Proyecto Final Robotica

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERIAS

299012_1 – ROBOTICA AVANZADAACTIVIDAD 15: Proyecto final (Tarea grupal)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ROBOTICA AVANZADA

Trabajo de calificación Individual y grupal

Presenta

Wilbert Murillo MosqueraCC. 16495599

Tutor

Ing. Wagner Manuel Enrique

Palmira 2013_2 – Diciembre




INTRODUCCION

La idea del proyecto es la construcción de un robot manipulador capaz de realizar tareas necesarias en el trabajo de la industria, utilizando los conocimientos adquiridos en las diferentes unidades del módulo robótica con la ayuda de los programas de matlab para el modelado y robocell

Objetivos del trabajo: Evaluar e implementar la teoría vista durante el desarrollo del Módulo. Descubrir los temas específicos que se necesitan dominar en la implementación de un diseño Robótico. Establecer y defender posiciones con evidencia y argumento sólido. Volver el razonamiento más flexible en el procesamiento de información y al enfrentarse a las obligaciones adquiridas. Practicar habilidades que necesitará para su desempeño laboral.

ACTIVIDADES A DESARROLLAR

Primera Parte: Realizar un diseño previo de un manipulador móvil, en el cual los datos de cada una de las articulaciones, grados de libertad, ángulos y tipos de movimiento y posición serán dados por cada uno de los estudiantes, esto quiere decir que todos los diseños serán diferentes.

Se sugiere tomar una necesidad vista en sus lugares de trabajo, para el movimiento de objetos o transporte de los mismos.

Segunda Parte: A partir de los datos dados en la primera parte se procederá a realizar los cálculos necesarios para el diseño del modelo ideado, estos cálculos se deben hacer por medio de una herramienta computacional como Matlab (Preferiblemente, dado que con Scilab se han tenido inconvenientes al momento de utilizar ciertos comandos, tal vez por el tipo de versión). Los cálculos requeridos son para crear el modelo cinemático, dinámico y de posición y orientación del manipulador.




El estudiante debe reunir toda la información, cálculos, gráficos, soluciones iniciales, en forma sistemática y subir un archivo (.pdf) en el espacio destinado para (Entrega Final). Se puede estructurar el desarrollo de este trabajo de la siguiente manera: Etapa 1: Reconocimiento de la situación problemática.

Cada integrante deberá reunir información y aprender nuevos conceptos, principios o habilidades a medida que avanza en el proceso de resolución del problema.

Etapa 2: Definir completamente el problema. Al tener el problema completamente entendido, comenzar a definir claramente cada una de sus partes, requisitos, etc. De todas las propuestas de solución se debe seleccionar la mejor o estructurar una nueva basada en cada una de las soluciones previamente analizadas.

Etapa 3: Explorar el problema.

Comenzar a definir la posible solución y cómo se comportaría el diseño al estar completamente implementado.

Etapa 4: Plantear la solución. Plantear los primeros datos para iniciar así con el diseño del modelo, solución al problema planteado.

Etapa 5: Desarrollar el plan propuesto. Teniendo bien definida la solución realizar todos los procedimientos, cálculos y gráficos necesarios para llegar a la culminación del modelo.

Etapa 6: Evaluar el proceso

De acuerdo a los resultados obtenidos, evaluar el diseño presentado de acuerdo a las diferentes propuestas que se desarrollaron a lo largo del proceso de diseño.




Especificaciones de la entrega

Cuarta Parte: Realizar la simulación del robot diseñado, mediante Robocell. Se deberá realizar un video de la simulación, en la cual se pueda observar los movimientos esperados.La programación del robot se deberá incluir en el trabajo final.

Descripción del problema

En la industria se utilizan almacenes para el almacenamiento de insumos, pero el espacio horizontal es limitado y es necesario recurrir a la verticalización, ubicando productos, almacenados en sacos o canecas por ejemplo, en pilas, uno sobre otro. Si este proceso no se realiza adecuadamente, puede conllevar a la inestabilidad de la pila y provocar que se derribe, con todos los problemas adicionales que esto implique.

