Tipología de transmisiones

Las transmisiones son los elementos encargados de transmitir el movimiento desde los actuadores hasta las articulaciones.

Reductores

Encargados de adaptar el par y la velocidad de la salida del actuador a los valores adecuados para el movimiento de los elementos del robot.

Características necesarias en una transmisión:

• Tamaño y peso reducido.
• Mínimos juegos y holguras.
• Gran rendimiento.
• No debe afectar al movimiento.
• Capaz de soportar funcionamiento continuo a un par elevado.

Ventajas

• Permiten ubicar el elemento actuador en un lugar diferente al de la articulación.
• Permite reducir la velocidad aumentando el par.

Inconvenientes

• Son propensas a las holguras y al desgaste.
• Requieren mantenimiento.
• Generan calor, que en el caso de grandes potencias, puede afectar de forma considerable al rendimiento del sistema.

Sistemas de acoplamiento directo

Eje del motor unido a la articulación del robot sin utilizar ningún sistema de transmisión mecánica.

Ventajas

• Reducido espacio de acoplamiento.
• Mayor velocidad.
• Mayor precisión y fiabilidad.
• Menor mantenimiento.

Inconvenientes

• Para un mismo fin, los motores deben ser de mayor potencia.
• Los motores deben proporcionar mayor par para trabajar a pocas revoluciones.
• El sistema de control electrónico es más caro.

Clasificación de mecanismos

• Circular-Circular: Engranaje (pares altos, holguras), correa dentada (distancia alta), cadena (ruido), paralelogramo (distancia alta, giro limitado), cable (deformable).
• Circular-lineal: Tornillo sin fin (poca holgura, rozamiento), cremallera (holgura media, rozamiento).
• Lineal-circular: Paralelogramo articulado (control difícil), cremallera (holgura media, rozamiento).

Reductores Harmonic Drives

• Sistema de engranajes concéntricos inventado y patentado en 1957 por Walton Musser.
• Mejora los sistemas tradicionales de engranajes planetarios y helicoidales.
• Formado por: Wave generator, Flexspline y Circular Spline.
• Cuando se insertan el Flexspline y el Wave Generator en el Circular Spline, los dientes externos del Flexspline engranan con los dientes internos del Circular Spline a lo largo del eje mayor de la elipse del Wave Generator.
• Los componentes pueden rotar a velocidades diferentes aun estando en el mismo eje de rotación.
• El mecanismo comienza cuando el Wave Generator tiene la zona de engrane en su eje mayor; cuando esta zona se desplaza 180º alrededor del Circular Spline, el Flexspline tendrá un retraso de un diente porque posee dos dientes menos.
• Alto precio (muy usado en robótica).

Actuadores eléctricos

Mayormente utilizados en robótica para el control de movimiento. Son rápidos, precisos, fáciles de conexionar y limpios.

• Giratorios (motores): Producen movimiento de giro cuando se les aplica una fuente de energía.
• Lineales: Producen desplazamiento lineal de forma similar a los cilindros neumáticos e hidráulicos.

Pueden ser según la corriente aplicada: CC o CA. La regulación de velocidad requiere accionamientos electrónicos complejos.

Motores de Corriente Continua (CC)

• Formados por dos devanados: el inductor y el inducido.
• Inductor (devanado de excitación): Alojado en el estator, genera un campo magnético cuando tiene corriente eléctrica.
• Inducido: Alojado en el rotor y se alimenta por un sistema de conmutación (colector y escobillas).
• Cuando por el devanado inducido pasa una corriente eléctrica, se produce una fuerza perpendicular al campo, causando un desplazamiento del conductor.
• Según la conexión del devanado inducido al inductor pueden ser: serie, shunt, compound o independiente (las más utilizadas).
• Máquinas de baja potencia: no tienen devanado inductor, sino imanes permanentes.

Motores de Corriente Alterna (CA)

Motores síncronos

• Inducido situado en el estator.
• Inductor o excitación en el rotor.
• El inducido se alimenta en trifásico (CA), originando un campo magnético giratorio que se mueve a la velocidad del sincronismo, relacionado con la frecuencia (z) de la red y la velocidad del rotor.

Motores asíncronos

• Más utilizados en aplicaciones industriales.
• El rotor gira a una velocidad ligeramente inferior a la del campo magnético del estator (la diferencia se llama deslizamiento).
• Permite conectar el motor de arranque a través de sus devanados a la red.
• Puede estar bobinado (rotor ranurado con 3 devanados en estrella) o no (circuito de barras de cobre o aluminio en cortocircuito).

Motores paso a paso

Para aplicaciones de gran exactitud y muy buena regulación de velocidad. Se mueven un paso o porciones de paso y pueden quedar enclavados en una posición fija o libres.

Tipos de motores

• Unipolares: Toma de conexión intermedia que se conecta a +VCC o masa.
• Bipolares: Las bobinas no tienen conexión intermedia; requieren un puente en H de transistores.

Funcionamiento

Rotor con imanes permanentes y estator con bobinas. El rotor se acopla al campo magnético generado en el estator de forma síncrona.

Tipos de funcionamiento

• Simple: Bobinas activadas una a una (menos consumo, más par).
• Doble: Se activan dos bobinas (más fuerza).
• Medio paso: Secuencia combinada.

Ventajas

• Control en bucle abierto, precisión de +- 1 paso, gran par a bajas velocidades, errores no acumulables, simple y robusto.

Inconvenientes

• Limitación en control de par, movimiento no suave en bajas revoluciones, carecen de codificador óptico para realimentación.

Servomotores

Compuestos por rotor, estator y un detector de rotación (codificador) para detectar posición y velocidad. Los de estructura compacta tienen encoder absoluto y los de trabajo vertical incluyen freno mecánico.

Ventajas

• Excelente control de posición y velocidad, alta flexibilidad de programación.

Inconvenientes

• Coste alto, tamaño superior a motores DC o paso a paso, cableado y fuente de alimentación especiales.