ROBOTICA
Definicion
La robótica es una ciencia o rama de la tecnología, que estudia el diseño y construcción de máquinas capaces de desempeñar tareas realizadas por el ser humano o que requieren del uso de inteligencia. Las ciencias y tecnologías de las que deriva podrían ser: el álgebra, los autómatas programables, las máquinas de estados, la mecánica o la informática.Historia
La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de “artefactos”, que trataban de materializar el deseo humano de crear seres semejantes a nosotros que nos descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (que construyó el primer mando a distancia para su torpedo automóvil mediante telegrafía sin hilodrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingénios) acuñó el término “automática” en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.
Karel Capek, un escritor checo, acuño en 1921 el término Robot en su
obra dramática “Rossum’s Universal Robots / R.U.R.”, a partir de la
palabra checa Robbota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El
término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia
que estudia a los robots. Asimov creó también las Tres Leyes de la
Robótica. En la ciencia ficción el hombre ha imaginado a los robots
visitando nuevos mundos, haciéndose con el poder, o simplemente
aliviándonos de las labores caseras.La Robótica ha alcanzado un nivel de
madurez bastante elevado en los últimos tiempos, y cuenta con un
correcto aparato teórico. Sin embargo, al intentar reproducir algunas
tareas que para los humanos son muy sencillas, como andar, correr o
coger un objeto sin romperlo, no se ha obtenido resultados
satisfactorios, especialmente en el campo de la robótica autónoma. Sin
embargo se espera que el continuo aumento de la potencia de los
ordenadores y las investigaciones en inteligencia artificial, visión
artificial, la robótica autónoma y otras ciencias paralelas nos permitan
acercarnos un poco más cada vez a los milagros soñados por los primeros
ingenieros y también a los peligros que nos adelanta la ciencia
ficción.
Introducción a la Robótica
- ¿Qué es la robótica?
- ¿De dónde proviene la palabra robot?. ¿Qué es un robot?
- Tipos de robot
- Impacto de la robótica
- ¿Qué esperamos?
¿Qué es la robótica?
El término "Robótica" fue acuñado por Isaac Asimov para describir la tecnología de los robots. Él mismo predijo hace años el aumento de una poderosa industria robótica, predicción que ya se ha hecho realidad. Recientemente se ha producido una explosión en el desarrollo y uso industrial de los robots tal que se ha llegado al punto de hablar de "revolución de los robots" y "era de los robots".El término robótica puede ser definido desde diversos puntos de vista:
-
Con independencia respecto a la definición de "robot":
"La Robótica es la conexión inteligente de la percepción a la acción"... [Michael Brady and Richard Paul, editors. Robotics Research: The First International Symposium. The MIT Press, Cambridge MA, 1984]
-
En base a su objetivo:
"La Robótica consiste en el diseño de sistemas. Actuadores de locomoción, manipuladores, sistemas de control, sensores, fuentes de energía, software de calidad--todos estos subsistemas tienen que ser diseñados para trabajar conjuntamente en la consecución de la tarea del robot"...
[Joseph L. Jones and Anita M. Flynn. Mobile robots: Inspirations to implementation. A K Peters Ltd, 1993]
-
Supeditada a la propia definición del término robot:
"La Robótica describe todas las tecnologías asociadas con los robots"
¿De dónde proviene la palabra robot?. ¿Qué es un robot?
La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek (1890 - 1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.). Su origen es de la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada. La trama era sencilla: el hombre fabrica un robot, luego el robot mata al hombre.Muchas películas han seguido mostrando a los robots como máquinas dañinas y amenazadoras. Sin embargo, películas más recientes, como la saga de "La Guerra de las Galaxias" desde 1977, retratan a robots como "C3PO" y "R2D2" como ayudantes del hombre. "Número 5" de "Cortocircuito" y "C3PO" realmente tienen apariencia humana. Estos robots que se fabrican con look humano se llaman ‘androides’.
La mayoría de los expertos en Robótica afirmaría que es complicado dar una definición universalmente aceptada. Las definiciones son tan dispares como se demuestra en la siguiente relación:
-
Ingenio mecánico controlado electrónicamente, capaz de moverse y ejecutar de
forma automática acciones diversas, siguiendo un programa establecido.
- Máquina que en apariencia o comportamiento imita a las personas o a sus
acciones como, por ejemplo, en el movimiento de sus extremidades
- Un robot es una máquina que hace algo automáticamente en respuesta a su
entorno.
- Un robot es un puñado de motores controlados por un programa de ordenador.
- Un robot es un ordenador con músculos.
La imagen del robot como una máquina a semejanza del ser humano, subyace en el
hombre desde hace muchos siglos, existiendo diversas realizaciones con este fin.El ciudadano industrializado que vive a caballo entre el siglo XX y el XXI se ha visto en la necesidad de emprender, en escasos 25 años, el significado de un buen número de nuevos términos marcados por su alto contenido tecnológico. De ellos sin duda el más relevante haya sido el ordenador (computador).
Éste, está introducido hoy en día en su versión personal en multitud de hogares, y el ciudadano medio va conociendo en creciente proporción, además de su existencia, su modo de uso y buena parte de sus posibilidades.
Pero dejando de lado esta verdadera revolución social, existen otros conceptos procedentes del desarrollo tecnológico que han superado las barreras impuestas por las industrias y centros de investigación, incorporándose en cierta medida al lenguaje coloquial. Es llamativo como entre éstas destaca el concepto robot.
Pero
el robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros días, no surge
como consecuencia de la tendencia o afición de reproducir seres vivientes, sino
de la necesidad. Fue la necesidad la que dio origen a la agricultura, el pastoreo, la caza, la
pesca, etc. Más adelante, la necesidad provoca la primera revolución industrial
con el descubrimiento de la máquina de vapor de Watt y, actualmente, la necesidad ha
cubierto de ordenadores la faz de la tierra.Inmersos en la era de la informatización, la imperiosa necesidad de aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos, ha hecho insuficiente la automatización industrial rígida, dominante en las primeras décadas del siglo XX, que estaba destinada a la fabricación de grandes series de una restringida gama de productos. Hoy día, más de la mitad de los productos que se fabrican corresponden a lotes de pocas unidades.
Al enfocarse la producción industrial moderna hacia la automatización global y flexible, han quedado en desuso las herramientas, que hasta hace poco eran habituales:
- Forja, prensa y fundición
- Esmaltado
- Corte
- Encolado
- Desbardado
- Pulido.
Tipos de robot
Desde un punto de
vista muy general los robots pueden ser de los siguientes tipos:
Androides
Una
visión ampliamente compartida es que todos los robots son
"androides". Los androides son artilugios que se parecen y actúan
como seres humanos. Los robots de hoy en día vienen en todas las formas y tamaños,
pero a excepción de los robots que aparecen en las ferias y espectáculos, no
se parecen a las personas y por tanto no son androides. Actualmente, los
androides reales sólo existen en la imaginación y en las películas de ficción.
Móviles
Los
robots móviles están provistos de patas, ruedas u orugas que los capacitan
para desplazarse de acuerdo a su programación. Elaboran la información que
reciben a través de sus propios sistemas de sensores y se emplean en
determinado tipo de instalaciones industriales, sobre todo para el transporte de
mercancías en cadenas de producción y almacenes. También se utilizan robots
de este tipo para la investigación en lugares de difícil acceso o muy
distantes, como es el caso de la exploración espacial y de las investigaciones o
rescates submarinos.
Industriales
Los
robots industriales son artilugios mecánicos y electrónicos destinados a
realizar de forma automática determinados procesos de fabricación o manipulación.
También reciben el nombre de robots
algunos electrodomésticos capaces de realizar varias operaciones distintas de
forma simultánea o consecutiva, sin necesidad de intervención humana, como los
también llamados «procesadores», que trocean los alimentos y los someten a
las oportunas operaciones de cocción hasta elaborar un plato completo a partir
de la simple introducción de los productos básicos.
Los robots industriales, en la
actualidad, son con mucho los más frecuentemente encontrados. Japón y Estados
Unidos lideran la fabricación y consumo de robots industriales siendo Japón el
número uno. Es curioso ver cómo estos dos países han definido al robot
industrial:
-
La Asociación Japonesa de Robótica Industrial (JIRA): Los robots son "dispositivos capaces de moverse de modo flexible análogo al que poseen los organismos vivos, con o sin funciones intelectuales, permitiendo operaciones en respuesta a las órdenes humanas".
-
El Instituto de Robótica de América (RIA): Un robot industrial es "un manipulador multifuncional y reprogramable diseñado para desplazar materiales, componentes, herramientas o dispositivos especializados por medio de movimientos programados variables con el fin de realizar tareas diversas".
La
definición japonesa es muy amplia, mientras que la definición americana es más
concreta. Por ejemplo, un robot manipulador que requiere un operador "mecánicamente
enlazado" a él se considera como un robot en Japón, pero no encajaría en
la definición americana. Asimismo, una máquina automática que no es
programable entraría en la definición japonesa y no en la americana. Una
ventaja de la amplia definición japonesa es que a muchos de los dispositivos
automáticos cotidianos se les llama "robots" en Japón. Como
resultado, los japoneses han aceptado al robot en su cultura mucho más fácilmente
que los países occidentales, puesto que la definición americana es la que es
internacionalmente aceptada.
Médicos
Los
robots médicos son, fundamentalmente, prótesis para disminuidos físicos que
se adaptan al cuerpo y están dotados de potentes sistemas de mando. Con ellos
se logra igualar con precisión los movimientos y funciones de los órganos o
extremidades que suplen.
Teleoperadores
Hay
muchos "parientes de los robots" que no encajan exactamente en la
definición precisa. Un ejemplo son los teleoperadores. Dependiendo de cómo se
defina un robot, los teleoperadores pueden o no clasificarse como robots. Los
teleoperadores se controlan remotamente por un operador humano. Cuando pueden
ser considerados robots se les llama "telerobots". Cualquiera que sea
su clase, los teleoperadores son generalmente muy sofisticados y extremadamente
útiles en entornos peligrosos tales como residuos químicos y desactivación de
bombas.
Se puede concretar más, atendiendo a la arquitectura de los robots. La arquitectura, definida por el tipo de configuración general del robot, puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un robot a través del cambio de su configuración por el propio robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales -cambio de herramienta o de efector terminal-, hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales.
Los dispositivos y mecanismos que
pueden agruparse bajo la denominación genérica del robot, tal como se ha
indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación
coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La
subdivisión de los robots, con base en su arquitectura, se hace en los
siguientes grupos: Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.
Poliarticulados
Bajo este grupo están los
robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es
la de ser básicamente sedentarios -aunque excepcionalmente pueden ser
guiados para efectuar desplazamientos limitados- y estar estructurados
para
mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo
según uno o
más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de
libertad. En
este grupo se encuentran los manipuladores y algunos
robots industriales, y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de
trabajo
relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de
simetría
vertical o reducir el espacio ocupado en la base.
Móviles
Cuentan con gran capacidad de
desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema
locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la
información recibida de su entorno a través de sus sensores.
Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuenta, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Stanford.
Las tortugas motorizadas diseñadas en los años cincuenta, fueron las precursoras y sirvieron de base a los estudios sobre inteligencia artificial desarrollados entre 1965 y 1973 en la Universidad de Stanford.
Estos robots aseguran el
transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación.
Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación
electromagnética
de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas
fotoeléctricamente,
pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel
relativamente elevado de inteligencia.
Androides
Estos intentan reproducir
total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemático del ser humano.
Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin
utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación.
Uno de los aspectos más
complejos de estos robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos,
es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es
controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener
simultáneamente el equilibrio del robot .
Zoomórficos
Los robots zoomórficos, que
considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los
androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas
de locomoción que imitan a los diversos seres vivos.
A pesar de la
disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente
agrupar a los robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y
no caminadores. El grupo de los robots zoomórficos no caminadores está muy
poco evolucionado. Cabe destacar, entre otros, los experimentados efectuados en
Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí
y dotados de un movimiento relativo de rotación. En cambio, los robots zoomórficos
caminadores multípedos son muy numerosos y están siendo experimentados en
diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos
terrenos, pilotados o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy
accidentadas. Las aplicaciones de estos robots serán interesante en el campo de
la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.
Híbridos
Estos robots corresponden a
aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación
con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por
yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado, articulado y con ruedas,
tiene al mismo tiempo uno de los atributos de los robots móviles y de los
robots zoomórficos. De igual forma pueden considerarse híbridos algunos robots
formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un
brazo semejante al de los robots industriales. En parecida situación se
encuentran algunos robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles
ni como androides, tal es el caso de los robots personales.
Impacto de la robótica
La
Robótica
es una nueva tecnología, que surgió como tal, hacia 1960. Han
transcurrido pocos años y el interés que ha despertado, desborda
cualquier
previsión. Quizás, al nacer la Robótica en la era de la información, una
propaganda desmedida ha propiciado una imagen irreal a nivel popular y,
al igual
que sucede con el microprocesador, la mitificación de esta nueva
maquina, que
de todas formas, nunca dejara de ser eso, una maquina. |
Impacto en la Educación |
Destacan las siguientes:
- Mecánica
- Cinemática
- Dinámica
- Matemáticas
- Automática
- Electrónica
- Informática
- Energía y actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos
- Visión artificial
- Sonido de máquinas
- Inteligencia artificial.
Finalmente, la Robótica brinda a investigadores y doctorados un vasto y variado campo de trabajo, lleno de objetivos y en estado inicial de desarrollo.
La abundante oferta de robots educacionales en el mercado y sus precios competitivos, permiten a los centros de enseñanza complementar un estudio teórico de la Robótica, con las prácticas y ejercicios de experimentación e investigación adecuados.
Una formación en robótica localizada exclusivamente en el control no es la más útil para la mayoría de los estudiantes, que de trabajar con robots lo harán como usuarios y no como fabricantes. Sin embargo, no hay que perder de vista que se esta formando a ingenieros, y que hay que proveerles de los medios adecuados para abordar, de la manera más adecuada, los problemas que puedan surgir en el desarrollo de su profesión.
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Impacto en la automatización industrial |
Las células flexibles de producción se ajustan a necesidades del mercado y están constituidas, básicamente, por grupos de robots, controlados por ordenador. Las células flexibles disminuyen el tiempo del ciclo de trabajo en el taller de un producto y liberan a las personas de trabajos desagradables y monótonos.
La interrelación de las diferentes células flexibles a través de potentes computadores, dará lugar a la factoría totalmente automatizada, de las que ya existen algunas experiencias.
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Impacto en la competitividad |
Cuando el grado de utilización de maquinaria sofisticada es pequeño, la inversión no queda justificada. Para poder compaginar la reducción del número de horas de trabajo de los operarios y sus deseos para que estén emplazadas en el horario normal diurno, con el empleo intensivo de los modernos sistemas de producción, es preciso utilizar nuevas técnicas de fabricación flexible integral.
