Plataforma PF

8/18/2019 Plataforma PF

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Arquitectura de

Robots.

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FIME-UANL.Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.

Universidad Autón !a de Nuev León.

"Plataforma de alta precisiónpara simuladores aeronáuticos".


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Tema. Diseño de articulaciones rotatorias con un alto nivel de precisión.

Descripción.En el presente documento se muestra la finalización del proyecto, el cual está conformado por una serie de aspectos que justifican y sustentan la elaboración del mismo. Ladocumentación está basada de acuerdo a las siguientes especificaciones como lo es el planteamiento del problema, análisis matemático y mecánico as mismo una investigaciónespecializada.

Propósito del trabajo.!lantear las bases del diseño propuesto para su elaboración, respaldando la estructuramecánica por medio de análisis, argumentando las limitantes y demostrando la variedad deaplicaciones en base al resultado obtenido.

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Tabla de Contenido.

Introducción 4 Planteamiento del problema 6

Resultado Tentativo 7 Hipótesis 7

Limitantes 8

Marco Teórico 10Desarrollo 11

Situación Tecnológica 11

Objetivo 11

Metodología 11

Diagrama GR !T1"

Reporte #inanciero 1$

%speci&icaciones t'cnicas 1$

Descripción 1$

Material Mínimo 1$

Re(uerimiento )revios 1$

Durante la ejecución 1$

)osterior a la ejecución 1$

Descripción del mecanismo por secciones 1*

utori+aciones 17

%jecución 17

%videncia de trabajo 1,

Referencias iblio!r"ficas #1

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Introducción.

Los robots son usados "oy en d a para llevar a cabo tareas peligrosas, dif ciles o repetitivas para el "ombre. #tras aplicaciones incluyen la limpieza de residuos tó$icos, e$ploraciónespacial, miner a, b%squeda y rescate de personas y localización de minas terrestres. En particular, los robots articulados son los más usados com%nmente. Las aplicaciones creanuna gran esperanza de que el cuidado y seguridad para el mundo puedan ser llevados a cabo por robots. &ecientemente, se "a logrado un gran avance en los robots dedicados a lamedicina, la e$ploración del fondo oceánico y e$ploración espacial. !ara esas tareas, robotsde tipo artrópodo son com%nmente utilizados.

#tros estudios señalan que los robots que cuentan con capacidades sensoriales 'al calor,fr o, "umedad, entre otras más( constituyen la %ltima generación de este tipo de máquinas)ompañ as industriales en general, eval%an si económicamente resulta ventajosomantenerlos, aunque se espera que en la medida en que la robótica y sus componentes seanmenos costosos, se vayan integrando en los procesos productivos y estarán cada vez más alalcance de todos, incluyendo las pequeñas y medianas empresas.

Este proyecto es una apuesta clara por la innovación tecnológica, imprescindible para ser competitivos y crear riqueza, en los procesos de fabricación de la industria manufacturera,mediante el diseño y desarrollo de una plataforma de fabricación fle$ible y autónoma basada en disciplinas de alto carácter tecnológico como son la robótica y la mecatrónica, yque tiene como objetivo la ejecución de aquellas tareas de fabricación que e$igen una alta precisión cuando se trabaja sobre piezas de gran tamaño.

Las plataformas de pesaje de alta precisión y velocidad *+ con clasificación -! / se personalizan seg%n las necesidades de los fabricantes de maquinaria y de equipos parafacilitar su integración el0ctrica y mecánica. Están diseñadas para su uso en procesosautomatizados en condiciones ambientales industriales. Las interfaces estandarizadasfacilitan la comunicación con sistemas de control.

)recisión uni&orme- De ultraligero a peso pesado .1n pesaje preciso le ayuda a gestionar materias primas, garantizar el cumplimiento de lasnormativas y mejorar la calidad del producto. !ara las aplicaciones de básculas desobremesa que precisan una alta fiabilidad con la mayor precisión disponible, las

plataformas de sobremesa !234 de alta precisión ofrecen un rendimiento e$celente conresoluciones de "asta /56 666 divisiones.

Dise/o &uncional.La construcción %nica de la plataforma la "ace adecuada para distintos entornos dif cilesLa protección frente a sobrecargas combinada con la palanca incorporada y la estructuramecánica de cojinete garantizan que la báscula mantenga unas prestaciones má$imasindependientemente de la aplicación.

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Planteamiento del problema.

