ROBOT INYECCION RR

DISEÑO DE UN BRAZO MANIPULADOR RR

INTRODUCCION

Un manipulador RR plano es un mecanismo articulado formado por una base fija, que representamos por un punto O, y dos segmentos rectos, de longitudes L₁ y L₂, respectivamente, cada uno de los cuales tiene en su origen un motor de tipo rotacional. El primer motor permite al primer segmento girar en el plano manteniendo su origen fijo a la base y el segundo motor permite al segundo segmento girar igualmente en el plano, manteniendo su origen fijo al extremo del primer segmento.

ANTECEDENTES

Un robot es una unidad reprogramable, multifuncional, diseñada para mover materiales, piezas, herramientas o dispositivos espaciales, por medio de movimientos variables programables para la ejecución de diferentes trabajos.

Los robots industriales están diseñados para realizar un trabajo productivo. El trabajo se realiza permitiendo que el robot remplace su cuerpo, brazo y muñeca mediante una serie de movimientos y posiciones. Unido a la muñeca esta el efector final, que se utiliza por el robot para realizar una terea específico. El movimiento de articulaciones individuales se denomina, grados de libertad, y un robot típico está dotado de cuatro o seis grados de libertad.

Las articulaciones utilizadas en el diseño de robots suelen implicara un movimiento relativo de las uniones contiguas, movimiento que es lineal o rotacional. Las articulaciones lineales implican un movimiento deslizante o de traslación de las uniones de conexión. Existen tres tipos de articulación giratoria que pueden distinguirse en los manipuladores de robots. El primero es el tipo R (rotacional) cuyo eje de rotación es perpendicular a los ejes de las dos uniones. El segundo es el tipo T (torsión) que implica un movimiento de torsión entre las uniones de entrada y salida. El eje de rotación de la articulación de torsión es paralelo a los ejes de ambas uniones. El tercer tipo de articulación giratoria es una articulación de revolución en la que la unión de entrada es paralela al eje de rotación y la de salida es perpendicular a dicho eje.

CINEMÁTICA DEL BRAZO MANIPULADOR.

 Con el objetivo de desarrollar un plan para controlar el movimiento de un brazo manipulador, es necesario desarrollar técnicas para representar la posición del brazo, en puntos, en relación con el tiempo. Se definirá el manipulador de robot utilizando dos elementos básicos; articulaciones y enlaces. Cada articulación representa un grado de libertad.

Un manipulador es una cadena cinemática de eslabones conectados en serie por una articulación prismática o de revoluta. El movimiento de los eslabones de la cadena depende de la articulación los cuales se pueden posicionar en una orientación deseada. Para determinar esta posición se relaciona el efector final con respecto a un sistema fijo de coordenadas, para lo cual se debe resolver el análisis cinemático directo e inverso, para un manipulador determinado, la cinemática directa consiste en hallar la orientación y posición del efecto final a partir del vector de ángulos de las articulaciones y los parámetros geométricos del elemento. También se tomara en cuenta el especio de trabajo del manipulador, todo esto será con el fin de que la función del brazo manipulador se realice correctamente.

ANALISIS DIRECTO:

En el análisis de posición directa se conocen los ángulos pero no se sabe la posición

Nota:

Para este brazo manipulador RR solo es necesario el análisis de cinemático inverso, debido a que solo necesitamos obtener la posición, ya que la orientación esta dada.

ANALISIS INVERSO:

En el análisis inverso se conoce la posición pero no se saben los ángulos.

 

  

ESPACIO DE TRABAJO:

El espacio de trabajo son todas las posiciones que puede tener un manipulador.

DIESEÑO MECANICO:

Para la realización del diseño mecánico  del brazo manipulador RR  se tomaron en cuenta las siguientes especificaciones.

Primero el brazo deberá ser capaz de inyectar el brazo de una persona.

Ser de un material ligero para que los motores con los que se cuenta sean capaces de sostener el peso de los eslabones. Verificar el área de trabajo en el que se pretende implementar. Exactitud a la hora de inyectar. Contar con un mecanismo que sea capaz de introducir y sacar la aguja del brazo humano. Tener una buena presentación.etc. Entre otras características:

El diseño de este prototipo se realizo en inventor.

Diseños propuestos:

DISEÑO DE LA PARTE DE CONTROL DEL ROBOT MANIPULADOR RR

El robot manipulador será controlado por un picaxe18x, para el cual fue necesario construir una tarjeta de control para el picaxe18 x.

