Robótica

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Diseño y Construcción de un Robot de 3 Grados de Libertad (Diciembre 2009)
Abstract— En este reporte se presenta el reto de construir un robot de 3 grados de libertad que sea capaz de actuar como apoyo en el desarrollo de un proyecto del Cinvestav. En el presente trabajo se propone una solución a este problema mediante el diseño de un robot con configuración articular de brazoantropomórfico, utilizando servomotores controlados por un microcontrolador, el cual a si vez deberá de contar con comunicación serial con la computadora.

Palabras clave—Grados de libertad, Comunicación serial, Denevit-Hartenberg, Cinemática, Jacobiano, PWM.

INTRODUCTION

L
a robótica es una rama de la ciencia relacionada con la inteligencia artificial y la ingeniería mecánica. En los tiemposactuales en los que en la industria se exigen estándares cada vez más estrictos, y existen cada vez mayor cantidad de actividades de alto riesgo, se hace necesaria una máquina que pueda desarrollar actividades que de otra forma pondrían en riesgo la vida o la salud de un ser humano, además de que se realicen con los estándares requeridos, es aquí en donde el estudio, diseño y aplicación de los robotsse convierte en algo importante para continuar con el desarrollo de la humanidad. Este pequeño proyecto servirá como iniciación en ésta área de la ciencia, con un robot que, no por ser sencillo en apariencia, deja de cumplir su objetivo de enseñarnos los principios y habilidades necesarias para desarrollar proyectos de robótica que sean más complicados.
A continuación procederemos con elplanteamiento del problema que se debía de resolver mediante la aplicación de los conceptos aprendidos durante el curso de robótica, además de aplicar conocimientos de cursos anteriores.

Planteamiento del Problema

Se propone el diseño y la construcción de un robot de 3 grados de libertad controlado por un microcontrolador y con comunicación serial con la computadora. La configuración de los tresgrados de libertad puede ser de dos maneras, ya sea de una muñeca esférica o de un brazo antropomórfico.
Los motores que se pueden usar en el diseño elegido pueden ser de 2 tipos: motores a pasos o servomotores. El control de los motores elegidos debe ser atreves del microcontrolador, el cual deberá enviar las señales adecuadas a los motores para que se posicionen correctamente.
El papel dela comunicación serial en el proyecto será la de enviar los valores de las posiciones de cada motor, previamente elegidos por el usuario, al microcontrolador, el cual a su vez enviará las señales adecuadas a los motores.
Se comentó que la aplicación del robot podría ser la de manipular un foco o alguna fuente de luz como apoyo para el desarrollo del proyecto de generación y reconocimiento derostros en 3D.

Solución Propuesta

Para la elección de la configuración de los 3 grados de libertad se discutieron las 2 opciones presentadas en la sección anterior, las 2 configuraciones son muy similares, ambas se componen de 3 articulaciones rotacionales, la única diferencia que existe entre las opciones se encuentra en el último grado de libertad, en la muñeca esférica, la últimaarticulación tiene un eje de giro perpendicular al eje de giro de la articulación anterior, mientras que la configuración del brazo antropomórfico, en su último grado de libertad, el eje de rotación es paralelo al eje de rotación del segundo grado de libertad.
De las 2 opciones, se optó por la configuración de un brazo antropomórfico. Se seleccionó esta configuración debido a una ventaja fundamental quepresentaba sobre la otra opción para la aplicación deseada. Esta ventaja es que un último grado de libertad como el presentado por la muñeca esférica no presenta ninguna utilidad para los fines del robot, sin embargo, con una tercera articulación como la de un brazo antropomórfico se puede tener un poco mas de variedad de formas iluminativas.
Para el microcontrolador que se utilizaría para...
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