maxon motor da vida a la mano de un robot humanoide
Las manos de robots similares a la mano humana experimentan un desarrollo vertiginoso: los manipuladores con dedos y pulgares sensibles han pasado de la visión a la realidad. Pronto serán habituales los manipuladores de varios dedos en la industria. Donde hasta la fecha se usan manipuladores robustos, pero sencillos, de dos o tres dedos, tendremos complejas manos de cinco dedos que realizarán auténticas filigranas. Los grandes avances en microelectrónica y micromecánica permiten fabricar manos de varios dedos con articulaciones antropomórficas controlables por separado. Para la mecánica y la electrónica de control necesarias se pueden usar componentes comerciales estándares como base.
La mano humana es, sin duda, una de las herramientas más universales y prodigiosas de la naturaleza. Las características y virtudes de este diseño de la evolución son materia de estudio de los investigadores ya desde hace años. Los resultados de dichos trabajos de investigación encuentran aplicación en las manos de los robots del futuro. La agencia aeronáutica y espacial alemana DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt) ha desarrollado una nueva mano de robot junto con el Instituto Harbin de Tecnología (HIT). Gracias a las tecnologías de micromotores de precisión y buses de altas prestaciones, este desarrollo está marcando hitos en los manipuladores que imitan la mano humana. La nueva mano DLRHIT II, que consta de cinco dedos de cuatro articulaciones cada una y tres grados de libertad, es menor y más liviana que su predecesora DLR-HIT I. Para poder agarrar piezas cónicas se necesitan cuatro dedos y un pulgar que hace de “contrasoporte”. Para aprovechar todas las características de la mano, deberá accionarse y supervisarse debidamente todo su abanico de movimientos posibles. En este sentido es imprescindible disponer de canales informáticos de altas prestaciones.
Bus de alta velocidad para el control
Los motores dc de la mano DLR-HIT II se instalan directamente en los dedos. Una atención especial merecen los datos operativos y de posición procesados en el PC de control. Sólo así puede obtenerse lo máximo del discreto motor brushless incorporado. A este propósito, cada articulación de los dedos se dota con un sensor de par de fuerza y un sensor angular sin contacto propiamente desarrollado. La aplicación requiere alta resolución por parte de ambos sensores. El gran volumen de datos necesario lo transmite un bus de alta velocidad. Para la función del sistema de control es decisivo disponer de un rápido feed-back con el que se comparan los valores de consigna y los valores reales, sobre todo en aplicaciones de precisión y “filigranas”. Por tanto, un aspecto central es, además del gran volumen de datos, la necesaria velocidad de transmisión. El bus de alta velocidad de 25 Mbps interno a la mano, con capacidad de tiempo real y especialmente diseñado para esta aplicación, se basa en FGPAs (Field Programmable Gate Arrays). Para la conexión serie externa entre mano y PC de control se necesitan solamente tres cables. El sistema de control propiamente dicho, un procesador de señales en una tarjeta PCI, se integra en un PC comercial común. Ello permite dirigir la mano desde el PC mediante una interfaz de usuario fácil de utilizar. Todos los datos de los sensores pueden verse en el monitor. La visualización de los datos, el control y la conexión entre la mano y el PC se han diseñado desde el principio con su aplicabilidad práctica en mente, con vistas a su futuro uso en entornos industriales.
Motores maxon flat como unidades motrices
La motricidad de cada dedo necesita varios actuadores independientemente accionables. En este caso, por cada mano se usan 15 motores brushless de corriente continua dotados de sensores Hall. Los motores brushless EC 20 flat de maxon reúnen varios requisitos decisivos. Se trata de productos económicos disponibles comercialmente y que se distinguen por sus altas prestaciones y su pequeño tamaño. Los motores dc, incluidos los sensores Hall, constituyen una unidad de sólo 10,4 mm de longitud y 21,2 mm de diámetro exterior. Peso por cada motor brushless: 15 g. Forman una unidad con los reductores HarmonicDrive de igual diámetro de la serie HDUC 05. Los motores dc de 3 W se ofrecen en versión de 12 ó 24 V, con un par de fuerza máximo de 8,04 mNm. Su excelente dinámica de funcionamiento y los rodamientos de bolas precargados ofrecen precisión de respuesta a los comandos de control, también al invertirse el sentido de giro. Los sensores digitales Hall comunican al sistema de control siempre la posición real exacta. El régimen de giro sin carga de los motores es de 9300 rpm.
Gracias a la compacta tecnología de motores dc con feed-back y rápida transmisión de datos por bus, es posible dirigir con precisión la mano DLR-HIT II. Micromecánica y microelectrónica se complementan perfectamente. Hoy en día es posible, a partir de un buen concepto, usar componentes estándar para fabricar productos que antes ni siquiera habrían sido imaginables con caros diseños especiales.
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