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MEMORIAS DEL XXIII CONGRESO INTERNACIONAL ANUAL DE LA SOMIM 20 al 22 DE SEPTIEMBRE DE 2017 CUERNAVACA, MORELOS, MÉXICO
Tema A2a Robótica: Brazo manipulador
“Rediseño de un brazo manipulador para un robot de búsqueda en entornos de desastre”
Sergio Hernández-Sáncheza, Mauro A. Rivero-Espindolaa, Humberto A. Cruz-Morenoa, Yukihiro
Minami-Koyamaa, Ulises Peñuelas-Rivasa
a Taller de Robótica Abierta, Facultad de Ingeniería, UNAM, Av. Universidad 3000, Ciudad Universitaria, Coyoacán, CDMX, CP 04510, México.
*Sergio Hernández Sánchez. Dirección de correo electrónico: serch.hersa@hotmail.com
RESUMEN
El uso de un brazo robótico como parte de un robot de búsqueda da una oportunidad de mejorar la exploración y
manipulación cuando se buscan víctimas en un entorno de desastre. En este artículo se aborda el rediseño de un brazo
robótico que está destinado para ese uso, de manera que sea robusto y tenga un control suave cuando es teleoperado. La
metodología usada puede ser seguida para replicar o hacer un nuevo diseño de manera que tenga una justificación en
sus elementos mecánicos.
Palabras clave: Brazo Robótico, Robot de búsqueda y rescate, Diseño mecánico
ABSTRACT
The usage of a robotic arm as part of a searching robot gives an opportunity to improve the exploration and
manipulation when are looking for victims in a disaster environment. In this case, it is reengineered a robotic arm which
was intended for this purpose, so it will be robust and will have a soft control when is teleoperated. The methodology
used can be followed to replicate or create a new design so it has a mechanical justification on its parts.
Keywords: Robotic arm, Robot of searching and rescue, Mechanic design
1 Introducción
Los robots de búsqueda y rescate están orientados para
apoyar en zonas de desastre, donde el riesgo de un
derrumbe es latente, y una persona podría quedar atrapada
en los escombros de algún inmueble, si bien ya existen
equipos de búsqueda y rescate conformados por humanos y
perros, estos se encuentran en riesgo de sufrir algún
accidente mientras están en dichas labores, por lo tanto, la
implementación de este tipo de robot resulta benéfico para
evitar daños sobre la integridad de estos seres vivos.
Dentro del Taller de Robótica Abierta de la Facultad de
Ingeniería de la UNAM se tiene un robot teleoperado de
este tipo nombrado FinDER (ver figura 1), cuyo acrónimo
significa Finder in Disaster Enviroment Robot, dicho robot
cuenta con un brazo robótico que lo ayuda en la tarea, en el
efector final cuenta con un sensor de CO2, un sensor
térmico y una cámara web, los cuales permiten al operador
remoto conocer el entorno por el que está navegando y
detectar víctimas a su alrededor.
Figura 1 FinDER v2.
Con el fin de evaluar su desempeño para generar
mejoras, dicho robot participó en el torneo internacional de
robótica RoboCup celebrado en el año 2014 en Brasil, en la
categoría Rescue. En lo concerniente al desempeño del
brazo robótico, se detectaron problemas en su
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funcionamiento asociados a fallas mecánicas, dando lugar a
un rediseño mecánico de varios aspectos del mismo.
En las siguientes secciones de este artículo, se describe
el proceso del rediseño realizado para la obtención del
dispositivo final y su funcionamiento en un área de trabajo.
2 Diseño Anterior
El manipulador serial con el cual contaba el robot FinDER
v2 (ver figura 2), era un brazo el cual tenía 5 grados de
libertad (GDL) y un gripper en su extremo para poder
tomar objetos en su entorno.
Figura 2 Brazo manipulador FinDER v2.
