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Robots bajo control
Este artículo nos muestra como identificar los parámetros de rigidez de un robot industrial a través de mediciones hechas con un vibrómetro de escaneo 3-D. Demostrando que es posible realizar predicciones en tiempo real y, por lo tanto, compensar la fuerza aplicada.
Robots bajo control
La resistencia a la inclinación, tanto de la caja de engranajes como de los rodamientos, también pueden ser calculados de esta manera. El procesamiento de estos parámetros de una manera computarizada eficientemente hace posible determinar la desviación del robot en tiempo real.
Actualmente, las herramientas mecánicas se utilizan casi exclusivamente en el trabajo mecanizado. Mientras que su uso en robots de fresado representa muchas ventajas, esto debido a la gran flexibilidad de la estructura del robot, estos robots son adecuados solamente para trabajo mecanizado con un bajo requerimiento de exactitud y muy poca fuerza de corte. Para incrementar la exactitud alcanzable durante el mecanizado usando robots industriales, el Instituto de Herramientas Mecánicas y Gestión Industrial de la Universidad Tecnológica de Munich está usando un modelo basado en un sistema de control para la compensación de la fuerza inducida en desplazamientos estáticos.
Los retos en el diseño de este modelo de simulación son la necesidad de una capacidad de tiempo real absoluta y el requisito de la determinación de la precisión de los parámetros de flexibilidad del robot. En este aspecto, se debe considerar la resistencia a la inclinación de la caja de engranajes y los rodamientos.
Anteriormente, no existía ningún método para determinar los parámetros de fresado de un robot para poder determinar el comportamiento de la flexibilidad estática del engranaje, este método involucra la medición precisa de desplazamiento en puntos individuales de la estructura del robot, empleando un vibrómetro de escaneo 3-D.
Configuración de la medición
Las mediciones se llevaron a cabo en un robot industrial KR 240 R2500 hecho por KUKA Roboter GmbH. Un cabezal de fresado se monta en el borde del robot, en la cubierta en donde puede ser aplicada una fuerza de varios kN por un cilindro neumático de doble acción (fig. 1). El ciclo de carga incluye la carga de tracción y de compresión del robot. Para mejorar la calidad de señal en el sistema de medición óptico, todos los puntos de medición tienen una película reflejante unida a ellos, adicionalmente, un espejo es colocado detrás del robot, con el fin de que los puntos en la parte trasera puedan ser medidos.
Fig. 1 Configuración de la medición (izquierda) y curva de la fuerza aplicada (derecha)
El vibrómetro de escaneo 3-D, proporcionado por Polytec, se compone de tres cabezas de exploración que están conectados a un tripié. El rayo láser de las cabezas de exploración están dirigidos a un punto de la velocidad de vibración determinada en esas tres direcciones.
Conociendo la posición de los espejos de escaneo y los sensores de las cabezas, los datos pueden ser transformados trigonométricamente en un movimiento tridimensional de ese punto, de esta manera, la velocidad del vector es determinada por cada punto de medición durante el ciclo de carga del robot. El desplazamiento de todos los puntos de medición es determinada por una integración numérica de los datos de velocidad.
Cálculo de los parámetros de rigidez de la medición
Resultados
La figura 2 muestra las imágenes de medición de desplazamiento del robot en donde únicamente se consideró la dirección del eje Z.
La inclinación se puede ver sobre el eje de engranaje de la segunda y tercera unión. Además, es evidente una rotación de la primera unión del eje, que debido a la relación de las palancas, tiene un efecto notable en el desplazamiento del punto de la herramienta central (TCP).
Este ejemplo resalta la necesidad de considerar también la rigidez de rodamiento individual de los ejes a la hora de modelar el comportamiento de la flexibilidad del robot. Los parámetros de rigidez de la unión están determinados por la rotación de los respectivos componentes estructurales usando un algoritmo de cálculo.
Uso de la rigidez
Parámetros
Los parámetros determinados se utilizan en un modelo analítico de la rigidez del robot con el fin de calcular su comportamiento de flexibilidad en tiempo real. El modelo es acoplado con el control del robot, de modo que los actuales ejes de posición de este también pueden ser considerados. Dependiendo del cálculo de desplazamiento, las señales son transmitidas al control de manera que se puede inducir una fuerza de desplazamiento al robot, por ejemplo, la causada por el fresado puede ser compensada de un modo basado en el control.
Conclusiones
El trabajo presentado aquí, muestra que, con la ayuda del vibrómetro de escaneo PSV-400-3D, es posible predecir en tiempo real y, por lo tanto, compensar la fuerza aplicada para el desplazamiento oportuno del punto central mediante el control del robot. El siguiente paso es desarrollar un algoritmo para el procesamiento posterior de los datos de medición con el fin de mejorar aún más la precisión de la determinación de la unión del ángulo de rotación. Esto también debe permitir la flexibilidad de los componentes estructurales del robot para su medición e integración de este principio en el modelo de flexibilidad.
Traducción y adaptación del documento original “Robots Under Control” (www.polytec.com/us) Polytec® Todos los derechos reservados
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