Diseño y construcción de robots manipuladores reconfigurables

Abstract

This work developed the design and construction of a scale prototype of a reconfigurable robot manipulator with three degrees of freedom. The device has the ability to control the movement of each joint using a matrix keyboard and a LCD screen that allows the user to interact with the prototype. The structure of the device was built in MDF (Medium-Density Fibreboard), which is made from wood waste mixed with synthetic resins and subjected to strong pressure and heat to form sheets of different thickness. The material was cut with a laser cutting machine to which was introduced, previously, the design that the machine had to follow to make the cut. The design was made in Computer-Aided Design (CAD) software and was made contemplating the possibility of reconfiguring the device to control two types of robotic arm with the same prototype. The movement of each articulation is done by servomotors controlled by an Arduino UNO board which receives the values of the keyboard and the control of the LCD screen. To verify that the device is functional, tests were performed to determine the forward kinematics by applying the Denavit-Hartenberg convention, a mathematical process that reduces the complexity that other methods propose. Finally, a comparison was made between the results obtained in practice and the results that the mathematical equations showed.

En este trabajo se desarrolló el diseño y construcción de un prototipo a escala de un robot manipulador reconfigurable con tres grados de libertad. El dispositivo tiene la capacidad de poder controlar el movimiento de cada articulación a través de un teclado matricial y una pantalla LCD lo cual permite al usuario interactuar con el prototipo. La estructura del prototipo se construyó en MDF (Tablero de Fibra de Densidad Media), material realizado a partir de los residuos de madera mezclados con resinas sintéticas, y sometido a fuerte presión y calor para formar láminas de diferente grosor. El corte de este material se realizó con una máquina de corte láser a la cual se le introdujo, previamente, el diseño que la máquina debía seguir para realizar el corte. El diseño se realizó en un software de diseño asistido por computadora (CAD) y se hizo contemplando la posibilidad de reconfigurar el dispositivo para poder controlar dos tipos de brazo robótico con el mismo prototipo. El movimiento de cada articulación la realizan servomotores controlados por una placa Arduino UNO y que a su vez se encarga de recibir los valores del teclado, así como del control de la pantalla LCD. Para comprobar que el dispositivo es funcional, se realizaron pruebas para determinar la cinemática directa aplicando la representación Denavit-Hartenberg, la cual es un proceso matemático que reduce considerablemente la complejidad que otros métodos proponen. Finalmente se realizó una comparación entre los resultados obtenidos en la práctica y los resultados que las ecuaciones matemáticas arrojan.