7 medida que trascurre el tiempo y con el avance de la tecnolog a, muc"as de estas se vantornando obsoletas. Es el caso de la tecnolog a aplicada a la aeronáutica, la cual tiende ausar diseños antiguos y por ende se va volviendo vulnerable y fácil de irrumpir. #tro problema que se presenta es que se implementan sistemas de seguridad muy robustos queson dif ciles de distribuir, ubicar y adquirir y por lo tanto los costos son elevados.

Dentro de las caracter sticas que tienen los "e$ápodos cotidianos está la dependencia y la presencia parcial o completa de personal para monitorear el funcionamiento de dic"osistema o en su defecto un sistema autónomo, incrementando costos y poniendo en riesgo al personal por eventuales intrusiones violentas.

7ctualmente la sociedad e$ige mejor innovaciones ya sea en el área m0dica como en laaeronáutica. Aue sea "e$ápodo puede servir tanto como prototipo de aviación o para el áream0dica.

Mercado eron2utica3 eroespacial 4 De&ensa.Las empresas aeroespaciales y de defensa demostraron ser capaz de entregar buenosresultados globales en :6B6. 8in embargo, el entorno en el que operan mantienecada vez más dif cil, debido a la presión creciente de las inversiones de defensa yestrictos criterios de pr0stamo de las instituciones financieras.De acuerdo a las dificultades que enfrenta el sector, +EC7 ser a una respuestaimportante al permitir producir sus componentes con un alto nivel de precisión y enmenos tiempo. Esto permitir a al sector aeroespacial y de defensa europeo ser a%nmás competitivo.

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Resultado Tentativo.

Hipótesis.La automatización de un mecanismo para simular funcionamientos aeronáuticos enespacios interiores dará una mejor solución, ya que poseerá las mismas funcionalidades quelos sistemas de seguridad cotidianos usados para espacios interiores con la ventaja de tener los dispositivos a un menor costo y tamaño, y sin la necesidad de la supervisión del"ombre. Esto será posible gracias a la automatización que constará de tres partes como loson.

Diseño f sico que aguantará las caracter sticas f sicas del espacio o ambiente endonde el robot actuará.

Diseño electrónico que constará del control de sensores y de los motores para lamovilidad del robot.

Desarrollo del soft are que tendrá la función de adquirir datos y "acer la interfazentre el computador y el robot.

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imitantes.

1. El terren de tra(a) del r ( t será regular* variand sus !ediasde acuerd a las es+eci,caci nes dadas + r el e e de +r yect .

". /e tendrá un c ntr l general s (re el ! vi!ient de lase0tre!idades del r ( t !ediante el e!+le de s l seis ! t res+ara la !arc a de seis +atas.

Usand M2324 NEMA 1' este dis+ sitiv es un ! t r a +as s* l 5ue+er!ite una gran +recisión a la ra de utili6arl s* l 5ue se traduce enuna gran venta)a. 2tras de las venta)as 5ue +resenta el ! t r NEMA 1's n.-

7r + rci nan (a)a vi(ración.7 c acti(le a s (recalenta!ient .7 c ruid .Fácil !ani+ulación de + tencia 8!ediante 9 ntr lad r de +as sA$:;; en la 4AM7/ se re5uieren %

! t res NEMA 1'. Así 5ue este ! del de ! t r es el ideal +ara t d+r yect . >e(id a 5ue cada i!+res ra #> tiene sus +r +iascaracterísticas* se rec !ienda e0+eri!entar un + c antes de c !en6ara i!+ri!ir grandes ! del s c n la ,nalidad de enc ntrar la te!+eraturaadecuada +ara las i!+resi nes. Enc ntrarás 5ue c n r!e i!+ri!es!ás ! del s* !ás e0+eriencia vas t !and en i!+resión #> y c n esta+renderás. 4UM=A 84.e+ra+ U.niversal M.ega =. ard c n A.llegrc nduct r< 4UM=A es rica s lución electrónica de una característicat d -en-un +ara 4e+ra+ y tr s dis+ sitiv s de c ntr l nu!éric .

9uenta c n una At!ega"%&? ( rd . /us seis salidas de ! t r s n

ali!entad s + r l s c nduct res de +as s c !+ati(les +in 7 l lu. Elta(ler cuenta c n un agrada(le +uert de e0+ansión desarr llad ra+ y 5ue da acces a t d s l s +ines I @ 2* A>9 y I"9 n utili6ad s.4UM=A está dise ad +ara ser Be0i(le en la dis+ ni(ilidad de la uentede energía del usuari * +er!itiend a cual5uier uente de ali!entaciónde 1"C- #%C. Características.-

3a!a c !+act D 1#%!! 0 '%!!.

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3 tal!ente integrad t d en una s lución.9 !+ati(le Arduin "%&?-4# 8 unci na c n /+rinter*4e+etier-,r! are* Marlin uera de la ca)a


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I"9

#. La vel cidad del e0á+ d está esti!ada a la !íni!a.

$. La detección de event s se reali6ará sie!+re y cuand e0ista lasrestricci nes y alinea!ient s +redeter!inad s.

!arco Teórico.

Plataforma Stewart.

1na plataforma 8te art es un robot de arquitectura paralela con grados de libertad degran aplicación en la simulación de movimientos de diferente sistemas mecánicos como por aviones, barcos, "elicópteros, etc. !ara lograr imitar el movimiento de estos sistemasmecánicos se necesita calcular la cinemática inversa del robot para determinar cuáles sonlas posiciones que cada uno de los actuadores debe tener para lograr la posición yorientación deseada que permitirá realizar diferentes trayectorias trazadas .En este trabajose presenta la cinemática inversa de una plataforma 8te art de grados de libertadaplicado a la simulación de movimientos en un barco, determinando cuales son lasrestricciones del movimiento a trav0s del análisis de su espacio de trabajo determinado principalmente por la longitud de sus actuadores.

El mecanismo es una estructura cinemática compuesta por : plataformas y seis actuadoresen la cual la plataforma de base es fija, mientras que la plataforma superior y los actuadores son móviles. Los seis actuadores unen ambas plataformas que a su vez seensamblan por medio de juntas esf0ricas y?o universales. ay < puntos en la plataformasuperior, en cada punto salen : actuadores. Estos actuadores tienen un mecanismo que les permite modificar su longitud individualmente, esto permite posicionar y orientar la plataforma superior. Dic"a plataforma cuenta con seis grados de libertad en relación con la

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base, de manera que se puede mover en < direcciones lineales y < direcciones angulares oen combinación.

Desarrollo.

$IT%&'() T*')+L(,I'& P*RTI)*)T* &L TR& &-+.La finalidad de este proyecto es diseñar un mecanismo Fplataforma 8te artG en el soft are8olid *orHs. 7 medida que trascurre el tiempo y con el avance de la tecnolog a, muc"as detecnolog as se van tornandoobsoletas. Es el caso de latecnolog a aplicada a laaeronáutica, la cual tiende ausar diseños antiguos y por ende se va volviendovulnerable y fácil de irrumpir.!or lo que es indispensable queel mecanismo a diseñar seainnovador, de bajo costo, de fácilmanejabilidad y

completamentefuncional.

+ -*TI/+.

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#igura 1. +odelo de la plataforma 8te art.


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!roponer una estructura mecánica sencilla que cumpla con las necesidadeselectrónicas como la distribución de espacio para la ubicación de elementos, soportede los mismos y equilibrio en el peso, sin olvidar su propósito mecánico.

Ensamblar los circuitos al funcionamiento de la estructura mecánica, sin entorpecer

la actuación independiente de cada uno de ellos para un constante escaneo delterritorio sin interrupciones.

Diseñar un programa capaz de reconocer, almacenar temporalmente y transmitir loseventos percibidos por el robot para identificarlos en una base de datos y "acer elcorrespondiente reporte, alertando a un usuario del suceso en tiempo real.

Diseñar un sistema de control digital para identificar e interpretar un eventoocurrido, y as ejecutar una respuesta con la mayor e$actitud y rapidez posible parasatisfacer una e$igencia espec fica.

M*T+D+L+,I&. )resentación de dise/os propuestos.8e presentó al grupo algunos diseños para el mecanismo, mostrándolo en secciones, se les presentaron opciones para las bases, plataformas o secciones para la colocación de laelectrónica.

)resentación de dise/o de los motores.8e presentó al grupo el diseño de los motores en 8olid *orHs, el cual fue realizado por elequipo ya que el modelo requerido no se encontraba en internet.

)resentación de la base con motores.8e presentó al grupo la base "e$agonal con los motores implementados.

)resentación de la base completa con los 5 bra+os.8e presentó al grupo la base con los motores y la flec"a conectada a los brazos.

)resentación de dise/o completo sin articulaciones.8e presentó al grupo el diseño terminado en su estructura pero sin las articulaciones ni elrenderizado.

)resentación del dise/o con articulaciones &uncionales.8e presentó al grupo el diseño con las articulaciones y el movimiento necesario.

)resentación de un video con las escenas de los movimientos b2sicos del motor.8e presentó al grupo un video de : minutos donde se observan los movimientos que puederealizar el mecanismo.

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DI&,R&M& D* ,R&)T.

Actividades. Inicio.Duración. in

7resentación de >ise s 7r +uest s."%@?:@"?

1% $":@?:@"?

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7resentación de >ise s de M t res.#?@?:@"?

1% #?#@1?@"?

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7resentación de la =ase de M t res.?%@1?@"?

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7resentación de la =ase 9 !+leta c n l s & =ra6 s.1"@1?@"?

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7resentación de >ise c !+let sin articulaci nes."?@1?@"?

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7resentación de >ise c n Articulaci nes Funci nales.":@1?@"?

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1%7resentación de un Cide c n las escenas de l s

! vi!ient s (ásic s del ! t r.

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R*P+RT* I)&)'I*R+. >o "ubo ning%n gasto financiero por parte del equipo ya que todo se realizó por medio deuna computadora.

*$P*'I I'&'I+)*$ T ')I'&$.-magen B.B 'diseño final(

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D*$'RIP'I().'7notaciones o dibujos o bocetos de diseños(8e realizaron diversas propuestas de mecanismos, seleccionando la más funcional.

M&T*RI&L M2)IM+.8oft are 8olid *orHs.Iernier.!apel y Lápiz.

R*3%*RIMI*)T+$ PR*/I+$.+edidas estandarizadas.)aracter sticas principales como motores a utilizar y material.

D%R&)T* L& *-*'%'I().+ientras se implementaba el diseño en 8olid *orHsJ8e realizaron las conversaciones necesarias para obtener un mecanismo de medidasestandarizadas.8e busco la manera de "acer que las articulaciones realizaran los movimientosnecesarios.8e mantuvo comunicación con el equipo del prototipo para avanzar en conjunto.

P+$T*RI+R & L& *-*'%'I().8e realizaron pruebas de movimiento al mecanismo.

8e realizo el renderizado final.

D*$'RIP'I() D*L M*'&)I$M+ P+R $*''I+)*$.

%structura mec2nica. 8oporte f sico de la máquina y mecánica que proporciona movilidad.

La estructura mecánica del robot, es una parte fundamental en su desarrollo, ya que unaelección inadecuada de la misma puede dar al traste con todo el robot, o complicar losalgoritmos de forma innecesaria. En este caso se "a elegido una estructura de forma que seadapten los motores, sus ventajas son la facilidad de implementación y los algoritmos

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más sencillos para no quedar atascado, pues esta permite el movimiento giratorio sobre el propio robot.

Selección de motores.El movimiento del mecanismo requiere de motores a pasos para proporcionar una gran precisión además de baja vibración, poco ruido y fácil manipulación mediante uncontrolador a pasos adecuado, por estos motivos se emplearan motores >E+7 B/.

rticulaciones.La selección de las articulaciones está basadaen la factibilidad para comprarlas yconseguirlas, además del fácil ensamblaje en elsistema, esto debido a que cuenta con un rascadointerno el cual puede ser utilizado con una bielaroscada.

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#igura ". Estructura mecánica de la plataforma 8te art.

#igura $ . +otor >E+7 B/.


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0anto.El canto de la superficie en el diseño mecánico se logra apreciar la intersección y el l mitede l nea en el contorno aparente de la estructura.

cople.Es el encargado de transformar el movimiento rectil neo en movimiento circular a trav0sdel componente, con esto nuestro motor obtiene la fuerza necesaria para tener unfuncionamiento óptimo y correcto.

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#igura *. 7rticulación.

#igura 6 . )anto.


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ase ma4or 4 menor.8on las bases que se encargaran de la estabilidad estructural en el diseño mecánico deacuerdo a sus especificaciones y parámetros preestablecidos.

0omplementos %structurales.7coplador.

!erfil de aluminio.

&%T+RI &'I+)*$.

El equipo diseño el mecanismo a partir del prototipo realizado por el equipo del mismo,

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#igura 5. 7co

ura 7. 2ase mayor y menor respectivamente.

#igura ,. 7coplador y perfil de aluminio respectivamente.


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se "icieron algunas adaptaciones necesarias, se mostraron los resultados al !rof. Dr.Eugenio López.

*-*'%'I().

