Análisis Cinemático De Un Robot Industrial Tipo Scara

Robot SCARA de 3 grados de libertad

Berrelleza Verduzco Luis Enrique1, Castillo Sánchez Carlos Mario1, Lee Chávez Misael1 y Sánchez López Hugo Darío1

1Instituto Tecnológico de Culiacán

Juan de Dios Batiz #310, Col. Guadalupe, Culiacán, Sinaloa, México, C.P. 80220

Resumen

El objetivo de este proyecto será el diseñar y llevar a cabo la construcción de un robot SCARA de 3 grados de libertad así como desarrollar la circuitería necesaria y el control de su movimiento.

Mecánicamente se diseñaran y construirán las piezas en aluminio por medio de torno CNC y otras partes en acrílico para complementar las uniones.

Se desarrollaran los circuitos de las etapas de potencia para poder proporcionar el voltaje necesario para el movimiento de los motores.

Se diseñara una serie de programas en MATlab para realizar el control de cada una de las juntas del robot esto se logra detectando la posición de los motores y su ángulo por medio de encoders y se rectificara su posición por medio del programa.

1. Introducción

En una forma general robótica significa conocimiento teórico y práctico que permiten concebir, realizar y automatizar sistemas de poli-articuladas con un alto grado de forma inteligente, también para una producción industrial o si necesitamos reemplazar la mano del hombre en una tarea diferente. Una de las ventajas más importantes de la robótica es por lo general para reducir y sustituir tanto como sea posible de trabajo intensivo y peligrosas operaciones de montaje con los automatizados, de este modo la productividad y la calidad también puede ser aumentada.

Un sistema robótico puede describirse como un sistema capaz de recibir información y comprender todo su entorno a través de hacer modelos matemáticos, fórmulas, ejecutan planes y de control o comprobación de todas las operaciones de estos.

Robótica es una materia multidisciplinario y está apoyada por medios electrónicos, informáticos y sistemas mecánicos. Durante años la robótica de manufactura era un sinónimo de la industria automotriz y los proveedores de robot ayudó a diseñar y construir las células de precisión y montaje de material pesado para satisfacer las necesidades de los fabricantes de automóviles. Ahora los robots viejos están aprendiendo nuevos trucos con la nueva información acerca de los sistemas de control.

Uno de los puntos más importantes y más asombrosos de la robótica fue sobre el procesamiento de alimentos y bebidas, especialmente en las áreas de envasado y manipulación de materiales donde los robots SCARA debutaron hace 30 años para realizar tareas como la conocida como pick and place para mover galletas y colocarlas en otro lugar.

Un robot SCARA comprende los siguientes elementos:

Fig.1 Robot SCARA

La dinámica es un enorme campo de estudio dedicado al estudio de las fuerzas requeridas para producir el movimiento. La dinámica de movimiento del brazo manipulador en un sistema robótico es producida por los pares que se producen por los actuadores. Esta relación entre los pares de entrada y las tasas de variación de los de las configuraciones de los componentes del brazo del robot, representan el modelado dinámico del sistema robótico que se refiere a la derivación de las ecuaciones del movimiento del manipulador como una función de las fuerzas y momentos que actúan sobre él. Así, el modelado dinámico de un robot manipulador consiste en encontrar la correlación entre las fuerzas ejercidas sobre las estructuras y las posiciones comunes velocidades y aceleraciones.

Un manipulador de robot es básicamente un dispositivo de posicionamiento. Para controlar la posición que debe conocer las propiedades dinámicas del manipulador con el fin de conocer la cantidad de fuerza para ejercer en el mismo para causar que se mueva: demasiado poca fuerza y el manipulador será lento para reaccionar; demasiada fuerza y el brazo podría chocar objetos u oscilar alrededor de su posición deseada.

El modelado dinámico de estructuras mecánicas puede ser un problema complejo. En robótica, más específicamente, en los manipuladores, hay dos metodologías utilizadas para el modelado dinámico:

• Un enfoque analítico basado en la función de energía de LaGrange, conocido como LaGrange-Euler método (LE), resulta en una solución dinámica que es simple y sistemática. En este método, la energía cinética (K).

• La energía potencial (P) se expresa en términos de trayectoria de movimiento de la articulación. Las ecuaciones diferenciales resultantes luego proporcionar las fuerzas (pares de torsión) que impulsan el robot. La forma cerrada de los resultados de las ecuaciones en una estructura que es muy útil para el diseño de control del robot y también garantizar una solución.

2. Analizando el modelo dinámico inverso.

Junta 1

Energía cinética

Energía potencial

Si tenemos

Después si derivamos obtenemos:

Elevando al cuadrado

Junta 2

Energia cinetica

Elevando al cuadrado

Efector final

Energía cinética

Energía potencial

Tenemos:

Derivamos

Y ahora tenemos

Finalmente obtenemos para el sistema lagrangiano:

2.1Programa esclavo.

Este programa se encarga de hacer la lectura del encoder para saber su posición.

#include <18f4550.h>

#fuses HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,

USBDIV,PLL1,CPUDIV1,VREGEN

#use delay(clock=48000000)

#BYTE PORTA=0x0F80

#BYTE PORTB=0x0F81

#BYTE PORTC=0x0F82

#BYTE PORTD=0x0F83

#BYTE PORTE=0x0F84

signed int16 pul2=0;

#INT_EXT

void encoder()

{

if (bit_test(portb,1)==1)

...