“Rediseño de un brazo manipulador para un robot de ...

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: [email protected]

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

ISSN 2448-5551 DM 230 Derechos Reservados © 2017, SOMIM

mailto:[email protected]


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.



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.



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



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]



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)



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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