-
Impacto sociolaboral
Las ventajas de los modernos elementos productivos, como la liberación del, hombre de trabajos peligrosos, desagradables o monótonos y el aumento de la productividad, calidad y competitividad, a menudo, queda eclipsado por el aspecto negativo que supone el desplazamiento de mano de obra, sobre todo en tiempos de crisis. Este temor resulta infundado si se analiza con detalle el verdadero efecto de la robotización.
LEYES DE LA ROBOTICA
En las historias de robots de Isaac
Asimov, éste prevé un mundo futuro en el que existen reglas de seguridad para
que los robots no puedan ser dañinos para los seres humanos. Por tal razón Asimov
propuso las siguientes tres leyes de la robótica:
1ª.- Un robot no puede dañar a
un ser humano o, a través de la inacción, permitir que se dañe a un ser
humano.
2ª.- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.
3ª.- Un robot debe proteger su propia existencia siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.
2ª.- Un robot debe obedecer las órdenes dadas por los seres humanos, excepto cuando tales órdenes estén en contra de la primera ley.
3ª.- Un robot debe proteger su propia existencia siempre y cuando esta protección no entre en conflicto con la primera y segunda ley.
Sin llegar a la ciencia-ficción, por
ahora nos gustaría que los robots tuvieran las siguientes características:
- Autónomos, que pudiesen desarrollar su tarea de forma independiente.
- Fiables, que siempre realizasen su tarea de la forma esperada.
- Versátiles, que pudiesen ser utilizados para varias tareas sin necesidad de modificaciones en su control.
Transmisiones y reductores
Transmisiones
Dado que un robot mueve su extremo con aceleraciones elevadas, es de gran importancia reducir al máximo su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que deben vencer los actuadores dependen directamente de la distancia de las masas al actuador. Por estos motivos se procura que los actuadores, por lo general pesados, estén lo mas cerca posible de la base del robot. Esta circunstancia obliga a utilizar sistemas de transmisión que trasladen el movimiento hasta las articulaciones, especialmente a las situadas en el extremo del robot. Asimismo, las transmisiones pueden ser utilizadas para convertir movimiento circular en lineal o viceversa, cuando sea necesario.Existen actualmente en el mercado robots industriales con acoplamiento directo entre accionamiento y articulación. Se trata, sin embargo, de casos particulares dentro de la generalidad que en los robots industriales actuales supone la existencia de sistemas de transmisión junto con reductores para el acoplamiento entre actuadores y articulaciones.
Es de esperar que un buen sistema de transmisión cumpla con una serie de características básicas:
- debe tener un tamaño y peso reducido;
- se ha de evitar que presente juegos u holguras considerables;
- se deben buscar transmisiones con gran rendimiento.
Sistemas de transmisión
para robots
|
|||
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 | Paralelogramo
articulado Cremallera |
Holgura media | Control
difícil Rozamiento |
En esta tabla también quedan reflejadas algunas ventajas e inconvenientes propios de algunos sistemas de transmisión. Entre ellas cabe destacar la holgura o juego. Es muy importante que el sistema de transmisión a utilizar no afecte al movimiento que transmite, ya sea por el rozamiento inherente a su funcionamiento o por las holguras que su desgaste pueda introducir. También hay que tener en cuenta que el sistema de transmisión sea capaz de soportar un funcionamiento continuo a un par elevado y, a ser posible, entre grandes distancias.
Las transmisiones más habituales son aquellas que cuentan con movimiento circular tanto a la entrada como a la salida. Incluidas en éstas se encuentran los engranajes, las correas dentadas y las cadenas.
Reductores
En cuanto a los reductores, al contrario que con las transmisiones, sí existen determinados sistemas usados de manera preferente en los robots industriales. Esto se debe a que a los reductores utilizados en robótica se les exigen unas condiciones de funcionamiento muy restrictivas. La exigencia de estas características viene motivada por las altas prestaciones que se le piden al robot en cuanto a precisión y velocidad de posicionamiento. La siguiente tabla muestra valores típicos de los reductores para robótica actualmente empleados.Actuadores
Los actuadores tienen como misión generar el
movimiento de los elementos del robot según las ordenes dadas por la unidad de
control. Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan:
Los actuadores neumáticos utilizan el aire comprimido como fuente de
energía y son muy
indicados en el control de movimientos rápidos, pero de precisión
limitada. Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores
que tienen una
gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad.
Los motores eléctricos son los
más utilizados, por su fácil y preciso control,
así como por otras propiedades ventajosas que establece su
funcionamiento, como
consecuencia del empleo de la energía eléctrica. Más tarde se
proporcionará
una comparación detallada entre los diferentes
tipos de actuadores utilizados en robótica.
Cada uno de estos sistemas presenta características diferentes, siendo preciso evaluarlas a la hora de seleccionar el tipo de actuador más conveniente. Las características a considerar son, entre otras:
- Potencia
- Controlabilidad
- Peso y volumen
- Precisión
- Velocidad
- Mantenimiento
- Coste
Actuadores neumáticos
En ellos la fuente de energía es aire a presión entre 5 y 10 bar. Existen dos tipos de actuadores neumáticos:-
Motores neumáticos (de aletas rotativas o de pistones axiales).
|
Cilindros |
En los primeros se consigue el desplazamiento de un émbolo encerrado en un cilindro como consecuencia de la diferencia de presión a ambos lados de aquél. Los cilindros neumáticos pueden ser de simple o de doble efecto. En los primeros, el émbolo se desplaza en un sentido como resultado del empuje ejercido por el aire a presión, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto de un muelle (que recupera al émbolo a su posición en reposo).
En los cilindros de doble efecto el aire a presión es el encargado de empujar al émbolo en las dos direcciones, al poder ser introducido de forma arbitraria en cualquiera de las dos cámaras.
Normalmente, con los cilindros neumáticos sólo se persigue un posicionamiento en los extremos del mismo y no un posicionamiento continuo. Esto último se puede conseguir con una válvula de distribución (generalmente de accionamiento directo) que canaliza el aire a presión hacia una de las dos caras del embolo alternativamente. Existen, no obstante, sistemas de posicionamiento continuo de accionamiento neumático, aunque debido a su coste y calidad todavía no resultan competitivos.
|
Motores neumáticos |
En los motores neumáticos se consigue el movimiento de rotación de un eje mediante aire a presión. Los dos tipos más utilizados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones axiales.
Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor que se ve obligado a girar ente las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyan sobre un plano inclinado. Otro método común más sencillo de obtener movimientos de rotación a partir de actuadores neumáticos, se basa en el empleo de cilindros cuyo émbolo se encuentra acoplado a un sistema de piñón-cremallera.
En general y debido a la compresibilidad del aire, los actuadores neumáticos no consiguen una buena precisión 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). Por ejemplo, son utilizados en manipuladores sencillos, en apertura y cierre de pinzas o en determinadas articulaciones de algún robot (como el movimiento vertical del tercer grado de libertad de algunos robots tipo SCARA).
Siempre debe tenerse en cuenta que el empleo de un robot con algún tipo de accionamiento neumático deberá disponer de una instalación de aire comprimido, incluyendo: compresor, sistema de distribución (tuberías, electro válvulas), filtros, secadores, etc. No obstante, estas instalaciones neumáticas son frecuentes y existen en muchas de las fábricas donde se da cierto grado de automatización.
Actuadores hidráulicos
Este tipo de actuadores no se diferencia mucho de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegándose en ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones.Sin embargo, las características del fluido utilizado en los actuadores hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos. En primer lugar, el grado de compresibilidad de los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo que la precisión obtenida en este caso es mayor. Por motivos similares, es más fácil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un intervalo de valores (haciendo uso del servocontrol) con notable precisión. Además, las elevadas presiones de trabajo, diez veces superiores a las de los actuadores neumáticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares.
Por otra parte, este tipo de actuadores presenta estabilidad frente a cargas estáticas. Esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o una presión ejercida sobre una superficie, sin aporte de energía (para mover el embolo de un cilindro sería preciso vaciar este de aceite). También es destacable su eleva capacidad de carga y relación potencia-peso, así como sus características de auto lubricación y robustez.
Frente a estas ventajas existen ciertos inconvenientes. Por ejemplo, las elevadas presiones a las que se trabaja propician la existencia de fugas de aceite a lo largo de la instalación. Asimismo, esta instalación es mas complicada que la necesaria para los actuadores neumáticos y mucho más que para los eléctricos, necesitando de equipos de filtrado de partículas, eliminación de aire, sistemas de refrigeración y unidades de control de distribución.
Los accionamientos hidráulicos se usan con frecuencia en aquellos robots que deben manejar grandes cargas (de 70 a 205kg).
Actuadores eléctricos
Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos han hecho que sean los mas usados en los robots industriales actuales.Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:
- Motores de corriente continua (DC). Servomotores
- Motores paso a paso
- Motores de corriente alterna (AC)
|
Motores de corriente continua. Servomotores |
Son
los más usados en la actualidad debido a su facilidad de control. En este caso,
se utiliza en el propio motor un sensor de posición (Encoder) para poder
realizar su control.
Los motores de DC están constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua:
El inductor, también denominado devanado de excitación, esta situado en el estator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado excitación.
El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz que aparece como combinación de la corriente circulante por él y del campo magnético de excitación. Recibe la corriente del exterior a través del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas de grafito.
Para
que
se pueda dar la conversión de energía eléctrica en energía mecánica de
forma continua es necesario que los campos magnéticos del estator y del
rotor
permanezcan estáticos entre sí. Esta transformación es máxima cuando
ambos
campos se encuentran en cuadratura. El colector de delgas es un
conmutador
sincronizado con el rotor encargado de que se mantenga el ángulo
relativo entre
el campo del estator y el creado por las corrientes rotóricas. De esta
forma se
consigue transformar automáticamente, en función de la velocidad de la
máquina, 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 tensión del inducido aumenta la velocidad de la máquina. Si el motor está alimentado a tensión constante, se puede aumentar la velocidad disminuyendo el flujo de excitación. Pero cuanto más débil sea el flujo, menor será el par motor que se puede desarrollar para una intensidad de inducido constante, mientras que la tensión del inducido se utiliza para controlar la velocidad de giro.
En los controlados por excitación se actúa al contrario.
Además, en los motores controlados por inducido se produce un efecto estabilizador de la velocidad de giro originado por la realimentación intrínseca que posee a través 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 con robots.
Para mejorar el comportamiento de este tipo de motores, el campo de excitación se genera mediante imanes permanentes, con lo que se evitan fluctuaciones del mismo. Estos imanes son de aleaciones especiales como sumario-cobalto. Además, para disminuir la inercia que poseería un rotor bobinado, que es el inducido, se construye éste mediante una serie de espiras serigrafiadas en un disco plano, este tipo de rotor no posee apenas masa térmica, lo que aumenta los problemas de calentamiento por sobrecarga.
Las
velocidades de rotación que se consiguen con estos motores son del orden de
1000 a 3000 rpm con un comportamiento muy lineal y bajas constantes de tiempo.
Las potencias que pueden manejar pueden llegar a los 10KW.
Como se ha indicado, los motores DC son controlados mediante referencias de velocidad. Éstas normalmente son seguidas mediante un bucle de retroalimentación de velocidad analógica que se cierra mediante una electrónica específica (accionador del motor). Se denominan entonces servomotores.
Sobre este bucle de velocidad se coloca otro de posición, en el que las referencias son generadas por la unidad de control (microprocesador) sobre la base del error entre la posición 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 mas de unos segundos, debido a los calentamientos que se producen en el colector.
Para evitar estos problemas, se han desarrollado en los últimos años motores sin escobillas. En estos, los imanes de excitación se sitúan en el rotor y el devanado de inducido en el estator, con lo que es posible convertir la corriente mediante interruptores estáticos, que reciben la señal de conmutación a través de un detector de posición del rotor.
|
Motores paso a paso. |
Existen tres tipos de motores paso a paso:
- de imanes permanentes
- de reluctancia variable
- híbridos.
En los motores de reluctancia variable, el rotor está formado por un material ferro-magnético que tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las líneas de fuerza del campo magnético generado por las bobinas de estator. No contiene, por tanto, imanes permanentes. El estator es similar a un motor DC de escobillas.
La reluctancia de un circuito magnético es el equivalente magnético a la resistencia de un circuito eléctrico. La reluctancia del circuito disminuye cuando el rotor se alinea con el polo del estator. Cuando el rotor está en línea con el estator el hueco entre el rotor y el estator es muy pequeño. En este momento la reluctancia está al mínimo.
La inductancia del bobinado también varía cuando el rotor gira. Cuando el rotor está fuera de alineación, la inductancia es muy baja, y la corriente aumentará rápidamente. Cuando el rotor se alinea con el estator, la inductancia será muy grande. Esta es una de las dificultades del manejo de un motor de reluctancia variable.
Los motores híbridos combinan el modo de funcionamiento de los dos anteriores.
En los motores paso a paso la señal de control consiste en trenes de pulsos que van actuando rotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator. Por cada pulso recibido, el rotor del motor gira un determinado número discreto de grados. Para conseguir el giro del rotor en un determinado número de grados, las bobinas del estator deben ser excitadas secuencialmente a una frecuencia que determina la velocidad de giro. Las inercias propias del arranque y parada (aumentadas por las fuerzas magnéticas en equilibrio que se dan cuando está parado) impiden que el rotor alcance la velocidad nominal instantáneamente, por lo que ésa, y por tanto la frecuencia de los pulsos que la fija, debe ser aumentada progresivamente. Véase más sobre motores paso a paso y su control.
Para simplificar el control de estos motores existen circuitos especializados que a partir de tres señales (tren de pulsos, sentido de giro e inhibición) generan, a través de una etapa lógica, las secuencias de pulsos que un circuito de conmutación distribuye a cada fase.
A continuación se muestran las configuraciones bipolar y unipolar respectivamente:
Entre los inconvenientes se puede citar que su funcionamiento a bajas velocidades no es suave, y que existe el peligro de perdida de una posición por trabajar en bucle abierto. Tienden a sobrecalentarse trabajando a velocidades elevadas y presentan un limite en el tamaño que pueden alcanzar.
Su potencia nominal es baja y su precisión (mínimo ángulo girado) llega típicamente
hasta 1.8°. Se emplean para el posicionado de ejes que no precisan grandes
potencias (giro de pinza) o para robots pequeños (educacionales); También son
muy utilizados en dispositivos periféricos del robot, como mesas de
coordenadas.
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Motores de corriente alterna. |
- la construcción de los motores síncronos sin escobillas.
- el uso de convertidores estáticos que permiten variar la frecuencia (y así la velocidad de giro) con facilidad y precisión.
