Diseño mecánico de un manipulador industrial para emular el movimiento del brazo humano
Fecha
2020-11-19
Autores
Director
Enlace al recurso
DOI
Google Scholar
gruplac
Descripción Dominio:
Título de la revista
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad Santo Tomás
Compartir
Documentos PDF
Cargando...
Resumen
Por medio de este proyecto se llegó al diseño mecánico de un manipulador industrial de cuatro grados de libertad, viable para su manufactura y puesta en marcha, este robot tiene como objetivo la emulación e imitación de movimientos de un operario. El procedimiento de diseño se realizó mediante el reconocimiento de los requerimientos del proyecto Fodein 2020, por parte de los investigadores y de la situación misma en la que se proyectó el uso del manipulador, el diseño también se direccionó a partir del método de manufactura y materiales disponibles en la Universidad Santo Tomas.
Por otra parte, el proceso para elegir la adecuada configuración del robot se basa en las diferentes configuraciones de su morfología y sus implicaciones en cuanto a cómo estas influyen en las trayectorias, se decide a partir de un análisis de alterativas, con los criterios basados en los requerimientos generados, la más adecuada. Se optó por una configuración de robot articular, con cuatro grados de libertad, ya que, para desarrollar los movimientos deseados que corresponden a movimientos del brazo humano estos cuatro grados son suficientes.
El diseño de manipuladores requiere de forma imprescindible de modelos cinemáticos y cinéticos, esto como fundamento de los torques necesarios para realizar las trayectorias. Estos modelos se realizaron de manera consecuente, en primer lugar, se generaron cálculos para la cinemática directa e inversa del robot, las cuales dan como resultado ecuaciones para la posición y orientación del efector final y posterior, los ángulos de rotación de cada articulación. En cuanto al modelo dinámico se trabajaron modelos de Newton Euler y Lagrange para conocer velocidades, aceleraciones y torques de las articulaciones.
Para el desarrollo del diseño de detalle se parte de los actuadores elegidos con un cálculo preliminar de torque en función de la inercia y la aceleración angular. La forma, tamaño y disposición de ensamble de los actuadores elegidos, ofrece soluciones óptimas para este tipo de desarrollos, los motores son MX-64 y MX-28, servomotores con encoder y carcasa. Estas características son esenciales en el diseño del manipulador ya que los mismos motores funcionan como articulaciones. Con este diseño preliminar se realizan análisis por elementos finitos, obteniendo las deformaciones, esfuerzos de Von Misses y factor de seguridad del modelo. La planeación de la manufactura se basa en el prototipado rápido de modelado por deposición fundida (FDM), en impresora 3D con material ZUltra (ABS).
Abstract
Through this project, the mechanical design of an industrial manipulator with four degrees of freedom was reached, viable for its manufacture and start-up. This robot aims to emulate and imitate the movements of an operator. The design procedure was carried out through the recognition of the requirements of the Fodein 2020 project, by the researchers and of the situation itself in which the use of the manipulator was projected, the design was also directed from the manufacturing method and materials available at the Santo Tomas University.
On the other hand, the process to choose the appropriate configuration of the robot is based on the different configurations of its morphology and its implications regarding how these influence the trajectories, it is decided from an analysis of alteratives, with the criteria based In the requirements generated, the most appropriate. A joint robot configuration was chosen, with four degrees of freedom, since these four degrees are sufficient to develop the desired movements that correspond to movements of the human arm.
The design of manipulators absolutely requires kinematic and kinetic models, this as a basis for the torques necessary to carry out the trajectories. These models were carried out consistently, firstly, calculations were generated for the direct and inverse kinematics of the robot, which result in equations for the position and orientation of the end and posterior effector, the angles of rotation of each joint. Regarding the dynamic model, Newton Euler and Lagrange models were worked to know speeds, accelerations and torques of the joints.
For the development of the detailed design, the chosen actuators are based on a preliminary calculation of torque as a function of inertia and angular acceleration. The shape, size and assembly arrangement of the chosen actuators offers optimal solutions for this type of development, the motors are MX-64 and MX-28, servomotors with encoder and housing. These characteristics are essential in the design of the manipulator since the same motors function as joints. With this preliminary design, finite element analysis is performed, obtaining the deformations, Von Misses stresses and the safety factor of the model. The manufacturing planning is based on the rapid prototyping of fused deposition modeling (FDM), in 3D printer with ZUltra material (ABS).
Idioma
spa
Palabras clave
Citación
Cifuentes Gómez, M. (2021). Diseño mecánico de un manipulador industrial para emular el movimiento del brazo humano [Tesis de Pregrado en Ingeniería Mecánica, Universidad Santo Tomás] Repositorio Institucional
Colecciones
Licencia Creative Commons
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombia