Diseño mecánico de un manipulador industrial para emular el movimiento del brazo humano (2020)
Por medio de este proyecto se llegó al diseño mecánico de un manipulador industrial de cuatro grados de libertad, viable para su manufactura y puesta en marcha, este robot tiene como objetivo la emulación e imitación de movimientos de un operario. El procedimiento de diseño se realizó mediante el reconocimiento de los requerimientos del proyecto Fodein 2020, por parte de los investigadores y de la situación misma en la que se proyectó el uso del manipulador, el diseño también se direccionó a partir del método de manufactura y materiales disponibles en la Universidad Santo Tomas. Por otra parte, el proceso para elegir la adecuada configuración del robot se basa en las diferentes configuraciones de su morfología y sus implicaciones en cuanto a cómo estas influyen en las trayectorias, se decide a partir de un análisis de alterativas, con los criterios basados en los requerimientos generados, la más adecuada. Se optó por una configuración de robot articular, con cuatro grados de libertad, ya que, para desarrollar los movimientos deseados que corresponden a movimientos del brazo humano estos cuatro grados son suficientes. El diseño de manipuladores requiere de forma imprescindible de modelos cinemáticos y cinéticos, esto como fundamento de los torques necesarios para realizar las trayectorias. Estos modelos se realizaron de manera consecuente, en primer lugar, se generaron cálculos para la cinemática directa e inversa del robot, las cuales dan como resultado ecuaciones para la posición y orientación del efector final y posterior, los ángulos de rotación de cada articulación. En cuanto al modelo dinámico se trabajaron modelos de Newton Euler y Lagrange para conocer velocidades, aceleraciones y torques de las articulaciones. Para el desarrollo del diseño de detalle se parte de los actuadores elegidos con un cálculo preliminar de torque en función de la inercia y la aceleración angular. La forma, tamaño y disposición de ensamble de los actuadores elegidos, ofrece soluciones óptimas para este tipo de desarrollos, los motores son MX-64 y MX-28, servomotores con encoder y carcasa. Estas características son esenciales en el diseño del manipulador ya que los mismos motores funcionan como articulaciones. Con este diseño preliminar se realizan análisis por elementos finitos, obteniendo las deformaciones, esfuerzos de Von Misses y factor de seguridad del modelo. La planeación de la manufactura se basa en el prototipado rápido de modelado por deposición fundida (FDM), en impresora 3D con material ZUltra (ABS).