Formato ieee (1) robotica fase final

Universidad abierta y a distancia .pizo, Hands ,Robot Alacena .
Resumen—En este informe se presenta un
robot que soluciona una necesidad de
organización en una lacena donde se
manejan repuestos pequeños pero costosos,
basados en pautas dadas en el curso y
autoaprendizaje
se
I. INTRODUCCIÓN
Para esta fase tendremos en cuenta otras
variables como las dimensiones del robot,
grados de libertad, condiciones ambientales
a las que estará expuesta la máquina y
posición de equilibrio. Las dimensiones que
tendrá el robot, incluyendo los grados de
libertad. En el siguiente trabajo
encontráramos información sobre el
desarrollo de un robot
Que de manera eficiente ayude a ingresar
elementos en una lacena.

Un brazo manipulador o brazo robótico se
puede definir como el conjunto de
Elementos electromecánicos que propician el
movimiento de un elemento terminal
(gripper o herramienta) .
La constitución física de la mayor parte de
estos manipuladores guarda cierta similitud
con la anatomía de las extremidades
superiores del cuerpo humano, por lo que,
en ocasiones, para hacer referencia a los
distintos elementos que componen al robot,
se usan términos como: cintura, hombro
Tomando en cuenta que la mayoría del
equipo robótico dentro de un área académica
y de investigación son de tipo industrial o
comercial
En los cuales se basan más a su control que
a su modelado, en este artículo se presenta
una metodología de diseño propio y
construcción de un brazo manipulador de 5
grados de libertad (GDL) basado en la
tecnología CAD
Un brazo manipulador o brazo robótico se
puede definir como el conjunto de elementos
electromecánicos que propician el
movimiento de un elemento terminal
La constitución física de la mayor parte de
estos manipuladores guarda cierta similitud
con la anatomía de las extremidades
superiores del cuerpo humano, por lo que,
en ocasiones, para hacer referencia a los
distintos elementos que componen al robot,
se usan términos como: cintura, hombro,
brazo, codo, muñeca, Una especificación
general de un brazo robótico comprende: sus
grados de libertad, su configuración y su
cinemática directa e inversa Estas
especificaciones son dadas desde el diseño
propio de cada robot y su aplicación
Fase final
Robot de alacena
Pizo, enver., cod 94517159hands , kenys
PRESENTADO POR:
KENIS HANS ESTRADA
CC: 1077466981
ENVER RICARDO PIZO TABARES CODIGO: 94517159
1

1.FASE
Diseño
El brazo robótico está compuesto de
segmentos o miembros interconectados por
puntas o articulaciones, cada articulación
está compuesta sobre un eje del cual giran
dos segmentos, cuyos movimientos son
generados por servomotores. Los distintos
elementos del brazo son: la base (A), el
hombro (B), el brazo (C), codo (D), muñeca
(E) y pinza (F).
análisis de sus principales características
para determinar su peso, el cual es de 4kg,
amplitud, velocidad y resolución
Posición del robot para el giro de las
articulaciones
CONTROL DE ROBOT MANIPULADOR
Los cálculos para controlar los movimientos
del robot están basados en cinemática
directa e inversa. Sin embargo se plantea un
previo tratamiento matemático matricial,
algebraico y razonamiento geométrico
CORDENADAS HOMOGENEAS Y MATRIZ DE
TRANFORMACION
Es un espacio tridimensional un vector de
posición T se representa por un vector
ampliado) T en la representación de las
coordenadas homogéneas
Las coordenadas físicas se relacionan con las
físicas como: pz =xpz / w
La matriz de transformación homogénea es
una matriz 4*4 que transforma un vector de
posición expresado en coordenadas
homogéneas desde un sistema de
coordenadas a otro
Los distintos elementos del brazo son: la
base (A), el hombro (B), el brazo (C), codo
Analisis del circuito ,
FUNCIONAMIENTO
(D), muñeca (E) y pinza (F). Análisis de sus
principales características para determinar
su peso, el cual es de
4kg, amplitud, velocidad y resolución se
piensa principalmente en una adaptación de
un programa computacional proporcionado
por la plataforma de la universidad
Fase final
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PROBLEMA: En la actualidad tenemos la
necesidad de organizar pequeños repuestos
en una lacena, son pequeños pero valiosos,
el problema es que el desconocimiento de la
persona que almacena hace que en muchas
ocasiones troque los repuestos y se dificulte
el ubicarlos, esto hace que cada mes
tengamos que estar inventariando esta
lacena que es algo así como una piñatería
tarda todo el día (tres personas)y se vuelve
a desorganizar ya que no tenemos una
persona dedicada al 100 a este mueble
(tampoco se justifica )
Idea:
La idea es en un mueble de muchos cajones
colocar un robot manipulador que ubique y
retire los repuestos sin margen de error,
dando un código en el computador el brazo
lo ubique o retire según el código
Robot manipulador para ser ubicado al
frente de la lacena
A favor tenemos que es un recinto cerrado,
con aire acondicionado, la lacena es de
tamaño de un armario lo que nos ayuda a
que el robot sea pequeño y por ende menos
costoso, Manejaríamos en esta lacena un
promedio de 300 repuestos, son piezas
electrónicas sin forma constante y en bolsas
antiestáticas, empaques muy pequeños
plásticos.
