El brazo robótico es el tipo más común de robot en la robótica industrial moderna. Puede imitar ciertos movimientos y funciones de las manos y brazos humanos, y puede agarrar, transportar objetos u operar herramientas específicas mediante programas predefinidos. Es el dispositivo de automatización más utilizado en el campo de la robótica. Sus formas son diferentes, pero todos tienen una característica común: pueden aceptar instrucciones y ubicarse con precisión en cualquier punto del espacio tridimensional (bidimensional) para realizar operaciones. Se caracteriza por su capacidad para completar diversas operaciones programadas, y su estructura y rendimiento combinan las ventajas tanto de los humanos como de las máquinas mecánicas. Puede reemplazar el trabajo pesado humano para lograr la mecanización y automatización de la producción, y puede operar en entornos peligrosos para proteger la seguridad personal. Por lo tanto, se utiliza ampliamente en la fabricación de maquinaria, la electrónica, la industria ligera y la energía atómica.
1. Los brazos robóticos comunes se componen principalmente de tres partes: el cuerpo principal, el mecanismo de accionamiento y el sistema de control.
(I) Estructura mecánica
1. El fuselaje del brazo robótico es la pieza de soporte básica de todo el dispositivo, generalmente hecho de materiales metálicos resistentes y duraderos. No solo debe ser capaz de soportar las diversas fuerzas y pares generados por el brazo robótico durante el trabajo, sino que también proporciona una posición de instalación estable para otros componentes. Su diseño debe tener en cuenta el equilibrio, la estabilidad y la adaptabilidad al entorno de trabajo. 2. Brazo El brazo del robot es la pieza clave para lograr diversas acciones. Consiste en una serie de bielas y articulaciones. A través de la rotación de las articulaciones y el movimiento de las bielas, el brazo puede lograr múltiples grados de libertad de movimiento en el espacio. Las articulaciones generalmente son impulsadas por motores de alta precisión, reductores o dispositivos de accionamiento hidráulico para garantizar la precisión del movimiento y la velocidad del brazo. Al mismo tiempo, el material del brazo debe tener las características de alta resistencia y peso ligero para satisfacer las necesidades de movimiento rápido y transporte de objetos pesados. 3. Efector final. Esta es la parte del brazo robótico que contacta directamente con el objeto de trabajo y su función es similar a la de una mano humana. Existen muchos tipos de efectores finales, siendo los más comunes las pinzas, las ventosas y las pistolas pulverizadoras. La pinza se puede personalizar según la forma y el tamaño del objeto y se utiliza para agarrar objetos de diversas formas; la ventosa utiliza el principio de presión negativa para absorber el objeto y es adecuada para objetos con superficies planas; la pistola pulverizadora se puede utilizar para pulverizar, soldar y otras operaciones.
(II) Sistema de accionamiento
1. Accionamiento motorizado. El motor es uno de los métodos de accionamiento más utilizados en brazos robóticos. Se pueden utilizar motores de CC, CA y paso a paso para impulsar el movimiento de las articulaciones del brazo robótico. El accionamiento motorizado ofrece las ventajas de una alta precisión de control, una rápida respuesta y un amplio rango de regulación de velocidad. Al controlar la velocidad y la dirección del motor, se puede controlar con precisión la trayectoria del brazo robótico. Además, el motor puede utilizarse junto con diversos reductores para aumentar el par de salida y satisfacer las necesidades del brazo robótico al transportar objetos pesados. 2. Accionamiento hidráulico. El accionamiento hidráulico se utiliza ampliamente en algunos brazos robóticos que requieren una gran potencia. El sistema hidráulico presuriza el aceite hidráulico a través de una bomba hidráulica para accionar el cilindro o motor hidráulico, lo que permite el movimiento del brazo robótico. El accionamiento hidráulico ofrece las ventajas de alta potencia, rápida respuesta y alta fiabilidad. Es adecuado para brazos robóticos pesados y situaciones que requieren una acción rápida. Sin embargo, el sistema hidráulico también presenta las desventajas de fugas, un alto coste de mantenimiento y los altos requisitos del entorno de trabajo. 3. Accionamiento neumático. El accionamiento neumático utiliza aire comprimido como fuente de energía para accionar cilindros y otros actuadores. Ofrece las ventajas de una estructura simple, bajo costo y alta velocidad. Es adecuado para situaciones donde no se requiere potencia ni precisión. Sin embargo, la potencia del sistema neumático es relativamente baja, la precisión de control también es baja y requiere una fuente de aire comprimido y los componentes neumáticos correspondientes.
(III) Sistema de control
1. Controlador. El controlador es el cerebro del brazo robótico, responsable de recibir diversas instrucciones y controlar las acciones del sistema de accionamiento y la estructura mecánica según estas. El controlador suele utilizar un microprocesador, un controlador lógico programable (PLC) o un chip de control de movimiento dedicado. Puede lograr un control preciso de la posición, la velocidad, la aceleración y otros parámetros del brazo robótico, y también puede procesar la información proporcionada por diversos sensores para lograr un control de bucle cerrado. El controlador se puede programar de diversas maneras, incluyendo programación gráfica, programación de texto, etc., para que los usuarios puedan programar y depurar según las diferentes necesidades. 2. Sensores. El sensor es una parte importante de la percepción del brazo robótico del entorno externo y de su propio estado. El sensor de posición puede monitorear la posición de cada articulación del brazo robótico en tiempo real para garantizar la precisión del movimiento del brazo robótico; el sensor de fuerza puede detectar la fuerza del brazo robótico al agarrar el objeto para evitar que este se resbale o se dañe; el sensor visual puede reconocer y localizar el objeto de trabajo y mejorar el nivel de inteligencia del brazo robótico. Además, hay sensores de temperatura, sensores de presión, etc., que se utilizan para monitorear el estado de trabajo y los parámetros ambientales del brazo robótico.
2. La clasificación del brazo robótico generalmente se clasifica según la forma estructural, el modo de conducción y el campo de aplicación.
(I) Clasificación por forma estructural
1. Brazo robótico de coordenadas cartesianas. Este brazo robótico se mueve a lo largo de los tres ejes del sistema de coordenadas rectangulares: X, Y y Z. Ofrece las ventajas de una estructura sencilla, un control cómodo y una alta precisión de posicionamiento, lo que lo hace ideal para tareas sencillas de manipulación, ensamblaje y procesamiento. Sin embargo, el espacio de trabajo del brazo robótico de coordenadas rectangulares es relativamente reducido y su flexibilidad es limitada.
2. Brazo robótico de coordenadas cilíndricas. El brazo del brazo robótico de coordenadas cilíndricas consta de una articulación rotatoria y dos articulaciones lineales, y su espacio de movimiento es cilíndrico. Presenta las ventajas de una estructura compacta, un amplio rango de trabajo y flexibilidad de movimiento, lo que lo hace adecuado para tareas de complejidad media. Sin embargo, su precisión de posicionamiento es relativamente baja y su control es relativamente complejo.
3. Brazo robótico de coordenadas esféricas. El brazo del brazo robótico de coordenadas esféricas consta de dos articulaciones rotatorias y una articulación lineal, y su espacio de movimiento es esférico. Ofrece flexibilidad de movimiento, amplio rango de trabajo y capacidad de adaptación a entornos de trabajo complejos. Es adecuado para tareas que requieren alta precisión y flexibilidad. Sin embargo, la estructura del brazo robótico de coordenadas esféricas es compleja, su control es complejo y su costo elevado.
4. Brazo robótico articulado. El brazo robótico articulado imita la estructura del brazo humano, consta de múltiples articulaciones rotatorias y puede realizar diversos movimientos similares a los del brazo humano. Ofrece flexibilidad de movimiento, amplio rango de trabajo y capacidad de adaptación a entornos de trabajo complejos. Actualmente, es el tipo de brazo robótico más utilizado.
Sin embargo, el control de brazos robóticos articulados es difícil y requiere una alta tecnología de programación y depuración.
(II) Clasificación por modo de conducción
1. Brazos robóticos eléctricos Los brazos robóticos eléctricos utilizan motores como dispositivos de accionamiento, que tienen las ventajas de alta precisión de control, rápida velocidad de respuesta y bajo nivel de ruido. Es adecuado para algunas ocasiones con altos requisitos de precisión y velocidad, como la fabricación de productos electrónicos, equipos médicos y otras industrias. 2. Brazos robóticos hidráulicos Los brazos robóticos hidráulicos utilizan dispositivos de accionamiento hidráulico, que tienen las ventajas de alta potencia, alta fiabilidad y gran adaptabilidad. Es adecuado para algunos brazos robóticos pesados y ocasiones que requieren gran potencia de salida, como la construcción, la minería y otras industrias. 3. Brazos robóticos neumáticos Los brazos robóticos neumáticos utilizan dispositivos de accionamiento neumático, que tienen las ventajas de una estructura simple, bajo coste y alta velocidad. Es adecuado para algunas ocasiones que no requieren alta potencia y precisión, como el embalaje, la impresión y otras industrias.
(III) Clasificación por campo de aplicación
1. Brazos robóticos industriales. Los brazos robóticos industriales se utilizan principalmente en campos de producción industrial, como la fabricación de automóviles, la fabricación de productos electrónicos y el procesamiento mecánico. Pueden lograr la producción automatizada, mejorar la eficiencia de la producción y la calidad del producto. 2. Brazo robótico de servicio. El brazo robótico de servicio se utiliza principalmente en industrias de servicios, como la medicina, la restauración, los servicios a domicilio, etc. Puede proporcionar a las personas diversos servicios, como enfermería, reparto de comidas, limpieza, etc. 3. Brazo robótico especial. El brazo robótico especial se utiliza principalmente en algunos campos especiales, como la industria aeroespacial, militar, exploración submarina, etc. Necesita un rendimiento y funciones especiales para adaptarse a entornos de trabajo complejos y requisitos de tareas.
Los cambios que los brazos robóticos aportan a la producción industrial no solo se refieren a la automatización y la eficiencia de las operaciones, sino también a la modernización de los modelos de gestión que los acompañan, lo que ha transformado significativamente los métodos de producción y la competitividad de las empresas en el mercado. La aplicación de brazos robóticos ofrece una excelente oportunidad para que las empresas adapten su estructura industrial, se modernicen y se transformen.
Hora de publicación: 24 de septiembre de 2024
