Desarrollo de la interfaz - DESARROLLO Y ANALISIS CINEMATICO DE UN BRAZO ROBOTICO PARA LA SELEC

CAPITULO IV IMPLEMENTACIÓN

4.5 Desarrollo de la interfaz

Por ultimo se desarrollo una interface con ayuda del programa Visual Basic 6.0, para manejar los movimientos de las articulaciones del robot, así como la apertura y cierre del gripper, estos movimientos se controlan a través de los sliders que aparecen en el programa, como los muestra la figura 4.13.

Fig. 4.13 Vista del “form” del programa desarrollado en Visual Basic.

Como se puede apreciar en la figura 4.13, del lado izquierdo se encuentran 5 slider que corresponden a los movimientos de la cadera, hombro, codo, muñeca y gripper; del lado superior derecho hay un recuadro, que nos muestra la posición a la que se esta moviendo la articulación, dependiendo del slider que este en funcionamiento, además del lado inferior derecho hay una imagen que nos indicara que el gripper esta moviéndose.

Este programa podrá sufrir modificaciones en el futuro, dependiendo de la aplicación que se le desee dar al manipulador, de las especificaciones del proceso y de la habilidad del programador.

Nota: Se decidió usar el programa Visual Basic 6.0, debido a que cuentan con comunicación directa vía USB con las tarjetas pidhget.

CAPITULO V

5.1 Conclusiones finales.

De los resultados obtenidos en este trabajo, se puede concluir que, el análisis cinematico para un robot manipulador nos brinda datos importantes, acerca del modelo y el comportamiento del robot, por lo que resulta importante contar con una herramienta que nos proporcione estos cálculos de una manera sencilla y rápida, además que la generación de trayectorias nos señala rutas que evitan colisiones y ahorran tiempo al momento de que el robot manipulador realice una tarea dada, lo que beneficiaria los tiempos de producción en una empresa.

Por otra parte se pueden apreciar las ventajas que brinda el usar servomotores para el movimiento en las articulaciones de hombro, codo, muñeca y gripper; en este prototipo, por mencionar algunas, el tamaño que por ser reducido facilita el movimiento y la instalación, además que el torque proporcionado por cada servomotor, es considerable tomando en cuenta su tamaño, por ultimo la precisión en la posición que nos brindan los servomotores es en verdad importante, ya que nos permiten colocar el efector final en el punto deseado, con ayuda de los valores obtenidos en la cinemática inversa y generación de trayectorias. También podemos concluir que el uso de sistemas embebidos (tarjetas pidhget) y del programa Visual Basic, facilita en gran medida la programación de los movimientos del robot, partiendo de que las tarjetas pidhget nos proporcionan una comunicación directa entre la computadora y el servomotor, además de que el programa Visual Basic nos permite el desarrollo de la interface hombre-maquina para el monitoreo y control de los movimientos del brazo robótico

Por ultimo podemos concluir, que para algunos procesos, el uso de tecnología nueva y en desarrollo, para la manipulación y selección de piezas, resulta complicada e inadecuada ya que la electrónica que se involucra en estos sistemas no es lo suficientemente robusta para operar en ambientes hostiles, como los que se presentan en las plantas industriales, por lo que el proponer un arreglo de sensores y un algoritmo adecuado de programación nos brindan una alternativa a estas tecnologías.

GLOSARIO

Aceleración de coriolis: es una aceleración ficticia que se puede observar cuando un objeto se desplaza sobre una plataforma que se encuentra girando, desde el punto de vista del observador situado en el sistema de referencia que gira, el objeto se curva y se desvía de su trayectoria; sin embargo, para un observador exterior, el objeto describe una trayectoria rectilínea.

Algoritmo: [sust. masc.] Conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la solución de un problema. Método y notación en las distintas formas del cálculo.

Androide: (Del gr. aner, andrós, varón, y eidos, forma.) m. Autómata de figura de hombre. Ángulos de Euler: constituyen un conjunto de tres coordenadas angulares que sirven para especificar la orientación de un sistema de referencia de ejes ortogonales, normalmente móvil, respecto a otro sistema de referencia de ejes ortogonales normalmente fijos.

Automata: [sust. masc.] Instrumento que encierra dentro de sí el mecanismo que le imprime determinados movimientos. [fig.] [Fam.] Persona excesivamente débil, que se deja dirigir por otra.

Bits: (Plural de bit), Unidad de medida de la capacidad de memoria, equivalente a la posibilidad de almacenar la selección entre dos posibilidades, especialmente usadas en los computadores.

Bucle de control: Un bucle o ciclo, en programación, es una sentencia que se realiza repetidas veces a un trozo aislado de código, hasta que la condición asignada ha dicho bucle deje de cumplirse, el bucle es una estructura de control en la que se puede indicar el número máximo de iteraciones, está disponible en casi todos los lenguajes de programación imperativos.

Bucle de retroalimentación: es un proceso por el que una cierta proporción de la señal de salida de un sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es de uso frecuente para controlar el comportamiento dinámico del sistema.

Chips: es una pastilla pequeña de silicio, de algunos milímetros cuadrados de área, sobre la que se fabrican circuitos eléctricos con base a dispositivos constituidos por semiconductores y que está protegida dentro de un encapsulado de plástico o cerámica. El encapsulado posee conductores metálicos apropiados para hacer conexión entre la pastilla y un circuito impreso.

CMOS: (del inglés Complementary Metal Oxide Semiconductor, "Metal Óxido

Semiconductor Complementario") es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados (chips).

Columnas orto-normales: Un conjunto de vectores es ortonormal si es a la vez un conjunto ortogonal y la norma de cada uno de sus vectores es igual a 1. Esta definición sólo tiene sentido si los vectores pertenecen a un espacio vectorial en el que se ha definido un producto interno.

Control inteligente: Sistema que tiene la habilidad para actuar de forma apropiada en un entorno incierto, inteligencia=proceso de análisis, organización y conversión de datos en información estructurada (conocimiento), sustitución a la mente humana en la toma de decisiones, planificación y aprendizaje, utiliza de forma combinada técnicas de Inteligencia Artificial, Investigación Operativa y Control; capacidad del sistema de asemejar el comportamiento de alguno de sus elementos a alguna de las cualidades cognoscitivas del comportamiento humano, como el aprendizaje, el razonamiento simbólico, la planificación o la adaptación a un medio cambiante.

Control numérico: Los datos están representados en forma de códigos numéricos almacenados en un medio adecuado, se llaman también sistemas de punto a punto, o de camino continuo.

Control retroalimentado: Es el que auto corrige las perturbaciones eliminando los errores para obtener la salida ideal.

Controlador: es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con un periférico, haciendo una abstracción del hardware y proporcionando una interfaz posiblemente estandarizada para usarlo. Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular.

Controladores lógicos programables (PLC): Dispositivo electrónico que controla máquinas y procesos, utiliza una memoria programable para almacenar instrucciones y ejecutar funciones específicas que incluyen activación y desactivación, temporización, conteo, secuencia aritmética y manejo de datos.

Efector final: En robótica, el término de efector final se utiliza para describir la mano o herramienta que esta unida a la muñeca, el efector final representa la herramienta especial que permite al robot de uso general realizar una aplicación particular, esta herramienta especial debe diseñarse específicamente para la aplicación. Pueden dividirse en dos categorías: pinzas y herramientas.

Flexibilidad: Habilidad de adaptar, redefinir, reinterpretar o tomar una nueva táctica para llegar a la meta, se demuestra cuando las respuestas a un problema sugieren un uso inusual de las mismas.

Grados de libertad: El numero de grados de libertad que tiene un brazo robot es el numero de magnitudes que pueden variarse independientemente por lo general coincide con el numero de articulaciones móviles, se necesitan tres grados de libertad para posicionar el efector terminal dentro de un entorno de trabajo tridimensional, se necesitan otros tres para dirigir el efector terminal hacia cualquier dirección.

Gripper: (véase efector final).