Su diseño fue pensado para que fuera ligero, tuviera un
alcance de por lo menos 1 m de longitud, la capacidad de
transportar objetos en su órgano terminal de
aproximadamente 0.5 kg de masa, la capacidad de ser
controlado de manera remota y que la energía necesaria
para su funcionamiento fuera suministrada por la fuente de
energía con la que contaba el robot móvil.
Figura 3 Configuración anterior del brazo robótico.
Su configuración era antropomórfica, con cinco
articulaciones rotacionales, siendo las primeras tres para
posicionamiento, primeramente el tronco, seguida del
hombro y finamente el codo, posteriormente se tienen otros
dos grados de libertad para lograr la orientación de la
muñeca, siendo primero un movimiento de cabeceo (pitch)
y finalmente una alabeo (roll).
Con respecto a su manufactura, fue fabricado tanto el
brazo como el antebrazo con lámina de aluminio calibre 14
(2.3 mm de espesor) doblada en forma de U, esto con el fin
de permitir al antebrazo alojarse en el espacio interior del
brazo, sin comprometer la movilidad de las articulaciones
del hombro y del codo. Las dimensiones finales de dichos
eslabones quedaron de 504 mm para el brazo y de 579 mm
para el antebrazo, medidas de eje a eje de las articulaciones
involucradas. La muñeca en la parte final del brazo, se
fabricó con la misma lámina de aluminio, de tal forma que
pudiera ensamblarse fácilmente con servomotores y las
articulaciones que moverían (ver figura 3).
Para la trasmisión del robot, se tenía una configuración
sin fin corona para la rotación de la base, la cual da la
posibilidad de tener el eje del motor perpendicular al eje de
giro de dicha articulación (ver figura 4).
Figura 4 Configuración sin fin corona.
Para el movimiento de la junta del brazo y antebrazo se
tenían montados debajo de la base dos motores de corriente
directa, colocados de forma paralela pero en dirección
opuesta, los cuales trasmitían el movimiento a la
articulación del hombro, el cual estaba compuesto por dos
transmisiones polea-banda en paralelo montados sobre la
base, la polea de cada trasmisión estaba unida por un eje el
cual formaba una trasmisión compuesta capaz de mover a
la junta del brazo y antebrazo de manera independiente (ver
figura 5), el movimiento de un motor movía la junta del
hombro, mientras que la otra movía la junta del codo a
través de una trasmisión polea banda entre el codo y el
hombro.
Esta configuración es común en brazos robóticos y tiene
una característica ventajosa, y es que el movimiento
relativo del eslabón asociado al codo, respecto al del
hombro, evita que colisionen cuando se mueve la
articulación del hombro.
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Figura 5 Trasmisión para el movimiento del brazo y antebrazo.
Para los siguientes dos grados de libertad que brindan la
orientación del efector final se tiene en la siguiente
articulación un movimiento angular que permite dirigirlo
de arriba hacia abajo, enseguida otra rotación axial respecto
al eslabón para poder cambiar el giro del gripper, con esto
se podría colocar la pinza en el extremo de manera
adecuada para poder tomar objetos simples; en un entorno
real podrían quitarse algunos obstáculos ligeros o
proporcionar agua embotellada o medicamentos a alguna
víctima atrapada en los escombros en lo que llega el equipo
de rescate a auxiliarla.
3 Análisis del problema
Se detectaron principalmente cuatro problemas. El primero,
es que los motores asociados a las articulaciones del
hombro y codo, eran incapaces de dar un movimiento
estable a sus eslabones correspondientes, es decir, pueden
levantar la carga, pero el movimiento es poco controlable y
presenta mucha oscilación angular durante la operación del
robot. El segundo problema, es que los eslabones, al ser de
lámina de aluminio, se torcían de manera significativa con
el movimiento de la base del robot. Como tercer problema,
el sistema de tensión de la polea de la articulación del codo
causaba problemas, ya que después de un tiempo de
operación corto, se perdía la tensión en la articulación,
dando lugar a una holgura o backlash de hasta 30° en el
desplazamiento angular de la articulación. Por último, la
longitud desde el eje de giro del motor que da el
movimiento de cabeceo hasta el efector final era muy
grande, es decir, el brazo de giro aumenta el momento, lo
que propiciaba que el motor asociado requería mucho par
para poder mover dicha junta.