- el empleo de la microelectrónica, que permite una gran capacidad de control.
Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores eléctricos. El rotor está constituido por varias barras conductoras dispuestas paralelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla y por eso se le denomina también motor de jaula de ardilla. El estator consta de un conjunto de bobinas, de modo quec uando la corriente alterna trifásica las atraviesa, se forma un campo magnético rotatorio en las proximidades del estator. Esto induce corriente en el rotor, que crea su propio campo magnético. La interacción entre ambos campos produce un par en el rotor. No existe conexión eléctrica directa entre estator y rotor.
La frecuencia de la corriente alterna de la alimentación determina la velocidad a la cual rota el campo magnético del estator. El rotor sigue a este campo, girando más despacio. la diferencia de velocidades se denomina deslizamiento. La imagen adjunta exagera el deslizamiento. Si se sitúa el puntero del ratón en uno de los polos del rotor y se sigue se notará que no rota como el campo del estator. En la animación el deslizamiento es aproximadamente el 25%. Un deslizamiento normal ronda el 5%.
En la actualidad diversos robots industriales emplean este tipo de accionamientos con notables ventajas frente a los motores de corriente continua.El motor síncrono, como su nombre indica, opera exactamente a la misma velocidad que le campo del estator, sin deslizamiento.
El inducido se sitúa en el rotor, que tiene polaridad constante (imanes permanentes o bobinas), mientras que el inductor situado en el estator, esta formado por tres devanados iguales decalados 120° eléctricos y se alimenta con un sistema trifásico de tensiones. Es preciso resaltar la similitud existente entre este esquema de funcionamiento y el del motor sin escobillas.
En los motores síncronos la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la tensión que alimenta el inducido. Para poder variar esta precisión, el control de velocidad se realiza mediante un convertidor de frecuencia. Para evitar el riesgo de perdida de sincronismo se utiliza un sensor de posición continuo que detecta la posición del rotor y permite mantener en todo momento el ángulo que forman los campos del estator y rotor. Este método de control se conoce como autosíncrono o autopilotado.
El motor síncrono autopilotado excitado con un imán permanente, también llamado motor senoidal, no presenta problemas de mantenimiento debido a que no posee escobillas y tiene una gran capacidad de evacuación de calor, ya que los devanados están en contacto directo con la carcasa. El control de posición se puede realizar sin la utilización de un sensor adicional, aprovechando el detector de posición del rotor que posee el propio motor. Además permite desarrollar, a igualdad de peso, una potencia mayor que el motor de corriente continua.
En el caso de los motores asíncronos, no se ha conseguido resolver satisfactoriamente los problemas de control que presentan. Esto ha hecho que hasta el momento no tengan aplicación en robótica.
Comparación entre los diferentes tipos de actuadores
Como resumen de los actuadores utilizados en robótica se presenta la siguiente tabla:
Características
de los distintos tipos de actuadores para robots
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Neumáticos
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Hidráulicos
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Eléctricos
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| Energía | Aire a
presión (5-10 bar) |
Aceite
mineral (50-100 bar) |
Corriente eléctrica |
| Opciones | Cilindros Motor de paletas Motor de pistón |
Cilindros Motor de paletas Motor de pistones axiales |
Corriente continua Corriente alterna Motor paso a paso Servomotor |
| Ventajas | Baratos Rápidos Sencillos Robustos |
Rápidos Alta relación potencia-peso Autolubricantes Alta capacidad de carga Estabilidad frente a cargas estáticas |
Precisos Fiables Fácil control Sencilla instalación Silenciosos |
| Desventajas | Dificultad
de control continuo Instalación especial (compresor, filtros) Ruidoso |
Difícil
mantenimiento Instalación especial (filtros, eliminación aire) Frecuentes fugas Caros |
Potencia limitada |
Sensores
Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada precisión, velocidad e inteligencia, será preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la posición de 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. (Véase también sensores en robots móviles).
Sensores internos
Tipos de sensores
internos de robots
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| Posición | Analógicos | Potenciómetros Resolver Sincro Inductosyn LVDT |
| Digitales | Encoders absolutos Encoders incrementales Regla óptica |
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| Velocidad | Taco-generatriz | |
| Presencia | Inductivo Capacitivo Efecto Hhall Célula Reed Óptico Ultrasonidos Contacto |
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Sensores de posición |
Codificadores angulares de posición (encoders)
Existe, sin embargo, el problema del desconocimiento en un momento dado de si se está realizando un giro en un sentido o en el opuesto, con el peligro que supone no estar contando adecuadamente. Una solución 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 esté desplazado 90° eléctricos con respecto al generado por la primera franja. De esta manera, con un circuito relativamente sencillo, es posible obtener una señal adicional que indique cuál es el sentido de giro y que actúe sobre el contador correspondiente indicandole que incremente o reduzca la cuenta que se está realizando. Es necesario además 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 también para poder comenzar a contar tras recuperarse de una caída de tensión.
Esquema de funcionamiento del codificador angular de posición encoder
El funcionamiento básico de los codificadores o encoders absolutos es similar al de los incrementales. Se tiene una fuente de luz con las lentes de adaptación correspondientes, un disco graduado y unos fotorreceptores. En este caso, el disco transparente se divide en un número determinado de sectores (potencia de 2), codificándose cada uno de ellos según un código binario cíclico (normalmente código de Gray) que queda representado por zonas transparentes y opacas dispuestas radialmente. No es necesario ahora ningún contador o electrónica adicional para detectar el sentido del giro, pues cada posición (sector) es codificado de forma absoluta. Su resolución es fija, y vendrá dada por el número de anillos que posea el disco graduado. Las resoluciones habituales van desde 28 a 219 bits (desde 256 a 524288 posiciones distintas).
Normalmente los sensores de posición se acoplan al eje del motor. Considerando que en la mayor parte de los casos entre el eje del motor y el de la articulación se sitúa un reductor de relación N, cada movimiento de la articulación se verá multiplicado por N al ser medido por el sensor. Éste aumentara así su resolución, multiplicándola por N.
En algunos encoders absolutos se utiliza otro encoder absoluto más pequeño conectado por un engranaje reductor al principal, de manera que cuando éste gire una vuelta completa, el codificado adicional avanzará una posición. Son los denominados encoder absolutos multivuelta.
Esta misma circunstancia originará que en el caso de los codificadores incrementales la señal de referencia o marca de cero, sea insuficiente para detectar el punto origen para la cuenta de pulsos, pues habrá N posibles puntos de referencia para un giro completo de la articulación. Para distinguir cual de ellos es el correcto se suele utilizar un detector de presencia denominado sincronismo, acoplado directamente al eslabón del robot que se considere. Cuando se conecta el robot desde una situación de apagado, es preciso, ejecutar un procedimiento de búsqueda de referencias para los sensores (sincronizado). Durante su ejecución se leen los detectores de sincronismo que detectan la presencia o ausencia de eslabón del robot. Cuando se detecta la presencia o ausencia de pieza, o viceversa, se atiende al encoder incremental, tomándose como posición de origen la correspondiente al primer pulso de marca de cero que aquél genere.
Los encoders pueden presentar problemas mecánicos debido a la gran precisión que se debe tener en su fabricación. La contaminación ambiental puede ser una fuente de interferencias en la transmisión óptica. Son dispositivos particularmente sensibles a golpes y vibraciones, estando su margen de temperatura de trabajo limitado por la presencia de componentes electrónicos.
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Captadores angulares de posición (sincro-resolvers).
V1
= V sen(wt) sen
Ø
V2 = V sen(wt) cos Ø
que es llamada representación
del ángulo Ø en formato sincro.V2 = V sen(wt) cos Ø
El cambio del llamado formato sincro a formato resolver o viceversa es inmediato, ya que se puede pasar de uno a otro a través de la llamada red de Scott, o transformador de Scott, o funcionamiento bidireccional. Para poder tratar el sistema de control, la información generada por los resolvers y los sincros es necesario convertir las señales analógicas en digitales. Para ello se utilizan los llamados convertidores resolver/digital (r/d), que tradicionalmente se basan en dos tipos de estructuras distintas: traking y muestreo (sampling).
| Comparación entre diferentes sensores de posición angular | ||||
| Robustez mecánica | Rango dinámico | Resolución | Estabilidad térmica | |
| Encoder | mala | media | buena | buena |
| Resolver | ||||
| buena | buena | buena | buena | |
| Potenciómetro | regular | mala | mala | mala |
Sensores lineales de posición (LVDT)
Los dos devanados secundarios conectados en oposición serie ven como la inducción de la tensión alterna del primario, al variar la posición del núcleo, hace crecer la tensión de un devanado y disminuir la del otro. Del estudio de la tensión se deduce que ésta es proporcional a la diferencia de inductancias mutuas entre el devanado primario con cada uno de los secundarios, y que por tanto depende linealmente del desplazamiento del vástago solidario al núcleo.
Además de las ventajas señaladas, el LVDT presenta una alta linealidad, gran sensibilidad y una respuesta dinámica elevada. Su uso esta ampliamente extendido, a pesar del inconveniente de poder ser aplicado únicamente en la medición de pequeños desplazamientos.
Otros sensores lineales que también se emplean con relativa frecuencia son las denominadas reglas ópticas (equivalentes a los codificadores ópticos angulares) y las reglas magnéticas o Inductosyn. El funcionamiento del Inductosyn es similar a la del resolver con la diferencia de que el rotor desliza linealmente sobre el estator.
El estator se encuentra excitado por una tensión conocida que induce en el rotor dependiendo de su posición relativa una tensión Vs.
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Sensores de velocidad |
Normalmente, y puesto que el bucle de control de velocidad es analógico, el sensor usado es una taco generatriz que proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro de su eje (10 mV por rpm).
Otra posibilidad, usada para el caso de que la unidad de control del robot precise conocer la velocidad de giro de las articulaciones, consiste en derivar la información de posición que ésta posee.
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Sensores de presencia |
Además de esta aplicación, los sensores de presencia se usan como sensores externos, siendo muy sencillos de incorporar al robot por su carácter binario y su costo reducido. Los detectores inductivos permiten detectar la presencia o contar el número de objetos metálicos sin necesidad de contacto. Presentan el inconveniente de distinto comportamiento según del tipo de metal del que se trate. El mismo tipo de aplicación tienen los detectores capacitivos, más voluminosos, aunque en este caso los objetos a detectar no precisan ser metálicos. En cambio presentan problemas de trabajo en condiciones húmedas y con puestas a tierra defectuosa.
Los sensores basados en el efecto Hall detectan la presencia de objetos ferromagnéticos por la deformación que estos provocan sobre un campo magnético. Los sensores ópticos, sin embargo, pueden detectar la reflexión del rayo de luz procedente del emisor sobre el objeto.
Los sensores/conmutadores Reed de proximidad (frecuentemente referidos como sensores magnéticos) son muy tolerantes al desalineamiento y se ajustan bien a entornos contaminados por polvo y líquido. Constan de dos partes, el conmutador reed y el actuador magnético. El conmutador reed cambia su estado cuando el actuador magnético se acerca a él, sin necesidad de que exista contacto físico entre ambos. La distancia de operación puede variarse con una adecuada elección del actuador magnético. Las configuraciones del conmutador con contactos normalmente abiertos o intercambiables.
Sensor Reed en miniatura
Sensores externos
El empleo de mecanismos de detección exteriores
permite a un robot interaccionar con su ambiente de una manera flexible. Esto
contrasta con el funcionamiento preprogramado en el que a un robot se le enseña
a realizar tareas repetitivas mediante una serie de funciones preprogramadas.
Aunque ésto está bastante lejos de la forma más predominante de funcionamiento
de los robots industriales actuales, la utilización de la tecnología de
detección para proporcionar a las máquinas un mayor grado de inteligencia en
relación con su ambiente es, en realidad, un tema activo de investigación y
desarrollo en el campo de la robótica.
Un robot que puede ver y sentir es más fácil de entrenar en la ejecución de
las tareas complejas mientras que, al mismo tiempo, exige mecanismos de control
menos estrictos que las máquinas preprogramadas. Un sistema sensible y
susceptible de entrenamiento es también adaptable a una gama mucho más amplia
de tareas, con lo que se consigue un grado de universalidad que se traduce, a la
larga, en más bajos costes de producción y mantenimiento. La función de los
sensores del robot puede dividirse en dos categorías principales: estado
interno y estado externo.
Los sensores de estado interno operan con la detección de variables, tales
como la posición de la articulación del brazo, que se utilizan para el control
del robot. Por el contrario, los sensores de estado externo operan con la
detección de variables tales como:- el alcance
- la proximidad
- el contacto
Los sensores de estado externo pueden clasificarse también como sensores de:
- contacto
- no contacto
Los ejemplos más destacados de los sensores de no contacto miden el alcance, la proximidad y las propiedades visuales de un objeto.
Es de interés destacar que la detección de alcance y la visión suelen proporcionar una información de guiado aproximado para un manipulador, mientras que la proximidad y el tacto están asociados con fases terminales de agarre del objeto.
Los sensores de fuerza y torsión se utilizan como dispositivos de retroalimentación para controlar la manipulación de un objeto una vez que haya agarrado.
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Detección de alcance |
Triangulación
El método anterior proporciona una medida puntual. Si la disposición de fuente-detector se desplaza en un plano fijo (hacia arriba y abajo y en sentido lateral en un plano perpendicular al papel y que contenga la línea de la base en la figura), será posible obtener una serie de puntos cuyas distancias desde el detector serán conocidas. Estas distancias se transforman con facilidad en coordenadas tridimensionales manteniendo un registro de la localización y orientación del detector a medida que se exploran los objetos.
Método de iluminación estructural
Una de las configuraciones de luz de mayor difusión actual es una lámina de luz generada a través de una lente cilíndrica o de una hendidura estrecha. La intersección de la lámina de luz con objetos, en el espacio de trabajo, proporciona una franja de luz que se observa a través de una cámara de televisión desplazada en una cierta distancia desde la fuente de luz. La configuración de franjas se analiza con facilidad por una computadora para tener información del alcance. Por ejemplo una inflexión indica un cambio de superficie y una rotura corresponde a una separación entre superficies. Los valores de alcances específicos se calculan calibrando primero el sistema.
En una de las disposiciones más simples, la fuente de luz es perpendicular a la línea que une el origen de dicha lámina y el centro de la lente de la cámara. Al plano vertical que contiene esta línea le llamaremos plano de referencia. Es evidente que el plano de referencia es perpendicular a la lámina de luz y cualquier superficie de plano vertical que corte producirá una franja vertical de luz, en la que cada punto tendrá la misma distancia perpendicular al plano de referencia. El objetivo de la disposición es situar la cámara de modo que cada una de dichas franjas verticales aparezca también vertical en el plano de la imagen. De esta manera, cada punto a lo largo de la misma columna de la imagen será reconocido como que tiene la misma distancia al plano de referencia.