Hardware: es el conjunto de dispositivos físicos de los que se compone una unidad central de procesamiento, comprende componentes tales como la placa madre, el teclado, el ratón, las unidades de disco o el monitor, el hardware por sí mismo no hace que una máquina funcione, es necesario, además, instalar un Software.

Interlock: circuito de: En electrónica digital se trata de un circuito que evita que se produzcan determinadas condiciones de señal, no deseadas.

Lenguaje de programación: Código formado por símbolos y palabras reservadas que instruye a una computadora para realizar tareas computacionales.

Lenguaje ensamblador: Es otro lenguaje de programación de bajo nivel, pero simbólico porque las instrucciones se construyen usando códigos de tipo mnemotécnico, lo cual facilita la escritura y depuración de los programas pero no los acorta puesto que para cada acción se necesita una instrucción. El programa ensamblador va traduciendo línea a línea a la vez que comprueba la existencia de errores.

Lógica difusa: se basa en lo relativo de lo observado, este tipo de lógica toma dos valores aleatorios, pero contextualizados y referidos entre sí, así por ejemplo, una persona que mida 2 metros es claramente una persona alta, si previamente se ha tomado el valor de persona baja y se ha establecido en 1 metro. Ambos valores están contextualizados a personas y referidos a una medida métrica lineal.

Matriz cuadrada: es una matriz cuadrada si el número de filas es igual al número columnas, es decir, n = m. Se dice, entonces que la matriz es de orden n.

Matriz de transformación homogénea: una matriz de dimensión 4*4 que representa la transformación de un vector de coordenadas homogéneas de un sistema de coordenadas a otro.

Matriz jacobiana: es una matriz formada por las derivadas parciales de primer orden de una función, una de las aplicaciones más interesantes de esta matriz es la posibilidad de aproximar linealmente a la función en un punto; en este sentido, el Jacobiano representa la derivada de una función multivariable.

Métodos numéricos iterativos: Un método indirecto da lugar a una sucesión de vectores que idealmente converge a la solución, el cálculo se detiene cuando se cuenta con una solución aproximada con cierto grado de precisión especificado de antemano o después de cierto número de iteraciones, los métodos indirectos son casi siempre iterativos: para obtener la sucesión mencionada se utiliza repetidamente un proceso sencillo.

              escalado a Perspectiv Traslación Rotación w f p R T 1 * 1 3 * 1 1 * 3 3 * 3

Microcontrolador: un circuito integrado diseñado especialmente para controlar sistemas electrónicos, que consta de todos los elementos de una computadora, como memoria de programa, memoria RAM, memoria EEPROM, puertos de entrada y salida, además de contadores, temporizadores, convertidores de analógico a digital, comparadores, etc.

Microprocesador: circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo, los microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles o aviones.

Modelo geométrico inverso: define las posiciones articulares necesarias para poder realizar una trayectoria definida en el espacio cartesiano, para que el robot pueda realizar la trayectoria deseada.

Overflow: Es una situación el cual el computador personal sobrepasa su capacidad de calculo, búsqueda, ordenamiento, o cualquier acción requerida por el usuario, que por limitación del computador éste no puede realizar.

Programación: La programación es el proceso que involucra un desarrollo de la lógica para la creación de algoritmos que una computadora pueda comprender, y posteriormente escribirlos en un lenguaje de programación. Es necesario precisar un objetivo y el modo en que se ejecutara dicho programa, para esto es útil planear todo el proceso.

Pseudoinversa: Matriz única X que puede satisfacer las cuatro ecuaciones siguientes para una matriz A dada (sea singular o no):

AXA=A XAX=X (XA)*= (XA)

(AX)*=AX

Robota: Palabra eslava que se refiere al trabajo realizado de manera forzada.

Software: Conjunto de instrucciones y datos codificados para ser leídas e interpretadas por una computadora, estas instrucciones y datos fueron concebidos para el procesamiento electrónico de datos.