Con base en lo anterior, el planteamiento del problema
se formula de la siguiente manera: el brazo robótico del
robot de búsqueda en entornos de desastre FinDER v2 no
cuenta con la suficiente robustez para mantenerse en una
posición determinada ni la facilidad para poder controlar su
funcionamiento.
4 Búsqueda de soluciones
Para resolver los problemas descritos en el apartado
anterior, se realizó una búsqueda de soluciones analizando
brazos manipuladores existentes. Las ideas generadas
fueron evaluadas con base en los requerimientos de diseño
tales como: menor masa, robustez ante perturbaciones,
precisión a cierta posición angular y mayor capacidad de
carga.
Como primer paso para dar solución al problema 1, se
planteó el uso de una trasmisión sin fin corona antes de la
trasmisión de la polea tanto para el codo como para el
hombro, con el fin de mejorar el movimiento del brazo
manipulador, ya que variando los parámetros de diseño del
sin fin y la corona se podía obtener una variación de ángulo
menor, debido a la relación de velocidades de entrada y
salida, además de tener la ventaja de ser auto bloqueante, lo
que permitía mantener al brazo robótico en una posición
predeterminada sin tener la necesidad de energizar los
motores.
Para el segundo problema, se presentaron propuestas en
cuanto al cambio de perfil de la estructura (ver figura 6), en
donde se sugería el cambio a uno cerrado, ya que este
disminuiría la torsión en la estructura, finalmente se
decidió el uso de un tubo comercial para la estructura del
nuevo diseño.
Figura 6 Perfiles cerrados propuestos.
Para el tercer problema se propuso mantener la
trasmisión polea banda añadiendo un mecanismo de
tensado, una propuesta fue el uso de una polea tensora (ver
figura 7), o cortar la banda y agregar un mecanismo que
acercara cada uno de sus extremos (ver figura 8).
Figura 7 Polea tensora.
Figura 8 Mecanismo de tensión de banda.
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Finalmente se optó por el mecanismo de tensado, ya que
este resultaba más fácil de implementar en comparación de
la otra propuesta.
Con lo que respecta a la muñeca, se decidió rediseñarla
de tal manera que se creara una configuración más
compacta a la anterior y que el motor no estuviera montado
a un costado del brazo, lo cual generaba una carga
indeseable.
5 Primera iteración
5.1. Diseño conceptual
Como una primera iteración, se realizó un diseño
preliminar del nuevo brazo. Este diseño buscó tomar en
cuenta todas las consideraciones hechas anteriormente,
para ser evaluadas, y realizar los cambios que fueran
necesarios. Básicamente fue un diseño en el que no se
modificó el primer grado de libertad debido a que no tenía
problemas; para las siguientes dos articulaciones, se buscó
mantener la configuración de la versión anterior, no
obstante, se adaptó la trasmisión sin fin corona tanto para
el hombro como para el codo para aumentar el par que
podrían proporcionar los motores, debido a que el que daba
movimiento al codo estaba colocado sobre la base, se
mantuvo la trasmisión de polea banda, considerando que
éste tendría el tensor para siempre mantener tensa la banda
y evitar una pérdida de resolución en su movimiento, el
siguiente eslabón se mantuvo sobre el mismo plano del
eslabón anterior sólo que se desplazó hacia arriba,
quedando el eje de rotación de la junta del codo arriba
respecto al eje longitudinal del eslabón asociado al
hombro.
Después de las tres primeras articulaciones que brindan
al efector final una posición determinada en el espacio, se
buscó hacer más compacta la muñeca con objeto de reducir
el par que se le exigía a los motores y se mantuvieron los
dos grados de libertad que proporcionan la orientación.
También se propusieron eslabones de tubos cilíndricos de
aluminio de una pulgada de diámetro exterior. La figura 9
muestra lo anteriormente descrito.
Figura 9 Diseño preliminar del brazo manipulador.
