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Brazo Robotico Fisica Mecanica, Apuntes de Física

Brazo Robotico Fisica Mecanica

Tipo: Apuntes

2018/2019

Subido el 16/10/2019

camilo-corredor
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Brazo Robótico
Física Electromagnética
Daniel Fernando Sierra, Julián Camilo Corredor, Carlos Steven Garcia, Víctor Manuel Romero.
Bogotá D.C.
Unipanamericana – Fundación Universitaria
dfernandosierra@unipanamericana.edu.co , jcamilocorredor@unipanamericana.edu.co,
csgarcia@unipanamericana.edu.co vmromero@unipanamericana.edu.co.
Resumen- En este proyecto se pretende realizar la descripción
de un sistema de armado de un brazo robótico y su
funcionamiento, programándolo por medio de un arduino con
el ánimo de utilizar este proyecto para la entrega final del curso
de física electromagnética. El movimiento del brazo robótico se
realizara a partir de la programación del arduino en un
computador. El objetivo principal de este proyecto es identificar
cuales fundamentos del curso de física electromagnética se
pueden identificar para poder armar y programar el arduino y
así mover el brazo robótico en distintas direcciones permitiendo
también agarrar algún objeto con el mismo.
Abstract-- This project intends to make the description of a
system of armed robotic arm and its operation, programming it
by means of an arduino with the intention of using this project
for the final delivery of the course of electromagnetic physics.
The movement of the robotic arm will be carried out from the
programming of the arduino in a computer. The main objective
of this project is to identify which fundamentals of the course of
electromagnetic physics can be identified to be able to assemble
and program the arduino and thus move the robotic arm in
different directions allowing also to grab some object with it.
I. Introducción
II. Estado del Arte
Por siglos el ser humano ha construido máquinas que
imitan las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios
unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos
brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que
el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los
griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas
hidráulicos, los cuales se utilizaban para fascinar a los
adoradores de los templos.
El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria
textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en
1801 una máquina textil programable mediante tarjetas
perforadas. La revolución industrial impulsó el desarrollo de
estos agentes mecánicos, entre los cuales se destacaron el
torno mecánico motorizado de Babbitt (1892) y el
mecanismo programable para pintar con spray de Pollard y
Roselund (1939).
Además de esto durante los siglos XVII y XVIII en
Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy
ingeniosos que tenían algunas características de robots.
Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño
humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se
trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito
específico: la diversión. En 1805, Henri Maillardert
construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer
dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ' el programa
'para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. La
palabra robot se empleó por primera vez en 1920 en una obra
de teatro llamada "R.U.R." o "Los Robots niversales de
Rossum" escrita por el dramaturgo checo Karel Capek. La
trama era sencilla: el hombre fabrica un robot luego el robot
mata al hombre. Muchas películas han seguido mostrando a
los robots como máquinas dañinas y amenazadoras. La
palabra checa' Robota' significa servidumbre o trabajador
forzado, y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el
término robot.
III. Investigación Teórica
A medida que se ha ido mejorando la tecnología, se
han desarrollado máquinas especializadas para tareas como
poner tapones a las botellas o verter caucho líquido en moldes
para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas máquinas
tenía la versatilidad del brazo humano, y no podía alcanzar
objetos alejados y colocarlos en la posición deseada. La
mayoría de los robots existentes en nuestros días son aquellos
que son utilizados en la industria, llamados robots
industriales, los cuales están construidos por uno o dos brazos
La palabra robot se define como una máquina
controlada por un ordenador y programada para moverse,
manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona
con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas
repetitivas de forma más rápida, barata y precisa que los
seres humanos. El término procede de la palabra checa
robota, que significa ‘trabajo obligatorio’. Desde entonces se
ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina
que realiza trabajos para ayudar a las personas para efectuar
tareas difíciles o de riesgo para los humanos. Mientras tanto
la robótica se define como la rama de la inteligencia artificial
que estudia los sistemas automáticos capaces de establecer
una interacción directa con el mundo físico.
Según el libro de Electrónica Industrial Timothy Maloney
(1986) Las configuraciones mecánicas más comunes en los
robots industriales son: 1) la configuración de brazo
articulado, 2) la configuración esférica y 3) la configuración
cilíndrica.
Los robots pueden hacer manipulaciones toscas y sencillas, o
elaboradas y complicadas, según si el programa de
microcomputadora para el usuario es sencillo o complicado.
Según el libro de Robótica de Aníbal Ollero Baturone (2001),
cita las siguientes informaciones:
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Brazo Robótico

Física Electromagnética

Daniel Fernando Sierra, Julián Camilo Corredor, Carlos Steven Garcia, Víctor Manuel Romero.

