Diseño y Construcción de un Robot SCARA con Base Móvil

Diseño y Construcción de un Robot SCARA con Base Móvil.

Martínez Alonso José Alfredo, Orozco Magdaleno Christian Ernesto.

Departamento de Metal-Mecánica, Instituto Tecnológico de Lázaro Cárdenas.

Av. Melchor Ocampo #2555, Col. 4to. Sector, C.P.60950.

Cd. Lázaro Cárdenas, Mich.

Tel. (753) 53 2 10 40, 53 7 19 77.

E-mail: direccion@itlac.mx

Internet: www.itlazarocardenas.edu.mx

Resumen

        En el presente articulo se muestra el desarrollo y construcción de un robot scara con base móvil de cuatro grados de libertad, el cual sera utilizado como un prototipo de equipo didáctico en ingeniería electromecánica como apoyo en la materia de robotica que es impartida en noveno semestre. Se muestra la construcción del brazo robótico, su base móvil, su actuador final y se describe el movimiento de las articulaciones en los ejes X, Y y Z en el espacio tridimensional, en base a la programación y a la interfaz gráfica que se desarrolló con el programa de MATLAB. Los movimientos del robot se ejecutan por medio de la programación de la cinemática directa e inversa. El actuador es una ventosa, el cual es accionado por medio de una señal enviada a una electroválvula 3/2 vías, la cual activa  una tobera de vacío accionando así a dicha ventosa. Los resultados obtenidos indican que todos los sistemas del robot funcionan de forma correcta, donde los movimientos de las articulaciones respetan el espacio de trabajo del robot.  

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Palabras clave: Brazo robótico, Programación, Cinemática directa, cinemática inversa, Movimientos.

1. Introducción

A lo largo de la toda historia, el hombre se ha sentido fascinado por máquinas y dispositivos capaces de imitar las funciones y los movimientos de los seres vivos, siempre ha tenido interés por el conocimiento. Los principios físicos, químicos, el universo, la biología, entre otros muchos más. El cuerpo humano no es la excepción y siempre se ha querido emular los movimientos, características y funcionalidad de todas y cada una de sus partes.

        La Robótica es una tecnología multidisciplinaria. Hace uso de todos los recursos de vanguardia de otras ciencias afines, que soportan una parcela de su estructura. Destacan las siguientes: Mecánica, Cinemática, Dinámica, Matemáticas, Automática, Electrónica, Informática, Energía y actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos.

        Los futuros desarrollos de la robótica apuntan a aumentar su movilidad, destreza y autonomía de sus acciones. La mayor parte de los robots actuales son con base estática, y se utilizan en aplicaciones industriales tales como ensamblado, soldadura, alimentación de máquinas herramientas, etc.

El presente trabajo presenta la construcción de un brazo robótico que tiene las dimensiones antropomórficas para realizar la función de una grúa electromagnética de transporte de material metálico.

1. El brazo humano

        El ser humano para poder realizar cualquier actividad necesita utilizar la parte más fundamental de su cuerpo. El brazo humano es la parte del cuerpo con mas prioridad y relevancia para realizar habitualmente cualquier tarea que se presente.

            El brazo humano dispone de partes importantes que lo caracterizan como el elemento del cuerpo viable para realizar cualquier trabajo. Los bíceps, tríceps, huesos, codo, y tendones son las partes más importantes. En la figura 1 se muestran esquemáticamente las partes antes mencionadas.

            El músculo biceps es el encargado de generar los movimientos por medio de la energía que aporta. Están unidos a las articulaciones de los huesos por medio de los tendones. Por ejemplo, en la imagen 1 parte superior se observa que el Biceps esta contraído y por lo tanto se genera un movimiento giratorio en la articulación y el músculo Triceps se relaja a este movimiento. En la imagen 1 inferior se observa que el músculo biceps se encuentra relajado, por lo tanto no hay movimiento giratorio en la articulación ocasionando que el músculo triceps se contraiga. De esta manera es cómo funcionan internamente los componentes del brazo humano.

[pic 1]

Figura 1. Componentes más importantes del brazo humano

             En la figura 2 se muestran las partes del brazo humano, haciendo una referencia con un brazo robótico, donde se puede apreciar la relación que existe entre ambos. El brazo humano se compone de una cintura, un hombro, un brazo, un codo, un antebrazo, una muñeca, una mano y dedos. El brazo robótico se compone de una base, articulaciones, eslabones, ejes y un actuador como elemento final de control.

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Figura 2: Componentes del brazo humano

3. Serbomotor Dynamixel AX-12A

           Para poder hacer un movimiento giratorio en el brazo humano se requiere de una articulación en el codo para ello existe un ensamble el cual une el brazo con el antebrazo. Para que exista un movimiento giratorio en un brazo robótico se diseñan con articulaciones, las cuales unen a los eslabones que actuarán como los huesos del brazo. Para efectuar el movimiento existen dispositivos diseñados para mover de forma giratoria los eslabones de un brazo robótico. Estos dispositivos se comercializan con el nombre de Servomotores  con marca comercial Dynamixel AX-12A. En la figura 3, se visualiza un servomotor. Normalmente estos dispositivos para ser controlados requieren de un controlador principal, es un pequeño circuito que realiza la transferencia de información desde el emisor (PC) al receptor (Serbomotor).

[pic 3]

Figura 3. Serbomotor Dynamixel AX-12A

          Este serbomotor cumple con características viables o necesarias para una fácil operación por parte del usuario. Las características con más relevancia del serbomotor son: Todo a su alrededor presenta estructura de ensamblaje y que los robots de diversas formas tomen opciones diferentes de orientación; Tiene una retroalimentación potente; Tiene una estructura de conexión simple, el cableado es simple porque está vinculado con cadena; Presenta función de alarma, cuando la temperatura interna, par motor, tensión de alimentación, etc. exceden de los rangos nombrados; Configuración de cumplimiento, se puede configurar el cumplimiento para controlar la posición; Torque establecido; etc.

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