5.2. Construcción de prototipo
Para poder comprobar las propuestas de solución
planteadas, se procedió a realizar un modelo a escala el
cual tendría algunos de los puntos críticos a probar como la
configuración básica y la configuración de polea banda
añadiendo el tensor.
Figura 10 Prototipo a escala del nuevo brazo.
Como se puede observar en la figura 10, en la primera
junta se tienen dos actuadores colineales, el primero de
ellos da movimiento a la articulación del hombro y el
segundo a un eje que a su vez mueve una polea, que al
estar conectada por medio de una banda a la siguiente
articulación permitía el movimiento del codo. Además se
colocó de igual manera un tensor de banda a escala para
probar su funcionamiento, sin embargo, lo que se notó fue
que a pesar de estar muy tensa la banda, seguía existiendo
un huelgo aproximado de 15° grados debido al juego
acumulado.
6 Evaluación
Al llegar a la primera iteración se procedió a tener una
reunión con algunos profesores de la Facultad de
Ingeniería, quienes con su experiencia en diseño mecánico
y en robótica, criticaron el trabajo realizado.
De la primera iteración hubo varios puntos acertados,
como la utilización de un perfil cerrado para evitar la
torsión; sin embargo, se sugirió cambiar el tipo de perfil
dado que las fuerzas resultantes existentes aparecían en dos
ejes, una de estas generaba una flexión debido al peso, por
lo que se necesitaba modificar el momento de inercia del
perfil del eslabón para disminuir las deformaciones bajo
carga, por lo tanto se decidió utilizar un perfil rectangular
de aluminio.
Por otra parte, el hecho de añadir un trasmisión sin fin
corona fue acertada, ya que al investigar más a fondo se
corroboró que se puede tener una reducción grande en un
espacio relativamente pequeño, además de presentar la
gran ventaja de que al tener un ángulo de avance menor a
5° se puede tener un auto bloqueo, lo que ayuda a que los
motores no requieran energizarse mientras la articulación
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esté en reposo en la posición angular determinada; sin
embargo, la desventaja de este sistema de trasmisión, es
que existe holgura considerable y su eficiencia de
trasmisión de energía, a diferencia de engranes rectos que
es de cerca de un 90%, oscila entre un 50%-60%.
El problema del huelgo en la junta del codo, que se
suma al huelgo de la trasmisión sin fin corona con la de
una de polea banda aún con el tensor añadido de la
configuración polea banda, afectaba negativamente la
resolución en esa junta, por lo que se propuso eliminar esta
trasmisión doble y se cambió completamente la
configuración.
Respecto a la muñeca, se logró tener una configuración
más compacta, sin embargo, se analizó la necesidad de
tener los 3 GDL, dado que en un entorno real podría
facilitar la manipulación de escombros o con la
implementación de la cámara podría realizar un barrido del
entorno de izquierda a derecha y viceversa.
7 Diseño final
Al eliminar la trasmisión por banda, fue necesario
replantear el diseño que se tenía manteniendo las
especificaciones iniciales, las cuales eran tener un brazo
con un alcance de poco más de un metro de longitud, tener
un diseño que permitiera tener una buena resolución
angular y que fuera lo suficientemente robusto para
controlarlo de forma sencilla.
Figura 11 Configuración del brazo con una trasmisión
sin fin corona.
El hecho de utilizar únicamente una trasmisión sin fin
corona derivó en replantear la solución, con la ventaja de
eliminar dos problemas, el de la tensión de la banda y el de
la carga del motor de la articulación del codo. Por lo tanto,
lo que restaba era encontrar la mejor configuración, que fue
colocar un motor en el hombro con la trasmisión sin fin
corona para actuar dicha junta y sobre ésta colocar un
segundo motor para controlar la articulación del codo,
dicho motor debía estar lo más cerca posible de la
articulación del hombro tratando de reducir su
requerimiento de par tanto como fuera posible, para lo cual
se empleó un flecha que trasmitiera el movimiento angular
hasta la articulación del codo. Las ventajas de esta solución
es que no requiere ajustarse, simplemente se acopla y se
ensambla.
