Práctica #4 Brazo Robotico

8/18/2019 Práctica #4 Brazo Robotico

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Brazo Robot

Presentan:Pedro Ruiz MartínezGeovani Noguez RamírezOsvaldo Toribio DamiánEnrique Turrubiates CruzEdgar Montufar Acosta

Profesor:Mtro. José Ángel Chávez García

Trabajo:Control de Servo Motores.

Institución:Universidad Tecnológica de Tula Tepeji

Carrera:Ingeniería en Mantenimiento Área Industrial

10 IMI-G1

2015

UTTT

27/10/2015


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ÍNDICE

Introducción .................................................................................................................. 1

Mano robótica ...................................................................................................................... 1

Servomotor ................................................................................................................... 1

Servo motor de C.D ............................................................................................................... 2

Servo motor C.A .................................................................................................................... 2

Los componentes básicos del servomotor son los siguientes .................................................. 3

Funcionamiento ............................................................................................................ 4

Conexiones .................................................................................................................... 4

OBJETIVO ACADEMICO .................................................................................................. 6

OBJETIVO GENERAL ....................................................................................................... 6

OBJETIVOS ESPECIFICOS ................................................................................................. 6

DESARROLLO ................................................................................................................. 7

Arduino MEGA .............................................................................................................. 8

Arduino Mega posee las siguientes especificaciones ...................................................... 9

Alimentación de Arduino ............................................................................................. 10

Octoacopladores ......................................................................................................... 11

Tipos de octoacopladores ............................................................................................ 12

Procedimiento ............................................................................................................. 16

El brazo o manipulador ....................................................................................................... 17

Conclusiones ............................................................................................................... 18

Pedro Ruiz Martínez ............................................................................................................ 18

Geovani Noguez Ramírez .................................................................................................... 18

Osvaldo Toribio Damián ...................................................................................................... 18

Enrique Turrubiates Cruz ..................................................................................................... 18

Edgar Montufar Acosta ....................................................................................................... 18

Bibliografía ................................................................................................................. 19


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. 1 Elementos para realizar la práctica. ................................................................ 16

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. 1 Partes de un servomotor. ................................................................................ 2 Figura 1. 2 Partes descritas. ............................................................................................. 3 Figura 1. 3 Código de colores de los servomotores. ......................................................... 5 Figura 1. 4 PWM. .............................................................................................................. 5 Figura 1. 5 Arduino Mega 2560. ........................................................................................ 8 Figura 1. 6 Cable de comunicación Arduino. ..................................................................... 9 Figura 1. 7 Optoacoplador. ............................................................................................. 12 Figura 1. 8 Etapa de potencia. ........................................................................................ 13 Figura 1. 9 Panel Frontal #1. ........................................................................................... 13 Figura 1. 10 Panel Frontal #2. ......................................................................................... 14 Figura 1. 11 Diagrama de Bloques #1. ............................................................................ 14 Figura 1. 12 Diagrama de Bloques #2. ............................................................................ 15 Figura 1. 13 Brazo Robot. ............................................................................................... 15 Figura 1. 14 Diagrama de Alambrado. ............................................................................ 16

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INTRODUCCIÓN

Un brazo robótico es un tipo de brazo mecánico, normalmente programable, con

funciones parecidas a las de un brazo humano; este puede ser la suma total del

mecanismo o puede ser parte de un robot más complejo. Las partes de estos

manipuladores o brazos son interconectadas a través de articulaciones que permiten,

tanto un movimiento rotacional (tales como los de un robot articulado), como un

movimiento transnacional o desplazamiento lineal.

Mano robótica

El efector final, o mano robótica, se puede diseñar para realizar cualquier tarea

que se desee como puede ser soldar, sujetar, girar, etc., dependiendo de la aplicación.

Por ejemplo los brazos robóticos en las líneas de ensamblado de la industria

automovilística realizan una variedad de tareas tales como soldar y colocar los distintas

partes durante el ensamblaje. En algunas circunstancias, lo que se busca es una

simulación de la mano humana, como en los robots usados en tareas de desactivación de

explosivos.

SERVOMOTOR

Son un tipo especial de motor que se caracteriza por su capacidad de poder ser

llevados a posiciones angulares específicas, al enviar una señal codificada dentro de un

rango de operación.

El motor del servo tiene muchos circuitos de control y un potenciómetro, esta es

conectada al eje central del servo y permite la circuitería de control, supervisar el Angulo

actual del servo. Si el eje está en el Angulo correcto el motor está apagado, si el circuito

prueba que no está en el ángulo correcto girará para lograr posicionarse en el ángulo

correcto.