LOS ELEMENTOS QUE FORMAN PARTE DE
LA TOTALIDAD DEL ROBOT SON:
•
Manipulador
• Controlador
• Dispositivos
de entrada y
salida de
datos
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• Dispositivos
especiales
puntas o
articulacione
s
Control con
componentes
inteligentes
REPRESENTACIÓN DE LA ORIENTACIÓN
Cuando necesitamos definir un punto en el
espacio, es suficiente a través de los datos
correspondientes a su posición. Pero para el
caso de un sólido, se precisa adicionalmente
contar con su orientación respecto a un
sistema de referencia.
Para el caso que nos corresponde mencionar,
de nuestro brazo robótico además de
especificar la posición de extremos, también
se requiere indicar su orientación. Una
orientación referida al espacio
tridimensional, la podemos definir mediante
varios grados de libertad, lo que se traduce
como varios componentes linealmente
independientes. La orientación de un objeto
respecto a un sistema de referencias, se
intenta de manera habitual y relativamente
cómoda, asignado al objeto de nuevo
sistema, y luego se estudia las relaciones
especiales que existen entre estos dos
sistemas, cuya versión es la de coordenadas
rectangulares.
Casi siempre, esta relación se presenta
mediante la posición y orientación del
sistema de los diferentes métodos con los
cuales se representan las orientaciones, se
consideran que ambos coinciden en el
origen, y que por consiguiente no se registra
cambio de posición entre ellos.
El sistema de coordenadas que esta fijo en el
espacio tridimensional se considera que es el
sistema de referencia. El otro sistema de
coordenadas está girando con respecto al
sistema de referencia.
Físicamente podemos considerar que este
sistema de coordenadas es un sistema de
coordenadas ligado al cuerpo. Es decir, se
cuenta permanente y convenientemente
unido al cuerpo rígido (un elemento del
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brazo del robot) y se mueve junto con él Un
punto P en el espacio se puede representar
por sus coordenadas con respecto a ambos
sistemas de coordenadas.
Una forma que facilita el análisis, consiste en
considerar al punto en reposo y fijo con
respecto al sistema que representa el giro.
De esta manera, el punto p se puede
representar por sus coordenadas, con
respecto a ambos sistemas de coordenadas.
Para definir y manipular cantidades
matemáticas con las cuales podemos
representar la orientación, nosotros debemos
definir sistemas de coordenadas y establecer
las conversiones propias para la
representación respectiva
2. simulación
Utilizamos Matlab , robot puma 762 en
donte tuvimos en cuenta los ángulos para
un espacio en memoria y facilitar repetición
3. motaje de elementos
Margen de estabilidad estática y margen
de estabilidad dinámica
Para un determinado momento, el margen
de estabilidad estática es la distancia más
corta entre la proyección del centro de masa
y el polígono de soporte, en tanto que el
margen de estabilidad dinámica es la
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distancia más corta entre la proyección del
centro de presiones y el polígono de soporte.
Es la mínima distancia entre el PMC y los
bordes del polígono de soporte, en donde
SMx es el margen de estabilidad en el eje x,
y SMz es el margen de estabilidad en el eje z
(Santana Hernández, 2006).
Equilibrio estático y equilibrio dinámico
Existen dos modelos básicos de equilibrio
(balanceo) en la locomoción bípeda: el
"equilibrio estático" y el "equilibrio
dinámico". El equilibrio estático lleva a
movimientos lentos y menos naturales,
mientras que para ganar eficiencia y
velocidad se tiene que conseguir un
equilibrio dinámico. Los dos tipos de
equilibrio se basan en la implementación de
leyes de control que utilizan el concepto de
AS (Pardos Gotor, 2005).
PARÁMETROS DEL MANIPULADOR
Para examinar la propiedad de simetría
inclinada de la ecuación (12.1.8), obtenga la
derivada de la matriz de masa M(q) en
(12.1.15) para obtener:
Entonces, separando a la matriz N(q, q&) en
sus componentes de acuerdo a (12.1.3).