Con dicha modificación se presentó un desfase vertical,
debido a la distancia entre centros existente entre cada una
de las dos configuraciones del sin fin corona, por lo tanto,
las dimensiones del brazo cuando está retraído aumentaron
y por consecuencia su centro de masa, modificación
importante respecto a la versión anterior.
Por otra parte, se añadió el grado de libertad faltante a la
muñeca para tener un barrido lateral, y para lograr hacerla
más compacta se pusieron dos motores más pequeños
respecto a los de las articulaciones anteriores pero con un
par suficiente para poder desempeñarse según el
requerimiento de 0.5 kg de carga. Se utilizó una
configuración típica en manipuladores seriales, la cual es
conocida como muñeca de Euler (figura 12), en la que se
acomoda un roll (alabeo), seguido de un pitch (cabeceo) y
finalmente otro pitch, de tal forma que al girar la muñeca
90° el primer roll, el pitch ahora se convierte en yaw
(guiñada), como se muestra en la figura 12.
Figura 12 Muñeca haciendo movimiento de pitch (izquierda), muñeca
haciendo movimiento de yaw.
7.1. Análisis estático
Con este nuevo diseño, se modificaron varios parámetros,
como el de la masa propia del manipulador. Para poder
hacer una aproximación de ésta, con ayuda de un software
se le añadieron materiales a cada una de las piezas que
conformarían la configuración, de tal forma que se realizó
un análisis para calcular el par requerido en cada
articulación como se muestra en (1) y (2), suponiendo que
el brazo manipulador está totalmente extendido.
𝑇𝐶𝑜𝑑𝑜 = 𝐹 ∙ 𝑑 = (𝑚𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 +𝑚𝑚𝑢ñ𝑒𝑐𝑎) ∙ 𝑔 ∙ 𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 (1)
𝑇𝐶𝑜𝑑𝑜 = (0.5 + 1.5) ∙ 9.81 ∙ 0.53
𝑇𝐶𝑜𝑑𝑜 = 10.4[𝑁.𝑚]
𝑇𝐻𝑜𝑚𝑏𝑟𝑜 = [(𝑚𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 +𝑚𝑚𝑢ñ𝑒𝑐𝑎) ∙ (𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 + 𝑙𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜) + 𝑚𝑐𝑜𝑑𝑜 ∙
𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 +𝑚𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜 ∙ 𝑙𝑚𝑏𝑟𝑎𝑧𝑜] ∙ 𝑔 (2)
𝑇𝐻𝑜𝑚𝑏𝑟𝑜 = [(0.5 + 1.5) ∙ (0.53 + 0.43) + 1.31 ∙ 0.43 + 1.53 ∙ 0.16]
∙ 9.81
𝑇𝐻𝑜𝑚𝑏𝑟𝑜 = 26.8 [𝑁.𝑚]
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De esta manera, se obtuvieron algunos parámetros de
entrada para poder hacer el diseño de los sistemas de
trasmisión sin fin corona del hombro y codo con ayuda de
la referencia [4]. A continuación se muestran algunos
parámetros geométricos obtenidos al igual que los
esfuerzos calculados para una corona de bronce SAE 62 y
un sin fin de acero 1020.
Tabla 1 Parámetros de la trasmisión sin fin corona.
Módulo 2
Ángulo de avance 4.57°
Sin fin Corona
Diámetro de raíz 20.4 Diámetro de raíz 45.4 mm
Diámetro de paso 25 Diámetro de paso 50
Diámetro exterior 29 Diámetro exterior 54
Esfuerzo en los
dientes
71 MPa
Dado que el esfuerzo de cedencia del broce SAE 62 es
de 276 MPa, se puede respaldar que el diseño de la corona
soportará las cargas estáticas a las que estará sometido y
tiene suficiente margen de error para los efectos dinámicos
cuando el manipulador esté en operación. Cabe destacar
que este procedimiento se realizó tanto para la trasmisión
del codo como del hombro que si bien coincidieron en la
relación de reducción, el módulo para el hombro fue de 2.5
mientras que el del codo fue de 2.
