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CONTENIDOS

1. Sistemas automáticos

2. Elementos de un sistema automático

2.1. Transductores de presencia 2.2. Transductores de movimiento 2.3. Transductores de presión 2.4. Transductores de temperatura 2.5. Fotocélulas 2.6. Comparadores 2.7. Reguladores 2.8. Actuadores

3. Robótica

3.1. Operadores de un robot 3.2. Arquitectura de un robot

En nuestro entorno disponemos de

múltiples automatismos que nos ha-

cen la vida más fácil y cómoda: electro-

domésticos, ascensores, sistemas de

climatización...

En la primera parte de la unidad anali-

zaremos las características de los siste-

mas automáticos y descubriremos sus

componentes.

A continuación, estudiaremos unos

sistemas automáticos muy especiales,

los robots, máquinas que, integradas

en los sistemas de producción, liberan

al ser humano de tareas pesadas, repe-

titivas o peligrosas.

Automatismos y robots

1. Sistemas automáticos

En nuestro entorno existen muchas máquinas, dispositivos y sistemas técnicos que, una vez puestos en marcha, funcionan por sí mismos.

Los sistemas automáticos son aquellos que solo precisan la intervención humana para su puesta en marcha y en el caso de bloqueo por alguna in- cidencia.

Este tipo de mecanismos puede estar compuesto por un conjunto de opera- dores mecánicos, eléctricos y electrónicos. Uno de los mecanismos más sencillos de entender es el de la cisterna del ino- doro (fig. 1). Funciona del modo siguiente:

— Al accionar el tirador, el tapón inferior destapa la salida del agua y se produce el vaciado del depósito. — La boya cae hasta la parte inferior, el tapón se separa de la boca de llenado y permite la entrada de agua. — A medida que el nivel de agua va subiendo, la boya también sube y acerca poco a poco el tapón hasta la boca de llenado. — Al llegar la boya a la parte superior, el tapón cierra la boca de llenado e impide la entrada de más agua.

De este modo, la cisterna se llena sin necesidad de abrir o cerrar manualmente el grifo de entrada de agua. Los sistemas automáticos pueden ser de dos tipos: sistemas en lazo abierto y sistemas en lazo cerrado.

Sistemas en lazo abierto

En este tipo de sistemas, el ciclo que se realiza está prefijado y no se ve modifica- do por el resultado del proceso, tanto si es correcto como si no lo es.

Un ejemplo característico es el horno microondas (fig. 2).

— Antes de ponerlo en funcionamiento, se determinan la inten- sidad de la radiación y el tiempo de funcionamiento. — Al ponerlo en marcha, el horno funciona con la intensidad y el tiempo previstos. — Aunque la respuesta que produzca no se ajuste a lo esperado, el sistema no actuará de modo diferente.

Estos sistemas llevan algún dispositivo de control del tiempo, denominado cronométrico, para regular las paradas. Otros ejemplos de sistemas en lazo abierto son el semáforo, la lavadora automática, el riego automático y el tostador de pan.

Tirador

Tapón

Salida del agua

Boya

Boca de llenado

Tapón inferior

Fig. 1

Mecanismode control Proceso del sistemaRespuesta

Fig. 2

Realimentación

Los sistemas en lazo cerrado se llaman también sistemas en realimentación.

Fig. 3

Sistemas en lazo cerrado

En ellos, a diferencia de los sistemas en lazo abierto, existe un sensor capaz de regular el mecanismo de control en función de la respuesta del sistema.

El calentador eléctrico de agua es un ejemplo claro (fig. 3).

— Cuando se conecta a la red eléctrica, la resistencia de su interior calienta el agua de un depósito.

— El agua va aumentando la temperatura hasta que se alcanza el nivel desea- do. En ese momento, un dispositivo denominado termostato desconecta automáticamente la resistencia.

— El agua del depósito va perdiendo poco a poco el calor acumulado. Cuando su temperatura se sitúa por debajo del mínimo previsto, el termostato pro- cede a conectar de nuevo la resistencia y se repite el ciclo.

De este modo, el agua del calentador se mantiene siempre entre dos valores de temperatura previamente programados, sin que sea necesario conectarlo y des- conectarlo de manera manual.

Ejemplos de sistemas en lazo cerrado son la cisterna del inodoro, las puertas automáticas de los comercios y el calefactor doméstico.

