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Sensores en la robotica

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by

Alejandra Gomez

on 18 September 2014

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Transcript of Sensores en la robotica

Sensores del robot
El uso de mecanismos sensores permite a un robot interaccionar con su entorno de manera flexible.

La utilización de tecnología sensorial para dotar a las máquinas con un mayor grado de inteligencia al tratar con su entorno es realmente un tema de investigación y desarrollo activo en el campo de la robótica.

Un robot que puede “ver” y “sentir” es más fácil de entrenar en la ejecución de tareas complejas.

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 en más bajos costos de producción y de mantenimiento.

Clasificación de los sensores
La función de los sensores del robot se puede dividir, de acuerdo a la clasificación de K.S. Fu en su libro “Robótica: control, detección, visión e inteligencia” en dos categorías principales:
Estado interno
Estado externo

Un sensor de alcance mide la distancia desde un punto de referencia (que suele estar en el propio sensor) hasta objetos en el campo de operación del sensor.

Los sensores de alcance se utilizan para la navegación de robots y para evitar obstáculos, es decir proporcionan una estimación de la distancia entre un sensor y un objeto reflectante.

Los métodos de detección de alcance son:
Triangulación
Iluminación estructural
Telémetro de tiempo de vuelo

Las figuras 6.1 y 6.3 que a continuación se muestran nos ejemplifican esta explicación.
Los sensores de proximidad suelen tener una salida binaria que indica la presencia de un objeto dentro de un intervalo de distancia especificado.

Los sensores de proximidad se utilizan en la robótica para un trabajo en campo cercano en relación con la forma de agarrar o de evitar un objeto.

Los sensores utilizados para la detección de la proximidad son:
Sensores inductivos
Sensores de efecto Hall
Sensores capacitivos
Sensores ultrasónicos
Sensores de proximidad ópticos

Las figuras 6.8,6.10,6.12,6.14 y 6.16 nos presentan ejemplos de sensores de proximidad.

Sensores en la robótica
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
Departamento de Metal-Mecánica
Ingeniería Mecánica
Robótica
Miguel Rogelio García Contreras
Ing. Edilberto Escalera Galván
Durango, Dgo.
10 de septiembre del 2014
ÍNDICE
Introducción
Conceptos básicos sobre sensores
Sensores del robot
Clasificación de los sensores
Sensores de estado interno
Sensores de estado externo
- Detección de alcance
- Detección de proximidad
- Sensores de contacto
- Detección de fuerza y torsión
- Visión
Otras clasificaciones
Usos de sensores en la robótica
Evidencias
Conclusión
Bibliografía

Conceptos básicos sobre sensores
Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (por ejemplo fuerza, presión, temperatura, velocidad, caudal, etc.) en otra.

Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés.


Las características deseables de los sensores son:
Exactitud
Precisión
Rango de funcionamiento
Velocidad de respuesta
Calibración
Fiabilidad
Coste y facilidad de funcionamiento

Sensores de estado interno
Los sensores de estado interno tratan con la detección de variables tales como la posición de la articulación del brazo, que se utilizan para controlar el robot.
Sensores de estado externo
Tratan con detección de variables tales como el alcance, proximidad y contacto. Los sensores externos se utilizan para guiado de robots, así como para identificación y manejo de objetos (alcance, proximidad, contacto, fuerza-par, visión).

Los sensores de estado externo pueden clasificarse también como sensores de contacto o no contacto.

Como su nombre lo indica los sensores de contacto responden al contacto físico, tal como el tacto, deslizamiento y torsión.

Los sensores de no contacto se basan en la respuesta de un detector a las variaciones en la radiación electromagnética o acústica. Los ejemplos más destacados de estos sensores miden el alcance, la proximidad y las propiedades visuales de un objeto.

Detección de alcance
Detección de proximidad
Sensores de contacto
Estos sensores se utilizan en robótica para obtener información asociada con el contacto entre una mano manipuladora y objetos en el espacio de trabajo.
Los sensores de contacto pueden subdividirse en dos categorías principales: binarios y analógicos.

Sensores binarios:
Son esencialmente conmutadores que responden a la presencia o ausencia de un objeto.

Sensores analógicos:
Los sensores analógicos proporcionan a la salida una señal proporcional a la fuerza local.

Sensores de contacto
Detección de fuerza y torsión
Los sensores de fuerza y torsión se utilizan principalmente para medir las fuerzas de reacción desarrolladas en la superficie de separación entre conjuntos mecánicos.

Los métodos principales para realizar esta operación son los de detección de articulación y muñeca.

Un sensor de articulación mide los componentes cartesianos de la fuerza y de la torsión que actúan sobre una articulación de robot y la suma de forma vectorial.

Los sensores de muñeca están montados entre la extremidad de un brazo del robot y el efecto extremo. Están constituidos por galgas de deformaciones que miden la desviación de la estructura mecánica debida a las fuerzas exteriores.

La figura 6.22 que a continuación se muestra es un sensor de fuerza de muñeca.
Visión
La capacidad de visión dota al robot con un sofisticado mecanismo de percepción que permite a la maquina responder a su entorno de forma inteligente y flexible.

El uso de la visión en los robots está motivado por la constante necesidad de aumentar la flexibilidad y los campos de aplicación de los sistemas de robótica.

Es por esto que la visión se considera como la más potente capacidad sensorial de un robot.
Como es de suponer, los sensores, conceptos y el hardware de proceso asociados con la visión artificial son considerablemente más complejos que los asociados con las capacidades de percepción.

En sí, un sistema con sensores de visión es capaz de “visionar” el espacio de trabajo e interpretar lo que ve. Estos sistemas se emplean en robótica para realizar tareas de inspección, reconocimiento de piezas y otras similares.

Otras clasificaciones
Por otra parte, pero al mismo tiempo de una forma similar, en el libro “Robótica industrial: tecnología, programación y aplicaciones” de Mikell P. Groover se menciona la siguiente clasificación de los sensores robóticos:

Sensores táctiles (contacto y fuerza)
Sensores de proximidad y alcance
Tipos diversos
En esta categoría se incluyen los sensores para temperatura, presión, flujo de fluidos y propiedades eléctricas.
Visión máquina

Las figuras 6.1, 6.3 y 6.6 son las encontradas también en este otro libro, ejemplificando algunas de las diversas clasificaciones.
Usos de sensores en la robótica
Los empleos principales de los sensores en la robótica industrial y otros sistemas de fabricación automatizados pueden dividirse en cuatro categorías básicas:

Vigilancia de seguridad
Enclavamientos en control de la célula de trabajo
Inspección de piezas en cuanto a control de calidad
Determinación de las posiciones e informaciones afines acerca de los objetos en la célula del robot

Evidencias
Conclusión
En conclusión, podemos afirmar que los sensores de detección de alcance y visión suelen proporcionar una información de guía para el robot. Por otro lado, la proximidad y el tacto están asociados con las etapas terminales de agarre de los objetos. Por último, los sensores de fuerza y de torsión se utilizan como dispositivos de realimentación para controlar la manipulación de un objeto una vez que se haya agarrado (es decir, para evitar aplastarlos o impedir que se deslicen).
Bibliografía
Introducción
En el siguiente trabajo se presentan los conceptos básicos de los sensores y la aplicación de estos mismos en la robótica. A su vez, son las aplicaciones las que nos permiten clasificarlos y mostrar sus diversos usos en los robots. Finalmente, se señalan las evidencias de este trabajo así como las conclusiones del mismo.
Ejemplo real
Ejemplos reales
Las figuras 6.17, 6.18 y 6.19 nos ilustran los diferentes tipos de sensores de contacto.
Ejemplo real
Ejemplo real
Fu, K., Ez, R. (1994). Robót̤ica: Control, detección̤, visión̤ e inteligencia. Madrid: McGraw-Hill.
Groover, M., Weiss, M. (1994). Robót̤ica industrial: Tecnología̕, programación̤ y aplicaciones. Méx̌ico, D.F: McGraw-Hill.
Direct Industry. (2014). Visitado el 9 de septiembre del 2014 en: http://www.directindustry.es/
Encoders
Los Encoders son sensores que generan señales digitales en respuesta al movimiento. Están disponibles en dos tipos, uno que responde a la rotación, y el otro al movimiento lineal.

Cuando son usados en conjunto con dispositivos mecánicos tales como engranes, ruedas de medición o flechas de motores, estos pueden ser utilizados para medir movimientos lineales, velocidad y posición.

Los encoders están disponibles con diferentes tipos de salidas, uno de ellos son los ENCODER INCREMENTABLES, que generan pulsos mientras se mueven, se utilizan para medir la velocidad, o la trayectoria de posición.

El otro tipo son los ENCODERS ABSOLUTOS que generan multi-bits digitales, que indican directamente su posición actual.

Los encoders pueden ser utilizados en una gran variedad de aplicaciones. Actúan como
transductores de retroalimentación para el control de la velocidad en motores, como sensores para medición, de corte y de posición. También como entrada para velocidad y controles de rango.

A continuación se enlista algunos ejemplos:
• Dispositivo de control de puertas
• Robótica
• Maquinas de lente demoledor
• Plotter
• Soldadura ultrasónica
• Maquinaria convertidora
• Maquinas de ensamblaje
• Maquinas etiquetadoras
• Indicación x/y
• Dispositivos de análisis
• Maquinas taladradoras
• Maquinas mezcladoras
• Equipo médico
La siguiente imagen muestra un encoder:
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