robot design

Universidad Manuela Beltrán. Colorado Carlos, Otalvarez Javier, Pinilla Jhon. Informe de laboratorio I. Control de Robóts.

Abstract—In this laboratory the design of a scooter is made and also the design of a manipulator five degrees of freedom for the purpose of a selection of objects. Although the arm can perform the movement called linear interpolation (for which requires moving simultaneously two or three of your joints), natural movement is the joint interpolation, both rotational.

Keywords — Autonomous, CAD, Design, Joint

I. INTRODUCCIÓN

En la industria, los robots juegan un papel importante; se están encargando de automatizar procesos en los cuales se busca la efectividad de producción en menor tiempo.

Este documento hablará sobre el diseño de un robot manipulador que consta de cinco grados de libertad con el fin de dar un mayor rango de movimientos que permita hacer una selección de objetos. El proceso de diseño consta de una selección de materiales y el diseño CAD de un bosquejo de lo que será el robot.

Además se realiza el diseño CAD de un scooter con el fin de entrar en familiaridad con el programa de Autodesk Inventor, se estudia en detalle las partes que compone el diseño incluyendo movimiento.

En el siguiente artículo, se presenta el diseño del robot manipulador, con sus planos, también se muestra la selección de material, y todo el proceso de diseño usando el software Autodesk Inventor.

II. DISEÑO DE SCOOTER

El propósito de la realización de este elemento es con el fin de desarrollar capacidades de diseño, con ayuda de la página oficial de videos tutoriales donde se explica paso a paso la construcción del Scooter.

III. DISEÑO DEL ROBOT

3.1. Selección de elementos

A. Materiales

El prototipo se realizará en MDF, para lo cual es necesario tener el desarrollo de las piezas en el software Autodesk Inventor para luego ser exportado en formato .stl, y finalmente realizar todo el proceso de corte y ensamblaje.

Previamente se realiza un estudio frente a los diferentes materiales que se pueden utilizar en el prototipo de robot manipulador (Ver Tabla I). Como se puede observar, la madera es el indicado para este prototipo de robot por su bajo costo y masa, y buena resistencia con respecto a los demás materiales considerando los diferentes movimientos que debe realizar.

TABLA I.COMPARACIÓN Y SELECCIÓN DE MATERIALES

Materiales Peso Resistencia Maleabilidad Costo

Madera Medio Medio Bajo MedioAcrílico Bajo Medio Medio MedioPlástico Bajo Medio Alto MedioHierro Alto Alto Medio Alto

Muestra de estudio de materiales para el diseño del robot, indicando cual puede ser el más aconsejable en cuando a peso, resistencia, maleabilidad y costo.

3.2. Diseño CAD

Para el diseño CAD del modelo se utilizaron algunas operaciones y herramientas que permiten modelar el sistema en 3D algunas de estas son:

Informe de laboratorio I de Control de Robóts

Colorado Carlos, Otalvarez Javier, Pinilla Jhon.{charliecrld992, jasom24, jhonp710}@hotmail.com

Universidad Manuela Beltrán

Diseño CAD de un Robot Manipulador

1


-Extrusión: Crea un cuerpo o una operación añadiendo profundidad a un perfil.-Empalmes: Esta añade empalmes o redondeos a aristas o caras.-Patrón rectangular: El cual crea operaciones o solidos duplicados y los organiza en filas o columnas en una trayectoria.-Patrón Circular: Crea operaciones o solidos duplicados en un patrón circular o arco.-Simetría: Crea una copia simétrica de una o varias operaciones a lo largo de un plano.-Plano de trabajo: Crea un plano de construcción que asocia la forma para métrica a otros objetos.-Operaciones Básicas de diseño: En estas operaciones podemos encontrar herramientas de diseño como líneas, círculos, rectángulos , arcos y ciertas operaciones como recortar, desplazar, copiar, girar etc…

Teniendo en cuenta estos conceptos básicos para el modelado en 3D del robot se procede al diseño de cada parte:

A. Diseño servomotor

El proceso de diseño del servomotor se compone de varias funciones dentro del programa, empezando por la creación de un plano, que a partir de figuras geométricas, que con la ayuda de un acotamiento se le puede asignar las medidas exactas.

Luego de tener sobre el plano el diseño del servomotor como se ve desde la parte superior, se hace una extrusión de la figura, para poder hacer la visualización en 3D del servomotor. (Véase Fig.1).

