T2-analisis y control de robots, Guías, Proyectos, Investigaciones de Robótica

¡Descarga T2-analisis y control de robots y más Guías, Proyectos, Investigaciones en PDF de Robótica solo en Docsity! UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 1 | P á g i n a Análisis y Control de Robots (MT517) 2023-1 Profesor: Ivan Arturo Calle Flores Integrantes: Código  Avilés Bonilla, Vhania 20191077H  Cama Portal, Héctor Sandro 20191059J  Cueva Carranza, Josue Toni 20192507F Grupo: 6 Sección: “A” Fecha de entrega: 08-05-2023 Diseño de un manipulador robótico de 2 grados de libertad Facultad de Ingeniería Mecánica Informe N°2 U IVERSIDAD ACIONAL DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 2 | P á g i n a INDICE 1. CAPÍTULO III: DISEÑO USANDO TECNICAS DE INGENIERIA ............................................. 3 1.1. SISTEMA DE ACTUACIÓN: ............................................................................................................ 5 1.1.1. SELECCIÓN DE ACTUADORES: ............................................................................................... 5 1.1.2. SELECCIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS: .............................................................. 7 1.1.3. SELECCIÓN DE ACCESORIOS MECÁNICOS: ....................................................................... 10 1.1.4. SELECCIÓN DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN: ............................................................. 11 1.1.5. MATERIAL SELECCIONADO PARA EL MANIPULADOR ................................................... 12 1.2. SISTEMA ELECTRÓNICO ............................................................................................................. 12 1.2.1. DISEÑO DE LA PLACA PCB ..................................................................................................... 12 1.2.2. VISTAS DE LA PLACA PCB ...................................................................................................... 13 1.3. SISTEMA MECÁNICO ................................................................................................................... 14 1.3.2. ENSAMBLAJE DEL MANIPULADOR ................................................................................................. 21 1.3.3. ESPECIFICACIONES DEL RANGO DE MOVIMIENTO ......................................................................... 26 1.3.4. VISTA EXPLOSIONADA .................................................................................................................. 27 1.3.5. ASIGNACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COORDENADAS SEGÚN DENAVIT-HARTENBERG ...................... 28 1.3.6. OBTENCIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS UTILIZANDO SOLIDWORKS ........................................ 29 1.4. LISTA DE MATERIALES Y COSTOS: .......................................................................................... 32 2. DIAGRAMA DE GANTT .................................................................................................................. 32 3. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 33 4. ANEXOS .............................................................................................................................................. 33 4.1.1. PLANOS DEL SISTEMA MECÁNICO ...................................................................................... 33 INDICE DE TABLAS TABLA 1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y GENERALES DEL MOTOR DC CON ENCODER. ................................................................................................................................ 5 TABLA 2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y GENERALES DEL SERVOMOTOR SG90 ........ 6 TABLA 3. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL ARDUINO MEGA ............................................ 7 TABLA 4. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL DRIVER L298N ................................................ 8 TABLA 5. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LAS CÁMARAS WEB ........................................ 9 TABLA 6. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LA FUENTE SWITCHING .............................. 11 TABLA 7. PARÁMETROS DE DENAVIT-HARTENBERG .............................................................. 28 TABLA 8. LISTA DE MATERIALES Y COSTO ................................................................................. 32 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 5 | P á g i n a CAPÍTULO III: DISEÑO USANDO TECNICAS DE INGENIERIA En el presente capítulo se realiza el diseño del actuador robótico de dos grados de libertad usando técnicas de ingeniería. Primero, se desarrolló el diseño mecánico utilizando el software CAD SolidWorks. Luego se analizó el sistema de actuación mediante el uso de modelos dinámicos simulados en el software Matlab. Finalmente, se diseñó la tarjeta de circuito impreso del circuito electrónico utilizando el software EDA Eagle PCB Design And Electrical Schematic Software. 1.1. SISTEMA DE ACTUACIÓN: 1.1.1. SELECCIÓN DE ACTUADORES: Se utilizarán Motores DC 78:09:1 MP DC 4.5W/12V con encoder 48 CPR y soporte fijo. FIGURA 1. Motor DC con encoder Especificaciones Valores Modelo del motor 78:09:1 MP Metal DC Geared-Down Motor 25D x 62.5L mm 4.5W/12V with 48 CPR Encoder and fix bracket Máxima Potencia (W) 4 Peso (g) 120 Torque (kg.cm) 9.3 Intensidad de corriente (A) 2.1 Voltaje de operación del encoder (V) 3.3 a 24 Velocidad angular (RPM) 96 Costo (S/.) 85 TABLA 1. Especificaciones técnicas y generales del motor DC con encoder. Sitio de venta: Oficina de Ingeniero Calle UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 6 | P á g i n a Enlace de donde se extrajo las especificaciones: https://www.cqrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=1307 Para el efector final se eligió un Servomotor, esto irá unido a un sistema de engranajes que permita mover unas pinzas las cuales harán el recojo de los frutos para su correcta selección. FIGURA 2. Servomotor SG90 Especificaciones Valores Modelo del motor SG90 Par de parada (kgf.m) 1.8 Velocidad de operación (s/°) 0.1/60 Voltaje de operación (V) 4.8 Ancho de banda muerta (µs) 10 Rango de temperatura (°C) 0 – 55 Rango rotacional (°) 180 Peso del motor (g) 9 Dimensiones (mm) 22.2 x 11.8 x 31 Costo (S/.) 35 TABLA 2. Especificaciones técnicas y generales del Servomotor SG90 Sitio de venta: Jr. Paruro 1322 – Galería Santa Rosa. Tienda:266 Enlace de donde se extrajo las especificaciones https://datasheetspdf.com/pdf- file/791970/TowerPro/SG90/1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 7 | P á g i n a 1.1.2. SELECCIÓN DE COMPONENTES ELECTRÓNICOS:  Placa de Microcontrolador Arduino MEGA: La Arduino Mega 2560 es una placa basada en el microcontrolador ATMega2560. Dispone de 54 entradas y salidas digitales, de las cuales 15 pueden ser usadas como salidas PWM (Pulse Width Modulation), 4 puertos seriales por hardware (UART), un cristal de 16 MHz, una conexión USB, un conector de alimentación, un conector ICSP para programación y un botón de reset. FIGURA 3. Arduino MEGA Especificaciones Valores Microcontrolador ATmega2560 Velocidad del reloj (MHz) 12 EEPROM (KB) 4 SRAM (KB) 8 Memoria Flash (KB) 256 (8 KB utilizada para el arranque) Voltaje de funcionamiento (V) 5 Voltaje de entrada (recomendado) (V) 7 - 12 Pines de entrada analógica 16 Pines de E/S digitales 54 (14 con salida PWM) Corriente DC para 3.3 V 50 mA Corriente DC por pin E/S 40 mA Costo (S/.) 