Control cinemático de un prototipo virtual de un manipulador serial de seis grados de libertad tipo 6R
Este trabajo tiene como objetivo principal realizar el control cinemático para un manipulador serial tipo 6R, el cual permita implementar trayectorias para recoger y posicionar objetos dentro de un espacio de trabajo cartesiano. Brindando a los estudiantes de pregrado la posibilidad de tener un acer...
- Autores:
-
Sastoke González, Stephany
Lasso Perdomo, Cristiam Javier
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2021
- Institución:
- Universidad Tecnológica de Pereira
- Repositorio:
- Repositorio Institucional UTP
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- Acceso en línea:
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https://hdl.handle.net/11059/15058
- Palabra clave:
- Robots industriales
Manipuladores mecánicos
Cinemática
620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingeniería
Robot serial 6R
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Este trabajo tiene como objetivo principal realizar el control cinemático para un manipulador serial tipo 6R, el cual permita implementar trayectorias para recoger y posicionar objetos dentro de un espacio de trabajo cartesiano. Brindando a los estudiantes de pregrado la posibilidad de tener un acercamiento de forma práctica y tangible a la robótica, mostrando una vez más lo cercano que puede estar la educación y la industria. La metodología propuesta para realizar este trabajo fue la siguiente: identificar las características más relevantes del manipulador mediante una revisión bibliográfica de las clasificaciones, de las aplicaciones y las morfologías más usadas en la academia y la industria; el desarrollo matemático de la cinemática directa e inversa junto con su espacio de trabajo; la obtención y descripción de un modelo virtual; la generación de trayectorias y el control cinemático para estas; finalmente la validación del modelo. Como resultado, el diseño del control cinemático del manipulador THOR permitió implementar tres trayectorias dentro del espacio de trabajo y evaluar problemas de colisión entre los eslabones durante la ejecución de estas. Este proyecto permitió definir la estructura morfológica del manipulador serial antropomórfico de 6 GDL, imprimible y “open source”. Determinar la posición del efector final en cualquier instante gracias al estudio de la cinemática directa, y la implementación de futuras trayectorias y el control cinemático mediante la cinemática inversa. Un prototipo virtual completo junto con sus archivos CAD, sirvió para encontrar las restricciones de interferencia física, el método de ensamble y seleccionar el material para la segunda fase de impresión y construcción. El modelo matemático, junto con los resultados obtenidos, fue a su vez comparados y validados por la simulación realizada en SolidWorks |
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V. Perasso, “Qué es la cuarta revolución industrial (y por qué debería preocuparnos) - BBC News Mundo.” https://www.bbc.com/mundo/noticias-37631834 (accessed Oct. 19, 2020). M. S. Ruiz, “El paraíso de los robots: por qué Japón es la capital del imperio de las máquinas,” 12 de agosto 12:37h, 2016. https://www.eldiario.es/hojaderouter/tecnologia/japon-maquinas-robots-humanoides-automatas-inteligencia-artificial_1_3869766.html (accessed Oct. 20, 2020). C. Dumas, S. Caro, S. Garnier, B. B. Furet, B. Benoˆıt, and F. Joint, “Joint Stiffness Identification of Six-revolute Industrial Serial Robots,” vol. 27, no. 4, 2011, doi: 10.1016/j.rcim.2011.02.003. J. Mortimer, “BMW lifts robot total to 500 at Plant Oxford,” Assem. Autom., vol. 28, no. 1, pp. 27–35, 2008, doi: 10.1108/01445150810848984. R. A. Gondokaryono, A. Agrawal, A. Munawar, C. J. Nycz, and G. S. 