Sensores De Par Y Fuerza

Sensores de fuerza par y deformación
Los sensores de fuerza y de torsión se utilizan principalmente para medir las fuerzas de reacción desarrolladas en la superficie de separación entre conjuntos mecánicos. Los métodos principales para realizar esta operación son los de detección de articulación y muñeca. Un sensor de articulación mide los componentes cartesianos de la fuerza y de la torsión queactúan sobre una articulación de robot y la suma de forma vectorial. Para una articulación impulsada por un motor de corriente continua, la detección se realiza simplemente midiendo la corriente del inducido.

Los sensores de muñeca, que es el tema principal examinado en esta sección, están montados entre la extremidad de un brazo del robot y el efecto extremo.
Están constituidos por galgas dedeformaciones que miden la desviación de la estructura mecánica debida a fuerzas exteriores.
Elementos de un sensor de muñeca.
Los sensores de muñeca son pequeños, sensibles, de poco peso (aproximadamente 12 onzas) y de un diseño relativamente compacto, del orden de 10cm de diámetro total y de 3cm de espesor.
Para poder reducir la histéresis y aumentar la exactitud en la medida, el hardware se sueleconstruir a partir de una pieza mecánica maciza, que suele ser de aluminio. Por ejemplo, el sensor mostrado en la figura utiliza ocho pares de galgas de deformaciones de semiconductores montadas en cuatro barras de deflexión (una galga a cada lado de una barra de deflexión).
Las galgas en los extremos abiertos opuestos de las barras de deflexión están cableadas, de manera diferencial, a uncircuito potenciometrico, cuya tensión de salida es proporcional a la componente de la fuerza normal al plano de la galga de deformación.



La conexión diferencial de las galgas de deformación proporciona una compensación automática de las variaciones en la temperatura.
Sin embargo, se trata solamente de una compensación de primer orden aproximado. Puesto que los ocho pares de galga de deformaciónestán orientados en sentido normal a los ejes x, y, z del sistema de referencia, las tres componentes del momento M pueden determinarse sumando y restando adecuadamente las tensiones de salida, respectivamente. 

La mayoría de los sensores de fuerza de muñeca funcionan como transductores para transformar las fuerzas y los momentos ejercidos en la mano en desviaciones o desplazamientos medibles en lamuñeca generados por el sensor de fuerza no afecten a la exactitud del posicionamiento del manipulador.

Por consiguiente, las especificaciones del rendimiento pueden resumirse como siguen:
1. Alta rigidez. La frecuencia natural de un dispositivo mecánico esta relaciona con su rigidez; así la alta rigidez asegura que las fuerzas perturbadoras se amortigüen rápidamente para permitir lecturas exactasdurante cortos intervalos de tiempo. Además reduce la magnitud de las desviaciones de una fuerza / momento aplicado, lo que puede añadirse al error de posicionamiento de la mano.
2. Diseño compacto. Este diseño asegura que el dispositivo no restrinja el movimiento del manipulador en un área de trabajo con poco espacio libre. Con el sensor de fuerza compacto, es importante colocar el sensor lo máspróximo posible a la herramienta para reducir el error de posicionamiento como consecuencia del giro de la mano en pequeños ángulos.
Además, es deseable medir una fuerza / momento de la mano lo más grande posible; asi, al hacer mínima la distancia entre la mano y el sensor, se reduce el brazo de la palanca para las fuerzas aplicadas en la mano.
3. Linealidad. Una buena linealidad entre la respuestade los elementos detectores de la fuerza y las fuerzas / momentos aplicados permite resolver la fuerza y los momentos mediante simples operaciones matriciales.
4. Baja histéresis y rozamiento interno. El rozamiento interno reduce la sensibilidad de los elementos detectores de la fuerza porque las fuerzas tienen que superar este rozamiento, o fricción, antes de que pueda obtenerse una...