Los sistemas de lazo abierto son más sencillos que los de lazo cerrado, pero tie- nen algunos inconvenientes:

t Si se presenta alguna alteración del proceso, el sistema no la detectará y puede evolucionar produciendo daños en el producto o en el propio sistema.

t Hay que conocer muy bien cuáles son las características del proceso para poder diseñar el mecanismo de control de manera que el resultado no se separe de lo previsto.

Por estas razones, cuando el sistema de control es complejo o hay muchas varia- bles que influyen sobre él, se suelen utilizar los sistemas en lazo cerrado.

Mecanismode control Proceso del sistemaRespuesta

Sensor

1. Compara las descripciones del funcionamiento del hor-

no microondas y del calentador eléctrico y razona qué ventajas presentan los sistemas en lazo cerrado frente a los sistemas en lazo abierto.

2. Indica si los siguientes automatismos están formados

por un sistema en lazo abierto o en lazo cerrado. Justifica tu respuesta. a) Las planchas eléctricas disponen de un termostato que permite regular la temperatura de planchado. Cuando esta se alcanza, el termostato desconecta automáticamente la plancha, mientras que, cuando la temperatura desciende, vuelve a conectarla.

b) Los despertadores electrónicos disponen de un me- canismo que permite ajustar la hora a la que ha de sonar la alarma. En el momento previsto, la alarma suena. c) El sistema de alumbrado eléctrico de una población dispone de un reloj programador. A las horas indica- das, las luces del alumbrado público se encienden y se apagan automáticamente. d) Los ordenadores disponen de un mecanismo de ahorro energético programable. Si transcurre un cier- to tiempo sin que el usuario actúe sobre el teclado o el ratón, el ordenador se desconecta automática- mente.

ACTIVIDADES

Detectores de proximidad capacitivos

Son dispositivos que basan su actuación en la acción de un campo eléctrico. Se fundamentan en la variación de capacidad de un condensador formado por una placa sensora y tierra.

Recordemos las características de este componente.

Un condensador es un componente electrónico pasivo formado por dos placas metálicas, denominadas armaduras, separadas por un material aislante, que recibe el nombre de dieléctrico.

La capacidad C de un condensador depende de la superficie de las armaduras, de la distancia que las separa y de la naturaleza del dieléctrico. Se define como el cociente entre la carga eléctrica Q que puede almacenar y la diferencia de potencial V que existe entre sus bornes.

Q C 5 –––– V

Una aplicación práctica de los condensadores la encontramos en los detectores de proximidad capacitivos.

Principio de funcionamiento

— En estos dispositivos, una de las armaduras es una placa sensora, la otra es la tierra, y el dieléctrico, el aire. En estas condiciones, la capacidad parásita, C 0 , es muy pequeña (fig. 7).

— Cuando se aproxima un objeto a la distancia de detección, se produce una asociación de condensa- dores. La capacidad parásita aumenta (C 0 1 C 1 ) y el detector registra la presencia del objeto (fig. 8).

Las especificaciones técnicas de los detectores capaciti- vos son muy similares a las de los inductivos. La única diferencia radica en el hecho de que los capacitivos sir- ven para detectar todo tipo de objetos y no solo los conductores.

Detectores de infrarrojos

Son dispositivos que aprovechan las características de la radiación infrarroja, que es de la misma naturaleza que la visible, pero de una longitud de onda ma- yor, de modo que no puede ser captada por el ojo humano.

Todo objeto a temperatura superior al cero absoluto ( 2 273 °C) emite una deter- minada cantidad de radiación que es proporcional a la temperatura del objeto o de alguna de sus partes.

Los detectores infrarrojos se utilizan en sistemas de protección perimetrales, es decir, alarmas para detectar intrusos: cuando una persona o un objeto interfiere el haz invisible que emite el dispositivo, se produce la alarma.

Fig. 7

Fig. 8

Placa sensora

Placa sensora

Señal de salida

Señal de salida

Detector

Detector

C 0

C 1 C 0

Objeto

2.2. Transductores de movimiento

En determinados procesos industriales interesa conocer la medida de la dis- tancia entre dos cuerpos o el recuento del número de objetos que se fabrican y se colocan en una cinta. En ambos casos, la forma de medición o detección se lleva a cabo mediante transductores de movimiento o de desplazamiento.

Como las distancias que se desea medir pueden ser de muy diversa magnitud, el transductor que se utiliza en cada caso es distinto y deberá estar basado en diferentes principios, aunque la finalidad sea siempre medir una distancia.

TRANSDUCTOR PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DISTANCIA

Luminoso Propagación de la luz Kilómetros

Radar Propagación de ondas electromagnéticas Kilómetros

Ultrasónico Propagación de ultrasonidos Metros

Potenciométrico Variación de la resistencia eléctrica Metros

Regla graduada Comparación con una escala Milímetros

Transformador diferencial Variación de la tensión eléctrica Milímetros

También podemos clasificar los transductores según el tipo de movimiento que se quiere detectar: lineal o angular.

MOVIMIENTO TRANSDUCTORES QUE SE EMPLEAN

Lineal Potenciómetro lineal, regla graduada, transformador diferencial, medidor láser.

Angular Potenciómetro angular, medidor láser, encoders.

A continuación, analizaremos dos de los transductores de movimiento más utili- zados en nuestro entorno: los potenciómetros y los encoders.

Potenciómetros

Un potenciómetro es una resistencia variable cuyo valor óhmico depen- de de la posición de un contacto móvil denominado cursor.

Según la forma de desplazamiento del cursor, pueden ser de dos tipos: lineales y angulares. En ambos casos, el cambio de posición del cursor altera el valor de la resistencia y, en consecuencia, modifica la tensión de salida, Vs (fig. 9).

Los potenciómetros son los detectores de movimiento más sencillos que exis- ten, pero presentan problemas mecánicos (desgaste del cursor y de la resisten- cia) y eléctricos (aparición de arcos eléctricos). Para evitar este problema, en la actualidad se tiende a sustituirlos por detectores ópticos.

Un ejemplo habitual de aplicación de potenciómetros, ya sea en versión lineal Fig. 9 o angular, es el mando de volumen de un amplificador.

Cursor

Ve

Ve

Vs V (^) s

2.3. Transductores de presión

En algunos procesos industriales interesa medir la presión que se está llevando a cabo sobre un objeto o, lo que es lo mismo, la fuerza por unidad de superficie que se ejerce. Para ello, necesitamos utilizar los transductores de presión que se denominan presostatos. Estos dispositivos pueden ser de tres tipos: mecánicos, electromecánicos y electrónicos.

Los transductores mecánicos son elementos de medida directa que determinan la presión existente por comparación con la presión ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas, como los barómetros de mercurio, o bien mediante la acción que se ejerce sobre un elemento, como en el caso de los manómetros (fig. 12).

Son los más sencillos, pero no forman parte de nuestro estudio, ya que o no facilitan señal de salida o esta no es fácilmente tratable.

Los transductores electromecánicos añaden al dispositivo ante- rior un transductor eléctrico, que es el encargado de generar la señal eléctrica que será objeto de tratamiento posterior.

Pueden ser de varias clases, según su principio de funcionamiento, y se clasifican en: resistivos, magnéticos, capacitivos, extensométricos y piezoeléctricos. Al contrario que los anteriores, proporcionan una señal fácilmente tratable.

Este tipo de transductores presenta algunas ventajas: permiten medir un am- plio rango de presiones, desde algunos milibares hasta varios cientos de bares, son muy robustos y su frecuencia de trabajo llega hasta los 500 kHz.

Pero también tienen inconvenientes. Así, son muy sensibles a los cambios de temperatura y la señal generada es muy pequeña.

Por último, los transductores electrónicos se emplean cuando se desea obte- ner medidas de mucha precisión.

2.4. Transductores de temperatura

La temperatura es una de las magnitudes que más se ha medido a lo largo del tiempo. Basta repasar las actividades humanas para comprobarlo.

En la actualidad, los procesos domésticos e industriales que requie- ren el control de la temperatura van en aumento. Consideremos, por ejemplo, el caso del acondicionamiento térmico del hogar.

Hasta hace pocos años, las viviendas disponían de un único cale- factor como el de la imagen que, en el mejor de los casos, incorpora- ba un termostato. Este dispositivo activaba el calefactor cuando la temperatura descendía por debajo del valor programado y lo desac- tivaba cuando la temperatura ascendía por encima de él.

En la actualidad, el uso de bombas de calor en las viviendas hace necesario el control del frío y del calor, lo que requiere dispositivos más complejos.

Existen varias formas de medir y controlar la temperatura. En esta unidad centraremos nuestro estudio en dos de los dispositivos más utilizados en los sistemas de control: los termopares y los termistores.