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Mesa Montoya, Carlos AndrésSastoke González, StephanyLasso Perdomo, Cristiam Javier2024-03-18T21:52:47Z2024-03-18T21:52:47Z2021Este trabajo tiene como objetivo principal realizar el control cinemático para un manipulador serial tipo 6R, el cual permita implementar trayectorias para recoger y posicionar objetos dentro de un espacio de trabajo cartesiano. Brindando a los estudiantes de pregrado la posibilidad de tener un acercamiento de forma práctica y tangible a la robótica, mostrando una vez más lo cercano que puede estar la educación y la industria. La metodología propuesta para realizar este trabajo fue la siguiente: identificar las características más relevantes del manipulador mediante una revisión bibliográfica de las clasificaciones, de las aplicaciones y las morfologías más usadas en la academia y la industria; el desarrollo matemático de la cinemática directa e inversa junto con su espacio de trabajo; la obtención y descripción de un modelo virtual; la generación de trayectorias y el control cinemático para estas; finalmente la validación del modelo. Como resultado, el diseño del control cinemático del manipulador THOR permitió implementar tres trayectorias dentro del espacio de trabajo y evaluar problemas de colisión entre los eslabones durante la ejecución de estas. Este proyecto permitió definir la estructura morfológica del manipulador serial antropomórfico de 6 GDL, imprimible y “open source”. Determinar la posición del efector final en cualquier instante gracias al estudio de la cinemática directa, y la implementación de futuras trayectorias y el control cinemático mediante la cinemática inversa. Un prototipo virtual completo junto con sus archivos CAD, sirvió para encontrar las restricciones de interferencia física, el método de ensamble y seleccionar el material para la segunda fase de impresión y construcción. El modelo matemático, junto con los resultados obtenidos, fue a su vez comparados y validados por la simulación realizada en SolidWorksThis paper has as main objective to develop the kinematic control for a serial manipulator type 6R, which allows to implement trajectories to pick up and position objects within a Cartesian workspace. Giving undergraduate students, the possibility of having a practical and tangible approach to robotics, showing once again how close education and industry can be. The methodology proposed for this work was as follows: identify the most relevant characteristics of the manipulator through a bibliographic review of the classifications, applications, and morphologies most used in academia and industry; the mathematical development of the direct and inverse kinematics together with its workspace; the obtaining and description of a virtual model; the generation of trajectories and the kinematic control for these; and finally, the validation of the model. As a result, the design of the kinematic control of the THOR manipulator allowed the implementation of three trajectories within the workspace and the evaluation of collision problems between the links during the execution of these trajectories. This project allowed to define the morphological structure of the 6 GDL anthropomorphic serial manipulator, printable and "open source". Determining the position of the end effector at any instant thanks to the study of direct kinematics, and the implementation of future trajectories and kinematic control through inverse kinematics. A complete virtual prototype together with its CAD files, served to find the physical interference constraints, the assembly method and select the material for the second phase of printing and construction. The mathematical model, together with the results obtained, was in turn compared and validated by the simulation performed in SolidWorks.PregradoIngeniero(a) Mecánico(a)CAPÍTULO 1 12 1.1 Introducción 12 1.2 Planteamiento del problema 13 1.3 Objetivos 14 1.3.1 Objetivo General 14 1.3.2 Objetivos específicos 14 1.4 Estructura del documento 15 1.5 Contextualización 16 Capítulo 2 18 Evolución de los manipuladores robóticos seriales 18 2.1 Definición de robot 18 2.2 Historia de los manipuladores seriales 19 2.3 Manipuladores seriales 22 2.4 Clasificación de los manipuladores 22 1.1.1 Clasificación según la generación 23 1.1.2 Clasificación según la Asociación Francesa de Robótica (AFRI) 25 1.1.3 Clasificación según los grados de libertad 26 1.1.4 Clasificación según el tipo de accionamiento 26 