Debido a la suposición de operaciones
planares sin fricción, los términos de
gravedad y de fricción son iguales a cero y
se obtiene:
La simetría inclinada desde (12.1.16) y
(12.1.17) como:
Modelado Dinámico
Un gran número de problemas de control
para sistemas mecánicos, están basados en
el control de posición para la ubicación de
masas, utilizando una fuerza o un torque
como variable de entrada. En lugar de
resolver tan solo el problema de dirigir el
movimiento del posicionamiento de la
variable de salida hacia un valor específico, a
menudo la posición de la masa requiere
seguir una trayectoria definida.
Más niveles de complejidad pueden aparecer
al introducir series de masas con dinámicas
Fase final
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acopladas, para ser controladas mediante
una serie de fuerza/torque de entrada. El
caso estándar de la ‘puesta en acción’ se
parece a un control fuerza/torque asociado
con cada masa primaria y posteriormente
aparecen fuerzas/torques desde el
acoplamiento estático y dinámico de
diferentes masas. El caso típico es un brazo
robot o robot manipulador con n uniones
conectadas para n articulaciones con
accionadores generadores de fuerza/torque.
Usualmente, la herramienta de último efecto
se encuentra en el extremo del brazo para
manipular los objetos de acuerdo con las
especificaciones de aplicación
Manipulador de dos uniones de longitud L1 y
L2, y uniones de masa concentrada M1 y M2.
El manipulador se muestra en
configuraciones de uniones (q1,q 2), el cual
alcanza su efecto de posición final en ( x w,
n y w) en el mundo de las coordenadas. El
manipulador se opera en el plano, por
ejemplo a través del eje Z.
Observe la ausencia de gravedad en los
términos de (12.1.15) debido a que el
manipulador está siendo operado en el
plano, perpendicular a la gravedad. Para los
ejemplos del diseño del controlador de la
siguiente sección, se utilizarán los
parámetros de la tabla 12.1
Ciclo de marcha
El ciclo de la marcha inicia cuando el pie
hace contacto con el suelo y finaliza cuando
este mismo pie hace contacto nuevamente
con el suelo. El ciclo de marcha o caminata
es un tipo de movimiento periódico y está
descrito por dos fases principales que se
alternan con cada pierna: la fase de apoyo y
la fase de balanceo. Una pierna se encuentra
en fase de apoyo cuando está en contacto
con el suelo, y se encuentra en fase de
balanceo cuando no tiene contacto con el
suelo (Guzmán Valdivia, 2010).
http://www.scielo.org.co/scielo.php?
script=sci_arttext&pid=S0123-
921X2015000100011
Elementos de un robot
control para las trayectorias circulares
deseadas. Columna de la izquierda:
Trayectoria en el espacio de trabajo en
coordenadas mundiales ( , ). w w x y
Columna central: asociando la trayectoria en
las coordenadas ( , ) q1 q2 . Columna de la
derecha: trayectoria en el tiempo de ángulo .
Considere una función de Lyapunov
candidata para cada componente,
con su derivada con respecto al tiempo a
través de la trayectoria de los sistemas
Sin las limitaciones de la trayectoria deseada
en (12.2.1), de los elementos mij de la
matriz de masa (12.1.4) y de los elementos
ni del vector N(q) por (12.1.9) hasta
(12.1.11), asegurando la existencia de
Suponer a los términos (m / m )q , j 1,..., n,
j i, ji ii &&j = ¹ sin límites implica acoplar
fuerzas/torque limitadas, debido a las
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aceleraciones limitadas de las otras masas.
En sistemas mecánicos prácticos con una
masa mi siendo asociada con cada entrada
de control , i t es inherente un acotamiento
jerárquico en los términos. En particular, los
brazos de robots tienden a ser construidos
con uniones más robustas y uniones más
cerca de la base y con uniones más ligeras
en los puntos cercanos a la punta. Para un
análisis de estabilidad explícita, la jerarquía
de las masas tiene que resolverse en forma
inversa, un proceso que puede resultar
tedioso para sistemas multidimensionales.
Los detalles sobre los métodos de diseño
jerárquico se pueden encontrar en Utkin
(1992). Como una alternativa al diseño
individual de componentes i t del vector de
control t obtenido en el Teorema 12.1, el
diseño puede estar basado en una función de
Lyapunov construido para todo el sistema en
lugar de para cada subsistema. La ventaja
principal de tal representación cerrada en
forma vectorial es el hecho de abordar los
requerimientos en las jerarquías de masas
debido a la definición de la matriz de masas
M en forma positiva. Se ha demostrado en el
capítulo 2 que utilizando una función de
Lyapunov V s sign(s) T = para derivar el
vector de control t también sirve para
asegurar los modos deslizantes en la región
s=0.