Fig. 12

Termopares

Un termopar está constituido por dos metales o aleaciones de diferente naturaleza, unidos mediante una soldadura, denominada unión caliente, en uno de sus extremos.

Normalmente, los termopares se colocan dentro de una funda, para protegerlos de las acciones físicas que pueden sufrir durante su utilización.

En función de su configuración, distinguimos tres tipos de termopares: expues- tos, aislados y conectados a masa.

t En los termopares expuestos (fig. 13) la unión caliente está en contacto direc- to con el objeto cuya temperatura se desea medir.

Su mayor ventaja es la rapidez de respuesta y su principal inconveniente, la poca duración.

t En los termopares aislados (fig. 14) la funda está en contacto con el objeto y la unión caliente permanece en su interior, convenientemente aislada. Son los más utilizados.

Sus ventajas son: alta inmunidad al ruido eléctrico, ausencia de masa y larga duración. Su inconveniente, la lentitud de respuesta.

t En los termopares conectados a masa (fig. 15) la funda está en contacto con el objeto y también con la unión caliente.

La ventaja frente a los termopares aislados es que tienen una velocidad de respuesta aún mayor.

Cuando el termopar entra en contacto con el objeto, se genera una diferen- cia de potencial entre sus extremos que varía en función de la temperatura. Por tanto, la señal emitida por este dispositivo es una tensión que se mide en milivoltios (mV).

Para que la medida de la temperatura aparezca en la unidad correspondiente, es necesario transformar la tensión (mV) en temperatura (°C). De ello se encarga otro dispositivo denominado controlador de temperatura.

Termistores

Un termistor es una resistencia cuyo valor óhmico varía significativa- mente con la temperatura.

Estas variaciones no son generalmente de tipo lineal, es decir, los incrementos o las disminuciones de temperatura no corresponden proporcionalmente a los incrementos o las disminuciones de la resistencia del componente. Los termistores están fabricados con óxidos metálicos (de manganeso, níquel, cobalto, etc.). Algunos de ellos tienen el elemento sensor protegido por una vai- na metálica y se conectan a un adaptador que intercambia la resistencia (fig. 16).

Los tipos de termistores más conocidos son las resistencias NTC, las PTC y las ter- morresistencias de platino. Los dos primeros ya fueron analizados en la unidad 4. Así pues, centraremos nuestro estudio en el tercer tipo.

Vaina metálica

Elemento sensor

Adaptador

Unión caliente

Objeto Funda

Fig. 13

Unión caliente Funda

Fig. 14 Objeto

Unión caliente Funda

Fig. 15 Objeto

Fig. 16

2.5. Fotocélulas

Este tipo de transductores se podría haber incluido en alguno de los apartados de sensores estudiados hasta ahora, pero hemos optado por analizarlos de for- ma independiente porque constituyen, junto con los detectores de proximidad, el grupo más numeroso de sensores existente en la industria de nuestro entorno. Es habitual encontrar alguno de estos dispositivos (fotocélulas y detectores de proximidad) en cualquier proceso de producción.

Las fotocélulas son elementos sensibles a la luz que constan de un emisor y un receptor integrados generalmente en el mismo cuerpo.

Las fotocélulas emiten un rayo de luz de longitud de onda conocida, que se refleja en un soporte y vuelve de nuevo al dispositivo para ser captado por este (fig. 18).

— Si la señal se refleja en el soporte, que se encuentra a una distancia fija, el re- ceptor interpreta que no existe objeto interpuesto.

— En cambio, si se refleja sobre un ob- jeto, como este se encuentra a una distancia menor que la del soporte, la respuesta del receptor variará (fig. 19).

Aplicaciones

Algunas aplicaciones de las fotocélulas son la detección del nivel o altura, la de objetos en movimiento totalmente adosados, la diferencia de brillos y la de objetos transparentes.

Emisor/receptor

Soporte

Emisor/receptor

Objeto interpuesto

Fig. 18

Fig. 20 Fig. 21

Emisor/receptor

Soporte

Chapas apiladas^ Fotocélula

Objetos en movimiento

Fotocélula

Nivel o altura de objetos

Los objetos apilados alcanzan una altura determinada. Si ajustamos la respuesta de la fotocélula a la altura que queremos alcanzar, se producirá respuesta cuando esta no se consiga.

Se aplica a la detección de la altura de objetos apilados: tableros, bal dosas, paquetes de hojas, etc. (fig. 20).