Además se puede hacer una combinación de colores para que el diseño sea lo más parecido al real, y se coloca una imagen de la etiqueta del fabricante de manera opcional.

Fig.1. servomotor en 3D diseñado en autodesk

A. Diseño aleta

La aleta, es una parte que compone al servomotor, el diseño de esta se hizo de manera independiente.

Luego por medio de una función de ensamblaje se puede acoplar las dos piezas.

El proceso de diseño parte del mismo punto, que con la ayuda de figuras geométricas y luego hacer una extracción de la figura, se puede observar la aleta en 3D. (Véase Fig.2).

Adicionalmente se hizo el diseño de un dentado del eje del servomotor con el eje de la aleta, de manera que muestre el encajamiento real de la pieza.

Fig.2. aleta en 3D. Diseñado en autodesk

B. Ensamblaje de piezas

El ensamblaje, es una función que permite el montaje de dos diseños de dos o más piezas


2


diseñadas en el programa, en este caso la aleta y el servomotor.

Para este proceso, son necesarios dos pasos, el primero hacer coincidir en el plano Z el eje central del servomotor con el eje de la aleta, y el segundo paso que las dos piezas coincidan en el eje Y. (véase Fig.3)

Fig.3. ensamblaje de las dos piezas. Diseñado en autodesk

C. Elementos de la base

Para el diseño de la base se requiere que se haga tres piezas principalmente (Véase Fig.4 y Fig.5).

Fig.4. Diseño de la base en Autodesk


Luego se hace el ensamblaje de estas piezas más unos anexos para obtener lo que es finalmente la base del robot manipulador (Véase Fig.6)


D. Elementos soporte base

Luego, se hace un diseño de unos soportes para los servomotores del manipulador ubicados en la base, que serán los que darán la altura máxima del robot, y a la vez toda la parte de equilibrio. (Véase Fig.7, Fig.8)

Fig.7. Diseño soporte base en Autodesk

Fig.8. Diseño soporte base en Autodesk


3


Después de diseñar las partes de soporte de la base, se hace un ensamble de estas piezas, llegando a lo que sería como tal la base del manipulador incluyendo los servomotores, tornillos, y separadores de piezas como se puede observar. (Véase Fig.9)

Fig.9. ensamblaje soporte base en Autodesk

E. Primer segmento del brazo

De igual manera que se diseñaron las anteriores piezas, se diseñan tres segmentos que componen el brazo del manipulador, en el cual el primero es de sujeción, el segundo contiene dos articulaciones, y el tercero es en cual se encuentra el efector final; Este aún no se define (Véase Fig.10, Fig.11, Fig.12)

Fig.10. Diseño primer segmento del brazo

Fig.11. Diseño segundo segmento del brazo

Fig.12. Tercer segmento del brazo

F. Ensamblaje totalFinalmente, se realiza el ensamblaje total de las

partes que componen el manipulador, en el cual se aprecia que en la parte de la base se ubican dos servomotores con fines de darle más equilibrio, y los otros dos son con fines de espacio de trabajo, es decir que tenga un alcance mayor. (Véase Fig.13)

Fig.13. ensamblaje total del robot manipulador


4


IV. CONCLUSIONES En el ensamblaje de los eslabones, se debe tener

cual es el ángulo inicial para que no se vayan a chocar los eslabones en el momento de las pruebas a la hora de realizar el espacio de trabajo.

El modelo 3D del robot es muy importante ya que simplifica los costos al momento de implementar. Donde las piezas dan una visión especifica de lo que se quiere mostrar, para al final hacer una correcta entrega del modelo físico con el diseño.

V. REFERENCIAS


5

[1] «robotica UC,» [En línea]. Available: http://www.roboticauc.com/index.php/contenido/morfologia/configuracion-de-los-robots-industriales. [Último acceso: 10 marzo 2015].[2] «google images,» [En línea]. Available: https://www.google.com.co/search?q=cuarto+de+esfera&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=G3v-VOCiOoOpNoqtgogJ&ved=0CAYQ_AUoAQ#imgdii=_&imgrc=toh9MxkD4ToygM%253A%3Bb7MHj-MX_el3wM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.giematic.unican.es%252FintMultiple%2. [Último acceso: 10 marzo 2015].[3]«morfologia de robots industriales,» [En línea]. Available: http://automata.cps.unizar.es/robotica/Morfologia.pdf. [Último acceso: 10 marzo 2015].

robot design

Documents