Modelado del robot en SolidWorks

Desarrollo

Modelado del robot en SolidWorks

Para realizar el modelado del robot, se planteó un robot de tres grados de libertad de tipo rotacional, para generar el movimiento de estos se implementarán servomotores con un rango de 0 a 180°; en la Figura 1 se muestra el diseño de dicho robot.

Figura 1. Modelo CAD robot posición inicial.

Para el primer grado de libertad, correspondiente al movimiento de la base, se consideró un giro antihorario.

Figura 2. Giro GDL 1.

Para el segundo grado de libertad, correspondiente al segundo eslabón, se consideró el giro horario.

Figura 3. Giro GDL 2.

Para el tercer grado de libertad, en el tercer eslabón, se consideró el giro antihorario.

Figura 4. Giro GDL 3.

Simulación de fuerza de torsión

Para corroborar el funcionamiento del sistema robótico, se realizó una serie de estudios para identificar el comportamiento de cada servomotor con fin de identificar el torque necesario.

Para el primer servomotor usado en la base, se obtuvo que el torque de mayor magnitud es de 0.8 N*mm, para este grado de libertad se implementa un servomotor modelo MG996 con una fuerza de torsión de hasta 833 N*mm, por lo tanto, este funcionará adecuadamente en el sistema.

Figura 5. Servomotor 1.

Para el segundo servomotor usado en el segundo eslabón, se obtuvo que el torque de mayor magnitud es de 0.9 N*mm, para este grado de libertad se implementa también un servomotor modelo MG995 con una fuerza de torsión de hasta 833 N*mm, por lo tanto, este funcionará adecuadamente en el sistema.

Figura 6. Servomotor 2.

Para el tercer servomotor se obtuvo que el torque de mayor magnitud es de 0.013 N*mm, para este grado de libertad se implementa el mismo servomotor modelo MG995 con una fuerza de torsión de hasta 176 N*mm, por lo tanto, este funcionará adecuadamente en el sistema.

Figura 7. Servomotor 3.

Simulación de desplazamiento

Como segundo tipo de simulación se realizó una de tipo desplazamiento angular y lineal con el fin de identificar el movimiento del eslabón final del robot cuando los tres servomotores actúan de 0° a 180°, el resultado se muestra a continuación:

Figura 8. Desplazamiento angular.

Figura 9. Desplazamiento lineal.

Simulación estática

Con fin de asegurar que el sistema cumpla con las condiciones necesarias para soportar el peso del mismo robot, se realizó una simulación estática de esfuerzo sobre el primer actuador el cual es el que soporta el peso en vertical de los otros dos actuadores y los eslabones.

Figura 10. Configuración análisis estático.

En la siguiente imagen se muestra el esfuerzo ejercido por el mismo robot en el eje móvil vertical, es posible apreciar que el esfuerzo máximo en Von Mises es de 80,992 N/m2.

Figura 11. Resultados Von Mises.

Así mismo se obtuvieron los resultados de la deformación presente en el robot ante la carga aplicada, en la figura siguiente se muestra que el desplazamiento máximo es de 0.09mm una medida prácticamente despreciable.

Figura 12. Resultados desplazamiento.

Por último, se obtuvo el grafico del factor de seguridad presente en el robot, siendo así en los resultados que se demuestra que el sistema del robot es capaz de soportar su peso e incluso más.

Figura 13. Resultados FS.

Simulación de carga remota

Se realizo una simulación de carga remota simulando el caso en que el robot sostiene una pieza en el actuador final, siendo una pieza con un peso de 200g, a continuación, se muestra la configuración realizada:

Figura 14. Carga remota.

Al ejecutar la simulación del estudio estático con una carga remota se obtuvo los siguientes resultados analizando la conexión sobre el servomotor de la base.

En los resultados de Von Mises es posible apreciar que el esfuerzo máximo es de 13.3 N/m2.

Figura 15. Resultados Von Mises.

También se obtuvieron los resultados de desplazamiento ante la carga aplicada, donde se obtuvieron valores muy pequeños, lo que nos indica que el sistema es capaz de trabajar con esta carga e incluso una de mayor magnitud.

Figura 16. Resultados desplazamiento.

Finalmente se obtuvo los resultados de factor de seguridad y estos fueron favorables ya que son valores altos, lo que permite asegurar un funcionamiento correcto con esta carga aplicada.

Figura 17. Resultados de Factor de seguridad.

Cálculo de cinemática directa

Para el desarrollo de la cinematica directa se tomo en cuenta que el robot es de 3GDL tipo RRR.

Figura 18. Esquema del robot.

Өi di ai ∝i

Zr Z> X X

Eslabón 1 q1 l1 0 π/2

Eslabón 2 q2 0 l2 0

Eslabón 3 q3 0 l3 0

Figura 19. Cinemática directa.

Matriz de transformación homogénea local.

A1=[■(cos⁡(q1)&0&sen(q1)&0@sen(q1)&0&-cos⁡(q1)&0@0&1&0&l1@0&0&0&0)]

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