El diseño tomo apro$imadamente 5 semanasen realizarse de manera completa.

*/ID*)'I& D* TR& &-+.

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Referencias#iblio$rá%cas.

51 7rticulo electrónico 8ynq>et motioncontrol pursues open status"ttpJ?? .iebmedia.com?inde$.p"p

5# &ecent 7dvances in +ec"atronics,8pringer 2erlin eidelberg.

5 Luis Daniel Carc a errera F+ED-)-K> DE I-2&7)-#>E8 E> C&7D#8 DEL-2E& 7D 187>D# 1> EMN!#D#G -!

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54 Lung *en sai &obot 7nalysis ' "e mec"anics of serial and parallel manipulators(B444.ed Oon" *iley P 8ons,-nc.

58 !arallel &obots '8olid +ec"anics and -ts 7pplications( O.!. +erlet.

56 2ares, O.E.,*"ittaHer. F)onfiguration of an autonomous robot for mars e$plorationG,*orld )onference on robotics researc"J t"e ne$t five years and beyond. Cait"errsburg,+aryland, B4;4.

57 2rooHs, &. F7 robot t"at alHsJ Emergent be"aviors from a carefully evolve net orHG.+assac"usetts -nstitute of tec"nology, vol. B, pp. :5e Sealand, :66B.

5: Corrostieta E.,FDiseñando un &obot )aminante de 8eis !atasG 8egundo )ongreso >acional de &obótica, 7sociación+e$icana de &obótica e -nstituto ecnológico de oluca,septiembre :666.

510 8ong 8., *aldron 3.O.. F+ac"ine t"e *alHJ "e 7daptive 8uspencion Ie"icleG. "e+- !ress 8eries -n "e -ntelligence 7rtificial. Rirst Edition. pp.


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514 &eba" 2ouaiac"i, -. 'Diciembre :664( !lataforma Cen0rica !ara Desarrollo )on&obots +óviles Ten l neaU. T!royecto fin de carreraU. +adrid, España, 1niversidad7utónoma De +adrid, -ngenier a Electrónica., disponible enJV"ttpJ??arant$a.ii.uam.es?Xjms?pfcsteleco?lecturas?:664B::B-smail&eba".pdf W ': de abrildel :6BB(.

518 2oston Dynamics. 2igDog "e +ost 7dvanced &oug" errain &obot on Eart"TEn l neaU, 7bril :664. DisponibleenJV"ttpJ?? .bostondynamics.com?robotYbigdog."tmlW. 'B5 de enero :6BB( TBCorrostieta, E. +orales, ). 8olano O. Iargas, E. 'enero :6BB(. Diseñando un &obot)aminante de 8eis !atas. T!royectoU TEn l neaU, +onterrey, +0$ico. -nstituto ecnológico yde Estudios 8uperiores de +onterrey )ampus Auer0taro disponible enJV"ttpJ?? .mecatronica.net?emilio?papers?amrob66.!DRW.

516 F+ordedura de arañas del rincónG, 'figura B.;(, disponible enJV"ttpJ??centinela . ordpress.com?:6B6?6:?B ?mordedura de aranas de rincon?W.

517 odo &obot. ':6B6(, El servomotor Ten l neaU, disponible enJV"ttpJ?? .todorobot.com.ar?documentos?servomotor.pdf W 'B6 de abril :6BB(.

519 3ernig"an, 2rian *. "e ) programming language . s.l. J !rentice all, B4;;.6BE O. F!ic &obotics 7 2eginnerZs Cuide o &oboticG. +cCra ill. :669.

5#0 2*> 8, I&7>E8-) S,. FRundamentals of digitallogia it" I DL DesingG.+cCra ill, :666.

5#1 E>#) ,. F+icroprocessor Desing !rinciples and !racticesG. 2rooHs ? )ole :669.

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http://arantxa.ii.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20091221IsmailRebah.pdfhttp://www.mecatronica.net/emilio/papers/amrob00.PDFhttp://centinela66.wordpress.com/2010/02/16/mordedura-de-aranas-de-rincon/http://www.todorobot.com.ar/documentos/servomotor.pdfhttp://arantxa.ii.uam.es/~jms/pfcsteleco/lecturas/20091221IsmailRebah.pdfhttp://www.mecatronica.net/emilio/papers/amrob00.PDFhttp://centinela66.wordpress.com/2010/02/16/mordedura-de-aranas-de-rincon/http://www.todorobot.com.ar/documentos/servomotor.pdf

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