Objetos en movimiento totalmente adosados

Los objetos que se mueven en una cinta transportadora producen una respuesta de la fotocélula. Cuando falte algún objeto, la respuesta será diferente y se detectará.

Suele emplearse en las plantas embotelladoras para la de- tección lateral de botellas o latas de conserva que están adosadas y en movimiento (fig. 21).

Fig. 19

Diferencias de brillo

Los objetos con dos caras de diferente brillo no presentan la misma reflexión por la cara brillante que por la cara mate. La fotocélula dará una respuesta diferente según se trate de una cara o la otra. Un ejemplo de esta aplicación es la detección de las caras anterior y posterior de una baldosa (fig 22).

5. Formad un grupo de trabajo, buscad información y ave-

riguad diferentes aplicaciones industriales de las foto- células. — Indicad, en cada caso, qué tipo de fotocélula se em- plea y cuáles son sus características técnicas y de funcionamiento.

@

Podéis consultar en: http://www.rodmanintl.com/fotocelula.htm http://www.adosa.es/fotocelula.htm http://www.ifm-electronic.ua/ifmes/news/ ACTIVIDADES news_6qxaln.htm

Fotocélula

Cara anterior de la baldosa

Cara posterior de la baldosa

Fotocélula (^) Recipiente transparente

Fotocélula (^) a. 15º

100 , ºa , 1 10º Tubo fluorescente Superficie brillante

Fotocélula

Espejo Eje óptico de la fotocélula Eje óptico

Objetos transparentes

Las fotocélucas son capaces de detectar objetos trans- parentes cuando la reflexión se produce sobre el objeto. Si este está presente, no hay respuesta, y, cuando no lo está, se origina respuesta. Un caso habitual de esta aplicación es la detección de nivel de líquido en una botella transparente (fig 23).

Precauciones en el uso de las fotocélulas

La aplicación correcta de las fotocélulas supone tomar en consideración algunas precauciones básicas en su instalación.

t Hay que evitar la incidencia directa de luz fluorescente sobre la fotocélula. Cuando la incidencia es inevitable, se ha de procurar que el ángulo a formado por la lámpara fluorescente y el eje óptico de la fotocélula sea mayor de 15° (fig. 24). t Si se utilizan fotocélulas de espejo hay que tener en cuenta los problemas de detección que pueden provocar las superficies brillantes o metálicas, ya que pueden devolver el rayo de luz al receptor. Para evitarlos, la solución más sen- cilla es la detección en ángulo, es decir, la superficie que se desea detectar y el eje óptico de la fotocélula deberán formar un ángulo a que esté compren- dido entre 100 y 110° (fig. 25).

Fig. 22

Fig. 24

Fig. 23

Fig. 25

2.7. Reguladores

Como sabemos, los sistemas de control pueden ser de dos tipos: en lazo abierto y en lazo cerrado. Consideremos de nuevo la estructura básica de un sistema de control automático en lazo cerrado (fig 29).

Podemos apreciar que consta de diferentes elementos: el proceso, el actuador, el transductor, el comparador y, finalmente, el regulador.

El regulador es el dispositivo encargado de modificar y ajustar todos los parámetros del sistema de control.

Para comprender mejor el sentido y la función de cada elemento, vamos a ana- lizar un sistema de control: la temperatura del agua de una cafetera (fig. 30).

t El proceso consistirá en calentar el agua de un recipiente hasta un valor de- terminado, que viene dado por la referencia que se indica en el exterior de la cafetera por medio de un termómetro.

t El actuador será el elemento encargado de aportar la energía térmica necesa- ria. En este caso, será una resistencia eléctrica.

t El transductor será el dispositivo encargado de medir la temperatura del agua. Nos puede servir cualquier sensor de temperatura. Emplearemos una ter morresistencia de platino por ser uno de los más conocidos y fiables.

t El comparador se encarga de comparar la temperatura del agua que pro- porciona el transductor con la temperatura de referencia que hemos marca- do. Podemos emplear cualquier controlador de temperatura.

Como observamos, los elementos del sistema de control analizados hasta aho- ra, una vez elegido el proceso, son fijos. La flexibilidad del sistema dependerá, por lo tanto, de las características del regulador.