80 TABLA 3. Especificaciones técnicas del Arduino MEGA Sitio de venta: Jr. Paruro 1322 – Galería Santa Rosa. Tienda: 266 Enlace de donde se extrajo las especificaciones: https://www.teslaelectronic.com.pe/producto/arduino-mega-r3-compatible-con- cable-usb/ UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 10 | P á g i n a 1.1.3. SELECCIÓN DE ACCESORIOS MECÁNICOS:  Tornillo M3 de estrella Se usarán tornillos M3 (con diámetro de 3 mm) y cabeza hexagonal, de diferentes medidas de longitud: 15 mm, 20 mm, 28 mm; de esta manera se acoplarán todos los componentes FIGURA 6. Tornillo de cabeza redonda  Tornillo sin fin y corona También se usará un acople de un tornillo sin fin con un piñón que permita transmitir el movimiento del segundo motor DC. FIGURA 7. Acople del tornillo sin fin con su corona UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 11 | P á g i n a 1.1.4. SELECCIÓN DE LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN: Se utilizó la Fuente de Alimentación Switching 12v y 15A Energysource ya que cuenta con protección contra sobre carga, sobrevoltaje y corto circuitos y Permite variar el voltaje de salida de su valor nominal, brindando la máxima estabilidad de tensión de salida FIGURA 8. Fuente de Alimentación Switching Especificaciones Valores Modelo TP-PS22 Marca ENERGYSOURCE Tipo Fuente de Alimentación Switching Voltaje de entrada 110 – 250 V AC Voltaje de salida 12 V DC Amperaje 15A Carcasa Aluminio Costo (S/.) 45 TABLA 6. Especificaciones técnicas de la Fuente Switching Sitio de venta: Jr. Paruro 1322 – Galería Santa Rosa. Tienda: 113 Enlace de donde se extrajo las especificaciones: https://westor.pe/fuente-de-alimentacion-switching-12v-15a-tp-ps22- energysoource/ UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 12 | P á g i n a 1.1.5. MATERIAL SELECCIONADO PARA EL MANIPULADOR Se utilizará el MDF (tablero de fibra de densidad media) ya que es ideal para procesos de mecanizado y bajo relieve. Además, es muy económico y cumple con nuestros requerimientos de diseño. FIGURA 9. MDF de 5.5 mm de grosor 1.2. SISTEMA ELECTRÓNICO 1.2.1. DISEÑO DE LA PLACA PCB Para controlar los motores DC de nuestro manipulador robótico diseñamos una placa PCB el cual nos permitirá acoplar ambos motores con su respectivos encóders y de esa manera controlar el movimiento gradual y preciso del manipulador. Para el diseño de la PCB utilizamos el software Eagle. FIGURA 10. Circuito electrónico UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 15 | P á g i n a  Soportes sin Huecos Laterales de la Base: Función: Sostener la base donde se asentará el segundo motor. FIGURA 15. Vista Isométrica del Lateral Sin Hueco Material: MDF Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser  Base Superior Hexagonal – Motor 1: Función: Sostener el peso del segundo motor y del armazón que contiene al gripper. Se le adicionó un hueco para permitir que los cables del segundo motor puedan conectarse a la placa. FIGURA 16. Vista Isométrica de la Base Superior Hexagonal Material: MDF Dimensiones: Hexágono regular de 220 mm de lado Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 16 | P á g i n a  Base Móvil Flotante – Motor 2: Función: Esta base contiene el eje que irá conectado al motor número 1, es la base que se moverá acorde a la información obtenida y de igual manera sostendrá al motor 2 y a todo su sistema de transmisión de potencia. FIGURA 17. Vista Isométrica de la Base Móvil Flotante Material: MDF Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser  Soportes del Segundo Motor: Función: Estos soportes evitarán que el motor flote y el sistema de transmisión de potencia sea ejecutado con efectividad. En ellos descansará el segundo motor. FIGURA 18. Vista Isométrica de los Soportes del Segundo Motor Material: MDF Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 17 | P á g i n a  Soportes del Sistema de Transmisión de Potencia: Función: Estos soportes sirven como eje para que el engranaje del sistema de transmisión de potencia pueda funcionar correctamente. Aquí se conecta los brazos de palanca del gripper que permitirá el movimiento de 0° a 90°. FIGURA 19. Vista Isométrica de los Soportes del Sistema de Transmisión de Potencia Material: MDF Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser  Brazo de palanca: FIGURA 20. Vista Isométrica de los Brazos de Palanca Material: MDF Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Corte Láser UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 20 | P á g i n a b) IMPRESIÓN 3D: Se realizó impresión 3D para tres piezas en específico puesto que no las encontramos en el mercado.  