Teoría de control: es un campo interdisciplinario de la ingeniería y las matemáticas, que trata con el comportamiento de sistemas dinámicos, a la salida deseada de un sistema se la llama referencia, cuando una o más variables de salida de un sistema necesitan seguir cierta referencia sobre el tiempo, un controlador manipula la entrada al sistema para obtener el efecto deseado en la salida del sistema.

Timer: (Temporizador), están presentes en casi todos los circuitos electrónicos y son la aplicación análoga más común de la electrónica de control, su principio de funcionamiento se basa el tiempo de descarga de los condensadores (C), normalmente asociados a una resistencia de carga (R), en lo que se conoce como circuitos RC.

Yuxtaposición: Unión de dos o más frases u oraciones con funciones idénticas, que se realiza mediante signos de puntuación y en la que no se establece una relación de subordinación entre ellas.

BIBLIOGRAFÍA

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 Robótica, Manipuladores y Robots Móviles, Aníbal Ollera Baturone, 2001, Ed Marcombo España.

 Curso de Robotica, Jose M. Angulo Usategui, Rafael Aviles Gonzales, 1989, Ed Paraninfo España.

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Torriti. Universidad Catolica de Chile

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 Robótica: Manipuladores y robots móviles, Escrito por Aníbal Ollero Baturone, Edición: illustrated, Publicado por Marcombo, 2001, ISBN 8426713130, 9788426713131, 447 páginas

 Robótica, Escrito por John J. Craig, Edición tercera publicado por Prentice Hall, 390 paginas

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 Isaac Asimov. Escritor al que se le atribuye el término Robótica….…………....2 Figura 1.2 Automata creado por Leonardo Da Vinci...….……....3 Figura 1.3 Robot poli-articulado……….………....9 Figura 1.4 Robot movil………..……….………....9 Figura 1.5 Androide Asimo……….………..10 Figura 1.6 Robot zoomórfico. El perro AIBO diseñado por Sony.………..11 Figura 1.7 Robot hibrido ………..11 Figura 1.8 Robot industrial o Robot manipulador…...11 Figura 1.9 Configuración cartesiana para un Robot……….13 Figura 1.10 Configuracion cilindrica para un Robot………...….13 Figura 1.11 Configuracion polar para un Robot………...………...….14 Figura 1.12 Configuracion angular de brazo articulado.………..…14 Figura 1.13 Configuración SCARA para un Robot……...……….…….15 Figura 1.14 Robot cirujano Da Vinci……….……..16 Figura 1.15 Robots pintores en una planta automotriz.………17 Figura 1.16 Robot manipulador de ABB (ABB México)….……….……...18 Figura 1.17 Robots manipuladores en el CNDA (Robots para la Educacion en México)…18 Figura 2.1 Robot y su interacción con el entorno.………....21 Figura 2.2 Robot Manipulador de ABB (ABB México).……….22 Figura 2.3 Sistema Basico de un Robot Manipulador……….……….23 Figura 2.4 Esquema del manipulador PUMA 600.………...25 Figura 2.5 Representación del Manipulador para encontrar la Matriz de Transformación Homogénea T………...……....26 Figura 2.6 Relaciones de Cinemática Directa para conocer la localización espacial del Efector Final o Extremo del Robot……….…………....27 Figura 2.7 Asociación de referencia.………..…..28 Figura 2.8 Sistemas de Coordenadas de Denavit-Hartenberg….………29 Figura 2.9 Sistema de referencia según Denavit-Hartenberg.………..……31 Figura 2.10 Relaciones de Cinemática Inversa para encontrar los valores que deben adoptar las coordenadas articulares del robot………...32 Figura 2.11 Robot Articular para el estudio de su Cinemática Inversa.………...…33 Figura 2.12 Representación de puntos inalcanzables……….…...37 Figura 2.13 Representación de velocidades articulares altas………..…..37 Figura 2.14 Orientación del Campo Magnético de los Polos Norte y Sur……….…...41 Figura 2.15 Generación del torque del Motor por medio de la repulsión de las cargas..…..41 Figura 2.16 Principio de Inversión de Giro por Puente H………42 Figura 2.17 Circuito de Puente “H” para el control de giro……….…….…42 Figura 2.18 Circuito del Control de Avance del Motor en el Puente H………….……..….43 Figura 2.19 Circuito del Control de Retroceso del Motor en el Puente H……….…...43 Figura 2.20 Tren de Pulsos con el cual se controlan los niveles altos y bajos del tiempo…44 Figura 2.21 Imagen de un Servomotor……….….45 Figura 2.22 Servomotor Desmontado………..46