Telémetro de tiempo de vuelo
Un método para utilizar un láser para determinar la distancia consistente en medir el tiempo que tarda un pulso de luz emitido para retornar de forma coaxial (es decir, a lo largo de la misma trayectoria) desde una superficie reflectora. La distancia a la superficie viene dada por la simple relación D = c T /2, en donde T es el tiempo de transito del pulso y c es la velocidad de la luz.
Es de interés destacar que, puesto que la luz se desplaza a una velocidad aproximada de 1 pie/ns, la instrumentación electrónica de apoyo debe ser capaz de una resolución de tiempo de 50 PS para poder conseguir una exactitud de ± ¼ pulgada en distancia.
Un sistema de láser pulsado descrito por Javis produce una disposición bidimensional con valores proporcionales a la distancia: la exploración bidimensional con valores proporcionales a la distancia. La exploración bidimensional se realiza desviando la luz láser a través de un espejo giratorio.
El margen de trabajo de este dispositivo es del orden de magnitud de 1 a 4 metros, con una exactitud de ± 0.25cm. La luz detectada se visualiza como una imagen en la que la intensidad en cada punto es proporcional a la distancia entre el sensor y la superficie reflectora en ese punto (más oscura cuanto más próxima esta). Las zonas brillantes alrededor de los contornos de los objetos representan la discontinuidad en el alcance, determinada mediante un postprocesamiento en una computadora.
Una alternativa a la luz pulsada es utilizar un láser de haz continuo y medir el retardo (es decir, el desplazamiento de fase) entre los haces saliente y de retorno.
Supóngase que un haz de luz de láser de longitud de onda l está divido en dos haces. Uno de ellos denominado haz de referencia se desplaza una distancia L de un dispositivo de medición de fase y el otro se desplaza a una distancia D de una superficie reflectora. Puesto que la longitud de ondea de la luz láser es pequeña (por ejemplo, 632.8 nm para un láser de helio-neón), el método no resulta práctico para las aplicaciones robóticas.
Una solución simple a este problema es modular la amplitud de la luz de láser utilizando una forma de onda de longitud de onda mucho mayor (por ejemplo, una onda sinusoidal moduladora de frecuencia f = 10Mhz tiene una longitud de 30 metros).
Pero la señal de referencia es ahora la función modulante. La señal de láser modulada se envía al banco y el haz de retorno de la señal moduladora, que luego se compara con la de referencia para determinar el desplazamiento de fase.
Una ventaja importante en la técnica de la luz continua frente a la luz pulsada es que la primera proporciona información de la intensidad y del alcance. Sin embargo, los sistemas continuos exigen una potencia considerablemente mayor. Las incertidumbres en las mediciones de la distancia obtenidas por una u otra técnica exigen promediar la señal de retorno para reducir el error.
Un telémetro ultrasónico es otro exponente importante del concepto del tiempo de vuelo. La idea básica es la misma que se utiliza con un láser pulsado.
Una señal ultrasónica se transmite durante un corto período de tiempo y, puesto que la velocidad de sonido se conoce para un medio de propagación especificado, un simple cálculo, que implica el intervalo de tiempo entre el impulso saliente y el eco de retorno como proporciona una estimación de la distancia a la superficie reflectora.
Se utilizan principalmente para navegación y para evitar obstáculos.
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Detección de proximidad |
Los sensores basados en un cambio de inductancia debido a la presencia de un objeto metálico están entre los sensores de proximidad industriales de más frecuente uso. El principio de funcionamiento de estos sensores puede observarse en las siguientes figuras.
El efecto de llevar el sensor a la proximidad de un material ferromagnético produce un cambio en la posición de las líneas de flujo del imán permanente según se indica en la figura. En condiciones estáticas no hay ningún movimiento en las líneas de flujo y, por consiguiente, no se induce ninguna corriente en la bobina. Sin embargo, cuando un objeto ferromagnético penetra en el campo del imán o lo abandona, el cambio resultante en las líneas de flujo induce un impulso de corriente, cuya amplitud y forma son proporcionales a la velocidad de cambio de flujo.
La forma de onda de la tensión, observada a la salida de la bobina, proporciona un medio efectivo para la detección de proximidad. La tensión medida a través de la bobina varía como una función de la velocidad a la que un material ferromagnético se introduce en el campo del imán. La polaridad de la tensión, fuera del sensor, depende de que el objeto este penetrando en el campo abandonándolo.
Existe una relación entre la amplitud de la tensión y la distancia sensor-objeto. La sensibilidad cae rápidamente al aumentar la distancia, y el sensor sólo es eficaz para fracciones de un milímetro.
El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través del material. Cuando se utilizan por sí mismos, los sensores de efecto Hall sólo pueden detectar objetos magnetizados. Sin embargo, cuando se emplean en conjunción con un imán permanente en la configuración tal como la indicada en la figura, son capaces de detectar todos los materiales ferromagnéticos.
Cuando se utilizan de dicha manera, un dispositivo de efecto Hall detecta un campo magnético intenso en ausencia de un material ferromagnético en el campo cercano.
Los sensores de efecto Hall están basados en el principio de una fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada que se desplaza a través de un campo magnético. Esta fuerza actúa sobre un eje perpendicular al plano establecido por la dirección de movimiento de la partícula cargada y la dirección del campo. Es decir, la fuerza de Lorentz viene dada por F = q(v x B), en donde q es la carga, v es el vector de velocidad, B es el vector del campo magnético y x indica el producto vectorial.
Al llevar un material ferromagnético cerca del dispositivo de imán semiconductor disminuirá la intensidad del campo magnético, con la consiguiente reducción de la fuerza de Lorentz y, finalmente, la tensión a través del semiconductor.
Esta caída en la tensión es la clave para detectar la proximidad con sensores de efecto Hall. Las decisiones binarias con respecto a la presencia de un objeto se realizan estableciendo un umbral de la tensión fuera del sensor.
Además, la utilización de materiales semiconductores permite la construcción de circuitos electrónicos para amplificación y detección directamente en el propio sensor, con lo que se reduce el tamaño y el coste del mismo.
A diferencia con los sensores inductivos y de efecto Hall que detectan solamente materiales ferromagnéticos, los sensores capacitivos son potencialmente capaces (con diversos grados de sensibilidad) de detectar todos los materiales sólidos y líquidos. Como su nombre indica, estos sensores están basados en la detección de un cambio en la capacidad inducido por una superficie que se lleva cerca del elemento sensor.
Hay varios métodos electrónicos para detectar la proximidad basados en cambios
de la capacidad. Uno de los más simples incluye el condensador como parte de un
circuito oscilador diseñado de modo que la oscilación se inicie solamente
cuando la capacidad del sensor sea superior a un valor umbral preestablecido. La
iniciación de la oscilación se traduce luego en una tensión de salida, que
indica la presencia de un objeto. Este método proporciona una salida binaria,
cuya sensibilidad de disparo dependerá del valor umbral.
La capacidad varía como una función de la distancia para un sensor de proximidad basado en los conceptos anteriores. Es de interés destacar que la sensibilidad disminuye mucho cuando la distancia es superior a unos pocos milímetros y que la forma de la curva de respuesta depende del material objeto de detección. En condiciones normales, estos sensores son accionados en un modo binario, de modo que un cambio en la capacidad mayor que en un umbral preestablecido T indica la presencia de un objeto, mientras que los cambios por debajo del umbral indican la ausencia de un objeto con respecto a los limites de detección establecidos por el valor de T.
Sensores ultrasónicos
En
la estructura de un transductor ultrasónico típico
utilizado para detección de proximidad el elemento básico es un transductor
electroacústico, frecuentemente del tipo cerámico piezoeléctrico. La capa de
resina protege al transductor contra la humedad, polvo y otros factores
ambientales y también actúa como un adaptador de impedancia acústica. Puesto
que el mismo transductor se suele utilizar para la transmisión y la recepción,
un amortiguamiento rápido de la energía acústica es necesario para detectar
objetos a pequeña distancia. Esta operación se realiza proporcionando
absorbedores acústicos y desacoplando el transductor de su receptáculo. Este
último está diseñado de modo que produzca un haz acústico estrecho para una
eficaz transferencia de energía y una mejor direccionalidad de la señal.Los sensores de proximidad ópticos son similares a los sensores ultrasónicos en el sentido de que detectan la proximidad de un objeto por su influencia sobre una onda propagadora que se desplaza desde un transmisor hasta un receptor. Uno de los métodos más utilizados para detectar la proximidad por medio de ópticos se muestra en la figura. Este sensor está constituido por un diodo emisor de luz de estado sólido (LED), que actúa como un transmisor de luz infrarroja y un fotodiodo de estado sólido que actúa como el receptor.
Dicho de otro modo, una superficie localizada en cualquier lugar en el volumen producirá una lectura. Aunque es posible calibrar la intensidad de estas lecturas como una función de la distancia para características reflectoras y orientaciones del objeto conocidas, la aplicación típica está en un modo en donde una señal binaria recibe una intensidad de luz superior a un valor umbral.
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Sensores de contacto |
Cualquier información puede utilizarse, por ejemplo, para la localización y el reconocimiento del objeto, así como para controlar la fuerza ejercida por un manipulador sobre un objeto dado. Los sensores de contacto pueden subdividirse en dos categorías principales:
Los sensores binarios son esencialmente conmutadores que responden a la presencia o ausencia de un objeto. Por el contrario los sensores analógicos proporcionan a la salida una señal proporcional a una fuerza local.
Los sensores binarios son dispositivos de contacto tales como micro interruptores. En la disposición más simple, un conmutador está situado en la superficie interior de cada dedo de una mano de manipulación. Este tipo de detección es de utilidad para determinar si una pieza está presente entre los dedos. Desplazando la mano sobre un objeto y estableciendo secuencialmente contacto con la superficie, también es posible centrar la mano sobre el objeto para su agarre y manipulación.En los últimos años se ha dedicado un esfuerzo considerable al desarrollo de conjuntos de detección táctil, capaces de proporcionar una información de contacto sobre un área más amplia que la proporcionada por un sensor único. El empleo de estos dispositivos se ilustra en la figura, que muestra una mano de robot en la que la superficie interior de cada dedo ha sido recubierta con un arreglo táctil de detección.
Sensores de contacto binarios múltiples pueden emplearse, en la superficie interior de cada dedo, para proporcionar información táctil. Además, suelen estar montados en las superficies exteriores de una mano de manipulación para proporcionar señales de control de utilidad para guiar la mano a través de todo el espacio de trabajo. Este último modo de detección por contacto es análogo al que los seres humanos sienten cuando se desplazan a través de un recinto completamente oscuro.
Un sensor de contacto analógico es un dispositivo cuya salida es proporcional a una fuerza local. El más simple de estos dispositivos está constituido por una varilla accionada por resorte que esta mecánicamente enlazada con un eje giratorio, de tal manera que el desplazamiento de la varilla debido a una fuerza lateral da lugar a una rotación proporcional del eje.
La rotación se mide luego, de manera continua, utilizando un potenciómetro, o de forma digital, con el uso de una rueda de código. El crecimiento de la constante del resorte proporciona la fuerza que corresponde a un desplazamiento dado.
Aunque pueden formarse matrices de detección utilizando sensores individuales múltiples, una de las soluciones más prometedoras a este problema consiste en utilizar una matriz de electrodos en contacto eléctrico con un material conductor dúctil (por ejemplo, sustancias basadas en grafito) cuya resistencia varía como una función de la compresión. En estos dispositivos, que suelen denominarse pieles artificiales, un objeto que presiona contra la superficie produce deformaciones locales que se miden como variaciones continuas de la resistencia. Estas últimas se transforman con facilidad en señales eléctricas, cuya amplitud es proporcional a la fuerza que se aplica en cualquier punto dado sobre la superficie del material.
El sensor de presión
Un sensor óptico de presión consiste en una superficie dividida en células por particiones opacas. Una fibra óptica trae luz a cada célula; la luz es emitida por un diodo u otra fuente. Otra fibra lleva luz de la célula a un sensor; por ejemplo, un fotodiodo o fototransistor. Las células son cubiertas por un material elástico con una superficie interior reflectante. El resto de la célula es de un material no reflectante. El cambio en la reflexión interior de luz es detectado por el sensor y se produce una señal que informa al operador de contacto. Cuanto mayor sea la presión, mayor es el cambio en la reflexión. Así, puede "sentirse" la presión utilizando circuitería analógica. Si se desea únicamente una indicación de contacto, un sensor de umbral puede ser incluido en la electrónica.
Todos los sensores de contacto mencionados hasta ahora se refieren a medidas de fuerzas normales a la superficie del sensor, aunque la medida del movimiento tangencial para determinar el deslizamiento es otro aspecto importante de la detección de contacto.
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Detección de fuerza y torsión |
Los sensores de muñeca están montados entre la extremidad de un brazo del robot y el actuador final.
Están constituidos por galgas de deformaciones que miden la desviación de la estructura mecánica debida a fuerzas exteriores.
Los sensores de muñeca son pequeños, sensibles, de poco peso (aproximadamente 12 onzas) y de un diseño relativamente compacto, del orden de 10 cm de diámetro total y de 3cm de espesor.
Para poder reducir la histéresis y aumentar la exactitud en la medida, el hardware se suele construir a partir de una pieza mecánica maciza, que suele ser de aluminio. Por ejemplo, el sensor mostrado en la figura utiliza ocho pares de galgas de deformaciones de semiconductores montadas en cuatro barras de deflexión (una galga a cada lado de una barra de deflexión).
Las galgas en los extremos abiertos opuestos de las barras de deflexión están cableadas, de manera diferencial, a un circuito potenciométrico, cuya tensión de salida es proporcional a la componente de la fuerza normal al plano de la galga de deformación.
Sin embargo, se trata solamente de una compensación de primer orden aproximada. Puesto que los ocho pares de galgas de deformación están orientados en sentido normal a los ejes x, y, z del sistema de referencia, las tres componentes del momento M pueden determinarse sumando y restando adecuadamente las tensiones de salida, respectivamente.
La
mayoría de los sensores de fuerza de muñeca funcionan como transductores para
transformar las fuerzas y los momentos ejercidos en la mano en desviaciones o
desplazamientos medibles en la muñeca generados por el sensor de fuerza no
afecten a la exactitud del posicionamiento del manipulador.
Por consiguiente, las especificaciones del rendimiento pueden resumirse como siguen:
- Alta rigidez. La frecuencia natural de un dispositivo mecánico está relaciona con su rigidez; así, la alta rigidez asegura que las fuerzas perturbadoras se amortigüen rápidamente para permitir lecturas exactas durante cortos intervalos de tiempo. Además, reduce la magnitud de las desviaciones de una fuerza / momento aplicado, lo que puede añadirse al error de posicionamiento de la mano.
