motoman robot manipulador

1. Tarea 1 – Manipulador Motoman YR-K3
José Quintanilla1
, Sebastián Tobar2
, Pedro Torres3
1
jquintanilla12@alumnos.utalca.cl
2
stobar12@alumnos.utalca.cl
3
petorres12@alumnos.utalca.cl
Resumen: El siguiente informe presenta la Tarea n°1
del curso de Robótica. En esta se pide explicar el
marco teórico que rige el funcionamiento del
manipulador robótico Motoman YR-K3; el cual está
habilitado en la Universidad de Talca. Además se
explicarán 3 rutinas propuestas por el grupo para
ejecutar en el equipo.
Palabras Claves: Manipulador, Coordenadas,
Grados de Libertad, Método D-H.
I. INTRODUCCIÓN
Entre los robots considerados de más utilidad en
la actualidad se encuentran los robots industriales
o manipuladores. La definición más comúnmente
aceptada posiblemente sea la de la Asociación de
Industrias de Robótica (RIA, Robotic Industry
Association), según la cual "Un robot industrial
es un manipulador multifuncional reprogramable,
capaz de mover materias, piezas, herramientas, o
dispositivos especiales, según trayectorias
variables, programadas para realizar tareas
diversas".
Un manipulador robótico consta de una secuencia
de elementos estructurales rígidos, denominados
enlaces o eslabones, conectados entre sí mediante
juntas o articulaciones, que permiten el
movimiento relativo de cada dos eslabones
consecutivos. Una articulación puede ser Lineal,
si un eslabón desliza sobre un eje solidario al
eslabón anterior, o Rotacional, en caso de que un
eslabón gire en torno a un eje solidario al eslabón
anterior.
El conjunto de eslabones y articulaciones se
denomina cadena cinemática. Se dice que una
cadena cinemática es abierta si cada eslabón se
conecta mediante articulaciones exclusivamente al
anterior y al siguiente, exceptuando el primero,
que se suele fijar a un soporte, y el último, cuyo
extremo final queda libre. A éste se puede
conectar un elemento terminal. Que es una
herramienta especial que permite al robot de uso
general realizar una aplicación particular, que
debe diseñarse específicamente para dicha
aplicación: una herramienta de sujeción, de
soldadura, de pintura, etc. El punto más
significativo del elemento terminal se denomina
punto terminal (PT).
II. DESCRIPCIÓN MOTOMAN YR-
K3
El robot MOTOMAN YR-K3 es un robot de mesa
con una pequeña huella y tasa de ciclo rápido.
Con la flexibilidad de poder ser instalado en la
pared, piso, o montado en el techo, el utilizado K-
3 es ideal para soldadura de arco, y las
aplicaciones de manejo de materiales.
Este robot posee 6 ejes servos capaz de mover
cargas de hasta 3 kg.
Este robot posee 6 grados de libertad, debido a
que posee 6 movimientos independientes que fijan
la situación del punto del extremo del
manipulador, el número de eslabón es igual al
número de grados de libertad.
El manipulador en cuestión solo posee 1 tipo de
articulación, que son las rotacionales, entonces se
puede decir que el punto final del manipulador
solo dependerá de la secuencia de rotaciones de
los servomotores.
Debido a que el robot es solo de manipulación, los
actuadores solo tienen la función de desplazar
objetos del entorno, gracias a su movimiento
giratorio.
Desde la consola de programación se puede
controlar el brazo robótico para la configuración y
la enseñanza de las localizaciones.
Con el Pendant se puede mover el brazo en
cualquier dirección, y cambiar su velocidad.

2. Se pueden de crear programas con el Pendant y
también ejecutar un programa existente.
A continuación se muestra una foto de la consola
de programación:
Fig. 1 Pendant
La Caja de reproducción o Payback box permite el
funcionamiento del robot Motoman por
operadores sin acceso a la unidad de
programación. Dependiendo del modo
seleccionado, el robot se puede iniciar un
programa almacenado y ejecuta automáticamente.
A continuación se muestra un esquema de este, el
cual se encuentra en el laboratorio:
Fig. 2 Playback box
Estos dos elementos pertenecen al controlador
MRC, endonde se encuentra la capacidad de
computo y la alimentación del Robot.
Fig. 3 Pendant
Los botones que son necesarios para manipular
los movimientos, encontrados en la Pendant, son
los siguientes:
Fig. 4 botones de movimiento
Las 6 articulaciones se ven afectadas por los 6
botones anteriormente citados, con lo que se
contempla la manipulación de los 6 grados de
libertad que posee el manipulador robótico,
debido a que los movimientos que se realizaron en
el presente laboratorio se hicieron con el sistema
de coordenadas JOINT , se ilustra en la siguiente
imagen los tipos de movimientos que provocan
los botones de la figura 3 :

