DISEÑO DE UN BRAZO ROBÓTICO

[pic 1][pic 2]

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TEMA: DISEÑO DE UN BRAZO ROBÓTICO

TRABAJO DE LA MATERIA DE TEORÍA DE MÁQUINAS

Integrantes

Aguilar Víctor

Caizaluisa Nicolay

Chilig Fernando

Calvache Jefferson

Cruz Katherine

Granja Juan

Moreno Hugo

Grupo: 3

Quito, enero 2020

1. RESUMEN

La robótica es una ventana que se abre para una etapa decisiva en el actual proceso de mecanización y automatización en los diferentes procesos de producción y fabricación. Este proceso consiste esencialmente en la sustitución de máquinas o sistemas automáticos que realizan operaciones específicas, mediante dispositivos mecánicos de uso general, dotados de diversos grados de libertad en sus movimientos y capaces de adaptarse a la automatización de procesos y operaciones. Actualmente en la industria es donde la robótica se aplica más, siempre creciendo en automatización de procesos de producción, entre las principales fábricas donde se ha implementado y ha crecido su automatización están en las fábricas de coches, ordenadores, motores, etc. Un gran campo donde hay menos automatización y robótica en las áreas espaciales, la medicina, en la que se necesita ayuda en las operaciones de tareas que son complejas y peligrosas. En el área educativa, prototipos o sistemas a escala han sido de gran ayuda para adquirir conocimientos relacionados con la robótica, grados de libertad, sistemas de transmisión, ejes, movimiento, etc., de una manera más didáctica y palpable, pero no siempre es fácil acceder a uno. Por lo tanto, dados todos estos servicios públicos, el propio diseño y construcción de prototipos de brazos robóticos para manipulación, corte por láser, escaneo o cualquier otra función, y que tiene un costo accesible tanto para la industria como para la educación, es un buen tema para considerar como proyectos de desarrollo. Como parte de este proyecto hicimos un análisis para encontrar los parámetros correctos como ángulos y longitudes con el objetivo de garantizar la función del brazo robótico.

1. INTRODUCCIÓN

Los avances tecnológicos han ayudado de manera muy significativa en diversos campos de la vida humana, permitiendo la realización de tareas arduas que entrañaban diferentes inconvenientes, entre los que se encuentran los riesgos para la integridad física, las extensas horas de trabajo, los oficios repetitivos , se puede resaltar. contaminar los riesgos, etc. A través de estos avances y con el uso de la robótica, han sido capaces de disminuir, lo que resulta en un mejor estilo de vida, mejor calidad, velocidad, eficacia, productividad y economía en la realización de procesos.

Un brazo manipulador o brazo robótico se puede definir como el conjunto de elementos electromecánicos que promueven el movimiento de un elemento terminal. La constitución física de la mayoría de estos manipuladores tiene cierta similitud con la anatomía de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, a veces, para referirse a los diferentes elementos que componen el robot, términos tales como: cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc. Una especificación general de un brazo robótico comprende: sus grados de libertad, su configuración y su cinemática directa e inversa. Estas especificaciones se dan a partir del diseño de cada robot y su aplicación.

1. MARCO TEÓRICO

La dinámica del robot se ocupa de la formulación matemática de las ecuaciones de movimiento del brazo. Las ecuaciones dinámicas de movimiento de un manipulador son un conjunto de ecuaciones matemáticas que describen su comportamiento dinámico. El modelo dinámico real de un brazo se puede obtener de las leyes físicas conocidas como las leyes de Newton y la mecánica lagrangiana. Para modelar un sistema como el de un brazo robótico, se deben desarrollar ecuaciones dinámicas de movimiento para las diferentes articulaciones del mismo, en términos de los parámetros geométricos e inerciales especificados para los diferentes elementos

[pic 3]

Figura 1. Similitud robótica del brazo con las extremidades superiores del cuerpo humano

1. Mecanismo Manivela Balancín.  

En este mecanismo la barra más corta es una manivela (dibuja un círculo), dicha barra realiza el giro completo, mientras que la otra barra articulada tiene un movimiento de rotación alternativo

[pic 4] 

Figura 2. Balancín del mecanismo de la manivela

1. Cinemática Avanzada

Calcular las coordenadas actuales de la mano de un robot es fácil.

Sólo es necesario observar cada segmento del brazo de un robot, las coordenadas de la base del segmento, la dirección del eje de la articulación, el ángulo entre este segmento y el siguiente, y la longitud del segmento, para calcular dónde está el final de este segmento. Repite esto con cada segmento, hasta que lleguemos a la mano del robot y se determina la posición de la mano.

1. Cinemática inversa

Ahora el brazo robot debe ajustar el ángulo de cada articulación para mover su mano sobre la copa. Esto es lo contrario del cálculo anterior: aquí, comenzamos con una cierta posición y queremos saber cómo rotar cada segmento del brazo.

Resulta que esto es mucho más difícil que el caso avanzado. Y cada vez que algo es difícil de resolver, por lo general hay varios enfoques diferentes disponibles para resolver ese problema. Para la cinemática inversa, hay tres de ellos:

El enfoque algebraico: básicamente, funciona resolviendo ecuaciones de matriz (francamente bastante complejas).

El enfoque geométrico: la idea es combinar el conocimiento sobre la geometría del brazo robótico con fórmulas trigonométricas apropiadas.

El enfoque numérico: adivinar y ver lo lejos que estamos. Mueva uno o más segmentos para minimizar el error localmente. Repetir.

1. Transmisiones

Dado que un robot mueve su final con altas aceleraciones, es extremadamente importante minimizar su momento de inercia. Del mismo modo, los pares estáticos que los actuadores deben superar dependen directamente de la distancia entre las masas y el actuador. Por estas razones se busca que los actuadores, que suelen ser pesados, estén lo más cerca posible de la base del robot, y debido a esto que se debe, casi por obligación, a utilizar sistemas de transmisión que mueven el movimiento a las articulaciones, especialmente las ubicadas en el extremo del robot. Por lo tanto, las transmisiones se pueden utilizar para convertir el movimiento circular en lineal o viceversa, lo que a veces puede ser necesario. Un buen sistema de transmisión debe cumplir una serie de características básicas:

...