Podemos utilizar el sencillo control todo-nada o bien disponer de un regulador más o menos complejo (fig. 31).

t Si utilizamos un control todo/nada, este conecta y desconecta el sistema y, en consecuencia, la variable oscilará en torno a la tempe- ratura de referencia t 1. Por lo tanto, para garantizar que el agua se mantiene por encima de un valor determinado, la temperatura de referencia deberá situarse por encima de este valor, lo que supo- ne un mayor consumo energético.

t Por el contrario, el uso de un regulador proporcional permitirá hacer coincidir la tempertura de referencia t 2 con el valor que quere- mos que alcance el agua, ya que este dispositivo es capaz de redu- cir las oscilaciones y situar la señal prácticamente sobre el valor de referencia.

Regulador (^) Actuador Proceso

Transductor

Comparador

Fig. 29

Fig. 30

Fig. 31

Temperatura

Control todo/nada

Regulador proporcional

t 1

t 2

Tiempo

2.8. Actuadores

Los comparadores generan una señal de error que debe ser posteriormente utili- zada para modificar el funcionamiento del sistema. Esta señal puede remitirse al regulador o activar directamente el actuador, según los casos.

Los actuadores son dispositivos encargados de actuar sobre el proceso una vez recibida la orden del regulador o del comparador.

La señal de error generada por el comparador puede ser de naturaleza distinta a la del actuador. Así, es habitual que la señal sea de tipo eléctrico y de baja potencia, mientras que el actuador puede ser eléctrico pero de alta potencia, o inclu- so neumático o hidráulico.

En consecuencia, existe una amplia gama de actuadores que dependen de la naturaleza del proceso. Los hay electróni- cos, eléctricos, hidráulicos, neumáticos y electromecánicos, tal y como se muestra en la tabla que aparece al margen.

Los actuadores electrónicos, neumáticos e hidráulicos se han analizado ya en unidades anteriores. Ahora nos ocupare- mos de unos actuadores muy utilizados en todos los ámbitos de la tecnología: los motores paso a paso.

Un motor paso a paso es un convertidor electromecánico que transforma una información digital en movimientos mecánicos proporcionales, es decir, el eje gira pasos discretos siguiendo unos impulsos ordenados en número y velocidad.

Recibe este nombre porque el motor se mueve un paso por cada impulso de control aplicado (fig. 32).

El paso (o mejor aún, el ángulo de paso) depende de la rela- ción entre el número de polos magnéticos del estátor y del rotor.

Como este es un imán permanente cilíndrico, los polos son fijos y su número está limitado. Por consiguiente, el número de pasos del motor dependerá del número de polos de que dis- ponga el estátor. Según los tipos, el ángulo de paso puede variar desde 1,8° hasta 15°.

— Un motor cuyo paso sea de 15° necesitará 24 impulsos para girar una vuelta completa.

— En cambio, uno de 1,8° necesitará 200 impulsos para girar completamente.

El tiempo que tarden en darla uno y otro dependerá de la fre- cuencia de los impulsos.

Los motores paso a paso se emplean en la construcción de mecanismos donde se requieren movimientos muy precisos con una velocidad de respuesta ele- vada (,1 ms), y se pueden encontrar en mecanismos tan cotidianos como un taxímetro, el motor que hace girar un disco duro o una disquetera y en relojes eléctricos.

ACTUADORES TIPO DENOMINACIÓN

Electrónico Amplificadores

Eléctrico Motores lineales Motores paso a paso

Hidráulico o neumático Amplificadores Electroválvulas Servoválvulas

Electromecánico Robots

Fig. 32

Fig. 43

Los ejes son elementos cilíndricos que sirven para sostener diferentes piezas que giran. Los árboles, ade- más, son capaces de transmitir movi- mientos de giro (fig. 35).

Las ruedas consisten en un disco cir- cular que puede girar libremente alre- dedor de un eje o bien recibir el mo- vimiento de giro que le transmite un árbol (fig. 36).

Los engranajes están formados por sistemas de ruedas dentadas que se acoplan y transmiten un movimiento de giro entre dos ejes (fig. 37). Los que se emplean en robótica suelen ser re- ductores del movimiento.

Las juntas cardan permiten la unión entre árboles o ejes que forman un ángulo inferior a 45° (fig. 38). Constitu- yen una unión estable. Los ejes solo pueden separarse cuando están pa- rados.

Los embragues permiten la unión de dos árboles o dos ejes alineados (fig. 39). A diferencia de la junta car- dan, la transmisión del movimiento se puede iniciar o interrumpir aun- que uno de los árboles esté en movi- miento.

