Este documento describe el diseño, construcción e implementación de un robot paralelo tipo Delta para ser utilizado como herramienta educativa en procesos de enseñanza de robótica. El robot Delta tendrá tres grados de libertad de traslación y control por cinemática inversa. El diseño involucra la síntesis dimensional, modelado cinemático y dinámico, y construcción de un prototipo para realizar tareas de "pick and place" y apoyar la enseñanza de conceptos de mecanismos paralelos.

2. DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE UN MECANISMO
PARALELO TIPO DELTA CON ARQUITECTURA DE CONTROL ABIERTA PARA
USO COMO HERRAMIENTA TECNOLÓGICA EN LOS PROCESOS DE
ENSEÑANZA EN LA ROBÓTICA EDUCATIVA.
ESTUDIANTES
CASTRO FONSECA RONALD FIDEL
MANOTAS BARANDICA ALBERTO ENRIQUE
DIRECTOR
EUGENIO YIME RODRIGUEZ
CODIRECTOR
RAFAEL RAMIREZ RESTREPO

3. ANTECEDENTES
Según I.A. Bonev el orden cronológico en que fueron apareciendo los
robots paralelos es el siguiente:
• La plataforma de movimiento espacial patentada por J.E.
Gwinnett.
• El primer robot paralelo conocido es una plataforma sobre la que
estaban colocados asientos de un teatro con el fin de introducir
movimiento y diese una experiencia más emocionante para el
espectador era conocida como Amusement Device, fue patentada
por J.E. Gwinnett.
• En 1942 W.L.V Pollar patentó un robot paralelo conocido como
Position-Controlling Apparatus con el propósito de pintar
automóviles.

4. ANTECEDENTES
• En 1947 V.E.Gough diseño un robot paralelo, utilizando 6
actuadores lineales, dándole la forma de un octaedro. Este robot
fue utilizado por la empresa Dunlop para el ensayo de neumáticos
de aviación, esta a sido uno de los diseños con mayor éxito, fue
presentada en el congreso FISITA EN 1962.
• En 1965 D. Stewart presentó una plataforma con seis grados de
libertad para ser utilizada como simulador de vuelo.
• En 1967 K.L. Cappel patento un simulador de vuelo utilizando la
misma estructura que la plataforma de Gough.
• En los años 80, Reymond Clavel, profesor del , École
Polytechnique Fédélale de Lausanne (EPFL) irrumpe con la
brillante idea de usar paralelogramos para construir una estructura
paralela robusta con tres grados de libertad de traslación y un
rotatorio. A estructura se le dio el nombre de robot Delta.

5. ARQUITECTURA DEL ROBOT DELTA
La estructura del robot paralelo Delta cuenta con tres grados de
libertad (traslación, en dirección del eje X, Y o Z). está formada por
dos plataformas, una plataforma fija o base superior en la cual están
distribuidos y fijos simétricamente en ángulos de 120° tres actuadores
(motores) y la plataforma móvil que porta el efector final (EF) del
robot, los motores transforman el movimiento circular en
desplazamiento de tres cadenas cinemáticas hibridas compuesta
cada una por un eslabón principal llamado brazo formado por dos
barras unida al motor en el punto A seguido por un eslabón
segundario llamado antebrazo, que hace un mecanismo cerrado de
cuatro barras, unido a la plataforma móvil en el punto C por medio de
juntas esféricas, la arquitectura básica de un manipulador paralelo
Delta se muestra en la siguientes dos diapositivas.

6. ESTRUCTURA DEL ROBOT DELTA

7. Fuente: Imagen Original Wikipedia.
ESQUEMA ROBOT DELTA

8. JUSTIFICACIÓN
Los beneficios de poseer un robot tipo Delta en la Universidad del Atlántico se
reflejan en :
• El estudiante podrá realizar prácticas de laboratorio e interactuar con el
prototipo mecánico en tiempo real, permitiéndole programar, simular y
ejecutar trayectorias reales implementadas en la industria actual debido a
que cuenta con un sistema de control flexible, así como también llevar a
cabo investigaciones del espacio de trabajo, cinemática y dinámica de los
robots, avances que impliquen tele-operación, optimizaciones entre otras..
• Institucionalmente, se contribuye con un grano de arena en la constitución
de una infraestructura para los procesos de investigación, incluso
académicos y pedagógicos, que se contemplan en los objetivos del
Programa de Ingeniería Mecánica de la Universidad del Atlántico. Y de este
modo, con el desarrollo del programa y su buen nombre.

9. OBJETIVOS
Objetivo General
• Implementar un robot Delta para ser empleado tanto en docencia
como investigación en las líneas de formación de dinámica,
mecanismos, robótica y control.

10. OBJETIVOS
Objetivos específicos
• Síntesis dimensional del mecanismo paralelo acorde con
especificaciones de espacio de trabajo, velocidad y carga.
• Diseñar, modelar y simular el movimiento cinemático del
mecanismos paralelo acorde con las especificaciones de la síntesis
cinemática.
• Realizar un control por cinemática inversa del mecanismos paralelo
tipo Delta, previamente diseñado.
• Implementar el prototipo de robot Delta y documentar dos
experiencias de laboratorio Pick and Place.

11. DISEÑO METODOLÓGICO
1. Síntesis dimensional del mecanismo paralelo acorde con
especificaciones de espacio de trabajo, velocidad y carga.
a) Definir un requerimiento de tarea típica “Pick and Place” para ser
realizada por el robot Delta. Esta tarea deberá tener como
especificaciones lo siguiente: peso a levantar, velocidad máxima a
alcanzar, distancia a recorrer.
b) A partir de las especificaciones se establece un volumen de trabajo
que debe ser alcanzado por el robot.
c) Realizar un algoritmo heurístico que determine las longitudes
óptimas de cada eslabón del mecanismo según las especificaciones
del espacio de la tarea.

12. DISEÑO METODOLÓGICO
2. Diseñar, modelar y simular el movimiento cinemático del
mecanismos paralelo acorde con las especificaciones de la
síntesis cinemática.
a) Realizar un modelo CAD a partir de las dimensiones obtenidas
en la síntesis dimensional.
b) Modelar dinámicamente el movimiento del sistema para varias
tareas dentro del espacio de trabajo, con el fin de obtener las
cargas en los eslabones.
c) Diseñar Mecánicamente los eslabones del sistema para que
soporten las cargas previamente calculadas.
d) Generar los planos mecánicos y electrónicos del sistema a
construir, previa iteración de los pasos previos hasta obtener un
modelo mecánicamente viable que soporte las cargas y está
acorde con las dimensiones previamente estipuladas.

13. DISEÑO METODOLÓGICO
3. Realizar un control por cinemática inversa del mecanismo paralelo
tipo Delta, previamente diseñado.
a) Programar en el entorno MATLAB un control por cinemática inversa
del mecanismo Delta.
b) Realizar varias simulaciones del comportamiento del control con el
fin de determinar los valores óptimos de los parámetros de control.

14. DISEÑO METODOLÓGICO
4. Implementar el prototipo de robot Delta y documentar dos
experiencias de laboratorio Pick and Place.
a) Construir el robot Delta según las especificaciones de diseño
establecidas en los planos mecánicos, eléctricos y electrónicos.
b) Realizar pruebas y correcciones de integración de sistemas.
c) Diseñar dos experiencias de laboratorio donde los estudiantes
asimilen conceptos relacionados con los mecanismos paralelos.
d) Realizar las experiencias y documentar dos guías de laboratorio
acorde con los resultados obtenidos.

16. ¿Preguntas?
¿Dudas?

17. GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!!