Tornillo Sin Fin con Corona: Función: Este mecanismo transmite la potencia del eje del motor DC a los brazos de palanca del manipulador. FIGURA 26. Vista Isométrica del Sistema de Transmisión de Potencia Material: PLA Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Impresión 3D  Engranaje del Gripper: Función: Este engranaje va conectado directamente al eje del servomotor y es el que permitirá el funcionamiento de las pinzas del gripper FIGURA 27. Vista Isométrica del Engranaje del Gripper Material: PLA Dimensiones: Especificado en el anexo Método de Fabricación: Proceso mediante Impresión 3D UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 21 | P á g i n a 1.3.2. Ensamblaje del Manipulador Paso 1: Colocamos la base inferior del manipulador en una superficie plana FIGURA 28. Referencia del Primer Paso de Ensamblaje Paso 2: Ubicamos los soportes en cada agujero de la superficie hexagonal, aplicamos un poco de super glue para adherir todas las partes y evitar su movimiento. Ubicamos el motor dentro de la caja, de igual manera ubicamos la placa con los componentes soldados y también su fuente de alimentación. Ese es el motivo de la amplitud de la base, para que pueda contener todo el sistema electrónico FIGURA 29. Referencia del Segundo Paso de Ensamblaje Paso 3: Colocamos la tapa de la caja FIGURA 30. Referencia del Tercer Paso de Ensamblaje Paso 4: En el eje sobresaliente del primer motor ubicamos la base del segundo motor. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 22 | P á g i n a FIGURA 31. Referencia del Cuarto Paso de Ensamblaje Paso 5: Ubicamos los soportes del segundo motor en los huecos de la base del segundo motor FIGURA 32. Referencia del Quinto Paso de Ensamblaje Paso 6: En un apartado armamos el mecanismo de transmisión de potencia:  Primero armamos un lateral del mecanismo FIGURA 33. Referencia del Sexto Paso de Ensamblaje primer punto UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 25 | P á g i n a  Ubicamos el cuerpo de las pinzas FIGURA 40. Referencia del Noveno Paso de Ensamblaje tercer punto  Unimos todo con los tornillos y tuercas FIGURA 41. Referencia del Noveno Paso de Ensamblaje cuarto punto  Ubicamos el engranaje del servomotor y tenemos el gripper armado. FIGURA 42. Referencia del Noveno Paso de Ensamblaje quinto punto UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 26 | P á g i n a Paso 10: Ubicamos el gripper en el medio de la base del gripper y lo adherimos con el soporte y finalmente el manipulador está armado. FIGURA 43. Referencia del Décimo Paso 1.3.3. Especificaciones del Rango de Movimiento:  Movimiento de la base: FIGURA 44. Movimiento de la base UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 27 | P á g i n a  Movimiento del antebrazo: FIGURA 45. Movimiento del antebrazo 1.3.4. Vista Explosionada FIGURA 46. Vista explosionada UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 30 | P á g i n a FIGURA 50. Propiedades físicas del eslabón 1  Para el segundo eslabón FIGURA 51. Eslabón 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 31 | P á g i n a FIGURA 52. Propiedades físicas del eslabón 2 UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 32 | P á g i n a 1.4. LISTA DE MATERIALES Y COSTOS: Componentes Precio Cantidad Precio Total Motor DC 85 2 170 Arduino MEGA 80 1 80 Driver L298N 15 1 15 Cámara WEB 70 1 70 Servomotor G90 35 1 35 Fuente Switching 45 1 45 Tornillos M3 0.2 12 2.4 Tuerca M3 0.2 12 2.4 Soporte 0.2 1 0.2 Espadín Macho 1 3 3 Bornera 2p 0.6 5 3 MDF 5.5 mm 45 1 45 Corte Láser 39 1 39 Lija 2 1 2 Impresión PCB 35 1 35 Total 547 FIGURA 53. Lista de materiales y costo 2. DIAGRAMA DE GANTT FIGURA 54. Diagrama de Gantt del Desarrollo del Manipulador de Dos Grados de Libertad UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 35 | P á g i n a  Soporte: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 36 | P á g i n a  Gripper: UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Análisis y control de robots 37 | P á g i n a  Explosionado: