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• Alek Drizz

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Estado del Arte. Hoy en día existen muchas compañías líderes en ingeniería, las cuales entre sus líneas más interesantes esta la robótica. Este se enfoca al diseño y creación de brazos robóticos y células robóticas de alta calidad para diversas industrias, como son:      

Industria de alimentos. Industria de acero. Industria de fundición. Industria de carrocerías. Industria de soldadura. Industrias de montaje superficial, entre otras.

Este auge en el desarrollo de este tipo de artefactos se debe a que las industrias al usar este tipo de brazos robóticos y/o células robóticas ven que su productividad y niveles de rentabilidad aumentan considerablemente. Además que hay ciertas ventajas que se tienen al equipar industrias con este tipo de tecnología como son: 

Reduce los costos operativos

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Mejora la calidad del producto y la consistencia

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Mejora la calidad del trabajo para los empleados

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Aumento de las tasas de producción

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Incremento de la manufactura flexible

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Reduce el malgasto de material y aumenta el rendimiento

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Cumple con las reglas de seguridad y mejora la salud y la seguridad del lugar de trabajo

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Reduce la rotación de mano de obra y la dificultad de contratar trabajadores

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Reduce el costo capital

Entre los proyectos se encuentran en desarrollo actualmente están: El de los científicos Rafael Castro Linares y Alejandro Rodríguez, del centro de investigación y estudios avanzados, trabajan en un brazo robótico que es capaz de desplazarse a una distancia de 30 metros por minuto, el cuál puede ser manipulado por vía inalámbrica, alambica y por programación. Tiene como ventaja los bajos costos que representa su construcción, ya que su valor es de 750 mil pesos mexicanos, contraponiéndose con el posible precio de tres millones de pesos, si fuese importado. Se espera que este robot, pueda ser programado con un software amigable y pueda asistir a personas con alguna discapacidad física, ayudándoles en traer alimentos, medicinas u objetos. A su vez, también se espera poder incorporarlo al área industrial como la automotriz, con la intensión de que se pueda trabajar de una forma más sincronizada y exacta.

Este brazo robótico cumple entre sus características con 12 y 15 kilogramos de peso, y 10 grados de libertad de movimiento, permitiéndole tener mayor versatilidad y movilidad omnidireccional.

El otro proyecto se desarrolla en el departamento de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ingeniería de la UNNE el cual busca el diseño y la construcción de un brazo robot de 3 ejes, que habitualmente se usan en tareas industriales. Este proyecto consiste en un mecanismo fijo con una extensión similar a un brazo de un metro y que se mueve sobre los ejes vertical, horizontal y hacia adentro y afuera, movimientos en los que se logra velocidad de desplazamiento y un poder de carga importante. El manipulador ha sido diseñado y testeado con eficiencia en programas de simulación, y se está en proceso de construcción y armado, ejecutando tareas mecánicas y electrónicas. Otras particularidades del brazo robótico son el bajo costo de su diseño y construcción, y las amplias posibilidades de funciones, y que permitiría reprogramarlos para variar su poder de carga o velocidad de trabajo.

Marco Teórico. Haciendo referencia al diagrama a bloques del proyecto el marco teórico se dividirá en dos secciones. La primera haciendo referencia a los conceptos del brazo robótico, así como lo referente a los motores que usa. La segunda parte se hablara de los conocimientos del sistema empleado para la comunicación que efectuara el centro de control (una pc) y el prototipo.

Diagrama a bloques.

MOTOR SERIE: El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motor eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor es también la corriente del inducido absorbida por el motor. Las principales características de este motor son: - Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma que en el inducido. - La potencia es casi constante a cualquier velocidad. - Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la fuerza contra electromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.

MOTOR COMPOUND. Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor serie e inductor auxiliar. Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura. El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía, y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que su

flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo. MOTOR SHUNT. El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor auxiliar. Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado inductor principal es muy grande. En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie, (también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación. Es el tipo de motor de corriente continua cuya velocidad no disminuye mas que ligeramente cuando el par aumenta. Los motores de corriente continua en derivación son adecuados para aplicaciones en donde se necesita velocidad constante a cualquier ajuste del control o en los casos en que es necesario un rango apreciable de velocidades (por medio del control del campo). El motor en derivación se utiliza en aplicaciones de velocidad constante, como en los accionamientos para los generadores de corriente continua en los grupos motogeneradores de corriente continua

MOTOR PASO A PASO. El motor PaP es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un convertidor digital-analógico y puede ser gobernado por impulsos procedentes de sistemas lógicos. Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetibilidad en cuanto al posicionamiento.

Tipos de motores paso a paso El motor de paso de rotor de imán permanente: Permite mantener un par diferente de cero cuando el motor no está energizado. Dependiendo de la construcción del motor, es típicamente posible obtener pasos angulares de 7.5, 11.25, 15, 18, 45 o 90°. El ángulo de rotación se determina por el número de polos en el estator

El motor de paso de reluctancia variable (VR): Tiene un rotor multipolar de hierro y un estator devanado laminado, y rota cuando los dientes del rotor son atraídos a los dientes del estator electromagnéticamente energizados. La inercia del rotor de un motor de paso de reluctancia variable es pequeña y la respuesta es muy rápida, pero la inercia permitida de la carga es pequeña. Cuando los devanados no están energizados, el par estático de este tipo de motor es cero. Generalmente, el paso angular de este motor de paso de reluctancia variable es de 15°

El motor híbrido de paso: Se caracteriza por tener varios dientes en el estator y en el rotor, el rotor con un imán concéntrico magnetizado axialmente alrededor de su eje. Se puede ver que esta configuración es una mezcla de los tipos de reluctancia variable e imán permanente. Este tipo de motor tiene una alta precisión y alto par y se puede configurar para suministrar un paso angular tan pequeño como 1.8°. Motores paso a paso Bipolares: Estos tienen generalmente 4 cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados debido a que requieren del cambio de dirección de flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. Motores paso a paso unipolares: estos motores suelen tener 5 ó 6 cables de salida dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. SERVOMOTOR. Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de

operación, y mantenerse estable en dicha posición. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Un servo normal o estándar tiene 3kg por cm. de torque, lo cual es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. MOTOR SIN NUCLEO. Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y parada muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento. Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que gira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco.