Estado del arte Brazo Robótico stephanie PDF

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Autores: estudiantes del ITM....

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PROPUESTA DE ESTADO DE ARTE PARA EXPLICACIÓN DE CÓMO HACERLO.

"Este es uno de mis mantras: tener un foco y buscar lo simple. Lo simple puede ser más duro que lo complejo: para conseguirlo es un trabajo duro que implica pensar con claridad. Pero vale la pena, una vez que lo lograste puedes mover montañas" -Steve Jobs

Brazo industrial ABSTRACT Design and build a prototype of a robotic arm (industrial arm) that allows us to analyze the possibilities of its use to grasp objects and improve the mechanism in the industrial sector. You can use materials economic and easy to use although it is not the most suitable to achieve its ultimate goal however will give us a possible future for its modification or design idea. It will include between two or more degrees of freedom. This is a research project: the important thing is to explore ideas that analyzed once a use can be found in the project. Will also take into account the inclusion of new components and concepts learned during lessons of analog electronics, circuits and programming

Resumen: Diseñar y construir un prototipo de brazo robótico (brazo industrial) que nos permita analizar las posibilidades de su utilización a la hora de sujetar objetos y mejorar el mecanismo en el sector industrial. Se podrá utilizar materiales económicos y fáciles de utilizar aunque no sea lo más idóneo para alcanzar su objetivo definitivo sin embargo nos dará una posible idea a futuro para su modificación o diseño. Se incluirá entre dos o más grados de libertad. Se considera que este es un proyecto de investigación: lo importante es indagar ideas que una vez analizadas se pueda encontrar una utilización en el proyecto. Además se tendrá en cuenta la inclusión de nuevos componentes y conceptos aprendidos durante las clases de electrónica análoga, circuitos y programación. __________________________________________________________________ Introducción: El brazo robótico posee algunas similitudes con las extremidades superiores del cuerpo humano, con esta anatomía de las extremidades se posee los elementos que conforma un brazo robótico. Todo lo que contiene este se le conoce como manipulador, en el cual la cintura se le conoce como Instituto Tecnológico Metropolitano

la base del robot, mientras que la similitud del hombro y el brazo del ser humano se le conoce como las articulaciones del brazo robótico, Los eslabones que une las articulaciones tiene una similitud con el hombro y el codo del ser humano. La construcción de este brazo robótico se hará usando como referencia

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planos de modelos realizados por entusiasta dela robótica, tomando de ellos sus mejores aspectos. Para esto se utilizaran materiales de fácil acceso en el mercado, Se comenzara con la construcción de un esqueleto usando como material una lámina de acrílico ya que este es tan fuerte como flexible sin dejar de ser liviano. Así se aprovechara al máximo el servo motores y demás materiales. Para las partes móviles se utilizaran engranajes y tornillos, los que se requieran para que este se mueva con fluidez. 1. Objetivos 1.1 General: Comprobar nuestros conocimientos adquiridos en el semillero de Mecatrónica y en el transcurso de la carrera en la cual nos estamos preparando; la gran cantidad de conocimientos que aporta en el ámbito de investigación es de mucha influencia ya que nos ha incentivado a diseñar y construir un brazo robótico de dos o más grados de libertad .En donde se ha planeado que va ser muy cautivador en cada proceso con respecto a su fabricación .En la construcción de este se necesita de ayuda de nuestros tutores hasta el final para así lograr nuestras expectativa con el brazo robótico. 1.2 Específicos:

•

Evaluar el proyecto periódicamente para deducir problemas que se puedan obtener en el transcurso de su prueba.

•

Comprobar el circuito mediante instrumentos de medición (multímetro, medidor de frecuencia .etc.), para una mejor calidad del proyecto.

•

Emplear un lenguaje de programación para realizar la interfaz del prototipo.

2. Descripción del proyecto 2.1 Justificación: El proyecto del brazo robótico busca fortalecer el conocimiento de la programación en compilador de lenguaje C Para esto, se realizara un trabajo con un contenido completo acerca de cómo realizar programas en C. El proyecto se realizó principalmente para el grupo de investigación; obteniendo así nuevos conocimientos realizando un trabajo independiente, obteniendo gran dominio en el manejo del software. Este proyecto principalmente logra beneficiarnos para poder avanzar y logra pasar al otro semillero. 2.2 Materiales y métodos:

•

Hacer un presupuesto del material que se va a necesitar para la creación de él.

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Acrílico: Se utilizara para hacerle la base sobre la cual descansará el brazo y lo mantendrá fijo a la superficie.