7.2. Análisis dinámico
Llegando a este punto, se tiene un diseño o propuesta de
diseño basado en cálculos estáticos, que, aunque usan un
factor de seguridad, requieren una justificación más
cercana a la realidad, para pasar al diseño a detalle de los
elementos de máquina, diseño de ejes, dimensiones,
tolerancias y métodos de manufactura.
Para ello, se hizo el cálculo de la dinámica del robot con
base en un modelo asistido por computadora, tomando las
dimensiones, las masas y momentos de inercia que el
software proporcionó, al asignar propiedades de materiales
a las piezas. La metodología o marco teórico se describe
brevemente a continuación.
Se hizo la cinemática directa del robot por el método de
Denavit Hartenberg, esto consiste en obtener un matriz que
al multiplicarla por un vector de posiciones angulares de
las juntas, da como resultado un vector de posición y
orientación, y se obtiene a partir de la tabla (3), realizando
una multiplicación de matrices sucesivamente con cada
transformación homogénea asociada a cada junta.
(
𝑱𝒖𝒏𝒕𝒂 𝒂 𝒅 𝜽 𝜶
𝟏 𝟎 𝒅𝟏 𝜽𝟏𝑷𝒊
𝟐
𝟐 𝒂𝟐 𝟎 𝜽𝟐 𝟎𝟑 𝒂𝟑 𝟎 𝜽𝟑 𝟎
𝟒 𝟎 𝟎 𝜽𝟒𝑷𝒊
𝟐
𝟓 𝟎 𝒅𝟏 𝜽𝟓 𝟎)
(3)
Después se hace el cálculo de la cinemática inversa, que
consiste en encontrar la matriz que lleve de un vector de
posición y orientación del efector final a un vector de
posiciones angulares o de desplazamiento de las juntas.
Para ello, se utilizó un concepto común en robótica
conocido como desacople cinemático, donde se usan las
primeras tres juntas para dar una posición en el espacio R3
y luego las últimas tres juntas (las de la muñeca) se asocian
a la orientación del efector final.
Hecho esto, analizando cada junta, se obtuvo la matriz
Jacobiana J de cada junta como vectores columna. Se usa
la ecuación (4) ya que todas las articulaciones son de
revolución rotación:
𝑱[𝜽𝒊] = (𝒁(𝒊 − 𝟏)𝒙(𝑶𝒇 − 𝑶(𝒊 − 𝟏))
𝒁(𝒊 − 𝟏)) (4)
A partir del Jacobiano se puede obtener la velocidad
inversa (5), (6) y la aceleración inversa (7), (8) mediante
las siguientes ecuaciones matriciales.
𝜺 = 𝑱�̇� (5)
�̇� = 𝑱−𝟏. 𝜺 (6)
�̈� = 𝑱(𝒒). 𝒒 + 𝑱(𝒒)′�̇�̈ (7)
�̈� = 𝑱 − 𝟏(𝜺 − 𝑱(𝒒)′�̇�̈ ) (8)
Para obtener la dinámica del robot, se deben sacar los
Jacobianos de los centros de masa de los eslabones, esto se
logra agregando un desplazamiento a cada matriz de
transformación obtenida en la cinemática directa. La
dinámica del robot se programó de forma matricial con
Euler Lagrange.