- Diseño compacto.
Este diseño asegura que el dispositivo no restrinja el movimiento del
manipulador en un área de trabajo con poco espacio libre. Con el sensor de
fuerza compacto, es importante colocar el sensor lo más próximo posible a
la herramienta para reducir el error de posicionamiento como consecuencia
del giro de la mano en pequeños ángulos.
Además, es deseable medir una fuerza / momento de la mano lo más grande posible; así, al hacer mínima la distancia entre la mano y el sensor, se reduce el brazo de la palanca para las fuerzas aplicadas en la mano. - Linealidad. Una buena linealidad entre la respuesta de los elementos detectores de la fuerza y las fuerzas / momentos aplicados permite resolver la fuerza y los momentos mediante simples operaciones matriciales.
- Baja histéresis y
rozamiento interno. El rozamiento interno reduce la sensibilidad de los
elementos detectores de la fuerza porque las fuerzas tienen que superar este
rozamiento, o fricción, antes de que pueda obtenerse una desviación
medible.
Produce también efectos de histéresis que no reestablecen los dispositivos de medida de la posición a sus lecturas originales. Elementos terminales o actuadores finales
- Introducción
- Pinzas
- Herramientas
Introducción
Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales. Podríamos denominar a estos dispositivos como los periféricos del robot. En robótica, el termino de actuador final se utiliza para describir la mano o herramienta que está unida a la muñeca. El actuador final representa la herramienta especial que permite al robot de uso general realizar una aplicación particular, y debe diseñarse específicamente para dicha aplicación.Los actuadores finales pueden dividirse en dos categorías:
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 casquetes de sujeción, imanes, ganchos, y cucharas.
Pinzas (gripper)
Los elementos de sujeción se utilizan para agarrar y sostener los objetos, y se suelen denominar pinzas. Se distingue entre las que utilizan dispositivos de agarre mecánico y las que utilizan algún otro tipo de dispositivo (ventosas, pinzas magnéticas, adhesivas, ganchos, etc.). Se pueden clasificar según el sistema de sujeción empleado.| Sistemas de sujeción para robots | ||
| Tipo | Accionamiento | Uso |
| Pinza de presión - des. angular - des. lineal |
Neumático o eléctrico | Transporte y manipulación de piezas sobre las que no importé presionar |
| Pinza de enganche | ||
| Neumático o eléctrico | Piezas grandes dimensiones o sobre las que no se puede ejercer presión | |
| Ventosa de vacío | Neumático | Cuerpos con superficie lisa poco porosa (cristal, plástico etc.) |
| Electroimán | Eléctrico | Piezas ferromagnéticas |
El accionamiento neumático es él mas 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
eléctrico.
En la pinza se suelen situar sensores para detectar el estado de la misma (abierto o cerrado). Se pueden incorporar a la pinza otro tipo de sensores para controlar el estado de la pieza, sistemas de visión que incorporen datos geométricos de los objetos, detectores de proximidad, sensores fuerza par, etc.
En la pinza se suelen situar sensores para detectar el estado de la misma (abierto o cerrado). Se pueden incorporar a la pinza otro tipo de sensores para controlar el estado de la pieza, sistemas de visión que incorporen datos geométricos de los objetos, detectores de proximidad, sensores fuerza par, etc.
Existen ciertos elementos comerciales que sirven de base para la pinza, siendo
posible a partir de ellos diseñar actuadores válidos para cada aplicación
concreta. Sin embargo, en otras ocasiones el actuador debe ser desarrollado íntegramente,
constituyendo un porcentaje importante dentro del coste total de la aplicación.
Los tipos de pinzas más comunes pertenecen al tipo llamado pivotante.
Los dedos de la pinza giran en relación con los puntos fijos del pivote. De
esta manera, la pinza se abre y se cierra.
Otro tipo de pinzas se denominan de
movimiento lineal. En este
caso, los dedos se abren y se cierran ejecutando un movimiento paralelo entre sí.
En la elección o diseño de una pinza se han de
tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de
manipulación a realizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objeto y la
fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. Entre los parámetros
de la pinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el
equipo de accionamiento y la capacidad de control.
Una regla
general es que la pinza debe sujetar a la pieza de trabajo por su centro de
gravedad; esto ocasiona que se anulen los momentos que se pudieran generar por
el peso de la pieza de trabajo.
Para reducir los tiempos de
ciclo en operaciones de carga y descarga de piezas a máquinas-herramientas se
pueden diseñar actuadores finales con doble pinza.
Existen otros tipos de pinzas como ventosas, pinzas magnéticas y pinzas adhesivas.
Herramientas
En muchas ocasiones el robot ha de realizar operaciones que no consisten en manipular objetos, sino que implica el uso de una herramienta. Aparte de estos elementos de sujeción y herramientas más o menos convencionales, existen interesantes desarrollos e investigaciones, muchos de ellos orientados a la manipulación de objetos complicados y delicados. Por ejemplo pinzas dotadas de tacto.| Herramientas terminales para robots | |
| Tipo | Comentarios |
| Pinza soldadura por puntos Soplete soldadura de arco Cucharón para colada Atornillador Fresa-lija Pistola de pintura Cañón láser Cañón de agua a presión |
Dos electrodos que se cierran sobre la pieza de soldar Aportan el flujo de electrodo que se funde Para trabajos de fundición Suelen incluir la alimentación de tornillos Para perfilar, eliminar rebabas, pulir, etc Para pulverización de la pintura Para corte de materiales, soldadura o inspección Para corte de materiales |
 |
El robot que aparece en la figura adjunta tiene un dispositivo en su muñeca para aplicaciones de soldadura. |
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En este robot el actuador final consiste de una serie de sensores que puede tener diversas aplicaciones (medición, inspección). |
Aplicaciones de la Robótica
Clasificación
En la actualidad los robots se usan de manera
extensa en la industria, siendo un elemento indispensable en una gran parte de
los procesos de manufactura. Impulsados principalmente por el sector del automóvil,
los robots han dejado de ser máquinas misteriosas propias de la ciencia-ficción
para ser un elemento mas de muchos de los talleres y líneas de producción.
Por su propia definición el robot
industrial es multifuncional, esto es, puede ser aplicado a un número, en
principio ilimitado, de funciones. No obstante, la práctica ha demostrado que
su adaptación es óptima en determinados procesos (soldadura, paletización,
etc.) en los que hoy día el robot es sin duda alguna, la solución más
rentable.
Junto con estas aplicaciones, ya arraigadas, hay otras novedosas en las que si
bien la utilización del robot no se realiza a gran escala, si se justifica su
aplicación por las condiciones intrínsecas del medio de trabajo (ambientes
contaminados, salas asépticas, construcción, etc.) o la elevada exigencia en
cuanto a calidad de los resultados (medicina, etc.). Estos robots se han venido
llamando robots de servicio.
La Federación Internacional de la Robótica (IFR) estableció en 1998 una clasificación de las aplicaciones de la Robótica en el sector manufacturero:
La Federación Internacional de la Robótica (IFR) estableció en 1998 una clasificación de las aplicaciones de la Robótica en el sector manufacturero:
 
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Esta clasificación pretende
englobar la mayor parte de los procesos robotizados en la actualidad aunque,
como se ha indicado anteriormente, se pueden encontrar aplicaciones particulares
que no aparecen de manera explicita en esta clasificación.
Aplicaciones Industriales
La implantación de un robot industrial en un
determinado proceso exige un detallado estudio previo del proceso en cuestión,
examinando las ventajas e inconvenientes que conlleva la introducción del
robot. Será preciso siempre estar dispuesto a admitir cambios en el desarrollo
del proceso primitivo (modificaciones en el diseño de piezas, sustitución de
unos sistemas por otros, etc.) que faciliten y hagan viable la aplicación del
robot.
En cuanto al tipo de robot a utilizar, habrá que considerar aspectos de diversa índole como espacio de trabajo, velocidad de carga, capacidad de control, coste, etc.
A continuación se analizan algunas de las aplicaciones industriales de los
robots, ofreciendo una breve descripción del proceso, exponiendo el modo en el
que el robot entra a formar parte del mismo, y considerando las ventajas e
inconvenientes.
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Trabajos en fundición |
El robot se usa en:
-
la fundición de las piezas del molde y transporte de éstas a un lugar de enfriado y posteriormente a otro proceso (desbardado, corte, etc.).
-
la limpieza y mantenimiento de los moldes, eliminando rebabas (por aplicación de aire comprimido) y aplicando el lubricante.
-
la colocación de piezas en el interior de los moldes (embutidos).
Las cargas manejadas por los robots en estas tareas suelen ser medias o altas
(del orden de decenas de kilogramos), no se necesita una gran precisión y su
campo de acción ha de ser grande. Su estructura más frecuente es la polar y la
articular y su sistema de control es por lo general sencillo.
|
Soldadura |
Para ello, se hace pasar una corriente eléctrica elevada y a baja tensión a través de dos electrodos enfrentados entre los que se sitúan las piezas a unir. Los electrodos instalados en una pinza de soldadora, deben sujetar las piezas con una presión determinada (de lo que depende la precisión de la soldadura). Además deben ser controlados los niveles de tensión e intensidad necesarios, así como el tiempo de aplicación. Todo ello exige el empleo de un sistema de control del proceso de soldadura.
En las grandes líneas de soldadura de carrocerías de automóviles, éstas pasan secuencialmente por varios robots dispuestos frecuentemente formando un pasillo; los robots, de una manera coordinada, posicionan las piezas de soldadura realizando varios puntos consecutivamente.
La gran demanda de robots para la tarea de soldadura por puntos ha originado que
los fabricantes desarrollen robots especiales para esta aplicación que integran
en su sistema de programación el control de la pinza de soldadura que portan en
su extremo.
Los robots de soldadura por puntos precisan capacidad de cargas del orden de los 50-100 Kg. y estructura articular, con suficientes grados de libertad (5 o 6) para posicionar y orientar la pinza de soldadura (o pieza según el caso) en lugares de difícil acceso.
Los robots de soldadura por puntos precisan capacidad de cargas del orden de los 50-100 Kg. y estructura articular, con suficientes grados de libertad (5 o 6) para posicionar y orientar la pinza de soldadura (o pieza según el caso) en lugares de difícil acceso.
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Aplicación de materiales |
Tanto en la pintura como en el metalizado, esmaltado o arenado, la problemática a resolver es similar, siendo la primera la que cuenta con mayor difusión. Su empleo esta generalizado en la fabricación de automóviles, electrodomésticos, muebles, etc.
En estos procedimientos se cubre una superficie (de forma tridimensional y en general complicada) con una mezcla de aire y material pulverizada mediante una pistola. Es preciso conseguir una perfecta homogeneidad en el reparto de la pintura, realizándose para ello un control de la viscosidad, de la distancia entre las piezas y la pistola, de la velocidad de movimiento de ésta, del número de pasadas etc. Todos estos parámetros son tradicionalmente controlados por el operario.
Por otra parte el entorno en el que se realiza la pintura es sumamente desagradable y peligroso. En él se tiene simultáneamente un reducido espacio, una atmósfera tóxica, un alto nivel de ruido y un riesgo de incendio. Estas circunstancias han hecho de la pintura y operaciones afines, un proceso de interesante robotización. Con el empleo del robot se eliminan los inconvenientes ambientales y se gana en cuanto a homogeneidad en la calidad del acabado, ahorro de pintura y productividad.
Normalmente los robots de pintura son específicos para este fin. Suelen ser robots articulares, ligeros, con 6 o más grados de libertad que les permiten proyectar pintura en todos los huecos de la pieza. Cuentan con protecciones especiales para defenderse de las partículas en suspensión dentro de la cabina de pintura y sus posibles consecuencias (explosiones, incendio, deterioro mecánico). Este mismo motivo origina que, en muchos casos, el accionamiento de los robots de pintura sea hidráulico o, de ser eléctrico, que los cables vayan por el interior de conductos a sobrepresión, evitándose así, el riesgo de explosión.
Tal vez la característica fundamental de los robots dedicados a estas tareas sea su método de programación. Obviamente, es preciso que cuenten con un control de trayectoria continua, pues no basta con especificar el punto inicial y final de sus movimientos, si no también la trayectoria. El método normal de programación es el de aprendizaje con un muestreo continuo de la trayectoria. El operario realiza una vez el proceso de pintura con el propio robot, mientras que la unidad de programación registra continuamente, y de manera automática, gran cantidad de puntos para su posterior repetición.
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Aplicación de adhesivos y sellantes |
En este proceso el material a aplicar se encuentra en forma líquida o pastosa en un tanque, siendo bombeada hasta la pistola de aplicación que porta el robot, que regula el caudal de material que es proyectado.
El robot, siguiendo la trayectoria programada,
proyecta la sustancia que se solidifica al contacto con el aire. En este
proceso, tan importante como el control preciso de la trayectoria del robot es
el control sincronizado de su velocidad y del caudal de material suministrado
por la pistola, puesto que la cantidad de material proyectado en un punto de la
pieza depende de ambos factores.
Es habitual una disposición del robot suspendido sobre la pieza, siendo necesario, por los motivos antes expuestos, que el robot tenga capacidad de control de trayectoria continua (posición y velocidad regulados con precisión), así como capacidad de integrar en su propia unidad de control la regulación del caudal de material aportado en concordancia con la velocidad del movimiento.
Es habitual una disposición del robot suspendido sobre la pieza, siendo necesario, por los motivos antes expuestos, que el robot tenga capacidad de control de trayectoria continua (posición y velocidad regulados con precisión), así como capacidad de integrar en su propia unidad de control la regulación del caudal de material aportado en concordancia con la velocidad del movimiento.
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Alimentación de máquinas |
Por otra parte, los robots usados en estas tareas son, por lo general, de baja complejidad, precisión media, número reducido de grados de libertad y de control sencillo, bastando en ocasiones con manipuladores secuenciales. Su campo de acción interesa que sea grande. En cuanto a la carga, varía mucho, pudiéndose necesitar robots con capacidad de carga de pocos kilogramos, hasta de algunos cientos (existen robots capaces de manipular hasta tonelada y media). Las estructuras más frecuentemente utilizadas son la cilíndrica, esférica y articular. También la cartesiana puede aportar en ocasiones la solución más adecuada.
Atención especial merece la aplicación del robot en células flexibles de mecanizado, que han adquirido gran auge en los últimos años. Éstas emplean centros de mecanizado o varias máquinas de control numérico para conseguir complejos y distintos mecanizados sobre una pieza y dar a ésta la forma programada. La capacidad de programación de estas máquinas permite una producción flexible de piezas adaptándose así perfectamente a las necesidades del mercado actual. Estas máquinas emplean diferentes herramientas que se acoplan a un cabezal común de manera automática cuando el proceso de mecanizado lo precisa. Las herramientas a usar en el proceso concreto son almacenadas en tambores automáticos que permiten un rápido intercambio de la herramienta.
