Diseño, fabricación y calibración de un sensor de par uniaxial para medida en articulaciones de un robot ligero

Abstract

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[ES] En los últimos años se ha convertido en materia de investigación frecuente el uso de robots dentro del entorno de los seres humanos. La coexistencia de máquinas y personas plantea ciertos retos que debemos afrontar si queremos conseguir que esta relación se establezca dentro de unas buenas condiciones de seguridad sin que por ello disminuya la eficiencia de los procesos de interacción humano-robot. Durante décadas los grandes robots industriales -tales como los habituales brazos antropomórficoshan ayudado de forma fundamental a la automatización de tareas repetitivas que requerían el movimiento de pesadas cargas o procesos de fabricación (procesos de pick & place, paletizado, soldadura, etc.) a altas velocidades. Todos estos procesos, una vez superada la fase de programación en condiciones de gran seguridad, se realizan en un entorno perfectamente diseñado y controlado, en el cual los robots se mueven siguiendo –en la mayor parte de los casos- una coordenadas previamente fijadas entre otros robots y objetos de ubicación conocida y por supuesto sin posibilidad de entrar en contacto con seres humanos durante las tareas automáticas dado el enorme riesgo que esto conllevaría. La introducción de pequeños robots en entornos domésticos, tales como los destinados a realizar tareas de asistencia a ancianos o personas con discapacidades motoras, ayudar al trabajo diario o simplemente para funciones de entretenimiento, plantea la dificultad de enfrentar al robot a la necesidad de actuar en un entorno espacial no prediseñado y codificado en su programación, de tal forma que cualquiera de sus movimientos podría resultar en una colisión imprevista o impacto de fuerza excesiva con los objetos que le rodean o con los seres humanos con los que interactúa. Este problema nos lleva a la necesidad de desarrollar un conjunto de sensores precisos y un sistema de control de alta eficiencia, capaz de cumplir con unos requisitos de seguridad intrínseca que impidan el daño a las personas o a la propia máquina, al mismo tiempo que permiten su convivencia e interacción inteligente, la cual en muchos casos requerirá un necesario contacto y respuesta proporcional del sistema de control. Este proyecto se centra en el desarrollo de un sensor de fuerza, y más concretamente en un sensor de par de fuerza uniaxial, usado como parte del sistema de control de las articulaciones de un robot destinado a tareas de asistencia a seres humanos. El desarrollo incluye la descripción del proceso de diseño geométrico de su estructura–atendiendo a los requisitos del rango de medida o dimensiones máximas del robot-, elección del elemento sensor y sistema de acondicionamiento y adquisición de señal–en base a exigencias de precio, linealidad o resolución- y el procedimiento de ensayo experimental en laboratorio que nos permitirá evaluar los parámetros que determinen la validez del proceso de selección y diseño previo.