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2

0-180 grados 0-240 grados 0-270 grados

0-360 grados

El control del servo se realiza mediante un circuito PWM (Modulación por anchura depulsos)

Servo motor de C.D

Reductor de engranes. Potenciómetro. Circuito PWM Control de inercia se detiene al instante.

Servo motor C.A

Encoder incremental. Control de velocidad.

Gira de manera continua. Servo drive (amplificador por qué te envía el voltaje del motor, posición del

encoder).

Figura 1. 1 Partes de un servomotor.


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3

Los componentes básicos del servomotor son los siguientes

1) Motor de CC: Es el actuador del servomotor es el dispositivo que genera el

movimiento.

2) Tren de engranajes: Son los encargados de darle al servomotor una de sus

mejores características, un buen torque.

3) Potenciómetro: Es el elemento que conectado a la circuitería nos indica e

qué posición se encuentra el servomotor.

4) Circuito de control: Es toda la circuiteria interna que procesa la señal PWM,

genera el cambio de giro del motor y procesa la lectura del potenciómetro para indicarnos

en que Angulo se encuentra.

Figura 1. 2 Partes descritas.


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4

FUNCIONAMIENTO

La modulación por ancho de pulsos o PWM (power width modulation), es el

sistema más empleado para el control de servomotores, ¿Cómo funciona

esto? Básicamente se le tiene que estar aplicando un pulso periódico, para que el

servomotor se posicione en un punto específico, ¿Y si dejo de aplicarle dicho pulso? Si al

servo se le deja de aplicar este pulso dejara de ejercer una fuerza y cualquier fuerza

externa podrá hacer girar el eje del motor aunque esté conectado a la

alimentación. Así que para mantener al servo en la misma posición y no quede expuesto

a perderla, se necesita mandarle el mismo pulso repetidas veces.

Cada servomotor tiene condiciones distintas de operación tanto en su alimentaciónque varía de 4 a 8 volts, el giro máximo que pueden realizar -Normalmente de 0 a 180º-

así como la duración del pulso que varía entre 1mS y 3 ms, normalmente la frecuencia a

la que se operan es a 50hz quiere decir que todo el ciclo de operación (Tiempo en alto y

bajo del pulso) se ejecutara cada 20 ms, aunque en ciertos casos el ciclo

de operación puede rondar entre 10 y 30 ms sin ningún problema.

Haciendo cuentas, si operamos el servomotor a 50Hz, y queremos posicionar nuestro

servomotor en 180º, mandamos un pulso en alto con una duración de 3mS (o depende del

servo) luego ese pulso se detendrá (Mantener en bajo dicho pulso) 17mS y

se repetirá este ciclo indefinidamente y así poder asegurar que el motor no quedara

expuesto a fuerzas externas que muevan el eje.

CONEXIONES

Los servomotores tienen 3 terminales, 2 corresponden a la conexión eléctrica y el 3ro por

donde inyectaremos nuestra señal, esta terminal la podemos conectar directamente a

cualquier Microcontroladores ya que internamente trae su etapa de potencia. De acuerdo

a la marca del servomotor estas terminales pueden ser de distintos colores. Aquí las más

comunes.


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5

Figura 1. 3 Código de colores de los servomotores.

Figura 1. 4 PWM.


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6

OBJETIVO ACADEMICO

Lo que se pretende hacer con este proyecto es dar a conocer el funcionamiento de

un brazo robot a través de Labview y Arduino además de difundir la forma de elaboración,

elementos necesarios para su fabricación etc.

Otra finalidad de este proyecto es difundir y demostrar a los alumnos de Ingeniería

en Mantenimiento Industrial el funcionamiento de un brazo además de intentar crear el

interés hacia ellos.

OBJETIVO GENERAL

Comprender el funcionamiento de un brazo robot controlado por servomotores de

C.D.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Entender el funcionamiento de un brazo robot

2. Recordar conceptos básicos de mecánica para la elaboración del brazo

robot


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DESARROLLO

Se desarrolló y fabrico un brazo mecánico controlado por Labview, para asistir a

los estudiantes en el aprendizaje de materias relacionadas con mecánica, electrónica,

programación y robótica.

Se podrán utilizar materiales fáciles de mecanizar, aunque no sean los más

idóneos para su producción definitiva sin embargo nos darán una idea para su futura

modificación o diseño.

Para este proyecto se ocuparon los siguientes materiales y componentes los

cuales se detallan en el siguiente aparatado

1. Madera: Por su facilidad para encontrar, moldear y su bajo costo fue la opción

más viable para ocuparlo como chasis de la práctica.

2. Arduino Mega 2560: En los últimos años se ha popularizado el uso de este

Microcontroladores debido a su bajo costo y tamaño. Se ha usado en numerosas

aplicaciones, que van desde los automóviles a decodificadores de televisión. Es muy

popular su uso por los aficionados a la robótica y electrónica.