𝑫(𝒒)�̈� + 𝑪(𝒒, �̇�)�̇� + 𝑮(𝒒) = 𝝉 (9)
La matriz D proviene de la energía cinética del robot, se
le conoce como la matriz de inercia:
𝑫(𝒒) = ∑[𝒎[𝒊]𝑱𝒗(𝒊)𝒒𝑻𝑱𝒗(𝒊) +𝑱𝝎(𝒊)(𝒒)𝑻𝑹𝒊(𝒒)𝑰𝒊𝑹𝒊(𝒒)𝑻𝑱𝝎(𝒊)] (10)
Dicha suma se efectúa de i=1 hasta n=número de juntas
del robot. La matriz G es la energía potencial del robot:
𝑮(𝒒) = ∑𝒈𝑻𝒓𝒄𝒊𝒎𝒊 (11)
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Al realizar la diferenciación y resta de la energía
potencial y cinética del robot, para obtener las ecuaciones
dinámicas del robot, se generan términos de la segunda
derivada de las coordenadas generalizadas q, que están en
la matriz de inercia D(q), los demás términos son del tipo
q(i) conocidas como términos centrífugos, y los que son de
la forma q(i), q(j) se conocen como términos de Coriolis,
estos dos últimos términos están en la matriz C(q,˙q), y los
términos que acompañan a q sin derivadas corresponden a
los términos de energía potencial. A partir de lo anterior, se
hizo una simulación de la dinámica del brazo.
Figura 13 Gráficas de la simulación.
Las gráficas de seguimiento en X Y y Z de la figura 13
muestran que en ausencia de un controlador que corrija en
función del error el par de los motores, el comportamiento
es bastante malo, la gráfica de esfuerzos de control en cada
junta, sin embargo, proporciona valores útiles para el
diseño de los elementos de trasmisión. La junta del hombro
es la que tiene mayor carga, y en esta simulación, de
trayectoria, el par máximo es de 15 N.m. Todo este
desarrollo justifica que el factor de seguridad utilizado para
el diseño de los elementos de la trasmisión de las
articulaciones del hombro y codo son adecuados.
8 Resultados
Finalmente, después de haber obtenido el diseño final, se
realizaron los planos para su manufactura, y una vez
obtenidas las piezas, se realizó el ensamble y se montó en
una base provisional (ver figura 14).
9 Conclusiones
Con base en este trabajo, el problema de la oscilación en
las juntas se corrigió exitosamente. El control de cada junta
es sencillo, y el mecanismo de bloqueo es efectivo al
mantener la posición angular casi en todo el recorrido de
cada junta. Existe una pequeña zona (cuando el eslabón es
perpendicular al piso) donde debido al huelgo en la
trasmisión, se crea una zona inestable, y es quizás uno de
los problemas a solucionar en una nueva iteración. Se ha
sugerido la adición de un resorte torsional compensar en
esa zona dicha inestabilidad.
Figura 14 Diseño final en CAD y real.
La configuración actual es muy robusta en lo referente a
su deformación torsional, pues no hay deformación
torsional visible en su funcionamiento.
En la muñeca se agregó un nuevo grado de libertad, lo
cual mejoró el espacio de trabajo del robot, y se mantuvo la
longitud de operación de la versión anterior. Se propone
como trabajo a futuro cambiar el servomotor por otro
motor de corriente directa y diseñar o agregar un efector
final de mayor par que el actual, para que pueda manipular
objetos más pesados.
Agradecimientos
Investigación realizada gracias al Programa UNAM–
DGAPA–PAPIIT IT102615 “Robots no convencionales
para exploración y búsqueda”.
REFERENCIAS
[1] RoboCup. (2017). Robot League. 27/04/2017, de RoboCup Sitio web: http://wiki.robocup.org/Robot_League.
[2] Andymark. (2017). PG Series Gearbox. 04/05/2017, de Sitio web: http://www.andymark.com/product-p/am-pgseries.htm
[3] Norton, Robert L. (2011). Diseño de Máquinas. USA, Prentice Hall.
[4] Mott, Robert L. (2006). Diseño de Elementos de Máquinas. USA, Pearson Educación.
[5] Spong W. Mark et al. Robot Modeling and Control. First Edition. John Wiley and Sons. pp. 124-141, 196-200.
[6] Siciliano, Bruno (2009). Modelling, Planning and Control. London, Springer.
[7] Pérez Cruz Julio Franco. (2013). Construcción y control de un robot paralelo utilizando Visual Servoing. Tesis Ingeniería Mecatrónica (135). México, D.F., Facultad de Ingeniería, UNAM.
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