• Chasis: es la parte del robot que debe
soportar los demás elementos (baterías,
motores, electrónica).
Como chasis tendremos
Base giratoria preferiblemente de radio 30
cm para que soporte brazo
• Motores: son los que van a
proporcionar tracción a nuestro robot.
• MANIPULADOR
• Mecánicamente, es el componente
principal. Está formado por una serie
de elementos estructurales sólidos o
eslabones unidos mediante
articulaciones que permiten un
movimiento relativo entre cada dos
eslabones consecutivos.
• Controlador Como su nombre indica,
es el que regula cada uno de los
movimientos del manipulador, las
acciones, cálculos y procesado de la
información.
• El controlador recibe y envía señales a
otras máquinas-herramientas (por
medio de señales de entrada/salida) y
almacena programas.
• Existen varios grados de control que
son función del tipo de parámetros
que se regulan, lo que da lugar a los
siguientes tipos de controladores:
•
Fase final
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• Ruedas: hay que elegirlas bien,
puesto que de su diámetro y anchura
depende la velocidad, agarre,etc
No aplica pues estará fijo.
• Alimentación: las baterías son las
encargadas de dar la energía a los motores y
a la electrónica.
Estará conectada a la red , pero tendrá por
lógica una fuente reguladora
Electrónica: dentro de este grupo podemos
distinguir el microcontrolador, que es el
cerebro del motor, los sensores, que son los
que permiten detectar el entorno, y
losdrivers de potencia, que son los
circuitos encargados de suministrar la
energía necesaria a los motores para
hacerlos
• De posición: el controlador interviene
únicamente en el control de la posición del
elemento terminal;
• Cinemático: en este caso el control se
realiza sobre la posición y la velocidad;
• Dinámico: además de regular la velocidad
y la posición, controla las propiedades
dinámicas del manipulador y de los
elementos asociados a él;
• Adaptativo: engloba todas las
regulaciones anteriores y, además, se ocupa
de controlar la variación de las
características del manipulador al variar la
posición
Otra clasificación de control es la que
distingue entre control en bucle abierto y
control en bucle cerrado.
El control en bucle abierto da lugar a muchos
errores, y aunque es más simple y
económico que el control en bucle cerrado,
no se admite en aplicaciones industriales en
las que la exactitud es una cualidad
imprescindible.
Realimentación. Este control se lleva a cabo
con el uso de un sensor de la posición real
del elemento terminal del manipulador.
La información recibida desde el sensor se
compara con el valor inicial deseado y se
actúa en función del error obtenido de forma
tal que la posición real del brazo coincida con
la que se había establecido inicialmente
PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS
A continuación se describen las
características más relevantes propias de los
robots y se proporcionan valores concretos
de las mismas, para determinados modelos y
aplicaciones.
Grados de libertad
• Espacio de trabajo
• Precisión de los movimientos
• Capacidad de carga
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• Velocidad
• Tipo de actuadores
• Programabilidad
GRADOS DE LIBERTAD (GDL)
Cada uno de los movimientos independientes
(giros y desplazamientos) que puede realizar
cada articulación con respecto a la anterior.
Son los parámetros que se precisan para
determinar la posición y la orientación del
elemento terminal del manipulador. El
número de grados de libertad del robot viene
dado por la suma de los GDL de las
articulaciones que lo componen. Puesto que
las articulaciones empleadas suelen ser
únicamente de rotación y prismáticas, con
un solo grado de libertad cada una, el
número de GDL del robot suele coincidir con
el número de articulaciones que lo
componen.
Puesto que para posicionar y orientar un
cuerpo de cualquier manera en el espacio
son necesarios seis parámetros, tres para
definir la posición y tres para la orientación,
si se pretende que un robot posicione y
oriente su extremo (y con él la pieza o
herramienta manipulada) de cualquier modo
en el espacio, se precisará al menos seis
grados de libertad
Un mayor número de grados de libertad
conlleva un aumento de la flexibilidad en el
posicionamiento del elemento terminal.
Aunque la mayoría de las aplicaciones
industriales requieren 6 GDL, como las de la
soldadura, mecanizado y paletización, otras
más complejas requieren un número mayor,
tal es el caso en las labores de montaje.
Si se trabaja en un entorno con obstáculos,
el dotar al robot de grados de libertad
adicionales le permitirá acceder a posiciones
y orientaciones de su extremo a las que,
como consecuencia de los obstáculos, no
hubieran llegado con seis grados de libertad.