El robot es el complemento ideal de estas máquinas. Sus tareas pueden comenzar con la recogida de la pieza del sistema de transporte encargado de evacuarlas o para llevarla a otra máquina. Asimismo, el robot puede ocuparse de cargar el alimentador automático de herramientas de la máquina, reponiendo herramientas gastadas o seleccionando las adecuadas para la producción de una determinada pieza.
La sincronización de toda la célula (alimentadores, centros de mecanizado, robots, etc.) puede ser realizada por la propia unidad de control del robot que cuenta, por lo general, con gran potencia de cálculo y capacidad de manejo de entradas y salidas.
En ocasiones estas células cuentan con sistemas multi-robot, que trabajan de manera secuencial con la pieza. Hasta la fecha no existen apenas realizaciones practicas de cooperación de robots de manera coordinada.
Las características de los robots para estas tareas de alimentación de máquinas herramientas son por lo general similares a las necesarias para la alimentación de otras máquinas. Las únicas discrepancias estriban en su mayor precisión y capacidad de carga inferior (algunas decenas de kilogramos).
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Procesado |
El desbardado consiste en la eliminación de rebabas de la pieza de metal o plástico, procedentes de un proceso anterior (fundición, estampación, etc.). Esta operación se realiza manualmente con una esmeriladora o fresa, dependiendo la herramienta de las características del material a desbardar.
Parecida al desbardado, en cuanto a necesidades, es la aplicación de pulido, cambiando básicamente la herramienta a emplear. Las necesidades de precisión y de empleo de sensores son tal vez en este caso menos exigentes.
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Corte |
Los métodos de corte no mecánico más empleados son oxicorte, plasma, láser y chorro de agua, dependiendo de la naturaleza del material a cortar. En todos ellos el robot transporta la boquilla por la que se emite el material de corte, proyectando éste sobre la pieza al tiempo que sigue una trayectoria determinada.
Las piezas a cortar pueden disponerse en varias capas, unas encima de otras, realizándose el corte simultáneo de todas ellas (método de corte de patrones en la industria textil).
El robot porta una boquilla de pequeño diámetro (normalmente de 0.1mm.) por la que sale un chorro de agua, en ocasiones con alguna sustancia abrasiva, a una velocidad del orden de 900 m/s, y a una presión del orden de 4000 kg/cm². El sistema completo precisa de bomba, intensificador, reguladores de presión y electro válvulas.
El corte por chorro de agua puede aplicarse a materiales como alimentos, fibra de vidrio, PVC, mármol, madera, goma espuma, neopreno, yeso, tela, cartón, e incluso a metales como aluminio, acero y titanio. En estos casos se añade al agua una sustancia abrasiva.
Las principales ventajas del corte por chorro de agua frente a otros sistemas son:
- no provoca aumento de temperatura en el material;Los robots empleados requieren control de trayectoria continua y elevada precisión. Su campo de acción varía con el tamaño de las piezas a cortar siendo, en general, de envergadura media (de 1 a 3 metros de radio). En este sentido, como se ha comentado, con mucha frecuencia se dispone al robot suspendido boca abajo sobre la pieza.
- no es contaminante;
- no provoca cambios de color;
- no altera las propiedades de los materiales;
- el coste de mantenimiento es bajo.
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Montaje |
Muchos procesos de ensamblado se han automatizado empleando máquinas especiales que funcionan con gran precisión y rapidez. Sin embargo, el mercado actual precisa de sistemas muy flexibles, que permitan introducir frecuentes modificaciones en los productos con unos costes mínimos. Por este motivo el robot industrial se ha convertido en muchos casos en la solución ideal para la automatización del ensamblaje.
Entre éstos cabe destacar a los alimentadores (tambores vibradores, por ejemplo), posicionadores y los posibles sensores que usa el robot para ayudarse en su tarea (esfuerzos, visión, tacto, etc.).
Estos sensores son indispensables en muchos casos debido a las estrechas tolerancias con que se trabaja en el ensamblaje y a los inevitables errores, aunque sean muy pequeños, en el posicionamiento de las piezas que entran a tomar parte de él.
Los robots empleados en el ensamblaje requieren, en cualquier caso, una gran precisión y repetibilidad, no siendo preciso que manejen grandes cargas.
También se usan con frecuencia robots cartesianos por su elevada precisión y, en general, los robots articulares que pueden resolver muchas de estas aplicaciones con suficiente efectividad.
La dificultad inherente de este tipo de tareas obliga, en casi todos los casos, a facilitarlas con un adecuado rediseño de las partes que componen el conjunto a ensamblar. De este modo, conjuntos cuyo ensamblaje automatizado sería inabordable con su diseño inicial, pueden ser montados de una manera competitiva mediante el empleo de robots.
|
Paletización |
La paletización es un proceso básicamente de
manipulación, consistente en disponer piezas sobre una plataforma o bandeja
(palet). Las piezas en un palet ocupan normalmente posiciones predeterminadas,
procurando asegurar la estabilidad, facilitar su manipulación y optimizar su
extensión. Los palets son transportados por diferentes sistemas (cintas
transportadoras, carretillas, etc.) llevando su carga de piezas, bien a lo largo
del proceso de fabricación, bien hasta el almacén o punto de expedición.
Dependiendo de la aplicación concreta, un palet puede transportar piezas idénticas
(para almacenamiento por lotes por ejemplo), conjuntos de piezas diferentes,
pero siempre los mismos subconjuntos procedentes de ensamblados) o cargas de
piezas diferentes y de composición aleatoria (formación de pedidos en un almacén
de distribución).
Existen diferentes tipos de máquinas especificas para realizar operaciones de paletizado. Éstas frente al robot, presentan ventajas en cuanto a velocidad y coste, sin embargo, son rígidas en cuanto a su funcionamiento, siendo incapaces de modificar su tarea de carga y descarga.
Así pues, los robots realizan con ventaja aplicaciones de paletización en las que la forma, número o características generales de los productos a manipular, cambian con relativa frecuencia. En estos casos, un programa de control adecuado permite resolver la operación de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot, aprovechando la capacidad del palet o atendiendo a cualquier otro imperativo.
Generalmente, las tareas de paletización implican el manejo de grandes cargas, de peso y dimensiones elevadas. Por este motivo, los robots empleados en este tipo de aplicaciones acostumbran a ser robots de gran tamaño, con una capacidad de carga de 10 a 100 kg. No obstante, se pueden encontrar aplicaciones de paletización de pequeñas piezas, en las que un robot con una capacidad de carga de 5 kg. es suficiente.
Las denominadas tareas de pick and place, aunque en general con características diferentes al paletizado, guardan estrecha relación con este. La misión de un robot trabajando en un proceso de pick and place consiste en recoger piezas de un lugar y depositarlas en otro. La complejidad de este proceso puede ser muy variable, desde el caso más sencillo en el que el robot recoge y deja las piezas en una posición prefijada, hasta aquellas aplicaciones en las que el robot precisa de sensores externos, como visión artificial o tacto, para determinar la posición de recogida y colocación de las piezas. Al contrario que en las operaciones de paletizado, las tareas de picking suelen realizarse con piezas pequeñas (peso inferior a 5Kg) necesitándose velocidad y precisión.
Existen diferentes tipos de máquinas especificas para realizar operaciones de paletizado. Éstas frente al robot, presentan ventajas en cuanto a velocidad y coste, sin embargo, son rígidas en cuanto a su funcionamiento, siendo incapaces de modificar su tarea de carga y descarga.
Así pues, los robots realizan con ventaja aplicaciones de paletización en las que la forma, número o características generales de los productos a manipular, cambian con relativa frecuencia. En estos casos, un programa de control adecuado permite resolver la operación de carga y descarga, optimizando los movimientos del robot, aprovechando la capacidad del palet o atendiendo a cualquier otro imperativo.
Generalmente, las tareas de paletización implican el manejo de grandes cargas, de peso y dimensiones elevadas. Por este motivo, los robots empleados en este tipo de aplicaciones acostumbran a ser robots de gran tamaño, con una capacidad de carga de 10 a 100 kg. No obstante, se pueden encontrar aplicaciones de paletización de pequeñas piezas, en las que un robot con una capacidad de carga de 5 kg. es suficiente.
Las denominadas tareas de pick and place, aunque en general con características diferentes al paletizado, guardan estrecha relación con este. La misión de un robot trabajando en un proceso de pick and place consiste en recoger piezas de un lugar y depositarlas en otro. La complejidad de este proceso puede ser muy variable, desde el caso más sencillo en el que el robot recoge y deja las piezas en una posición prefijada, hasta aquellas aplicaciones en las que el robot precisa de sensores externos, como visión artificial o tacto, para determinar la posición de recogida y colocación de las piezas. Al contrario que en las operaciones de paletizado, las tareas de picking suelen realizarse con piezas pequeñas (peso inferior a 5Kg) necesitándose velocidad y precisión.
Un ejemplo típico de aplicación de robot
al paletizado
sería la formación de
palets de cajas de productos alimenticios procedentes de una línea de
empaquetado. En estos casos, cajas de diferentes productos llegan
aleatoriamente al campo de acción del robot. Ahí son identificadas bien
por
una célula de carga, por alguna de sus dimensiones, o por un código de
barras.
Conocida la identidad de la caja, el robot procede a recogerla y a
colocarla en
uno de los diferentes palets que, de manera simultanea, se están
formando.
El propio robot gestiona las líneas de alimentación de las cajas y de palets, a la vez que toma las decisiones necesarias para situar la caja en el palet con la posición y orientación adecuadas de una manera flexible.
El robot podrá ir equipado con una serie de ventosas de vació y su capacidad de carga estaría entorno a los 50kg.
El propio robot gestiona las líneas de alimentación de las cajas y de palets, a la vez que toma las decisiones necesarias para situar la caja en el palet con la posición y orientación adecuadas de una manera flexible.
El robot podrá ir equipado con una serie de ventosas de vació y su capacidad de carga estaría entorno a los 50kg.
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Control de Calidad |
A partir del conocimiento que en todo instante tiene la unidad de control del robot de la posición y orientación de su extremo, se obtienen los datos relativos a la posición espacial de los puntos determinados de la pieza. Estos datos son utilizados para registrar posibles desviaciones sobre los valores deseados.
Otras posibles aplicaciones del robot en el control de calidad consisten en utilizar a éste para transportar el instrumental de medida (ultrasonidos, rayos X, etc.) a puntos concretos de la pieza a examinar. La situación de posibles defectos detectados puede registrarse y almacenarse a partir, como antes, de la propia unidad de control de robot.
Por ultimo, el robot puede usarse como mero manipulador encargado de clasificar piezas según ciertos criterios de calidad (piezas correctas e incorrectas, por ejemplo). En este caso, el control y decisión de a que familia pertenece la pieza se hace mediante un sistema especifico, capaz de comunicarse con el robot (visión artificial). No existe, en este caso, un tipo concreto de robot más adecuado para estas tareas. En el control dimensional suelen usarse robots cartesianos por la precisión de estos pero, en general, son igualmente validos robots articulares.
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Manipulación en salas blancas |
Las denominadas salas blancas de la industria de los semiconductores o las de fabricación de algunos productos farmacéuticos, son ejemplos típicos.
Nuevos sectores de aplicación
Las aplicaciones de la robótica examinadas
anteriormente responden a los sectores que, como el del automóvil o el de la
manufactura, han sido desde hace 30 años usuarios habituales de los robots
industriales. Este uso extensivo de los robots en los citados se ha visto
propiciado por la buena adaptación del robot industrial a las tareas
repetitivas en entornos estructurados. De este modo, la competitividad del robot
frente a otras soluciones de automatización se justifica por su rápida
adaptación a series cortas, sus buenas características de precisión y
rapidez, y por su posible reutilización con costes inferiores a los de otros
sistemas.
Sin embargo, existen otros sectores donde no es
preciso conseguir elevada productividad, en los que las tareas a realizar no son
repetitivas, y no existe un conocimiento detallado del entorno. Entre estos
sectores podría citarse la industria nuclear, la construcción, la medicina o
el uso doméstico. En ninguno de ellos existe la posibilidad de sistematizar y
clasificar las posibles aplicaciones, pues éstas responden a soluciones
aisladas a problemas concretos. Este tipo de robots ha venido a llamarse robots
de servicio y están siendo aplicados en sectores como:
- Agricultura y silvicultura
- Ayuda a discapacitados
- Construcción
- Domésticos
- Entornos peligrosos
- Espacio
-
Minería
-
Entornos submarinos
-
Vigilancia y seguridad
En general, la aplicación de la robótica a
estos sectores se caracteriza por la falta de estructuración tanto del entorno
como de la tarea a realizar, y la menor importancia de criterios de rentabilidad
económica frente a la de realizar tareas en entornos peligrosos o en los que no
es posible el acceso de las personas. Estas características obligan a que los
robots de servicio cuenten con un mayor grado de inteligencia, puesto que se
traduce en el empleo de sensores y del software adecuado para la toma rápida de
decisiones. Puesto que en muchas ocasiones el estado actual de la inteligencia
artificial (disciplina que aborda esta problemática) no está lo
suficientemente desarrollado como para resolver las situaciones planteadas a los
robots de servicio, es frecuente que estos cuenten con un mando remoto, siendo
en muchas ocasiones robots teleoperados.
Centros de investigación en robótica, como
la universidad de Carnegie-Mellon o el Jet Propulsión Laboratory (JPL)
en Estados Unidos, han orientado desde hace tiempo buena parte de sus esfuerzos
de investigación en robótica en esta línea, desarrollando robots
especializados, capacitados para trabajar en el exterior, en entornos no
estructurados y peligrosos (superficie de planetas, volcanes, desastres
nucleares, etc.).
CS-113 Service-Arm
Descripción
El robot CS-113 Service-Arm (brazo de servicio) es un sistema diseñado para simular las operaciones de un robot manipulador industrial. Se trata de un brazo articulado con cinco grados de libertad y una pinza como herramienta terminal. Se encuentra en algunos centros docentes de Educación Secundaria, aunque también se utiliza a nivel Universitario (Universidad de Navarra: www.ayc.unavarra.es/arocena/arocena.htm, Universidad de Lleida: robotica.udl.es/brazo_robot/brazo.htm). Actualmente se encuentra en la red alguna referencia a su comercialización por la empresa Chang-Shing (www.emona.com.au/catalogue/e12.html)
Sus especificaciones técnicas se resumen en la tabla siguiente.
