El objetivo del nuevo concepto de robot es la construcción de un
manipulador de piezas pequeñas muy dinámico y de gran precisión.
Además, el robot es apropiado para su uso en zonas de trabajo
amplias y se convertirá en la primera aplicación en la cual
implementar los nuevos motores lineales curvos.
U
na amplia expe-riencia en el dise- ño y desarrollo de motores lineales combina- da con un equipo de téc- nicos cualificados consti- tuyó una base sólida sobre la que se gestó un nuevo concepto en robótica. Con una larga experiencia y una notable habilidad para el análisis global de los pro- blemas, Paolo Mignano, jefe de desarrollo de la Ita-lian Mechatronic System Company (miembro de
la Motor Power Company
Group), ha diseñado un
nuevo modelo de robot ma- nipulador que se converti- rá en la primera aplicación en la cual implementar los nuevos motores lineales curvos. El objetivo del nue- vo concepto de robot es la construcción de un mani- pulador de piezas peque- ñas muy dinámico y de gran precisión. Además, el robot es apropiado para su uso en zonas de trabajo amplias.
Denominada la Esfera de Galileo, esta solución aúna las ventajas de los servoaccionamientos lineales y directos en un solo sistema. Consta de dos motores lineales de núcleo de hierro y dos motores lineales sin hierro.
El motor lineal curvo de la parte in- ferior de la figura (Teta 2) permite la rotación completa del robot. El se- gundo motor lineal con este diseño
(Teta 1) permite que el brazo robot pivote más de 68°. El propio brazo (Z1, Z2) se compone de dos motores lineales sin hierro, cada uno de los cuales se desplaza sobre una varilla de carbono en cuyo extremo se en- cuentra la muñeca (Teta 3), donde se sitúa la pinza. En el prototipo, esta pinza consiste en un sistema de va- cío con una ventosa que puede girar alrededor de su eje por medio de un motor compacto. Este sistema per-
mite a la pinza un total de cinco grados de libertad.
La principal ventaja de los motores directos es la eliminación de la trans- misión entre el motor y la carga, lo que presenta una serie de ventajas tales como la reducción de las pérdidas por fricción y de las tolerancias, así como una mayor fiabilidad a un menor coste.
Para las tareas más exigentes
Algunos sistemas para el manejo de robots, basa- dos en la cinemática pa- ralela, pueden mover las partes con un máximo de 2 Kg en un área de traba- jo cilíndrica de aproxima- damente 1 metro de diá- metro y 25 cm de altura. La primera versión de la Esfera de Galileo trabaja en un área de trabajo con un diámetro de 1,87 me- tros y una altura de 45 cm. De estos datos se extrae un volumen de trabajo potencial de cerca de 1.000 litros para mover piezas de hasta 6Kg a 80 ciclos/min. Estas característi- cas convierten a la Esfera de Galileo en un robot perfecto para aplicacio- nes en áreas de montaje, manipula- ción, envasado y clasificación.
Los ajustes en la cinemática para- lela, conocidos comúnmente como
plataforma de Stewart o hexapod,
cuentan con una excelente dinámi- 90
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ROBÓTICA
Abril 2009 / n.º 406■ La Esfera de Galileo combina las propiedades dinamicas de la
cinemática paralela con el amplio campo de aplicación de los ro- bots antropomorfos.
ca y rigidez, lo que conduce final- mente a un alto grado de precisión en el posicionamiento y en la repe- tición de tareas. La desventaja de este tipo de sistema es su área de tra- bajo limitada y la complejidad del modelo cinemático.
La Esfera de Galileo combina las propiedades dinámicas de la cine- mática paralela con el amplio alcan- ce de los robots antropomorfos. Su configuración actual fue elegida en base a tres criterios básicos. Por un lado, un sistema polar, con unos ajus- tes sobradamente conocidos y pro- bados, proporciona una gran área de trabajo y es ideal para el uso de mo- tores lineales. Además, estos moto-
res utilizan un encoder óptico lineal de una precisión de 1 µm. Por últi- mo, este sensor también es el factor que determina en última instancia el tamaño máximo del motor, así como su precisión.
Con el fin de aprovechar las ca- racterísticas de este diseño, fue ne- cesario analizar cuál sería el control más adecuado. Se escogió el sistema ACOPOSmulti, de B&R, porque está
bien adaptado para la potencia y el rendimiento de los motores especia- les utilizados en la Esfera de Gali- leo. Para el control y la visualización se utiliza un Automation-PC de la misma firma, y el intercambio de da- tos con los motores y con los módu- los de entradas y salidas se puede ha- cer a través de Powerlink con un tiempo de ciclo de 400 µs. La tecno- logía integrada de seguridad garan- tiza la seguridad para el programador durante la puesta en servicio, du- rante el mantenimiento y para el ope- rario durante su funcionamiento. La flexibilidad, un requisito fundamental
La flexibilidad del software de con- trol, desarrollado por B&R, es tam- bién un requisito fundamental. Las funciones de robótica para controlar los movimientos del propio robot tra- bajan de manera síncrona con las propias funcionalidades de control del PLC tales como la gestión de la pinza. Esto permite realizar secuen- cias de movimiento y cambio de fun- ciones sin pérdida de tiempo de ci-
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ROBÓTICA
Automática e Instrumentación■ La Esfera de Galileo ha sido presentada con éxito en varias ferias. ■ La pinza se en-
cuentra en este pro- totipo terminada por una ventosa que permite capturar y depositar incluso objetos orientados verticalmente.
clo y procesando las instrucciones lo más rápidamente posible. Un in- terface abierto para la transformación de funciones cinemáticas hace que sea posible combinar una solución innovadora para la robótica, como es la Esfera de Galileo, con un gene-
rador de trayectorias extremada- mente preciso sin tener que cambiar los componentes del sistema. El ge- nerador de trayectorias está imple- mentado con una nueva librería que implementa otros elementos clave, como el diseño de la trayectoria, el
cálculo dinámico y la interpolación de trayectorias. Además, la tecnología inteligente de los servoacciona- mientos también ofrece la posibilidad de trabajar con motores de última generación utilizando componentes estándar. De esta manera, el tiempo necesario para aplicar un nuevo con- cepto de máquina, desde el diseño inicial hasta que se introduce en el mercado, puede ser reducido consi- derablemente.
Todos los módulos de software en un proyecto
Todo el paquete de software se com- pone de módulos de software indivi- duales cuyos interfaces se definen de tal manera que la interconexión entre ellos es completamente trans- parente. Todos los módulos de soft- ware forman parte de un proyecto de ejemplo de Generic Motion Control, ofrecido por B&R, como base para una amplia gama de aplicaciones. Este proyecto incluye funciones bá- sicas así como funciones especiales, como las de puesta en marcha e ini- cialización de motores, el referen- ciado de ejes y la evaluación de se- ñales de seguridad. Gracias a este proyecto, la integración y configura- ción de diferentes tipos de estruc- turas cinemáticas resulta mucho más sencilla. En general, se hizo especial hincapié durante el desarrollo en la modularidad y la capacidad de ex- pansión. Generic Motion Control no pretende ser una unidad predefinida, sino más bien una base para una am- plia gama de aplicaciones. Una sim- ple configuración es todo lo que se ne- cesita para cambiar el número de ejes en una máquina, con todas las funciones básicas ya disponibles para los nuevos ejes.
Dentro de las aplicaciones de la Esfera de Galileo se incluyen el em- balaje y las líneas de producción en la industria de transformación de me- tales. La Esfera de Galileo requiere menos espacio que los sistemas tra- dicionales de manipulación, a la vez que ofrece un aumento significativo en el rendimiento.
Paolo Mignano
Mechatronic Systems Company B&R Automatización Industrial
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