definiciones anteriores es la
aceptación del robot industrial como un brazo mecánico con capacidad de
manipulación y que incorpora un control más o menos complejo. Un sistema
robotizado, en cambio, es un concepto más amplio. Engloba todos aquellos
dispositivos que realizan tareas de forma automática en sustitución de un
ser humano y que pueden incorporar o no a uno o varios robots, siendo esto
ultimo lo mas frecuente.
1. Estructura de los
robots industriales
Un manipulador robótico consta de
una secuencia de elementos estructurales rígidos, denominados enlaces o
eslabones, conectados
entre sí mediante juntas o
articulaciones, que permiten el movimiento relativo de cada dos
eslabones consecutivos.
Elementos
estructurales de un robot industrial
Una articulación puede ser:
- Lineal (deslizante, traslacional o prismática), si un eslabón desliza sobre un eje solidario al eslabón anterior.
- Rotacional, en caso de que un eslabón gire en torno a un eje solidario al eslabón anterior.
 |
|
 |
| a) | b) | |
| Distintos tipos de articulaciones de un robot: a) lineal, b) rotacionales | ||
El conjunto de
eslabones y articulaciones se denomina cadena cinemática. Se dice
que una cadena cinemática es abierta si cada eslabón se conecta mediante
articulaciones exclusivamente al anterior y al siguiente, exceptuando el
primero, que se suele fijar a un soporte, y el último, cuyo extremo final
queda libre. A éste se puede conectar un elemento terminal o
actuador final: una herramienta especial que permite al robot
de uso general realizar una aplicación particular, que debe diseñarse
específicamente para dicha aplicación: una
herramienta de sujeción, de soldadura, de pintura, etc. El punto más
significativo del elemento terminal se denomina punto terminal (PT).
En el caso de una pinza, el punto terminal vendría a ser el centro de
sujeción de la misma.
Punto terminal de un manipulador
Los elementos terminales pueden dividirse en dos
categorías:
- pinzas (gripper)
- herramientas
Las pinzas se utilizan para tomar un objeto,
normalmente la pieza de trabajo, y sujetarlo durante el ciclo de trabajo
del robot. Hay una diversidad de métodos de sujeción que pueden
utilizarse, además de los métodos mecánicos obvios de agarre de la pieza
entre dos o más dedos. Estos métodos suplementarios incluyen el empleo de
casquillos de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.
Una herramienta se utiliza como actuador final
en aplicaciones en donde se exija al robot realizar alguna operación sobre
la pieza de trabajo. Estas aplicaciones incluyen la soldadura por puntos,
la soldadura por arco, la pintura por pulverización y las operaciones de
taladro. En cada caso, la herramienta particular está unida a la muñeca
del robot para realizar la operación.
A los manipuladores robóticos se
les suele denominar también brazos de robot por la analogía que se
puede establecer, en muchos casos, con las extremidades superiores del
cuerpo humano.
Semejanza de un
brazo manipulador con la anatomía humana
Se denomina grado de libertad
(g.d.l.) a cada una de las coordenadas independientes que son
necesarias para describir el estado del sistema mecánico del robot
(posición y orientación en el espacio de sus elementos). Normalmente, en
cadenas cinemáticas abiertas, cada par eslabón-articulación tiene un solo
grado de libertad, ya sea de rotación o de traslación. Pero una
articulación podría tener dos o más g.d.l. que operan sobre ejes que se
cortan entre sí.
Distintos grados
de libertad de un brazo de robot
Para describir y controlar el
estado de un brazo de robot es preciso determinar:
-
La posición del punto terminal (o de cualquier otro punto) respecto de un sistema de coordenadas externo y fijo, denominado el sistema mundo.
-
El movimiento del brazo cuando los elementos actuadores aplican sus fuerzas y momentos.
El análisis desde el punto de
vista mecánico de un robot se puede efectuar atendiendo exclusivamente a
sus movimientos (estudio cinemático) o atendiendo además a las fuerzas y
momentos que actúan sobre sus partes (estudio dinámico) debidas a los
elementos actuadores y a la carga transportada por el elemento terminal.
Según la geometría de su
estructura mecánica, un manipulador puede ser:
-
Cartesiano, cuyo posicionamiento en el espacio se lleva a cabo mediante articulaciones lineales.
-
Cilíndrico, con una articulación rotacional sobre una base y articulaciones lineales para el movimiento en altura y en radio.
-
Polar, que cuenta con dos articulaciones rotacionales y una lineal.
-
Mixto, que posee varios tipos de articulaciones, combinaciones de las anteriores. Es destacable la configuración SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)
-
Paralelo, posee brazos con articulaciones prismáticas o rotacionales concurrentes.
-
Número de grados de libertad. Es el número total de grados de libertad de un robot, dado por la suma de g.d.l. de las articulaciones que lo componen. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requieren 6 g.d.l., como las de soldadura, mecanizado y almacenamiento, otras más complejas requieren un número mayor, tal es el caso de las labores de montaje.
-
Espacio de accesibilidad o espacio (volumen) de trabajo. Es el conjunto de puntos del espacio accesibles al punto terminal, que depende de la configuración geométrica del manipulador. Un punto del espacio se dice totalmente accesible si el PT puede situarse en él en todas las orientaciones que permita la constitución del manipulador y se dice parcialmente accesible si es accesible por el PT pero no en todas las orientaciones posibles. En la figura inferior se aprecia el volumen de trabajo de robots de distintas configuraciones.
-
Capacidad de posicionamiento del punto terminal. Se concreta en tres magnitudes fundamentales: resolución espacial, precisión y repetibilidad, que miden el grado de exactitud en la realización de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada.
-
Capacidad de carga. Es el peso que puede transportar el elemento terminal del manipulador. Es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección de un robot dependiendo de la tarea a la que se destine.
-
Velocidad. Es la máxima velocidad que alcanzan el PT y las articulaciones.
Los diodos
Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un sentido. Este término generalmente se usa para referirse al diodo semiconductor, el más común en la actualidad; consta de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales eléctricos. El diodo de vacío (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologías de alta potencia) es un tubo de vacío con dos electrodos: una lámina como ánodo, y un cátodo.
De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest.
Los primeros diodos eran válvulas o tubos de vacío, también llamados válvulas termoiónicas constituidos por dos electrodos rodeados de vacío en un tubo de cristal, con un aspecto similar al de las lámparas incandescentes. El invento fue desarrollado en 1904 por John Ambrose Fleming, empleado de la empresa Marconi, basándose en observaciones realizadas por Thomas Alva Edison.
Al igual que las lámparas incandescentes, los tubos de vacío tienen un filamento (el cátodo) a través del cual circula la corriente, calentándolo por efecto Joule. El filamento está tratado con óxido de bario, de modo que al calentarse emite electrones al vacío circundante los cuales son conducidos electrostáticamente hacia una placa, curvada por un muelle doble, cargada positivamente (el ánodo), produciéndose así la conducción. Evidentemente, si el cátodo no se calienta, no podrá ceder electrones. Por esa razón, los circuitos que utilizaban válvulas de vacío requerían un tiempo para que las válvulas se calentaran antes de poder funcionar y las válvulas se quemaban con mucha facilidad.
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