PICAXE18X

Un microcontrolador es una computadora de un solo chip electrónico. El sistema PICAXE es un sistema de programación de microcontroladores poderoso, pero muy económico, diseñado para el uso educativo y aficionado de los microcontroladores.

Una de las características únicas del sistema PICAXE es que los programas pueden descargarse directamente al microcontrolador mediante un cable conectado al mismo, por lo tanto no se requiere el uso de equipos programadores/eliminadores de alto costo. Además, el software es fácil de utilizar.

Los programas pueden crearse ya sea gráficamente utilizando organigramas, o programando utilizando un lenguaje BASIC sencillo incluido en el software.

TARJETA DE CONTROL

El diagrama propuesto para la tarjeta de control del picaxe18x, consta de dos partes la fuente y la parte de control como se muestra en la siguiente figura:

CONTROL PID

CONTROL PID

Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es un mecanismo de control por realimentación que se utiliza en sistemas de control industriales. Un controlador PID corrige el error entre un valor medido y el valor que se quiere obtener calculándolo y luego sacando una acción correctora que puede ajustar al proceso acorde. El algoritmo de cálculo del control PID se da en tres parámetros distintos: el proporcional, el integral, y el derivativo. El valor Proporcional determina la reacción del error actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error, esto nos asegura que aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de seguimiento se reduce a cero. El Derivativo determina la reacción del tiempo en el que el error se produce. La suma de estas tres acciones es usada para ajustar al proceso vía un elemento de control como la posición de una válvula de control o la energía suministrada a un calentador, por ejemplo. Ajustando estas tres variables en el algoritmo de control del PID, el controlador puede proveer un control diseñado para lo que requiera el proceso a realizar. La respuesta del controlador puede ser descrita en términos de respuesta del control ante un error, el grado el cual el controlador llega al "set point", y el grado de oscilación del sistema. Nótese que el uso del PID para control no garantiza control óptimo del sistema o la estabilidad del mismo. Algunas aplicaciones pueden solo requerir de uno o dos modos de los que provee este sistema de control. Un controlador PID puede ser llamado también PI, PD, P o I en la ausencia de las acciones de control respectivas. Los controladores PI son particularmente comunes, ya que la acción derivativa es muy sensible al ruido, y la ausencia del proceso integral puede evitar que se alcance al valor deseado debido a la acción de control.

fig. diagrama de bloques control PID

Funcionamiento

Para el correcto funcionamiento de un controlador PID que regule un proceso o sistema se necesita, al menos:

1. Un sensor, que determine el estado del sistema (termómetro, caudalímetro,manómetro, etc).
2. Un controlador, que genere la señal que gobierna al actuador.
3. Un actuador, que modifique al sistema de manera controlada (resistencia eléctrica, motor, válvula, bomba, etc).

El sensor proporciona una señal analógica o digital al controlador, la cual representa el punto actual en el que se encuentra el proceso o sistema. La señal puede representar ese valor en tensión eléctrica, intensidad de corriente eléctrica o frecuencia. En este último caso la señal es de corriente alterna, a diferencia de los dos anteriores, que son con corriente continua.
El controlador lee una señal externa que representa el valor que se desea alcanzar. Esta señal recibe el nombre de punto de consigna (o punto de referencia), la cual es de la misma naturaleza y tiene el mismo rango de valores que la señal que proporciona el sensor. Para hacer posible esta compatibilidad y que, a su vez, la señal pueda ser entendida por un humano, habrá que establecer algún tipo de interfaz(HMI-Human Machine Interface), son pantallas de gran valor visual y fácil manejo que se usan para hacer más intuitivo el control de un proceso.
El controlador resta la señal de punto actual a la señal de punto de consigna, obteniendo así la señal de error, que determina en cada instante la diferencia que hay entre el valor deseado (consigna) y el valor medido. La señal de error es utilizada por cada uno de los 3 componentes del controlador PID. Las 3 señales sumadas, componen la señal de salida que el controlador va a utilizar para gobernar al actuador. La señal resultante de la suma de estas tres se llama variable manipulada y no se aplica directamente sobre el actuador, si no que debe ser transformada para ser compatible con el actuador que usemos.
Las tres componentes de un controlador PID son: parte Proporcional, acción Integral y acción Derivativa. El peso de la influencia que cada una de estas partes tiene en la suma final, viene dado por la constante proporcional, el tiempo integral y el tiempo derivativo, respectivamente. Se pretenderá lograr que el bucle de control corrija eficazmente y en el mínimo tiempo posible los efectos de las perturbaciones.

TARJETA DE CONTROL PARA PICAXE 18X

Video acerca de la tarjeta

PUERTO USB

Aqui les dejo un pdf donde podran encontrar todas las especificaciones del puerto usb sus requerimientos para conectarlos a tu computadora la velocidad de tranferecnia de datos, sus circuitos electronicos internos la arquitectura del PUERTO USB.

Espero le pueda servir  a mas de uno, viene muy completo....
Solo da click:
PDF USB

Clasificacion de los Robots

SEGUN SU CRONOLOGIA
La que a continuación se presenta es la clasificación más común:
1ª Generación.

Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.

2ª Generación.

Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.

3ª Generación.

Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

4ª Generación.

Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.

SEGUN SU ARQUITECTURA

La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: Poliarticulados, Móviles, Androides, Zoomórficos e Híbridos.

1. Poliarticulados

En este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente pueden ser guiados para efectuar desplazamientos limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad". En este grupo se encuentran los manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.

2. Móviles

Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basados en carros o plataformas y dotados de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia.

3. Androides

Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot.

4. Zoomórficos

Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. Los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numeroso y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes.

5. Híbridos

Estos Robots corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos. De igual forma pueden considerarse híbridos algunos Robots formados por la yuxtaposición de un cuerpo formado por un carro móvil y de un brazo semejante al de los Robots industriales. En parecida situación se encuentran algunos Robots antropomorfos y que no pueden clasificarse ni como móviles ni como androides, tal es el caso de los Robots personales.

Evolucion de la Robotica

A continuacion se presenta un pequeño recuento de cómo es el desarrollo y evolución de la robotica.

La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", que trataban de materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que lo descargasen del trabajo. El ingeniero español Leonardo Torres Quevedo (GAP) (que construyó el primer mando a distancia para su automóvil mediante telegrafía sin hilo, el ajedrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos.

Karel Čapek, un escritor checo, acuñó en 1921 el término "Robot" en su obra dramática "Rossum's Universal Robots / R.U.R.", a partir de la palabra checa robota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los robots. Asimov creó también las Tres Leyes de la Robótica. En la ciencia ficción el hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos, haciéndose con el poder, o simplemente aliviando de las labores caseras. 

Siglo I a. C. y antes Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas, incluyendo un artefacto con fuego, un órgano de viento, una máquina operada mediante una moneda, una máquina de vapor, en Pneumatica y Automata de Herón de Alexandria Autonoma Ctesibius de Alexandria, Filón de Bizancio, Herón de Alexandria, y otros

1206 Primer robot humanoide programable Barco con cuatro músicos robotizados Al-Jazari

c. 1495 Diseño de un robot humanoide Caballero mecánico Leonardo da Vinci

1738 Pato mecánico capaz de comer, agitar sus alas y excretar. Digesting Duck Jacques de Vaucanson

1800´s Juguetes mecánicos japoneses que sirven té, disparan flechas y pintan. Juguetes Karakuri Hisashige Tanaka

El primer documento de robot móvil aparece cerca de 1870, un mecanismo de 4 barras(fig.1.1) inventado por el ruso matemático P.L. Chebyshev.

Fig. 1.1 Robot móvil 4 barras inventado por el ruso matemático P.L. Chebyshev.

En 1883 se desarrolla también con un mecanismo 4 barras y una transmisión el caballo mecánico patentado por L.A. Rigg en EUA (fig. 1.2).

Fig. 1.2 Caballo mecánico L.A. Rigg en EUA

1921 Aparece el primer autómata de ficción llamado "robot", aparece en R.U.R. Rossum's Universal Robots Karel Čapek

1930´s Se exhibe un robot humanoide en la World's Fairs entre los años 1939 y 1940 Elektro Westinghouse Electric Corporation

1948 Exhibición de un robot con comportamiento biológico simple Elsie y Elmer William Grey Walter

1956 Primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una patente de Devol Unimate George Devol

1961 Se instala el primer robot industrial Unimate George Devol

El GE Walking Truck (camión caminante GE) un cuadrúpedo con 3 metros de longitud, un peso de 1400 kg con un motor de gas de 90 HP fue desarrollado por R.S. Mosher in 1962.

1963 Primer robot "palletizing" Palletizer Fuji Yusoki Kogyo

En 1966 McGhee en conjunto con A.A Frank, construyó un cuadrúpedo llamado Phony pony. Cada pata fue hecha con 2 grados de libertad (fig. 1.3).

fig. 1.3 Cuadrúpedo Phony Pony

1973 Primer robot con seis ejes electromecánicos Famulus KUKA Robot Group

1975 Brazo manipulador programable universal, un producto de Unimation PUMA Victor Scheinman

El hexápodo OSU construido en 1977 fue el primer robot caminante controlado por computadora sus patas fueron basadas en un insecto. Este robot se convirtió en el Banco de pruebas experimental para un gran número de resultados científicos relacionados con control de robot y fuerza en algoritmos de distribución. Una de las fechas de mayor importancia ya que de aquí se parte para el desarrollo e investigación de algoritmos para el control de robots con 6 patas los cuales son de nuestro interés.

1983 Odetics Incorporated da a conocer el robot hexápodo ODEX I (fig. 1.4), la compañía construyó en 1990 una versión avanzada para hacer la inspección en una planta nuclear.

Fig. 1.4 Hexápodo ODEX 1983

En 1986, McGhee junto con Waldron construyeron y probaron el hexápodo ASV (fig. 1.5) posiblemente el hexápodo con el algoritmo capaz de adaptarse a cualquier terreno y caminar.

Fig. 1.5 Hexápodo ASV, 1986.

En 1990 se puede decir que entró la nueva generación de robots móviles y se escuchaba la palabra inteligencia artificial, se desarrollo el robot hexápodo Genghis (fig. 1.6), diseño muy cuidadoso, desarrollado por Brooks.

fig. 1.6 Robot hexápodo Genghis, 1990.

1996 se da a conocer el hexápodo Melmantis (fig. 1.7) desarrollado por Koyachi, capacidad extraordinaria de transformar sus patas en manipuladores. Este robot puede manipular un objeto usando 2 patas mientras se mantiene parado sobre las otras 4, caminando en sus 6 patas para mayor estabilidad.

Fig. 1.6 Hexápodo Melmantis, 1996.

2000 Robot Humanoide capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas ASIMO Honda Motor Co. Ltd 

2005 se desarrolla robot hexápodo Rise (fig. 1.7) desarrollado por Kim, con una cualidad especial de trepar paredes ya que cada pata de este hexápodo está equipada con arreglos de espinas miniatura pudiendo escalar paredes con materiales distintos como concreto, ladrillo, etc.

fig. 1.7 Robot Hexápodo Rise, 2005.

BIBLIOGRAFIA

CELAYA ENRIC, PORTA JOSEP, A CONTROL STRUCTURE FOR THE LOCOMOTION OF A LEGGED ROBOT ON DIFFICULT TERRAIN. IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION. VOL. 5, NO. 2, JUNE 1998.


BRUNO SICILIANO, OUSSAMA KHATIB, HANDBOOK SPRINGER OF ROBOTIC, DVD-ROM, 953 FIGURES, 422 IN FOUR COLOR AND 84 TABLES


GONZALES DE S. PABLO, GARCÍA ELENA, ESTREMERA JOAQUÍN, QUADRUPEDAL LOCOMOTION AN INTRODUCTION TO THE CONTROL OF FOUR-LEGGED ROBOTS, EDICION 1, SPRINGER, MADRID ESPAÑA, 2006.


Este articulo es una recopilacion de mi investigacion de tesis espero les sirva.....

Jerk

Jerk es el ritmo o velocidad con el que cambia la aceleración en el tiempo, esto es la derivada de la aceleracion con respecto del tiempo, la segunda derivada de la velocidad y la tercera derivada de la posicion. El jerk es un vector.

Las unidades del jerk son metros por segundos al cubo (m/s^3)
Las subidas y bajadas en las montañas rusas son jerks porque la aceleración cambia en magnitud y sentido.

Este es un pequeño resumen de lo que es el jerk para mayor informacion les dejo este enlace donde podran obtener mas informacion acerca del jerk:

http://en.wikipedia.org/wiki/Jerk_(physics)

Imagen http://new.taringa.net/posts/videos/2122409/super-monta%C3%B1as-rusas.html