Bogotá D.C. Unipanamericana – Fundación Universitaria dfernandosierra@unipanamericana.edu.co , jcamilocorredor@unipanamericana.edu.co, csgarcia@unipanamericana.edu.co vmromero@unipanamericana.edu.co.

Resumen - En este proyecto se pretende realizar la descripción de un sistema de armado de un brazo robótico y su funcionamiento, programándolo por medio de un arduino con el ánimo de utilizar este proyecto para la entrega final del curso de física electromagnética. El movimiento del brazo robótico se realizara a partir de la programación del arduino en un computador. El objetivo principal de este proyecto es identificar cuales fundamentos del curso de física electromagnética se pueden identificar para poder armar y programar el arduino y así mover el brazo robótico en distintas direcciones permitiendo también agarrar algún objeto con el mismo.

Abstract-- This project intends to make the description of a system of armed robotic arm and its operation, programming it by means of an arduino with the intention of using this project for the final delivery of the course of electromagnetic physics. The movement of the robotic arm will be carried out from the programming of the arduino in a computer. The main objective of this project is to identify which fundamentals of the course of electromagnetic physics can be identified to be able to assemble and program the arduino and thus move the robotic arm in different directions allowing also to grab some object with it.

I. Introducción

II. Estado del Arte Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses. Los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicos, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos. El inicio de la robótica actual puede fijarse en la industria textil del siglo XVIII, cuando Joseph Jacquard inventa en 1801 una máquina textil programable mediante tarjetas perforadas. La revolución industrial impulsó el desarrollo de estos agentes mecánicos, entre los cuales se destacaron el torno mecánico motorizado de Babbitt (1892) y el mecanismo programable para pintar con spray de Pollard y Roselund (1939). Además de esto durante los siglos XVII y XVIII en Europa fueron construidos muñecos mecánicos muy ingeniosos que tenían algunas características de robots. Jacques de Vauncansos construyó varios músicos de tamaño humano a mediados del siglo XVIII. Esencialmente se trataba de robots mecánicos diseñados para un propósito específico: la diversión. En 1805, Henri Maillardert construyó una muñeca mecánica que era capaz de hacer

dibujos. Una serie de levas se utilizaban como ' el programa 'para el dispositivo en el proceso de escribir y dibujar. La palabra robot se empleó por primera vez en 1920 en una obra de teatro llamada "R.U.R." o "Los Robots niversales de Rossum" escrita por el dramaturgo checo Karel Capek. La trama era sencilla: el hombre fabrica un robot luego el robot mata al hombre. Muchas películas han seguido mostrando a los robots como máquinas dañinas y amenazadoras. La palabra checa' Robota' significa servidumbre o trabajador forzado, y cuando se tradujo al inglés se convirtió en el término robot.

III. Investigación Teórica A medida que se ha ido mejorando la tecnología, se han desarrollado máquinas especializadas para tareas como poner tapones a las botellas o verter caucho líquido en moldes para neumáticos. Sin embargo, ninguna de estas máquinas tenía la versatilidad del brazo humano, y no podía alcanzar objetos alejados y colocarlos en la posición deseada. La mayoría de los robots existentes en nuestros días son aquellos que son utilizados en la industria, llamados robots industriales, los cuales están construidos por uno o dos brazos La palabra robot se define como una máquina controlada por un ordenador y programada para moverse, manipular objetos y realizar trabajos a la vez que interacciona con su entorno. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas de forma más rápida, barata y precisa que los seres humanos. El término procede de la palabra checa robota, que significa ‘trabajo obligatorio’. Desde entonces se ha empleado la palabra robot para referirse a una máquina que realiza trabajos para ayudar a las personas para efectuar tareas difíciles o de riesgo para los humanos. Mientras tanto la robótica se define como la rama de la inteligencia artificial que estudia los sistemas automáticos capaces de establecer una interacción directa con el mundo físico.

Según el libro de Electrónica Industrial Timothy Maloney (1986) Las configuraciones mecánicas más comunes en los robots industriales son: 1) la configuración de brazo articulado, 2) la configuración esférica y 3) la configuración cilíndrica.

Los robots pueden hacer manipulaciones toscas y sencillas, o elaboradas y complicadas, según si el programa de microcomputadora para el usuario es sencillo o complicado.

Según el libro de Robótica de Aníbal Ollero Baturone (2001), cita las siguientes informaciones:

Teóricamente, el uso de sistemas robóticos podría extenderse a casi todas las áreas imaginables en donde se necesite de la ejecución de tareas mecánicas; en aquellas actividades que involucren la presencia física y el movimiento por parte del ejecutor. Algunos de los campos de aplicación industrial de la robótica son:

  • Fundición en molde. Carga y descarga de máquinas, manejo de materiales calientes, manejo de moldes, etc. Las difíciles condiciones de trabajo de fundición hacen necesarios los robots.
  • Soldadura de punto. Ampliamente utilizada en la industria automotriz, en promedio, este tipo de robot reduce a la mitad la fuerza laboral necesaria.
  • Soldaduras de arco. No requiere de modificaciones sustanciales en el equipo de soldadura y aumenta la flexibilidad y la velocidad de trabajo.
  • Moldeado por extrusión. Para la fabricación de materiales termoplásticos es ideal el uso de robots, por la creciente demanda de partes especializadas de gran complejidad y precisión, favorece el aumento de la producción y la calidad de los productos.
  • Forjado. Quizás la principal aplicación de los robots industriales es la manipulación de partes metálicas calientes en el proceso de forjado de metales.
  • Aplicaciones de prensado. Prensado de partes y paneles de vehículos y estructuras de aviones, electrodomésticos y otros productos metalmecánicos, esta es un área de rápido desarrollo de nuevos tipos de robots, ya que el sector demanda cada vez más productividad y calidad.
  • Pinturas y tratamiento de superficies. La rapidez y la calidad son dos de las causas por las que se prefieren los robots en la aplicación de pinturas y recubrimientos superficiales.
  • Carga y descarga de máquina-herramientas. Los robots aumentan la flexibilidad y versatilidad de las máquinas herramientas y permiten su articulación entre sí. Contribuyen a la reducción de stocks, minimizan costos del trabajo directo e indirecto, aumentan la calidad de la producción y maximizan la utilización del equipo.

Fig. 1. Brazo Robótico

El arduino comenzó como un proyecto de tesis de maestría de Hernando Barragán y sus asesores Massio Banzi y Casey Reas (2003). Su objetivo principal fue el crear una herramienta que fuera fácil de usar para la creación de proyectos digitales por parte de personas sin altos conocimientos técnicos o sin un perfil de ingeniería.

III.. A Arduino

Es una plataforma de código abierto (open source) basado en una placa con un sencillo microcontrolador, posee un entorno de desarrollo que permite la creación de programas para luego ser cargarlos en la memoria del mismo. Esta placa cuenta con algunas entradas y salidas tanto analógica como

digitales, lo que permite la lectura de diferentes sensores, permite el control de luces, motores y muchas otras cosas, se basa en el lenguaje de programación Processing.

Fig. 2. Arduino

III.. B Componentes

Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, actuadores, sensores, elementos terminales y controlador. Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos de estos (máquinas herramientas y otras muchas máquinas emplean tecnologías semejantes), las altas prestaciones que se exigen a los robots han motivado que en ellos se empleen elementos con características específicas. La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc.

Fig. 3. Componentes de un brazo robótico

Los elementos que forman parte de la totalidad del brazo robótico son:

  • Manipulador
  • Controlador
  • Dispositivos de entrada y salida de datos
  • Dispositivos especiales

Fig. 4. Elementos de un brazo robótico

. A Principales características de los robots

A continuación se describen las características más relevantes propias de los robots y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones

  • (^) Grados de libertad
  • Espacio de trabajo
  • Precisión de los movimientos
  • Capacidad de carga
  • Velocidad
  • Tipo de actuadores
  • Programabilidad

Quedándonos la estructura de esta manera al unir cada sección de las que hemos armado.

Posterior a esto seguimos armando la estructura de manera vertical como podemos ver en la imagen ajustando de una manera que tenga movimiento.

Vista lateral de la estructura del brazo en proceso.

Procedemos a armar la pinza del brazo uniendo estos extremos.

Le ponemos el servo motor en la pinza ajustándolo de manera fija