Accionamientos 02

Tema 3: Accionamientos (parte 2 de 2)

Página 1Control y programación de robots. Curso 2007-08. E.T.S.I.I. Universidad de Vigo

Tema 3. Accionamientos (2ª parte: transm. del movimiento). Control y programación de robots. E.T.S.I.I. Univ. de Vigo 1

Transmisión del movimiento

Transmisiones:• Elementos encargados de llevar el movimiento desde los elementos

motores hasta las articulaciones y, eventualmente, realizar una conversión del mismo.

Justificación:• Aceleraciones elevadas en el extremo ⇒ Reducción del momento de

inercia.• Pares estáticos dependen directamente de la distancia a las masas.• Acercamiento de los elementos motores a la base del robot.

Propiedades importantes:• Tamaño y peso reducido.• Alto rendimiento.• No debe afectar al movimiento.• Capaz de soportar funcionamiento continuo a par elevado.


Transmisión del movimiento (ejemplo)

Transmisión de movimiento correspondiente a la muñeca de un robot




Transmisión y conversión del movimiento

Transmisión del movimiento circular:• Engranajes.• Correas dentadas y cadenas.• Cables y varillas.• Árboles articulados.• Sistemas biela-manivela.• Acoplamientos flexibles.

Conversión de movimiento circular a lineal:• Tornillos sin fin (husillo de bolas).• Engranaje de cremallera.

Conversión de movimiento lineal a circular:• Sistemas de palancas.• Sistemas biela-manivela.• Paralelogramos articulados.


Sistemas de transmisión generales (I)

Engranajes simples Tren de engranajes

Tornillo sin fin - corona Engranajes cónicos




Sistemas de transmisión generales (II)

Correa y poleas

Junta Cardan

Cadena


Sistemas de conversión generales

Biela - manivela Leva

Piñón - cremallera Engranajes cónicos Leva




Rendimientos de los sistemas de transmisión

Engranajes dientes rectos (~90%)

Engranajes cónicos (~ 70%)

Engranajes dientes helicoidales (~ 80%)

Tornillo sin fin y corona (~ 70%)

Piñon - cremallera (~ 70%)


Transmisión del movimiento circular

Transmisión por engranajes en el telemanipulador TELBOT

Tiene seis grados de libertad y un sistema de transmisión que permite movimiento sin restricciones de cada articulación.




Aplicaciones del telemanipulador TELBOT


Conversión del movimiento circular en lineal

Tornillo sin fin de circulación de bolas Conjunto piñón-cremallera




Ejemplo de aplicación de tornillo de bolas


Conversión del movimiento lineal en circular (I)

Mecanismos para efectuar un movimiento circular mediante un actuador de desplazamiento lineal




Conversión del movimiento lineal en circular (II)

Paralelogramos articulados para la conversión de movimiento lineal en circular


Entrada-Salida Denominación Ventajas Inconvenientes Circular-Circular Engranaje

Correa dentada Cadena Paralelogramo Cable

Pares altos Distancia grande Distancia grande - -

Holguras - Ruido Giro limitado Deformabilidad

Circular-Lineal Tornillo sin fin Cremallera

Poca holgura Holgura media

Rozamiento Rozamiento

Lineal-Circular Paral. Articulado Cremallera

- Holgura media

Control difícil Rozamiento

Sistemas de transmisión/conversión: resumen de características




Reductoras

Función:• Adaptar par y velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados

para el movimiento del los eslabones del robot.Características deseables en las reductoras de los robots:• Capacidad de reducción elevada en un sólo paso: alta relación de

reducción.• Alto rendimiento: bajo rozamiento.• Bajo momento de inercia.• Holgura mínima.• Alta rigidez a la torsión.• Bajo peso y tamaño.

Específicas para robots ⇒ Altas prestaciones.• Tendencia a ejes coaxiales frente a los paralelos o perpendiculares que

ocupan menor espacio y mejor rendimiento.• Diseños especiales: Harmonic Driver y Cyclo.


Características de reductoras para robótica

Características Valores típicos Relación de reducción Peso y tamaño Momento de inercia Velocidad máxima de entrada Par de salida nominal Par de salida máximo Juego angular Rigidez torsional Rendimiento

50 ÷ 300 0.1 ÷ 30 kg. 10-4 kg m2

6.000 ÷ 7.000 rpm 5.700 Nm 7.900 Nm

0 ÷ 2” 100 ÷ 2.000 Nm/rad

85 % ÷ 98 %

Alternativa a las reductoras: accionamiento directo• Solución ideal desde el punto de vista del control y velocidad.• Exige motores con muy alto par (generalmente muy voluminosos).




Reductora Harmonic Drive (I)

Concebido en 1955 por C. WaltonMusser (USA patent n. 2.906.143).1962: Usado en algunos equipos espaciales.1971: Usado en el Rover lunar (cada rueda estaba equipada con un motor DC de 186 w – 10.000 rpm y un Harmonic Drive 80:1).


Reductora Harmonic Drive (II)

Características:• El Circular Spline es rígido y

está fijo.• El Flexspline es flexible y se

une al eje de salida.• El Wave Generator es elíptico y

se fija al eje de entrada.• Los dientes interiores del

Circular Spline engranan con los exteriores del Flexspline.

• La diferencia de dientes es de 1 ó 2.

• La relación de reducción es la relación entre dicha diferencia y el número de dientes del Flexspline.




Reductora Harmonic Drive (III)

Principio de funcionamiento


Reductora Harmonic Drive (IV)

Principio de funcionamiento




Reductora Cyclo (I)

Características:• Movimiento cicloidal de un

disco de curvas movido por excéntrica.

• El disco de curvas rueda sobre los rodillos exteriores.

• Relación de reducción igual a la diferencia entre rodillos exteriores y huecos del disco de curvas.


Características:• Movimiento cicloidal de un

disco de curvas movido por excéntrica.

• El disco de curvas rueda sobre los rodillos exteriores.

• Relación de reducción igual a la diferencia entre rodillos exteriores y huecos del disco de curvas.

Reductora Cyclo (II)




Ejemplo de reductoras Cyclo


Robots de accionamiento directo (DD)

Son robots de accionamiento eléctrico sin reductoras.Ventajas:• Simplificación del sistema mecánico.• Disminuye fricción, elasticidad, histéresis. • Posicionamiento rápido y preciso.• Mejora en el control (aunque más complejo).

Desventajas:• Necesidad de motores especiales (par elevado

a bajas revoluciones con alta rigidez).• Reducción de la resolución del codificador de

posición.• Las perturbaciones inciden directamente sobre

el par del motor (sin verse divididas por el cuadrado de la reducción).

Típicos en algunos robots SCARA.

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