3. Fig.5 Sistema de coordenada Joint (articulado de
movimiento)
Movimientos:
S: Conecta la base a la cabeza giratoria.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 1.92 rad/s 110°/s
Rango: ± 170 ° en el plano horizontal.
L: conecta la cabeza giratoria y el antebrazo.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 1.57 rad/s 90°/s
Rango: 240 ° en el plano vertical.
U: Conecta los brazos inferiores y superiores.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 1.92 rad/s 110°/s
Rango: 260 ° en el plano vertical.
R: Conecta el brazo y la muñeca.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 4.19 rad/s 240°/s
Rango: Máxima de 360 °.
B: dentro de la muñeca.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 3.14 rad/s 180°/s
Rango: 270 ° de rotación.
T: Conecta la muñeca a la brida de adaptación de
la herramienta.
Articulación de rotación.
Velocidad de giro: 6.98 rad/s 400°/s
Rango: 400 ° máximo
III. VOLUMEN DE TRABAJO
Corresponde al volumen total que puede ocupar el
robot para el libre desempeño de este. Está
definido en el espacio euclidiano y se construye
trazando los límites de cada elemento y cada
articulación.
Para saber que volumen ocupara se necesitan las
dimensiones de los eslabones del manipulador,
para mostrar esto junto con el volumen de trabajo
se ilustra la siguiente figura:
Fig. 6 Vista lateral de volumen de trabajo
En la figura 5 se puede apreciar las dimensiones
de cada eslabón en mm, junto con el espacio
máximo en el que puede girar el manipulador
respecto a su vista lateral.

4. Fig. 7 Vista superior de volumen de trabajo
En la figura 6 se puede apreciar el radio máximo
que puede alcanzar el manipulador mirado desde
arriba, lo que indica que en un radio de 859 mm el
manipulador se puede mover libremente.
IV. PROBLEMA CINEMÁTICO
DIRECTO – MÉTODO D-H
A continuación se desarrolla la solución al PCD
por medio del método sistemático D-H
Fig. 8 Sistemas de referencia según la convención
DH.
Con el respectivo análisis en función de los
sistemas presentados se pueden encontrar los
parámetros DH, los cuales dependen de las
características físicas y funcionales del
manipulador y que se definen en la tabla I.
Tabla I Parámetros DH.
1 90°
2 0 0
3 90
4 0 -90
5 0 90
6 0 0 0
Ya con estos datos se pueden obtener las matrices
de transformación homogéneas A, que representan
la posición y orientación relativa entre los
sistemas definidos en la figura 7, matrices que se
presentan a continuación.
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]

5. Teniendo estas matrices se puede calcular la
matriz T, a cual incluye todos los grados de
libertad del manipulador.
Como se sabe que al final de la operación anterior
la matriz T corresponderá a una del tipo:
[ ]
Se procede a escribir cada componente de esta
matriz de transformación homogénea total.
Finalmente si se desea saber la posición del
extremo del manipulador respecto al sistema de
origen de la base, basta con realizar la siguiente
operación:
[ ] [ ]

6. V. IMPLEMENTACIÓN DE
RUTINAS
Implementación 1:
La primera idea es representar la utilización del
manipulador en la industria, específicamente en la
tarea de sacar y/o depositar objetos en una línea
de producción. Para ello se le indica al
manipulador llegar a un punto inicial, donde se
supone se tomaría un objeto; tal cual como lo
haría en una empresa. Con el producto ya fijado al
manipulador, este último lo llevaría a un punto
final, que sería un lugar de empaque de envío o de
reparo en caso de estar defectuoso.
Implementación 2:
Implementación 3:
Para hacer un ejercicio más lúdico, se busca hacer
que el manipulador sirva bebida (u otro
bebestible) en el vaso de una persona, intentado
simular el trabajo de un mozo o barman. Para ello
se utiliza una botella en el punto final del robot, la
cual llega hasta donde se encuentra el cliente y
gira la botella para servir durante un tiempo de 4
segundos. Hecho esto, dirige la botella a una
posición tal que permita removerla del robot y así
volver a la posición inicial de este.
VI. CONCLUSIONES
Con las distintas rutinas que implementamos, se
puede notar que el manipulador permite realizar
un sinfín de aplicaciones, desde tareas sencillas
hasta la complejidad de usarse en la industria.
Esto da a entender la complejidad del equipo,
basado en articulaciones y eslabones, además de
un sistema de comunicación con el operador,
siendo este un sistema completo y de alta
flexibilidad. Ahora bien, estas características
obviamente dependen de algo, y esto son los
grados de libertad que presenta el robot, en este
caso hay 6 grados de libertad, lo que da al
Motoman YR-K3 un carácter de uso completo,
pero existen casos con menos grado de libertad
que por esto se restringen sus opciones de uso, lo
que no significa que realicen tareas con menor
precisión.
El manipulador Motoman YR-K3 posee una
forma medianamente simple de uso. Si bien se
tienen que seguir pasos a partir de su manual para
comprender como utilizarlo y programarlo, con la
práctica se pude entender su funcionamiento y la
aplicación de procesos se vuelve más sencilla.
En cuanto a la realización de la tarea, queda un
resultado conforme como grupo. Se pudo trabajar
con el manipulador sin problemas; además de la
clara incertidumbre de trabajar con un equipo
nuevo para el grupo, y se logró aplicar en la
realidad distintas rutinas.