CS-113
Service-Arm
|
||
Grados de libertad
|
5 |  |
| Precisión del posicionado | +/- 0.9 mm | |
| Carga útil máx. | 0.5 kg | |
| Integrados | micro Z80A, memoria ROM, memoria RAM | |
| Interface | Puerto paralelo | |
| Control de velocidad | Por onda cuadrada | |
| Peso | 8 kg | |
| Eje
1 cintura |
Eje
2 hombro |
Eje
3 codo |
Eje
4 inclinación de muñeca |
Eje
5 rotación de muñeca |
|
| Tipo de junta | revolución | revolución | revolución | revolución | revolución |
| Actuador | motor pasos | motor pasos | motor pasos | motor pasos | motor pasos |
| Intervalo | +/-
1000 pasos +/-120 º paso: 0.12 º |
+/-
600 pasos +/- 70 º paso: 0.12 º |
+/-
600 pasos +/- 50 º paso: 0.08º |
+/-
1992 +/- 100 º paso: 0.05 º |
+/-
3600 +/- 180 º paso: 0.05 º |
| Velocidad | 5-15 ms/paso | 5-15 ms/paso | 5-15 ms/paso | 5-15 ms/paso | 5-15 ms/paso |
| Pinza |
Accionada por motor paso a paso Intervalo: +/- 1800 pasos Paso: 0.1º Apertura: 45 mm |
Esquema del robot CS-113 en posición
inicial o de referencia (home)
Este robot posee un juego básico de instrucciones para su
operación, residentes en una EPROM, que se recogen en la tabla siguiente:
| Orden | Argumentos | Intervalo | Nombre | Descripción |
Z |
ZERO | Establecer la posición actual como referencia | ||
N |
HOME, NEST | Volver a la posición de referencia | ||
C |
GRIP CLOSE | Cerrar totalmente la pinza | ||
O |
GRIP OPEN | Abrir totalmente la pinza | ||
H |
n |
1-100 |
HERE | Memorizar la posición actual en el n-ésimo lugar de la RAM |
G |
n |
1-100 |
GOTO | Posicionar en las coordenadas memorizadas en el n-ésimo lugar de la RAM |
S |
n |
1-5 |
SPEED | Fijar la velocidad de giro de los motores: 1 - lenta 5 - rápida |
D |
n |
1-9 |
DELAY | Detener el movimiento unos segundos |
L |
n |
0-1 |
LIMIT | Activar la protección de vigilancia de
límites de los motores: 1 - activar 0 - desactivar Si está activada y un motor sobrepasa los límites establecidos, se enciende el piloto rojo de error y sólo se puede recuperar con el botón reset o con la instrucción N. |
M |
p1,p2,p3,p4,p5,p6 |
p1>0: giro + cintura p1<0: giro - cintura p2>0: subir hombro p2<0: bajar hombro p3>0: subir codo p3<0: bajar codo p4>0,p5>0: giro - muñeca p4<0,p5<0: giro + muñeca p4<0,p5>0: elevar muñeca p4>0,p5<0: bajar muñeca p6>0: abrir pinza p6<0: cerrar pinza |
MOVE | Mover a la posición de cada motor especificada (en pasos); ver el intervalo permitido de pasos de cada motor en la tabla superior). |
P |
n,p1,p2,p3,p4,p5,p6 |
n: 1-100 |
POSITION | Memorizar una posición relativa a la de referencia (en pasos) en el lugar n-ésimo de la RAM. |
(*) Al enviar las instrucciones al puerto paralelo se debe
añadir un "retorno de carro" al final (código ascii
hexadecimal 0D o decimal 13)
|
||||
Ejemplos:
N:
va a la posición de referencia.S5:
establece la mayor velocidad de los motores.M0,-400,0,600,-600,-1490: baja
hombro, baja muñeca y abre pinza. |
Funcionamiento en modo test:
|
-
Primer modo de test: éste debe efectuarse con el robot sin carga (desconectado del puerto). Su propósito es garantizar la posibilidad de movimiento de todas las uniones. También puede emplearse para situar al robot en la posición de referencia como paso previo a cualquier acción exterior de control de la máquina.
La posición inicial o de referencia (home) corresponde a aquélla en que la pareja de flechas indicadoras de cada articulación se halla alineada (Þ Ü). En esta posición el nº de pasos de cada motor es 0 (posición ZERO).
El método a seguir es el siguiente :-
Pulsar el botón reset y medio segundo después el de test.
-
Mantener ambos botones pulsados y soltar el botón reset.
-
Continuar pulsando el botón test durante unos 3 segundos y soltarlo.
-
En el caso en que la pinza del robot estuviera cerrada (si no es así la cerrará) el robot realizará una acción cada vez que se pulse el botón test. El movimiento correspondiente no cesará mientras se tenga el botón pulsado. La secuencia de movimientos que se irá desarrollando a medida que se vaya accionando el pulsador de test será la siguiente:M1 (cintura) ® giro negativo M1 (cintura) ® giro positivo M2 (hombro) ® elevación M2 (hombro) ® descenso M3 (codo) ® descenso M3 (codo) ® elevación M4,M5 (muñeca) ® giro negativo M4,M5 (muñeca) ® giro positivo M4,M5 (muñeca) ® descenso M4,M5 (muñeca) ® elevación M6 (pinza) ® apertura M6 (pinza) ® cierreA la siguiente pulsación de la tecla test se repite el proceso accionándose el motor M1. Al realizar este, se debe procurar NO sobrepasar los límites de movimiento de los motores, para no causar trastornos en los motores del robot.
-
Segundo modo de test: los movimientos realizados en esta segunda prueba de verificación están programados en la ROM del CS-113. Este test está pensado para probar la sincronización de los movimientos de los distintos motores, la repetitividad de los mismos y los ángulos.
Para su realización, obsérvese el siguiente método de operación :-
Alinear adecuadamente el robot (utilizando el test 1) dejándolo en posición ZERO. Pulsar el botón reset para abandonar el primer modo de test. Es importante asegurarse de que el robot quede lo más exactamente posible en posición ZERO antes de empezar este nuevo test.
-
Pulsar y mantener apretado el botón reset en primer lugar y seguidamente el de test, sin soltar el de reset. Soltar el pulsador de reset y mantener pulsado el de test durante unos 5 segundos.
-
Al cabo de este tiempo el robot empieza a realizar una serie de movimientos sincronizados bajo el control de su propio programa en ROM. En este instante debe soltarse el botón de test.
-
La velocidad de los movimientos varía entre los 5 posibles niveles siguiendo una secuencia 1-3-5 de forma indefinida.
-
Para finalizar este procedimiento de test, debe mantenerse pulsado el botón de test durante un segundo. El robot se detendrá en la posición ZERO después de completar el ciclo a velocidad 5. Pulsar el botón de reset para recuperar el control de la máquina.
-
Programación
El control del robot se puede llevar a cabo en cualquier
lenguaje que permita el acceso al puerto paralelo del PC. Un ejemplo sencillo en lenguaje C
(Turbo C) de cómo dialogar con el robot se
muestra a continuación:
/*
EJEMPLO DE CONTROL BÁSICO DEL ROBOT CS-113
2002 Víctor R. González
*/
#include <stdio.h>
#include <dos.h>
/* Direcciones del puerto paralelo */
#define LPT_BASE 0x378
#define DATOS LPT_BASE
#define ESTADO LPT_BASE+1
#define CONTROL LPT_BASE+2
void envia_orden (char *orden);
void envia_b (unsigned char caracter);
main() {
envia_orden ("N"); /* Va a la pos. de referencia */
envia_orden ("S5"); /* Pone la velocidad al máximo */
envia_orden ("M0,-400,0,600,-600,-1490"); /*baja hombro,
baja muñeca y abre pinza */
return 0;
}
/* Envía una orden al puerto */
void envia_orden (char* orden)
{
unsigned i = 0;
/* Envía la orden al puerto */
while (orden[i] != '\0') envia_b ( orden[i++] );
envia_b ('\n'); /* Envía un retorno de carro */
}
/* Envía un carácter al puerto mediante un protocolo similar al de
las impresoras
*/
void envia_b (unsigned char caracter)
{
outportb (DATOS, caracter);
/* Espera a que el dispositivo esté libre: BUSY bajo (S7# = 1)*/
while ( ! (inportb(ESTADO) & 0x80) );
/* Solicita aceptación del byte: STB# bajo (C0# = 1) */
outportb (CONTROL, inportb(CONTROL) | 0x01);
/* Espera confirmación de dato recibido: ACK# bajo (S6=0)*/
/* No se utiliza con el robot, simplemente se realiza una espera */
/* while ( inportb(ESTADO) & 0x40 ); */
delay(1);
/* Repone STB# alto (C0# = 0) */
outportb (CONTROL, inportb(CONTROL) & ~0x01);
delay(1); /* Espera entre envíos para no bloquear el robot */
}
|
Un programa en código C bastante más avanzado se encuentra en el archivo
fuente CS_113_D.c, del cual sólo se lista a
continuación la cabecera debido a su extensión.
/*
CS_113_D.c
CONTROL DEL ROBOT CS-113
2002 Víctor R. González
*/
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dos.h>
#include "paralelo.h"
#define TRUE 1
#define FALSE 0
#define PASO_M1 0.12 /* paso angular de la cintura (motor 1)*/
#define PASO_M2 0.12 /* paso angular del hombro */
#define PASO_M3 0.08 /* paso angular del codo */
#define PASO_M4 0.05 /* paso angular de la muñeca (rotación) */
#define PASO_M5 0.05 /* paso angular de la muñeca (inclinación) */
#define PASO_M6 0.10 /* paso angular de la pinza */
#define LIM_M1 1000 /* +/- límite (en pasos) de la cintura */
#define LIM_M2 600 /* +/- límite (en pasos) del hombro */
#define LIM_M3 600 /* +/- límite (en pasos) del codo */
#define LIM_M4 3600 /* +/- límite (en pasos) de la muñeca (rotación) */
#define LIM_M5 1992 /* +/- límite (en pasos) de la muñeca (inclinación) */
#define LIM_M6 1800 /* +/- límite (en pasos) de la pinza */
#define VELOCIDAD_MIN 1 /* Velocidad mínima */
#define VELOCIDAD_MAX 5 /* Velocidad máxima */
#define VELOCIDAD_INI VELOCIDAD_MAX /* Velocidad inicial */
#define MEM_MIN 1 /* Posiciones de memoria disponibles */
#define MEM_MAX 100
#define MOV_ABSOLUTO 0 /* Movimiento absoluto o relativo */
#define MOV_RELATIVO 1
#define MENU_LIN1 8
#define MENU_COL1 33
#define MENU_COL2 38
#define INTRO 13
#define TAB 9
#define origen orden("Z") /* ZERO: Establece la posición actual como referencia */
#define ir_origen orden("N") /* HOME: Ir a la posici¢n de referencia indicada por ZERO */
#define cierra_mano_todo orden("C") /* GRIP CLOSE: cierra al máximo la pinza */
#define abre_mano_todo orden("O") /* GRIP OPEN: abre al máximo la pinza */
#define para(seg) orden1("D", seg) /* DELAY: detiene el robot <seg> segundos (1-9)*/
#define velocidad(veloc) orden1("S", veloc) /* SPEED: establece la velocidad de los motores (1-5) */
#define limites(no_si) orden1("L", no_si) /* LIMIT: activa la vigilancia de los límites de los motores (0-1) */
#define pos_mem(n_pos) orden1("H", n_pos) /* HERE: memoriza las posiciones de cada motor (1-100)*/
#define ir_mem(n_pos) orden1("G", n_pos) /* GOTO: va a posición memorizada (1-100) */
#define cintura_izqda(grad) orden6("M", -grad, 0, 0, 0, 0, 0)
#define cintura_dcha(grad) orden6("M", +grad, 0, 0, 0, 0, 0)
#define hombro_sube(grad) orden6("M", 0, -grad, 0, 0, 0, 0)
#define hombro_baja(grad) orden6("M", 0, +grad, 0, 0, 0, 0)
#define codo_sube(grad) orden6("M", 0, 0, -grad, 0, 0, 0)
#define codo_baja(grad) orden6("M", 0, 0, +grad, 0, 0, 0)
#define muneca_sube(grad) orden6("M", 0, 0, 0, -grad, +grad, 0)
#define muneca_baja(grad) orden6("M", 0, 0, 0, +grad, -grad, 0)
#define muneca_izqda(grad) orden6("M", 0, 0, 0, -grad, -grad, 0)
#define muneca_dcha(grad) orden6("M", 0, 0, 0, +grad, +grad, 0)
#define cierra_mano(grad) orden6("M", 0, 0, 0, 0, 0, +grad)
#define abre_mano(grad) orden6("M", 0, 0, 0, 0, 0, -grad)
#define motores(cint, hom, cod, mun_ele, mun_gir, mano) orden6("M", cint, hom, cod, mun_ele, mun_gir, mano)
int ParaleloIni (void); /* Inicia el puerto paralelo */
void enviab (unsigned char caracter);
void orden (char* id);
void orden1 (char* id, int arg);
void orden6 (char* id, int arg1, int arg2, int arg3, int arg4, int arg5, int arg6);
void msg_orden(char* orden);
void msg_error(char* mens);
unsigned selector(int* valor, int inf, int sup, float factor, char* form);
void espera_fin_mov(int p1, int p2, int p3, int p4, int p5, int p6,
int velocidad);
void lote ( void);
void main()
{
....................... } |
Cuando se ejecuta, se obtiene una pantalla como la que se
muestra en la imagen adjunta, la cual da idea de las posibilidades de control
que permite el programa. Éste admite, además, la lectura de un archivo de
lotes de instrucciones, denominado
CS113.TXT, para programar
distintas trayectorias del robot.
A continuación se muestra la grabación en el aula-taller de
una trayectoria programada seguida por este robot con la finalidad de apilar dos
cilindros en una posición intermedia cuando inicialmente se hallaban situados en
dos posiciones laterales. El archivo de lotes de instrucciones utilizado es el
siguiente (
CS113.TXT):; ; Trayectoria del brazo robot CS-113 para apilar dos cilindros ; en una posición centrada, desde dos posiciones laterales ; L0 ; Límites desactivados. M-500,0,0,0,0,0 ; Gira cintura a la izquierda. M0,-600,0,-150,150,-1490 ; Baja hombro, sube muñeca y abre pinza. M0,0,0,0,0,1350 ; Cierra pinza (sobre cilindro). M0,400,0,0,0,0 ; Sube hombro. M500,-400,0,0,0,0 ; Gira cintura a la derecha, baja hombro. M0,0,0,150,-150,-1350 ; Baja muñeca, abre pinza. D1 ; Espera 1 seg. M0,400,0,0,0,0 ; Sube hombro. M500,0,0,0,0,0 ; Gira cintura a la derecha. M0,-400,0,-150,150,0 ; Baja hombro, sube muñeca M0,0,0,0,0,1350 ; Cierra pinza (sobre cilindro). M-500,400,0,0,0,0 ; Gira cintura a la izquierda, sube hombro. M0,-325,0,0,0,0 ; Baja hombro. M0,0,0,0,0,-1350 ; Abre pinza. N ; Va a posición de referencia. |
Con esta documentación se adjunta demás un programa
de control/simulación de los movimientos de este robot, para entornos
Windows 9x, todavía en fase de desarrollo, realizado en Visual Basic.