Figura 2.23 PWM para recorrer todo el rango de operación del servo…………...………..47 Figura 2.24 Tren de pulsos para control del servo………..……..47 Figura 3.1 Isométrico en Vista Frontal……….50 Figura 3.2 Isométrico en vista posterior………50 Figura 3.2 Isométrico en vista posterior………52 Figura 3.4 Vista superior del espacio de trabajo………...53 Figura 3.5 Conexión del puente H al motor de CC………...55 Figura 3.6 Dimensiones del Brazo Robótico………...….55 Figura 3.7 Análisis Geométrico del Brazo Robótico………....56 Figura 3.8 Posición Inicial del Brazo Robótico………...….61 Figura 3.9 Posición de la nueva configuración angular [0 45 -90 135 0]……….…62 Figura 3.10 Posición del brazo robótico para las coordenadas [237.2792 0 123.8592]….68 Figura 4.1 Métodos de sujetar una pieza……….…..76 Figura 4.2 formas de sujeción……….…..76 Figura 4.3 Ley de interacción de fuerzas………..77 Figura 4.4 Elementos que interactúan en la sujeción de piezas, 1 dedo, 2 mandíbula, 3pieza, Coeficiente de rozamiento……….………….………..78 Figura 4.5 Vista en planta de dos situaciones de pinzado, Pinza de dos dedos con mandíbula en V y Pinza de tres dedos………..……79

Figura 4.6 Relaciones de las fuerzas de sujeción durante un movimiento ascendente…….79 Figura 4.7 Diversos movimientos típicos y las fuerzas que se producen en ellos…………81 Figura 4.8 sensores piezorresistivos FSR………...…..84 Figura 4.9 Capas de un FSR……….…85 Figura 4.10 Señal de salida de un FSR……….85 Figura 4.11 Efector final o gripper del robot………...….86 Figura 4.12 Localización de los sensores en el gripper………...….86 Figura 4.13 Vista del “form” del programa desarrollado en Visual Basic…..………….….90 Figura C1 Circuito de conexión del puente h………...………..….126 Figura C2 Circuito de conexión del buffer 74LS243N………...…126 Figura C3 circuito de conexión de buffer y puente h juntos………...127

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Diagrama entre Cinemática Directa e Inversa……….………25 Tabla 3.1 tren de pulsos para los servos de las articulaciones………..54 Tabla 3.2 Parámetros de la Matriz de Denavit-Hartenberg………..56 Tabla 4.1 Sujeción por forma y rozamiento………..80 Tabla 4.2 Correlación próxima entre objetos y tipos de pinzas………..…..82

ANEXO A

Instituto Politécnico Nacional

Gripper

_Plano

No.

11A

Diseño Mecánico Acot. mm Esc. Ninguna Fecha: 10/04/09

Instituto Politécnico Nacional

Gripper

_Plano

No.

11B

Diseño Mecánico Acot. mm Esc. Ninguna Fecha: 10/04/09

Instituto Politécnico Nacional

Servomotor Batan B1221 y B1223

Plano

No. 12

Diseño Mecánico Acot. mm Esc. Ninguna Fecha: 10/04/09

Instituto Politécnico Nacional

Accesorios de Sujeción

Plano

No. 13

Diseño Mecánico Acot. mm Esc. Ninguna Fecha: 10/04/09 Accesorios de Sujeción para los Servomotores

ANEXO B

In document DESARROLLO Y ANALISIS CINEMATICO DE UN BRAZO ROBOTICO PARA LA SELECCION DE PIEZAS (página 98-145)