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4 Servo motores: (1 de 5kg y 3 de 3kg) estos nos permitirá para que el brazo se pueda mover a la izquierda y a la derecha para lograr el objetivo se utilizara el servo motor de 3kg .el hombro del brazo va unida con la base y se utilizara el servo motor de 5kg el cual soportara todo el peso del brazo. El segundo servo motor de 3 kg se utilizara para el diseño del codo y por último la mano se utilizaría el tercer servo motor 3kg. 1 Motor reductor- 2 engrane: Estos se utilizara con los servos para terminarle de dar forma a la mano. 4 Potenciómetros 10K: El brazo se va a mover a voluntad del que lo utilice, va a tener 4 potenciómetros, uno por servo y totalmente independientes uno del otro, por ejemplo si muevo el servo del codo hacia un lado el codo se mueve hacia un lado y viceversa y así lo cual hace que el brazo no sea autónomo. Tornillos de varias medidas: se utilizaran varios tornillos que nos servirán para armar nuestro brazo robótico. 2 Condensadores cerámicos 33pF, PiC 16f884A, 1cristal de 20 MHz: se utilizó un micro controlador pic 16f884A en el cual se tuvo que disponer de un cristal de cuarzo junto al Pic y dos condensadores. El valor

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del cristal generalmente será de 20Mhz y los dos condensadores cerámicos de 33pF. 1 puente h 1293d,2 Push botton: El pcb es para dos placas, eso es porque son dos placas una contiene el pic, las compuertas lógicas y el puente H, otra contiene los controladores del brazo (los potenciómetros de los servos y dos push botton para abrir y cerrar la pinza), las dos placas se conectan con cable esto es para que el brazo este a una distancia considerable del control de mando y se conecta tal como está, el primero de la placa de arriba con el primero de la placa de abajo y así sucesivamente. 2 Resistencias de 10K y 2 Circuitos integrados 74l504 2.3 Marco teórico: HISTORIA ROBOTICA LOS PRIMEROS AUTÓMATAS En el siglo IV antes de Cristo, El matemático griego Arquitas de Tarento construyó un ave mecánica que funcionaba con vapor y al que llamó "La paloma". También el ingeniero Herón de Alejandría (10-70 d. C.) creó numerosos dispositivos automáticos que los usuarios podían modificar, y describió máquinas accionadas por presión de aire, vapor y agua. Por su parte, el estudioso chino Su Song levantó una torre de reloj en

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1088 con figuras mecánicas que daban las campanadas de las horas. Al Jazarií (1136–1206), un inventor musulmán de la dinastía Artuqid, diseñó y construyó una serie de máquinas automatizadas, entre los que había útiles de cocina, autómatas musicales que funcionaban con agua, y en 1206 los primeros robots humanoides programables. Las máquinas tenían el aspecto de cuatro músicos a bordo de un bote en un lago, entreteniendo a los invitados en las fiestas reales. Su mecanismo tenía un tambor programable con clavijas que chocaban con pequeñas palancas que accionaban instrumentos de percusión. Podían cambiarse los ritmos y patrones que tocaba el tamborilero moviendo las clavijas. DESARROLLO MODERNO El artesano japonés Hisashige Tanaka (1799 –1881), conocido como el "Edison japonés", creó una serie de juguetes mecánicos extremadamente complejos, algunos de los cuales servían té, disparaban flechas retiradas de un carcaj e incluso trazaban un kanji (carácter japonés). Por otra parte, desde la generalización del uso de la tecnología en procesos de producción con la Revolución industrial se intentó la construcción de dispositivos automáticos que ayudasen o sustituyesen al hombre. Entre ellos destacaron los Jaquemarts, muñecos de dos o más posiciones que golpean campanas accionados por

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mecanismos de relojería china y japonesa. Robots equipados con una sola rueda fueron utilizados para llevar a cabo investigaciones sobre conducta, navegación y planeo de ruta. Cuando estuvieron listos para intentar nuevamente con los robots caminantes, comenzaron con pequeños hexápodos y otros tipos de robots de múltiples patas. Estos robots imitaban insectos y artrópodos en funciones y forma. Como se ha hecho notar anteriormente, la tendencia se dirige hacia ese tipo de cuerpos que ofrecen gran flexibilidad y han probado adaptabilidad a cualquier ambiente. Aibo de Sony. En una exposición de Caixa Galicia en Ponferrada Con más de 4 piernas, estos robots son estáticamente estables lo que hace que el trabajar con ellos sea más sencillo. Sólo recientemente se han hecho progresos hacia los robots con locomoción bípeda. En el sentido común de un autómata, el mayor robot en el mundo tendría que ser el Maeslantkering, una barrera para tormentas del Plan Deltaen los Países Bajos construida en los años 1990, la cual se cierra automáticamente cuando es necesario. Sin embargo, esta estructura no satisface los requerimientos de movilidad o generalidad. En 2002 Honda y Sony, comenzaron a vender comercialmente robots humanoides como “mascotas”. Los robots con forma de perro o de serpiente se encuentran, sin

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embargo, en una fase de producción muy amplia, el ejemplo más notorio ha sido Aibo de Sony. GRADOS DE LIBERTAD DE UN ROBOT

una herramienta. Esta es una métrica muy práctica, en contraste a la definición abstracta de los grados de libertad, que mide la capacidad global de posicionamiento de un sistema. TIPOS DE ARTICULACIONES

Cuando hablamos de grados de libertad se refiere al movimiento de un espacio tridimensional, es decir, la capacidad de moverse hacia delante/atrás, arriba/abajo, izquierda/derecha (traslación en tres ejes perpendiculares), combinados con la rotación sobre tres ejes perpendiculares (Guiñada, Cabeceo, Alabeo). El movimiento a lo largo de cada uno de los ejes es independiente de los otros, y cada uno es independiente de la rotación sobre cualquiera de los ejes, el movimiento de hecho tiene seis grados de libertad.

Un robot convencional es una secuencia de articulaciones Se conoce cinco tipos de articulaciones básicas: 1.

Rotacional

1 GL

2.

Prismática

1 GL

3.

Cilíndrica

2 GL

4.

Planar

2 GL

5.

Esférica (rótula)

3 GL

6.

Tornillo

1 GL

• Esta secuencia da origen un conjunto de parámetros que hay que conocer para definir la posición y orientación del efector final.

Los brazos de un Robot, a menudo son categorizados por sus grados de libertad (por lo general más de seis grados de libertad). Este número generalmente se refiere al número de un solo eje de rotación de las articulaciones en el brazo, donde un mayor número indica una mayor flexibilidad en posicionar

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ESTRUCTURAS BASICAS UN BRAZO ROBOTICO

DE

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-

Montar los componentes electrónicos en las váquelas. Probar el brazo robótico que esté funcionando correctamente.

PROGRAMACIÓN SIMULACIÓN ROBOTICO PROYECTO 1 LISTA DE MATERIALES Brazo:      

Madera Tornillos Tuercas Arandelas Correas Piñones

Parte electrónica:       

Pic 16F877A 9 Microswish 8 TIP 122 Motores Conectores Baquelas 1 LCD 2x16

PROCEDIMIENTO -

-

-

Hacer el diseño programación (micro code) y simulación (proteus ISIS) del brazo robótico. Realizar los cortes de la madera para ensamblar el brazo robótico. Instalar los piñones ,correas y motores (parte mecánica)

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Y BRAZO

La programación la realizamos con microcode es un editor donde se escriben los comandos para realizar un trabajo determinado en nuestro caso mover los motores en una secuencia y mostrar en la LCD el trabajo que están realizando los motores en el brazo robótico. Para la simulación del brazo robótico creamos el siguiente montaje en proteus.

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Abrimos desde proteus el .hex dándole clic al pic y buscamos donde guardamos el trabajo hecho en microcode.

que va a mover el brazo hacia la izquierda y derecha (utiliza un servo de 3 kg), Quedo de esta manera:

Y ya podemos simular. PROYECTO 2 Materiales: -Acrílico. -Tornillos de varias medidas. -4 servomotores (1 de 5kg, 3 de 3kg). -1 Motor reductor. -2 engranes grandes. -5 potenciómetros de 10k. -2 capacitores cerámicos de 33pF. -1 cristal de 20Mz. -1 pic16f884. -2 circuitos integrados 74ls04. -1 puente h l293d. -2 resistencias de 10k. -2 push botton.

Lo que sigue es el hombro del brazo, esta parte va unida con la base y utiliza el servo de 5 kg ya que va a cargar todo el peso del brazo, es la siguiente:

Parte mecánica: Primero vamos a resaltar que las imágenes que dejemos son solo guía y es nuestro diseño pero ustedes pueden hacerlo como quieran o se lo imaginen, lo primero que hay que hacer es la base, sobre la base va a descansar el brazo y lo va a mantener fijo a la superficie sobre la que este, de mi parte también va a tener el servo

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Hasta aquí aun no toma forma de brazo, lo que sigue es diseñar el codo (servo de 3 kg), quedo de la siguiente manera:

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Ahora si ya tiene forma solo queda armar lo que sería la mano (servo de 3kg), para esto utilizaremos los engranes y la moto reductor:

El brazo que diseñamos se va a mover a voluntad del que lo utilice, explico, va a tener 4 potenciómetros, uno por servo y totalmente independientes uno del otro, por ejemplo si muevo el servo del codo hacia un lado el codo se mueve hacia un lado y viceversa y así lo cual hace que el brazo no sea autónomo. Aquí les daremos el pcb, los diagrama de conexión y el diagrama del pic. Empecemos con los diagramas: Diagrama del pic:

Diagrama de la tenaza del brazo: Y listo ya está la parte mecánica, dado que los servos traen cables muy cortos hay que ponerles extensiones Algo como estas:

Parte electrónica:

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Estos diagramas solo los hicimos y los ponemos para que vean como se conectan tanto el pic como el puente H que son las partes más importantes de la electrónica del brazo, el diseño para el brazo es la unión de estos dos diagramas, no lo hicimos simulado pero si en pcb. Ahora bien dejamos el pcb y una imagen en 3D de como debería de

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quedar el circuito ya armado y listo para su uso: Este sería el diagrama de conexión:

Esta es la imagen de más o menos como debería de quedarnos ya armado:

Este es el pcb listo para imprimirlo en un acetato y grabarlo sobre el cobre:

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Esta también es para imprimir pero por la parte de arriba, solo es por si quieren que se vea mejor el diseño:

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Notaran que el pcb es para dos placas, eso es porque son dos placas una contiene el pic, las compuertas lógicas y el puente H, otra contiene los controladores del brazo (los potenciómetros de los servos y dos push botton para abrir y cerrar la pinza), las dos placas se conectan con cable esto lo hicimos para que el brazo este una distancia considerable del control de mando y se conecta tal como está, ósea el primero de la placa de arriba con el primero de la placa de abajo y así sucesivamente.

3. Problema: •

Y por último y más importante, el programa para el pic, aclaramos que lo hicimos en Pic C, solo copian esto lo compilan les genera un archivo. hex lo graban en su pic y listo.

El brazo robótico o manipulador posee grados de libertad con la condición que solo puede moverse máximo a 180°.Los movimientos se caracterizan con ángulos 0° a 90° y ángulos de 90° asta180°.Los movimientos deben ser bajos dos modelos: Formando un ángulo de 90° perpendicularmente con el comienzo del movimiento desde el lado derecho, luego otro ángulo de 90°para completar el ángulo de 180° o dos movimientos de grado de libertad menores de 60°, este concepto pertenece a la planificación del movimiento (trayectoria). Debe cumplirse a la condición de tener servo motores que sean proporcionales al peso de los eslabones del brazo, en la cual son unidos con las articulaciones del brazo robótico. La base posee un movimiento máximo de 180°, las articulaciones menores pueden moverse con la ayuda de la base a 180°. 

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otra problemática que se presenta es el control de los movimientos, debe

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determinarse o detectarse en que ubicación se encuentra el objeto con respecto a un espacio cercano al manipulador en el lugar donde se encuentra el objeto pero teniendo en cuenta la capacidad de movimiento de las articulaciones y la base del manipulador. 3.1 Formulación problema:

del

¿Qué importancia tendrían este tipo de tecnologías en el avance tecnológico, la industria cada día más demandante y en constante crecimiento? 3.2 Solución del problema: Para empresas multinacionales se necesitan realizar múltiples funciones con gran cantidad de productos en la industria, para hacer posible la creación de dichos productos en poco tiempo se necesita el apoyo de tecnologías avanzadas de manufactura para realidad múltiples tareas. En estas tecnologías debe determinarse bajo que elementos tecnológicos ejecutaran la información o programación de las tecnologías de manufactura, es decir, los dispositivos de entrada y salida con el fin de mandar las posiciones que se ejecutaran en un espacio determinado. También debe tenerse en cuenta el control del movimiento en un espacio

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determinado, bajo un funcionamiento determinado en desarrollo con la creación de un producto de la industria. Para el desarrollo o creación de productos, la tecnología abarcada en esta investigación el brazo robótico, debe tenerse en cuenta el sistema de control que ejecutara las acciones de las articulaciones del brazo con respecto a los grados de libertad, se debe definir el sistema de control bajo los siguientes parámetros: 1. el controlador permite enviar señales que los elementos electrónicos elementales para el funcionamiento del brazo robótico. 2. Dispositivos de comandos los cuales sirven para enseñar las posiciones del brazo robótico o manipulador. 3. Los dispositivos de comando determinan bajo qué espacio puede moverse con respecto a una velocidad con una posición y di...