ROBOTS LEGO
MindStorms:
Robotics Invention System
- Introducción
- El RCX
- El transmisor de infrarrojos
- Los motores
- Los sensores
- Programación
- Un ejemplo en el aula
- Los robots de LEGO en la WWW
Introducción
LEGO MindStorms Robotics Invention System (RIS) es un producto del grupo LEGO comercializado desde Septiembre de 1998. Consta de
sensores, motores y un bloque de construcción principal que alberga un
microprocesador, programable mediante comunicación serie infrarroja con un PC. Este kit de robótica parece muy bien preparado para acercarse a
las bases de la robótica moderna tanto en casa como en la docencia.
Parte de la información que se proporciona a continuación se ha obtenido directamente del manual de usuario del producto.
Parte de la información que se proporciona a continuación se ha obtenido directamente del manual de usuario del producto.
El RCX
El núcleo del RCX es un microcontrolador Hitachi H8 (H8/3292)
de 16 MHz (5 V), con 16 K de ROM y 512 byte de RAM internas, 2 temporizadores de
8 bit y 1 de 16 bit, conversor A/D de 8 bit, y con 32 K de RAM externa.
Este microcontrolador se usa para controlar:
-
3 actuadores: motores de 9 V.
-
3 sensores: contacto, luz, temperatura, rotación
-
1 puerto serie de comunicaciones vía infrarrojos
Una ROM de 16 K contiene el driver que se ejecuta cuando
se alimenta por primera vez el RCX. Este driver on-chip se amplía
descargando otros 16 K de firmware al RCX. Tanto el driver como el
firmware aceptan y ejecutan instrucciones del PC mediante el puerto de
comunicaciones IR. Adicionalmente, se pueden descargar programas de usuario al
RCX como código de bytes que se almacena en una región de 6 K de memoria. El firmware
se encarga de interpretar y ejecutar las instrucciones de dicho código.
El diseño del RCX está inspirado en la tecnología del
"ladrillo" programable del MIT (Massachusets Institute of Technology),
aunque ambos dispositivos tienen diferentes CPUs y cuentan con sistemas software
enteramente diferentes.
 |
 |
|
| Ladrillo programable del MIT |
Ladrillo RCX de LEGO
http://www.legomindstorms.com/ http://graphics.stanford.edu/~kekoa/rcx/#Serial http://www.crynwr.com/lego-robotics/ |
-
Interior del RCX
En la cara superior del circuito se distinguen a la izquierda 2
LED IR y un receptor IR. En el centro se halla un LCD y varios condensadores y
un zócalo adaptador a la derecha. el LCD cubre a su controlador y a un altavoz.
En la cara inferior el gran chip cuadrado es el
microcontrolador; el chip que está debajo es una RAM. El gran cip del medio es
un banco de flip-flops y el pequeño es un banco de puertas NAND. Los tres chips
iguales de la izquierda son controladores de los motores.
Transmisor de infrarrojos
-
Interior del transceptor IR
A la derecha se presenta la cara superior de la placa del
transceptor de IR. A la izquierda hay una resistencia de 6.7 W y un switch; los
dos clips del centro son bancos de puertas NAND y el círculo gris a la derecha
y abajo es un regulador de voltaje. El rectángulo blanco bajo el chip superior
del centro es un LED verde, y a la derecha se halla el recptor IR y dos LED IR
iguales. El conector serie DB-9 se encuentra en la cara opuesta de la placa.
-
Cableado
| Pin | A | Nombre | Descripción |
|---|---|---|---|
2
| 3
| RD
| Receive Data
|
3
| 2
| TD
| Transmit Data
|
5
| 5
| SG
| Signal Ground
|
7
| 8
| RTS
| Ready To Send
|
8
| 7
| CTS
| Clear To Send |
Las señales RTS/CTS no se usan para control de flujo. En su lugar, son usadas por el PC para detectar si el transceptor está conectado. Éste une los hilos CTS y RTS; el PC prueba su presencia subiendo y bajando RTS. Si CTS sigue a RTS, supone que el dispositivo conectado en el puerto serie es el transceptor.
Motores
| Los motores cuentan con una considerable reducción interna, lo cual los hace útiles en aplicaciones que requieran un elevado par con baja velocidad y pocas pérdidas por fricción. Tienen una eficiencia en torno al 80%. Pueden ser alimentados con la célula solar LEGO, una batería de 9V y varios MicroComputadores LEGO. | ||
| Especificaciones (como Motor): |  |
|
|
||
| Especificaciones (como Generador): | ||
|
||
| Precauciones | ||
|
||
Sensores
El RCX controla simultáneamente tres puertos de entrada para
conexión de sensores. Estos pueden ser de:
-
contacto
-
luz
-
temperatura
-
rotación
-
presencia
El voltaje en la entrada es convertido a un valor RAW
interno en el intervalo 0 (0V) a 1023 (5V). Dependiendo del tipo de sensor, el
número RAW es convertido al número que se observa por programa o
mediante View:
-
sensor de contacto: si el valor RAW es menor de 450 se interpreta como 1 y si es mayor que 565 resulta un 0.
-
sensor de temperatura: lee temperatura en el intervalo (-20, +70) ºC: T=(785-RAW)/8.
-
sensor de luz: el sensor de luz reflejada lee intensidad luminosa desde 0.6 lux hasta 760 lux. El RCX lo interpreta como porcentaje: luz=146-RAW/7 en el intervalo (0,100).
V (V) RAW Sensor (W) Luz T (ºC) Contacto
0.0 0 0 - - 1
1.1 225 2816 - 70.0 1
1.6 322 4587 100 57.9 1
2.2 450 7840 82 41.9 1
2.8 565 12309 65 27.5 0
3.8 785 32845 34 0.0 0
4.6 945 119620 11 -20.0 0
5.0 1023 Inf 0 - 0
- de rotación: lee 16 posiciones por rotación. La
resolución es 500 rpm Máx. Está calibrado para que el RCX lea en grados o
16-avos de
rotación.
- sensores de presencia: están hechos con un Opto-Switch que contiene una fuente IR y un fototransistor separados por una ranura de 0.15 pulgadas. Cuando se inserta un objeto en la ranura, la luz no alcanza al fototransistor, que se pone en corte. Cuando el objeto se retira, el fototransistor conduce de nuevo.
La ranura es suficientemente ancha para acomodar varias piezas Lego. En particular, una rueda de 0.95 pulgadas con 6 huecos, de modo que bloquea el haz infrarrojo 6 veces por revolución. El sentido de la rotación no se puede determinar monitorizando la señal del fototransistor, pero esto es irrelevante si la rueda se halla conectada al motor, cuyo sentido de giro es conocido.
Programación
El lenguaje de programación del RIS de LEGO se denomina código RCX. Es un lenguaje imperativo gráfico cuya secuencia de órdenes se construye a modo de piezas de rompecabezas que se apilan consecutivamente. Un ejemplo se puede observar en la siguiente figura. |
En este programa, denominado Program4.rcx, se ordena lo siguiente:
Aunque la sintaxis de los bloques está en inglés (lo mismo que sucede en los lenguajes textuales como BASIC o C), la ayuda on-line está en español. |
Las opciones de cada orden se pueden ajustar sin más que
pulsar con el botón derecho del ratón sobre el bloque representativo de la misma.
Se pueden incluso realizar "tareas simultáneas". En
el ejemplo de la figura inferior se ha insertado en paralelo con el flujo
principal del programa un bloque que vigila el sensor de contacto, y en el caso
de que se active, emite un sonido.
Las ideas básicas de programación en código RCX se resumen en
lo que sigue, recogidas directamente del manual de usuario del producto.
Un ejemplo en el aula
Se ha montado en el aula un robot móvil con la base estructural del Roverbot (un modelo descrito con detalle en la Constructopedia, el manual de montaje de LEGO MindStorms). Utiliza dos motores (en los puertos A y C del RCX ) con sistema reductor, ruedas y un parachoques delantero simple en el que se ha instalado un sensor táctil (en el puerto 1). La base motriz resulta suficientemente resistente como para soportar choques de consideración. No obstante, la reducción de la velocidad del motor evita colisiones violentas.
El programa de control utilizado, una modificación del programa
de biblioteca Rover3.rcx, se muestra en la figura inferior y consigue lo
siguiente: el robot avanza hacia adelante hasta que choca con un objeto; después,
retrocede durante un segundo y se gira en dirección opuesta al objeto con el
que acaba de chocar; por último, vuelve a avanzar de frente.
A continuación se muestran algunas películas con los detalles
de la conexión del sistema de infrarrojos al puerto serie del
PC, de la descarga del programa en la RAM del RCX, y del
funcionamiento del robot móvil.
ANIMACIONES POR COMPUTADOR
Hoy, nos centraremos en diferentes herramientas web y aplicaciones descargables que nos ayudarán a llevar nuestras ideas y proyectos a cabo.No, no veremos 3ds max ni maya, ni ningún programa tan completo y complejo. Al contrario, veremos herramientas para “noobs” NOVATOS, como todos nosotros, personas que desean crear algo sin mayores complicaciones
Comics
ToonDoo – ToonDoo es quizás una de las herramientas web más completas para la creación de Comic y, hasta ahora, sigue siendo mi favorita. Cuenta con una enorme variedad de escenarios, personajes, situaciones, y más
Pixton – nuevo servicio, disponible en español (algo mal traducido), que promete bastante ya que ofrece una buena variedad de imágenes en la galería que viene por defecto. Incluso tenemos escenas predeterminadas (con los textos vacíos) para un trabajo rápido. O bien podemos pasar a crear nosotros mismos las escenas desde 0. via wwwhat’s new
Strip Generator – es otra aplicación en flash que te permite crear comics en un santiamén. Tan solo basta con jalar objetos/personajes/bubbles, acomodarlos a gusto en la viñeta, y ponerles texto. Divertido, y el diseño de los personajes está muy bueno.
Animaciones 2D
La animación es algo más complejo que los comics, pero afortunadamente, hemos visto algunas herramientas que simplifican tanto el proceso, que estarán creando sus propias animaciones en cuestión de minutos.
GoAnimate – GoAnimate ofrece un simplísimo editor para conseguir crear divertidas animaciones, pero que a la vez es lo suficientemente poderoso como para obtener impresionantes resultados. Denle click al link de GoAnimate para que vean una pequeña animación que hice, luego de jugar con este servicio web por no más de 20 minutos.
Aniboom / Shapeshifter– A Aniboom lo conocemos bastante bien, pero más que nada, por la calidad de videos que se publican ahí. . Pero lo que pocos conocen, es que aniboom también ofrece herramientas para la creación de pequeños cortos animados, con una herramienta web llamada shapeshifter.
La gran ventaja de shapeshifter es que, a diferencia de las otras dos herramientas que veremos en esta sección, Shapeshifter es totalmente libre. Estamos controlando cada aspecto de la animación, desde la creación de personajes, a los escenarios, a lo que sucede, etc.
Tener todo un portal detrás suyo ayuda bastante , pues se hacen periódicos concursos exclusivos para animaciones creadas en shapeshifter y los resultados son bastante impresionantes. Además, encontrarán clases cada dos semanas para poder sacarle el máximo provecho a esta herramienta.
Animación 3D
Si la animación era compleja en 2D, en 3D esto crece exponencialmente. Sin embargo, existe un par de herramientas, una web, otra para descargar, que hacen del proceso algo muchísimo más simple, y que probablemente, no requerirá que estudiemos años para poder conseguir hacer algo.
xtranormal – Con el slogan de “si puedes tipear, puedes hacer películas”, xtranormal se presenta como una simplísima herramienta para crear animaciones. Basta con poner el diálogo, los personajes, la escena, y xtranormal incluso le añadirá voces (computarizadas) para crear el audio.
Por supuesto, no esperen crear un posible candidato a destronar a Pixar (ni Dreamworks),
Podemos elegir entre dos tipos de personajes: cuadrados, con un aspecto a lo LEGO, u otros más humanoides (aunque algo cuadrados).
Una vez elegido el elenco (con un máximo número de dos participantes, lamentablemente), se nos presenta un guión, que viene a ser, básicamente, el creador de escenas. Es en el guión donde no sólo pondremos el diálogo, sino también las expresiones, ángulos de cámara, y gestos, y más. Eso ayuda bastante a simplificar la interfaz, pues en vez de presentarnos con una línea temporal, todo parece trabajar como si estuviésemos “chateando”.
Los guiones son automáticamente leídos (incluye soporte para español), así que tendrán que acostumbrarse al sonido robótico que tienen.
Moviestorm – Una completísima herramienta para crear animaciones en 3D, que sin embargo, mantiene la simplicidad suficiente como para aprender a utilizarla en minutos. De toda la lista que hemos visto hoy, la única aplicación que necesita ser descargada. Pero vaya que los resultados son impresionantes. De hecho, hace que los resultados que obtenemos con xtranormal se vean cosa de niños… Muy recomendado.
en MovieStorm podemos controlarlo todo: desde la decoración de los sets, pasando por los ángulos a utilizar, las voces, los “actores”, la animacion de cada uno de los personajes, y muchísimas cosas más.
- En primer lugar, creamos y decoramos el set, eligiendo muebles y otros items ya creados.
- Luego, elegimos a los actores que participarán en nuestra animación. A estos también podemos personalizarlos, cambiándoles la cara, ropa , y otras cosas más.
- Acto siguiente, haremos que nuestros personajes actúen y muevan la boca en los lugares en los que sea necesario. Esta parte es sencillamente impresionante. Hacer “actuar” a nuestros personales, es tan simple como si estuviésemos jugando Sims. Basta con marca el lugar hacia donde queremos que nuestro personaje vaya, por ejemplo, y decirle “move here”. Queremos que interactúe con algún elemento del set? Con el personaje seleccionado, vamos hacia el objeto, y simplemente le hacemos click, para ver el rango de opciones que tenemos disponibles
- Finalmente, tomaremos el control de la cámara para “filmar” la película, en base a lo que se grabó en el paso anterior
Pero no basta con sólo esa breve descripción para que se den una idea de las posibilidades que MovieStorm abre. Tienen que experimentarlo, para darse una verdadera idea. Es simplemente brillante.
El paquete básico de Moviestorm es una descarga gratuita, pero podemos comprar paquetes, que incluye escenografía y nuevos personajes, si así lo necesitamos. Y por supuesto, trae las herramientas necesarias para facilitar todo el proceso de importación a la web para que podamos compartir nuestras obras maestras con el mundo.
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