Definición precisa del problema

Para observar la viabilidad de la solución se desea implementar una solución a escala, con solo 4 elementos a apilar que representan los barriles con insumos y un solo sitio de apilamiento para estos 4 barriles. Para facilitar el proceso, los elementos a apilar son ubicados en

unos puntos fijos iniciales. Estos puntos se han determinado respecto a la zona central del almacén con las coordenadas en milímetros de:

a) (350,-300)b) (350,-150)c) (350,-50)d) (350,110)

Y el lugar a donde se desean llevar con las coordenadas (100,400). Cada barril tiene una altura de 60mm y un radio de 20mm. Vale aclarar de nuevo que es un desarrollo a escala. Los barriles se encuentran ubicados inicialmente sobre una banda transportadora, estando elevados 80mm con respecto al punto de referencia (centro del almacén) y el sitio a donde serán llevados está elevado 10mm.

Exploración del problema




Como posible solución, haciendo uso de los los sistemas robóticos multicuerpo, está la implementación de un robot ubicado en el centro del almacén, el punto de referencia mencionado, el cual pueda rotar sobre su eje Z y tener 3 articulaciones con un solo grado de libertad en cada una. El segmento final se compone de una pinza, la cual será utilizada para sujetar los barriles. Otra solución es la anterior, pero el robot no ubicado en el piso sino en el techo, desplazando el nuevo punto de referencia con respecto al anterior solo en la coordenada Z. El problema de control consiste en dar unas coordenadas (x,y,z) de ubicación de la punta y el robot debe estar en capacidad de ubicarla en ese punto.

Desarrollo del plan propuesto

Lo primero es diseñar un robot similar al presentado en la figura 1. La punta de la pieza 4 representa la coordenada donde se desea ubicar la punta del robot, pero en realidad es una pinza.

Figura 1. Bosquejo de robot, compuesto por 4 piezas.

La idea es que la pinza siempre apunte hacia abajo, así que la pieza P4 debe estar siembre vertical. Además, la pieza 1 está anclada, solo rota, por lo que la articulación p1-p2 está siempre en el mismo punto. A partir de esto se plantea todo el diseño matemático compactado en la figura 2.

Figura 2. Diseño geométrico del robot.

Primero que todo, el usuario desea que el robot se ubique en un punto dado, x y z. A partir de las coordenadas x y y se obtiene el valor




r y el angulo rotar, que es la rotación sobre el propio eje, tal como se muestra en la figura 3.

rotar=tan−1( yx )

Figura 3. Obtención de r. r=√x2+ y2

Ahora es necesario obtener el triángulo naranja, con los lados h-r-q y ángulo Ø:

h=z+ p 4−p1

q=√r2+h2

Ø=tan−1( hr )

Para obtener los valores del triángulo verde, con lados q-p2-p3 y ángulos internos aq-a2-a3, se hace uso de la ley de cosenos, y se obtienen los ángulos internos:

Ya conocidos todos estos datos, se procede a obtener los valores de rotación y traslación a aplicar al robot. Si se hacen en el orden adecuado, se convierte en una tarea muy sencilla, como se presenta en la figura 4.

Cálculo de rotaciones

Figura 4. Aplicación de rotaciones y traslaciones en el orden adecuado.

En la figura 4 se observa que primero se rota y luego se ubica la pieza más externa. Luego esta se agrupa con la siguiente pieza y se rota y después se traslada el conjunto, y así sucesivamente hasta el punto central. Cada operación de rotación y traslación equivale a aplicarle al vector de posición de la pieza una matriz de rotación o traslación, según sea el caso. El diseño de la apertura y cierre de la pinza no es necesario




ya que es una operación directa, aislada del proceso de ubicación de la punta.

Se anexa el resultado del diseño para ubicar la punta en un punto dado, mediante la herramienta mathematica. De ahí en adelante solo son operaciones de movimientos de una coordenada a otra y apertura y cierre de la pinza, que se presentan de forma muy organizada en la simulación con robotcell.

Las coordenadas usadas en robotcell se agrupan en la tabla 1.

Punto x y z1 330 -42 9352 350 -290 2643 350 -300 1154 350 -150 2005 350 -150 1156 350 -50 2007 350 -50 1158 350 110 2009 350 110 115

10 100 400 40011 100 400 4012 100 400 10013 100 400 16014 100 400 220

Tabla 1. Coordenadas usadas en la programación del robot en robotcell.

La programación en robotcell se presenta en la figura 5.

Figura 5. Programación del robot.

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