3. Servomotores: Por la gran precisión y control a través de PWM así como la

mínima cantidad de componentes (circuitos) que se necesitan para controlarlo fue por lo

que se eligió entre otros tantos motores.

4. Protoboard: Se eligió este tipo de estructura ya que es más fácil de trabajar, nos

brinda la capacidad de realizar cambios y actualizaciones de diseño tantas veces como

deseemos, por otra parte minimiza el costo ya que eliminamos el tener que comprar la

placa fenólica, soldadura, brocas, etc.


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ARDUINO MEGA

Arduino es una marca de micros controladores mundialmente conocida por los

amantes de la electrónica, la programación y la robótica. Es un proyecto Open Source que

pone a disposición de sus usuarios una amplia gama de dispositivos basados en el micro

controlador At Mega. Es posible comprar una placa Arduino armada o bien conseguir las

piezas para uno mismo desarrollar sus propios dispositivos.

El Arduino Mega es probablemente el micro controlador más capaz de la familia

Arduino. Posee 54 pines digitales que funcionan como entrada/salida; 16 entradas

análogas, un cristal oscilador de 16 MHz, una conexión USB, un botón de reset y una

entrada para la alimentación de la placa.

La comunicación entre la computadora y Arduino se produce a través del puerto

serie, sin embargo posee un convertidor USB-serie, por lo que sólo se necesita conectar

el dispositivo a la computadora utilizando un cable USB como el que utilizan las

impresoras.

Figura 1. 5 Arduino Mega 2560.


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ARDUINO MEGA POSEE LAS SIGUIENTES ESPECIFICACIONES

1. Micro controlador: ATmega2560

2. Voltaje Operativo: 5V

3. Voltaje de Entrada: 7-12V

4. Voltaje de Entrada (límites): 6-20V

5. Pines digitales de Entrada/Salida: 54 (de los cuales 15 proveen salida

PWM)

6. Pines análogos de entrada: 16

7. Corriente DC por cada Pin Entrada/Salida: 40 mA

8. Corriente DC entregada en el Pin 3.3V: 50 mA

9. Memoria Flash: 256 KB (8KB usados por el bootloader)

10. SRAM: 8KB

11. EEPROM: 4KB

12. Clock Speed: 16 MHz

Figura 1. 6 Cable de comunicación Arduino.


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ALIMENTACIÓN DE ARDUINO

Arduino Mega puede ser alimentado mediante el puerto USB o con una fuente

externa de poder. La alimentación es seleccionada de manera automática.

Cuando se trabaja con una fuente externa de poder se debe utilizar un convertidor AC/DC y regular dicho voltaje en el rango operativo de la placa. De igual manera se

puede alimentar el micro mediante el uso de baterías. Preferiblemente el voltaje debe

estar en el rango de los 7V hasta los 12V.

Arduino Mega posee algunos pines para la alimentación del circuito aparte del

adaptador para la alimentación:

VIN: A través de este pin es posible proporcionar alimentación a la placa.

5V: Podemos obtener un voltaje de 5V y una corriente de 40mA desde este pin.

3.3V: Podemos obtener un voltaje de 3.3V y una corriente de 50mA desde este

pin.

GND: El ground (0V) de la placa.

Arduino puede ser programado de una manera muy fácil utilizando el lenguaje

propio de Arduino junto con la interfaz Arduino IDE.


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OCTOACOPLADORES

Muchos sistemas digitales controlan a otros sistemas realizan funciones de control

tales que deben ser interconectados a una etapa de potencia, que utilizan TIRISTORES o

TRIACS para actuar sobre cargas resistivas o inductivas en sistemas de iluminación, o en

procesos industriales o en control de velocidad de motores, entre otros. La manipulación

de altas corrientes, de hasta varios centenares de amperios, implica el tener

consideraciones de seguridad eléctrica para los operarios y de protección para el sistema

digital. Es deseable que la interconexión entre ambas etapas (la digital y la de potencia)

se haga por un medio de acoplamiento que permita aislar eléctricamente los dos

sistemas. Esto se puede lograr con los dispositivos llamados OPTOACOPLADORES,

mediante los cuales se obtiene un acoplamiento óptico y, al mismo tiempo, un aislamiento

eléctrico. Por ello también se les conoce como OPTOAISLADORES. El acoplamiento se

efectúa en el rango del espectro infra-rojo a partir de dispositivos emisores de luz,

usualmente IRED (infra-rojo) LEDs (diodos emisores de luz), actuando como emisores y

utilizando dispositivos detectores de luz (optodetectores), actuando como receptores.

