Estructura mecanica de un robot

1. OBJETIVOS:
1.1 General:
• Investigar los métodos de solución de cinemática inversa y dinámica para los robots industriales.
1.2 Específicos:
• Analizar las diferencias entre la cinemática directa y la cinemática inversa.

2. INTRODUCCIÓN:

El diseño de leyes de control para robots manipuladores de grados de libertad requiere el conocimiento previo de su modelo dinámico. A su vez, esnecesario un algoritmo de generación de trayectorias el cual requiere el conocimiento de los modelos cinemáticas del robot. Estos son pues indispensables en el desarrollo de un sistema de control para robots manipuladores. El presente trabajo se enfoca en los resultados obtenidos del estudio de la cinemática de un robot industrial de 6 grados de libertad, producido por CLOOS (empresa alemana),modelo Romat 56. Sus uniones son rotativas. El movimiento de sus eslabones es producido por medio de motores de corriente directa acoplados con juegos de engranes. Su estructura es semejante al de un robot tipo PUMA
(Programmable Universal Manipulator for Assembly), pero no es idéntico. Su peso es de de 110 kg. Su altura máxima (todo extendido verticalmente) es de 2.1 mts. En su extremidad final seanexa la herramienta con la cual va a realizar la tarea programada, y cuyo peso no puede exceder de 5 kg.

Figura. Manipulador tipo PUMA.
El robot cuenta con 6 servomotores de corriente directa para el control de cada eslabón, estos tienen instalados en la flecha encoderes ópticos de 1024 pulsos por revolución, a su vez cada motor cuenta con un freno mecánico el cual se controla con una señaldigital de 24 Volts; cada motor se controla a través de un servoamplificador cuya función es amplificar la señal de control de la computadora de +/- 10 Volts a una señal de corriente, los servoamplificadores estan programados en lazo de corriente.


3. MARCO TEÓRICO:

Estructura Mecánica del Robot Industrial
Mecánicamente, un robot es una cadena cinemática formada deeslabones unidosmediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La forma física de la mayoría de los robots industriales es similar a la de la anatomía del brazo humano.

Tipos de Articulaciones en un Robot
Existen varios tipos de articulaciones, pero en la práctica se emplean mayoritariamente articulaciones prismáticas y de rotación.
Articulación Lineal oPrismática (variable d) (1 Grado de libertad)

Articulación Rotacional o Revoluta (variable θ) (1 Grado de libertad)

El problema Cinemática Inverso
El objetivo del problema cinemática inverso consiste en encontrar los valores que deben tomar las variables articulares del robot para que su extremo se posicione y oriente según una determinada localización espacial. La ecuación matemática querepresenta lo anterior es:

Donde:
n q 1 = Son las variables de las articulaciones.
Para articulaciones revolutas las variables son ángulos.
Para articulaciones prismáticas las variables son distancias.
x, y, z = Coordenadas de la posición del extremo del robot.
= Ángulos de la orientación del extremo del robot.
n = Número de grados de libertad

A diferencia del problema cinemático directodonde de una manera sistemática sistemática e independiente de la configuración del robot se llega a una solución, en el problema cinemático inverso el mecanismo de solución es fuertemente dependiente de la configuración y con frecuencia la solución no es única.

Normalmente los métodos geométricos nos permiten obtener normalmente los valores de las primeras variables, que son las que consiguenposicionar el extremo del robot en un punto determinado. También es posible recurrir a manipular directamente a la ecuaciones obtenidas del problema cinemático directo.

En muchos robots de 6 grados de libertad es posible aplicar acoplamiento cinemático, para que los ejes dedicados al posicionamiento y los ejes dedicados a la orientación, sean tratados como dos problemas independientes....