Otra situación frecuente es dotar al robot de
un grado de libertad adicional que le permita
desplazarse a lo largo de un carril
aumentando así el volumen del espacio al
que puede acceder.
Observando los movimientos del brazo y de
la muñeca, podemos determinar el número
de grados de libertad que presenta un robot.
Generalmente, tanto en el brazo como en la
muñeca, se encuentra un abanico que va
desde uno hasta los tres GDL
PRECISIÓN DE LOS MOVIMIENTOS
La precisión de movimiento en un robot
industrial depende de tres factores:
• Resolución espacial
• Exactitud
• Repetitividad
Las dimensiones que tendrá el robot,
incluyendo los grados de libertad.
Las dimensiones que tendrá el robot deberán
estar dimensionadas a un máximo de altura
dada por la última casilla
Zona de trabajo: 2000 mm Max alcance
Carga 1k
Numero de ejes 6
Montaje: suelo
Manipulación: carga y descarga
Las condiciones ambientales en las cuales
estará expuesto el robot.
Nuestro robot estará bajo las siguientes
condiciones:
La temperatura puede alcanzar mínimo de
los 18 ºC
Máximo de hasta los 50ºC en caso de daño
en al sistema de aire acondicionado.
Fase final
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Margen de estabilidad estática y margen
de estabilidad dinámica
Para un determinado momento, el margen
de estabilidad estática es la distancia más
corta entre la proyección del centro de masa
y el polígono de soporte, en tanto que el
margen de estabilidad dinámica es la
distancia más corta entre la proyección del
centro de presiones y el polígono de soporte.
Es la mínima distancia entre el PMC y los
bordes del polígono de soporte, en donde
SMx es el margen de estabilidad en el eje x,
y SMz es el margen de estabilidad en el eje z
(Santana Hernández, 2006).
Para el cálculo de la matriz de
transformación de la cinemática directa del
robot se asignaron los siguientes ejes a cada
articulación;
Tendremos entonces 5 articulaciones, una en
la base, otras 3 para los giros y en la pinza
tendremos la quinta
El espacio de trabajo del robot debe ser
cuidadosamente estudiado para definir el
volumen justo de trabajo,
Se obtendría con las pruebas de la
simulación las acciones del brazo robótico
que tengan un desplazamiento de múltiples
grados tanto horizontal como verticalmente
para que al momento de ejecutar las
funciones principales como lo son el
acodamiento en las góndolas los repuestos o
mercancía, no tenga dificultades al
Momento de dirigirse con dificultada hacia
algo que no esté tan visible o simplemente
no esté tan cerca como para que el ejecute
la acción fácilmente
Elementos de un robot
Chasis: es la parte del robot que debe
soportar los demás elementos (baterías,
motores, electrónica).
Como chasis tendremos
Base giratoria preferiblemente de radio 30
cm para que soporte brazo
Motores: son los que van a proporcionar
tracción a nuestro robot.
Ruedas: hay que elegirlas bien, puesto que
de su diámetro y anchura depende la
velocidad, agarre, etc.
No aplica pues estará fijo.
Alimentación: las baterías son las
encargadas de dar la energía a los motores y
a la electrónica.
Estará conectada a la red, pero tendrá por
lógica una fuente reguladora
Electrónica: dentro de este grupo podemos
distinguir el micro controlador, que es el
cerebro del motor, los sensores, que son los
que permiten detectar el entorno, y los
drivers de potencia, que son los circuitos
encargados de suministrar la energía
necesaria a los motores para hacerlos rodar.
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BIBLIOGRAFIA:
SISTEMAS DE CONTROL APLICADOS A LA
ROBÓTICA. Universidad de
Costa Rica. Escuela de Ingeniería Eléctrica. 2002.
ROBÓTICA: Manipuladores y Robots móviles. Anibal Ollero
Baturone.
Alfaomega Grupo Editor S.A. 2007. Marcombo S.A 2007.
PAGINAS WEB
http://www.scielo.org.co/scielo.php?
script=sci_arttext&pid=S0123-921X2015000100011
http://www.logismarket.com.ar/hurtado-rivas/robot-
manipulador/2132765000-1179608940-p.html
https://www.google.com.co/search?
q=robot+manipulador&newwindow=1&tbm=isch&tbo=u&so
urce=univ&sa=X&ved=0CBsQsARqFQoTCOOS0baqscCFcq
qHgod3n8GcQ&biw=1242&bih=606#imgrc=Y4U9KftRAoC
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