En el mecanismo biela-manivela, la biela es un elemento rígido que po- see un movimiento rectilíneo de vai- vén (fig. 40a), mientras que la manive- la posee un movimiento de rotación alrededor de un eje fijo (fig. 40b).

Las levas y excéntricas se inspiran en el mismo principio. La leva es un disco provisto de un saliente capaz de con- vertir un movimiento de rotación en uno de vaivén (fig. 41a). En la excéntri- ca, el centro de giro no coincide con su centro geométrico (fig. 41b).

Los muelles y resortes son operado- res acumuladores que se deforman por la acción de una fuerza y recupe- ran su forma inicial cuando esta cesa (fig. 42). Los hay de diversos tipos: es- pirales, helicoidales y planos.

Los frenos son los encargados de dis- minuir la velocidad de giro de un ele- mento (fig. 43). Los hay de diferentes tipos. Actúan por fricción y transfor- man la energía mecánica en energía calorífica.

3.1. Operadores de un robot

Los operadores empleados para el movimiento de un robot pueden ser de dife- rentes tipos: mecánicos, eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos.

Operadores mecánicos

Los operadores mecánicos que forman parte de un robot son similares a los que aparecen en otras máquinas. Se utilizan básicamente para los movimientos. Los más significativos son: ejes y árboles, ruedas, engranajes, juntas cardan, embra- gues, mecanismos biela-manivela, levas y excéntricas, muelles y resortes, y frenos.

Aunque algunos ya los conoces, enumeraremos a continuación sus caracterís- ticas más destacadas.

Fig. 41

Fig. 38

Fig. 42

Fig. 35

Fig. 39

Fig. 36

a) b)

b

Fig. 40

Fig. 37

a

Operadores eléctricos

Los operadores eléctricos que constituyen un robot también son conocidos y pueden ser agrupados en varias categorías: generadores, receptores y elementos de control. Los generadores más conocidos son la red eléctrica, las fuentes de alimentación y las pilas, baterías y acumuladores.

Las fuentes de alimentación están pro- vistas de un transformador y un rectifica- dor que convierte la corriente alterna de la red (220 V) en corriente continua de bajo voltaje (fig. 45).

Se emplean en robots de pequeñas di- mensiones que no precisen gran potencia.

Las pilas, baterías y acumuladores (fig. 46) transforman la energía química en energía eléctrica y proporcionan corriente continua de bajo voltaje (hasta 12 V).

Se utilizan como fuente de alimentación de los mandos a distancia y de otros dis- positivos similares.

Los motores eléctricos transforman la energía eléctrica en energía mecánica de rotación y, según sus características, pue- den funcionar con corriente continua o al- terna (fig. 48). En robótica se emplean motores continuos y motores paso a paso.

Las lámparas transforman la energía eléc- trica en luz. Las hay de muchos tipos, des- de las antiguas de filamento de volframio (fig. 49) hasta las actuales de bajo consu- mo o de diodos led. Se utilizan para dar algún aviso o para in- dicar el funcionamiento de algún otro re- ceptor.

Los relés son dispositivos electromag- néticos que actúan como interrupto- res o como conmutadores según la posición de los contactos de su inte- rior (fig. 53).

En función al número de circuitos que haya que gobernar, los relés pueden ser de tres, cuatro y cinco contactos.

La red eléctrica proporcio- na corriente alterna a un vol- taje de entre 220 V y 380 V (fig. 44).

Se utiliza en los grandes ro- bots industriales.

Las resistencias eléctricas se encargan de transformar la energía eléctrica en ener- gía calorífica (fig. 47).

Pueden ser fijas o variables. Estas últimas se llaman po- tenciómetros o reostatos.

Los interruptores son dispositivos mecánicos que abren o cierran un circuito según la posi- ción del elemento que se encuentre en su inte- rior (fig. 50).

Los conmutadores también son dispositi- vos mecánicos, pero su misión es desviar el pa- so de la corriente de un circuito a otro según la posición en que se en- cuentren (fig. 51).

Los pulsadores abren o cierran un circuito mien- tras se actúa sobre ellos (fig. 52).

Los hay de dos tipos: NA (normalmente abier- tos) o NC (normalmen- te cerrados).

Los receptores suelen ser resistencias, motores eléctricos o lámparas.

Los elementos de control están constituidos por interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.

Fig. 47

Fig. 50 Fig. 53

Fig. 44

Fig. 48 Fig. 49

Fig. 51 Fig. 52

Fig. 45 Fig. 46