1.1.5 Clasificación según su estructura 27 Capítulo 3 32 Determinación de los parámetros geométricos del manipulador 32 3.1 análisis morfológico 32 3.2 Identificación del manipulador 32 3.3 Manipuladores seriales en la industria 33 3.4 Manipuladores seriales de libre acceso 35 3.5 Selección de la morfología 37 Capítulo 4 38 configuración general del manipulador thor 38 4.1 Dimensiones básicas del manipulador 38 4.2 Análisis cinemático del manipulador thor 39 ProMa&DiMa – UTP 4.3 Marcos de referencia y parámetros de d-h 40 4.4 Cinemática directa del manipulador didáctico de 6 gdl 43 4.5 Cinemática inversa 46 4.6 Método geométrico 48 4.6.1 Cálculo de la posición (1, 2, 3): 48 4.6.2 Cálculo de la orientación (4, 5, 6): 51 4.7 Determinación del espacio de trabajo. 53 4.7.1 Espacio de trabajo teórico 54 4.7.2 Espacio máximo inscrito 56 Capítulo 5 58 DESCRIPCIÓN MORFOLÓGICA DEL MANIPULADOR 58 5.1 Sistemas de trasmisión 58 5.1.1 Relación de transmisión 58 5.1.2 Tipos de movimientos en un sistema de trasmisión 58 5.1.3 Mecanismos de trasmisión de movimiento. 59 5.2 Proceso de manufacturación aditiva 59 5.3 Tipos de manufactura aditiva 59 5.4 Materiales en la industria de impresión 3D 60 5.5 Descripción del prototipo virtual. 60 5.6 Articulación 1 61 5.7 Articulación 2 63 5.8 Articulación 3 65 5.9 Articulación 4 67 5.10 Articulación 5 y 6 69 Capítulo 6 73 modelado de control de las trayectorias 73 6.1 Definiciones 73 6.1.1 Tipos de trayectorias. 74 6.1.2 Clases de trayectorias: 74 6.2 Metodología del control cinemático 74 6.3 Tipos de métodos de interpolación 76 6.4 Trayectorias seleccionadas 79 6.4.1 Trayectoria 1 - Circunferencia 80 ProMa&DiMa – UTP 6.4.2 Trayectoria 2 - Helicoidal 81 6.4.3 Trayectoria 3 - “Pick and place” 82 Capítulo 7 83 simulación 83 7.1 Validación de la cinemática directa 83 7.2 Validación de la cinemática inversa 91 7.2.1 Puntos de la cinemática inversa de la trayectoria de circulo 91 7.2.2 Puntos de análisis de la cinemática inversa de la trayectoria helicoidal 94 7.2.3 Puntos de la cinemática inversa de la trayectoria de pick and place 97 Capítulo 8 101 conclusiones, aportes y trabajos futuros 101 8.1 Conclusiones 101 8.2 Aportes 102 8.3 Recomendaciones 103 9 Bibliografía 104107 Páginasapplication/pdfUniversidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homehttps://hdl.handle.net/11059/15058spaUniversidad Tecnológica de PereiraFacultad de Ingeniería MecánicaPereiraIngeniería MecánicaV. 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En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Robots industrialesManipuladores mecánicosCinemática620 - Ingeniería y operaciones afines::629 - Otras ramas de la ingenieríaRobot serial 6RManipuladorDesacoplamiento cinemático,Open source,CinemáticaControl cinemático de un prototipo virtual de un manipulador serial de seis grados de libertad tipo 6RTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionORIGINALTRABAJO DE GRADO.pdfTRABAJO DE GRADO.pdfapplication/pdf3274538https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/1017709b-88f5-4da4-9846-07e1f55169e7/downloadbd6e3ca6c2f1b481fee5989414ad65baMD51LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-814828https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/8b98957a-a571-4088-b447-5a2c94720b84/download2f9959eaf5b71fae44bbf9ec84150c7aMD52TEXTTRABAJO DE GRADO.pdf.txtTRABAJO DE GRADO.pdf.txtExtracted texttext/plain147900https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/9eab9c48-d16f-4d8c-a965-3922213c1f1c/download217b889249d5873959417ed4be485355MD53THUMBNAILTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgTRABAJO DE GRADO.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg5656https://repositorio.utp.edu.co/bitstreams/1ab8d32a-f426-4f1b-995c-e3174c83342c/download8c8decf4e486c9a5a8e0640cc1f0d20cMD5411059/15058oai:repositorio.utp.edu.co:11059/150582024-03-19 11:42:21.568https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. 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En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://repositorio.utp.edu.coRepositorio 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