La razón fundamental para llevar a cabo acoplamiento óptico y aislamiento

eléctrico es por protección de la etapa o sistema digital ya que si ocurre un corto en la

etapa de potencia, o cualquier " otro tipo de anomalía eléctrica, el OPTOACOPLADOR

protege toda la circuitería digital de control. El sistema digital puede variar entre un

sistema "discreto o un sistema de mayor integración (en escalas SS!, MSI, VLI o VLSI) o

un sistema integrado programable a nivel de memorias (EPROM o EEPROM) o a nivel de

dispositivos programables "inteligentes" (microprocesadores, Microcontroladores,

dispositivos lógicos programables, arreglos lógicos programables, controladores lógicos

programables o computadores).


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TIPOS DE OCTOACOPLADORES

Veamos a continuación algunos dispositivos OPTOAISLADORES, para

dispositivos semiconductores, en donde se pueden apreciar varias tipos de elementos de

OPTOACOPLAMIENTO: por fototransistor, fotodarlington, foto SCR, foto TRIAC, etc.

Todos ellos se estudian en la teoría de la optoelectrónica con dispositivos

semiconductores basados en Silicio (Si) o Germanio (Ge).

Figura 1. 7 Optoacoplador.


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Figura 1. 8 Etapa de potencia.

Figura 1. 9 Panel Frontal #1.


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Figura 1. 10 Panel Frontal #2.

Figura 1. 11 Diagrama de Bloques #1.


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Figura 1. 12 Diagrama de Bloques #2.

Figura 1. 13 Brazo Robot.


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El costo del brazo es de $1400.00 M.N.

PROCEDIMIENTO

Verificar que todo el equipo este en buenas condiciones.

Identificar las terminales de conexión de los servomotores.

Realizar el diagrama de alambrado para el brazo.

Controlar desde nuestra PC con el programa Labview e interfaz Arduino.

Si es necesario ocupar nuestra etapa de potencia con optoacopladores.

Equipo MaterialPC con Labview Pinzas de corte diagonal

Placa Arduino MEGA 2560 Pinzas de puntaProtoboard 5mts de cable telefónico

3 servomotores de C.D 20 Cables DuPont hembra y machoTabla 1. 1 Elementos para realizar la práctica.

Figura 1. 14 Diagrama de Alambrado.


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El brazo o manipulador

La estructura mecánica del manipulador puede ser tan variada como los

fabricantes que las hacen. Pero generalmente se pueden distinguir cuatro partes

principales en el manipulador:

El pedestal

El cuerpo

El brazo

El antebrazo

Las articulaciones entre las distintas partes rígidas del brazo pueden ser giratorias

(como las del brazo humano) o deslizantes (si hay traslación de las partes). El número de

elementos del brazo y sus articulaciones determinan una característica propia de cada

robot. Al número de movimientos espaciales independientes entre sí se le denomina

grados de libertad.


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CONCLUSIONES

Pedro Ruiz Martínez

El diseño de brazos robóticos hoy en día cada vez es más cotidiano. Es muy

importante el uso de materiales livianos para la construcción del brazo, ya que todo peso

adicional lo hará más complejo mecánicamente y económicamente, debido a que

obligará a utilizar motores de mayores potencias. Me gustaría que se diera las clases para

programar brazos robots pero con PLC´s.

Geovani Noguez Ramírez

Una de las actividades más difíciles es la realización de la obra mecánica, ya que

se dispone de pocos materiales para la realización del mismo. Es muy provechosa esta

práctica para nuestro grupo de alumnos ya que aprendemos nuevas cosas.

Osvaldo Toribio Damián

Al utilizar el software de Labview nos ahorramos demasiados cables y sobre todo

demasiados problemas con el control del programa, ya que al ocupar Labview se nos

facilita mucho esa parte.

Enrique Turrubiates CruzMe gustaría que la escuela contara con distintos tipos de brazos robóticos,

servomotores de C.D, servomotores de C.A, hidráulicos, etc. Para llevar a cabo múltiples

prácticas y reafirmar nuestros conocimientos.

Edgar Montufar Acosta

Pienso que se nos fue fácil la implementación de esta práctica ya que el Profesor

que imparte la clase nos hizo favor de pasar el programa, ya que en otras ocasiones anosotros como alumnos se nos llega a dificultar la comprensión de algunos temas. Pienso

que esta práctica es muy interesante para todo el grupo, ya que ponemos en práctica

conocimientos de mecánica, electrónica, programación.


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BIBLIOGRAFÍA

Ollero Baturone A.; Robótica: Manipuladores y Robots Móviles; Ed. Alfa

omega. 2007.

Ing. Cerón Obregón Primo, Microcontroladores, 2010.

Manual de Arduino recuperado de www.arduino.cc

Ing. José Ángel Chávez García, Programación con Labview
http://www.arduino.cc/http://www.arduino.cc/http://www.arduino.cc/http://www.arduino.cc/