Brazo Robotico

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN BRAZO ROBÓTICO DE BAJO COSTO PARA LA AUTOMATIZACIÓN EN EL PROCESO DE ANÁLISIS BACTERIOLÓGICO

Juan Sebastián Rojas , Santiago Escruceria del Pino,

Marco Alejandro Suárez Ramírez, César Augusto Peña

Universidad de Pamplona

Villa del Rosario, Norte de Santander, Colombia.

Tel.: 57-7-5650492, Fax: 57-7-5685303, Ext. 156

santiago2789@hotmail.com

rojassebastian@hotmail.com

alejoramirez6@hotmail.com

cesarapc@unipamplona.edu.co

Resumen: En el siguiente artículo se presenta un brazo robótico antropomórfico de 5 grados de libertad para la automatización del proceso de análisis bacteriológico en laboratorios clínicos, de carácter formativo y bajos costos, con el cual poder desarrollar prácticas en robótica y automatización, implementado su control en una tarjeta ARDUINNO.

Palabras claves: Robot, antropomórfico, bacteriología, cinemática.

Abstract: The following paper presents an anthropomorphic robot arm 5 degrees of freedom for the automation of the bacteriological analysis in clinical, educational in nature and low cost with which to develop practice in robotics and automation, the controller was implemented on ARDUINNO board.

Key words: robot, anthropomorphic, bacteriology, kinematics.

Introducción

Los avances tecnológicos han ayudado de manera muy significativa diversos campos de la vida del ser humano, permitiendo la realización de arduas tareas que traían consigo diferentes inconvenientes, entre los cuales se pueden destacar riesgos para la integridad física, jornadas laborales extensas, oficios repetitivos, riesgos contaminantes, etc. Los cuales mediante dichos avances y el uso de la robótica se han podido ir disminuyendo logrando como consecuencia un mejor estilo de vida, mayor calidad, rapidez, efectividad, productividad y economía en la realización de procesos.

El campo de la medicina no ha sido la excepción y también se ha visto beneficiada de los constantes desarrollos [1], que van desde la atención del paciente, pasando por avances en el análisis de pruebas, hasta el suministro eficiente y ágil de medicamentos [2].

Siendo muy notables dentro de este amplio campo las prótesis inteligentes[3], cirugía a distancia[4] que ha permitido llegar a lugares remotos donde antes dadas las circunstancias habría sido imposible operar, siendo uno de los mas conocidos el sistema quirúrgico Da Vinci[5], que logra intervenciones menos invasivas, más precisas[6], y con recuperaciones mas rápidas, los avances quirúrgicos usando tecnología laser de rotundo éxito en el tratamiento ocular, la nanotecnología utilizada entre otros casos para detectar distintas enfermedades dentro del organismo[7] la implementación de dispositivos robóticos no solo para la atención del paciente, suministro de medicamentos en las farmacias a mayor velocidad sino también para la optimización y automatización de pruebas medicas.

Este ultimo caso que será de interés para nuestro desarrollo en el cual se implementará un brazo robótico para la automatización en el análisis de muestras en las cuales su manipulación signifique un alto riesgo para el hombre ó en casos en los cuales sea necesario un alto grado de precisión, lo cual mediante los robots podemos lograr, permitiendo además aumentar la velocidad y la cantidad de pruebas realizadas dada la rapidez de los mecanismos.

Características de la plataforma

La plataforma desarrollada cuenta con 3 zonas a destacar. Encontrando en la primer zona una interfaz de control mediante el uso del entorno de trabajo Matlab como artilugio de entrada de información. En la segunda zona se dispone de una tarjeta ARDUINO programable que permite la comunicación entre la información enviada por Matlab y el brazo. Por ultimo en la tercer zona el robot antropomórfico de 5 grados de libertad que facilita la manipulación de los diferentes objetos.

Características del robot

Para el diseño mecánico del robot se utilizo el paquete de simulación SolidWorks con el objetivo de visualizar el bosquejo del prototipo el cual se puede observar en la fig. 1.

En este diseño se tuvieron en cuenta características como el máximo alcance del brazo, la forma de las articulaciones y las dimensiones de los servomotores las cuales se pueden observar en la fig. 2 y fig. 3.

Fig. 1. Diseño robot mediante SolidWorks.

Fig. 2. Dimensiones servomotor HS-485HB

Posterior a la simulación en la implementación del modelo se aprovechó como material para su estructura el acrílico dado su alta resistencia, fácil manufactura y comercialización, además que por sus características nuestro robot puede ser movido con facilidad dada su ligereza.

Las órdenes de control fueron programadas desde Matlab mediante el cálculo de los parámetros Denavit-Hartenberg [8], que permiten hacer el análisis de la cinemática inversa y determinar los ángulos que debe tomar cada una de las articulaciones del robot, para crear las secuencias de movimientos a cumplir por el brazo en el desarrollo de sus tareas.

Para los movimientos de las articulaciones se utilizaron servomotores Hitec de diferente singularidad, que satisfacían las necesidades propias del sistema, de los cuales se muestran en la tabla 1 sus respectivas características.

Fig. 3. Dimensiones servomotor HS-422HB

Tabla 1.

Servomotores

(Hernandez, 2007)SERVO HS-485HB HS-755HB HS-422HB

Piñonería Karbonita Karbonita Nylon

Voltaje (V) 4.8V/6.0 0.22-0.18 4.8/6.0

Velocidad (Seg/60°) 4.8V/6.0 0.28 / 0.23 11.0/13.2

Torque (kg.cm) 4.8V/6.0 0.21/0.20 3.3/4.1

Características servomotores.

Sistema de control

Como se ha mencionado anteriormente el sistema de control del robot se desarrollo mediante el uso de Matlab para la emisión de la información que es recibida por la tarjeta programable ARDUINO la cuál envía la señal en forma de PWM para ejercer dominio sobre los servomotores.

Análisis económico

Todo el sistema se desarrolló con la intensión de que su replicación sea económica, y poder ser utilizada en los diferentes grupos de estudio o investigación, por lo cual se utilizaron materiales de bajo costo, como en el caso de toda la

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