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BRAZO ROBTICO DE 5 GDL
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DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN
BRAZO ROBOTICO DE 5 GRADOS
DE LIBERTAD
ALEX FERNANDO TOVAR
YESICA GUZMAN PEREZ
JIMMY CASTRO GOMEZ
JESUS ANTONIO ANGARITA
OSCAR MANUEL DUQUE SUEREZ
Universidad de Pamplona
Villa del Rosario, Norte de Santander, Colombia.
Tel.: 57-7-5685303, Fax: 57-7-5685303, Ext. 156
ABSTRACT
The objective of this project is to develop
the kinematic model; the control and
using a computer simulation of a robotic
arm 5 degrees of freedom.
For this purpose, has designed and
implemented a program in Matlab.
The operation of the program consists of
the following steps: the user sends a
command through the pc, and the handler
makes the sequence depending on the
application that the user has given.
They have developed a complete
kinematic model of the robotic arm. On
one hand, the problem has been solved
kinematics through Denavit-Hartenberg
algorithm. On the other hand, inverse
kinematics resolved through geometric
methods.
For communication between the robot
and the PC USB cable used to be a
communication card using a pic 18f2550
to control the motors.
The final purpose is to obtain a robotic
arm 5 degrees of freedom, with a method
of control and user-friendly simulation.
RESUMEN
El objetivo de este proyecto es el
desarrollo del modelo cinemtico, el
control y la simulacin mediante un
ordenador de un brazo robtico de 5
grados de libertad.
Para ello, se ha diseado e implementado
un programa en Matlab.
El funcionamiento del programa consta
de los siguientes pasos: el usuario manda
una orden a travs del pc, y el
manipulador hace la secuencia
dependiendo de la aplicacin que le haya
dado el usuario.
Se ha elaborado el modelo cinemtico
completo del brazo robtico. Por un lado,
el problema de la cinemtica directa ha
sido solucionado a travs del algoritmo
de Denavit-Hartenberg. Por otro lado, se
ha resuelto la cinemtica inversa a travs
de mtodos geomtricos.
Para la comunicacin entre el robot y el
pc se us un cable USB que va a una
tarjeta de comunicacin que utiliza un pic
18f2550 para el control de los motores.
El propsito final es la obtencin de un
brazo robtico de 5 grados de libertad,
con un mtodo de control y simulacin de
fcil manejo.
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MARCO TEORICO
Morfologa de los Manipuladores
Los manipuladores estn formados por
los siguientes elementos: estructura
mecnica, transmisiones, sistema de
accionamiento, sistema de sensores,
sistema de control y elementos
terminales.
TIPOS DE ROBOT
Los robots son entidades virtuales o
mecnicas que se utilizan para la
realizacin de trabajos automticos y son
controlados por medio de computadoras.
A grandes rasgos se puede hablar de los
siguientes:
Androides: estos artilugios se parecen y
actan como si fueran seres humanos.
Este tipo de robots no existen en la
realidad, por lo menos por el momento,
sino que son elementos ficcionales.
Mviles: estos robots cuentan con orugas,
ruedas o patas que les permiten
desplazarse de acuerdo a la programacin
a la que fueron sometidos. Estos robots
cuentan con sistemas de sensores, que son
los que captan la informacin que dichos
robots elaboran. Los mviles son
utilizados en instalaciones industriales, en
la mayora de los casos para transportar la
mercadera en cadenas de produccin as
como tambin en almacenes. Adems,
son herramientas muy tiles para
investigar zonas muy distantes o difciles
de acceder, es por eso que en se los utiliza
para realizar exploraciones espaciales o
submarinas.
Industriales: los robots de este tipo
pueden ser electrnicos o mecnicos y se
los utiliza para la realizacin de los
procesos de manipulacin o fabricacin
automticos. Tambin se les llama robots
industriales a aquellos electrodomsticos
que realizan simultneamente distintas
operaciones.
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Mdicos: bajo esta categora se incluyen
bsicamente las prtesis para disminuidos
fsicos. Estas cuentan con sistemas de
mando y se adaptan fcilmente al cuerpo.
Estos robots lo que hacen es suplantar a
aquellos rganos o extremidades,
realizando sus funciones y movimientos.
Adems existen robots mdicos
destinados a la realizacin de
intervenciones quirrgicas.
Teleoperadores: estos robots son
controlados de manera remota por un
operador humano. A estos artilugios se
los utiliza en situaciones extremas como
la desactivacin de una bomba o bien,
para manipular residuos txicos.
De acuerdo a su arquitectura, los robots
pueden clasificarse en:
Poliarticulados: si bien estos pueden
tener de diversas configuraciones, lo que
tienen en comn estos robots es que son
sedentarios. Estos son diseados para
mover sus terminales con limitada
libertad y de acuerdo a ciertos sistemas de
coordenadas. Estos robots son ideales
para cuando se precisa abarcar una amplia
zona de trabajo.
Mviles: a diferencia de los anteriores,
estos han sido diseados para desplazarse,
ya sea utilizando un sistema locomotor
rodante o bien, mediante plataformas o
carros. Estos se trasladan utilizando
sensores que reciben informacin del
entorno o bien, por telemandos.
Androides: estos robots buscan imitar de
manera parcial o total la el
comportamiento y forma del ser humano.
Como no estn prcticamente
desarrollados se los usa para la
experimentacin y el estudio.
Zoomrficos: la locomocin de estos
robots imita a la de distintos animales y
se los puede dividir en caminadores y no
caminadores. Estos ltimos estn an
muy poco desarrollados mientras que los
caminadores s lo estn y resultan tiles
para la exploracin volcnica y espacial.
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DISEO DEL ROBOT DE 5 GRADOS
DE LIBERTAD
Fig. Diseo en AutoCAD del brazo
robtico de 5gdl
BASE DEL ROBOT
PRIMER ESLABON EN EL
ENSABLE EN LA BASE
SEGUNDOS ESLABONES
TERCER ESLABONES
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CUARTO ESLABON
Las piezas del robot se realizaron en
acrlico de 3mm, y el corte de cada una de
las piezas se hizo en corte a laser.
Y el robot real quedo de la siguiente
forma
Tabla NGDL
Esquema con las dimensiones de los
eslabones
De una forma sencilla se muestra el
ensamble y el modelo de las piezas del
robot as como de los motores utilizados,
los servomotores utilizados fueron de 3
tipos:
HS-311 Mueca, pinza y base
Hitec HS-322HD (utilizado en el hombro)
Hitec HS-422 rotacin de la mueca
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CINEMTICA
En este apartado analizaremos el
movimiento del robot con respecto a un
sistema de referencia situado en la base.
Obtendremos una descripcin analtica
del movimiento espacial y, en particular,
de la posicin y orientacin del extremo
final del robot.
Tenemos dos problemas a resolver en
cuanto a la cinemtica del brazo robtico:
Cinemtica directa: determinar la
posicin y orientacin del extremo final
del robot, con respecto a un sistema de
coordenadas de referencia, conocidos los
valores de las articulaciones.
Cinemtica inversa: determinar la
configuracin que debe adoptar el robot
para una posicin y orientacin del
extremo conocidas.
Para solucionar el primer problema se
utilizar el Algoritmo de Denavit-
Hartenberg. De esta forma, se obtiene la
posicin del extremo del robot a partir de
los valores de los ngulos del mismo.
Para solucionar el problema de la
cinemtica inversa se ha optado por el
mtodo de la matriz de transformacin
homognea. As, se puede determinar los
diferentes valores de los ngulos de los
ejes del robot para conseguir posicionar
su extremo en un punto del espacio
establecido por el usuario.
Esquemtico de los ejes de acuerdo a
las reglas Denavit
Parmetros Denavit-Hartenberg
Para la obtencin de los parmetros se ha
tenido en cuenta las 14 reglas Denavit
Ahora, una vez calculador los parmetros
de Denavit-Hartenberg, podemos calcular
las matrices de transformacin de un
sistema a otro. A continuacin se
muestran los resultados obtenidos:
Articulacin d a
1 q1 d1 0 -90
2 q2 0 d2 0
3 q3 0 d3 0
4 q4-90 0 d4 -90
5 q5 d5 0 0
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Para obtener la matriz de transformacin
(T) entre la base y el extremo del robot
hay que multiplicar por las diferentes
matrices de transformacin entre el
sistema 0 y el sistema 6. Se procedera de
la siguiente forma:
Entonces la matriz de transformacin
homognea quedara de la siguiente
forma
(1,1)=
(1,2)=
(1,3)=
(1,4)=
(2,1)=
(2,2)=
(2,3)=
(2,4)=
(3,1)=
(3,2)=
(3,3)=
(3,4)=
(4,1)=0
(4,2)=0
(4,3)=0
(4,4)=1
Cinemtica Inversa
El objetivo del problema cinemtica
inverso consiste en encontrar los valores
que deben adoptar las coordenadas
articulares del robot q = [q1, q2, q3, q4,
q5]T para que su extremo se posicione y
oriente segn una determinada
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localizacin espacial.
Vista lateral del robot para hallar q2, q3, q4
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FOTOS EN EL DESARROLLO DEL
BRAZO ROBOTICO DE 5 GDL
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TRAYECTORIA DEL BRAZO ROBOTICO
la trayectoria de nuestro robot consiste
en transportar cajas en una linea de
produccion. una banda transportadora
"llega" a la plataforma de trabajo del
robot y el robot las sujeta y las lleva a los
extremos de la plataforma para
continuar con la linea de produccin.
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BIBLIOGRAFIA
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