Diseño de un Brazo
Mecánico
Proyecto: Diseño de un brazo
mecánico
Fecha: 8 de Noviembre de 2000
Autor: TodoRobot
Bibliografía: Robótica
Práctica de Angulo
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Introducción:
Este proyecto surge del reclamo de muchos visitantes por planos y conceptos
que les ayuden a iniciar la construcción de un Brazo Mecánico
controlado por computadora.
A lo largo de este documento se verán distintos bosquejos e ideas
que podrán orientarlos hacia el diseño de un brazo. Si bien los
bosquejos presentados corresponden a un modelo de brazo bastante
complejo, este puede ser adaptado de acuerdo a las posibilidades de cada
uno.
Las siguientes imágenes muestran el modelo terminado del brazo que
luego se verá en mas detalle:
Estas imágenes corresponden a un modelo comercial
denominado ARMDROID que se utiliza con fines didácticos.
Descripción técnica:
En la siguiente figura se puede apreciar un diagrama del ARMDROID con
todas sus partes detalladas:
Como se puede apreciar este modelo es un brazo muy completo, que
posee cuatro ejes de movimiento: Base, Hombro, Codo y Muñeca. Como se
ha comentado antes, no es necesario tener todos estos movimientos en un
primer diseño. Por ejemplo el movimiento de la muñeca suele complicar
bastante el diseño y puede ser obviado perfectamente sin que esto
disminuya demasiado la capacidad de trabajo del brazo.
En la siguiente figura se puede apreciar los ángulos de giro
clásicos de las distintas articulaciones:
Si bien no se aprecia el ángulo de giro de la base, esta posee un
movimiento de derecha a izquierda y viceversa con un ángulo de giro
generalmente limitado por los cables que conectan el cuerpo del brazo
con la base de apoyo. De todas formas con un buen diseño es posible
alcanzar ángulos de giro muy cercanos a los 360°.
En la construcción de este modelo se utilizan 6 motores paso a paso.
Uno es utilizado para el movimiento lateral de la base, un segundo y
tercer motor para dar movimiento al brazo y antebrazo, un cuarto y
quinto motor para accionar la muñeca hacia arriba y abajo y darle giro,
y el sexto y último motor para controlar la apertura y cierre del
aprehensor de la mano.
Los motores se ubican principalmente en la base para evitar cargar
con pesos adicionales las extremidades, ya que esto redundaría en tener
que usar motores mas potentes para lograr mover las mismas.
La conexión mecánica entre los motores y los ejes de cada
extremidad se realiza por medio de delgados cables de acero, engranajes
y poleas, según se aprecia en la siguiente figura:
Para terminar, veremos dos imágenes que ilustran la construcción y
accionamiento de la muñeca y la mano:
Accionando el brazo desde la PC:
Para controlar el brazo desde la PC se puede hacer uso de la interfaz
para puerto paralelo publicada en esta misma sección en conjunto con la
controladora para 4 motores paso a paso también disponible en esta
sección.
Si bien este brazo utiliza 6 motores, podemos obviar el movimiento de
la muñeca con lo cual podríamos realizarlo con tan solo 4 motores paso
a paso.
Alternativa a los motores paso a paso:
También es posible accionar un brazo mecánico mediante el uso de
motorreductores o bien motores DC con cajas reductoras adecuadas.
El resto de la mecánica no cambia, pero hay que tener en cuenta que
en los motores DC a diferencia de los motores paso a paso, no es posible
controlar su giro, estos giran una vez aplicada la energía y no hay
forma de saber cuanto han girado. Para solucionar esto se puede hacer
uso de un sistema de retroalimentación que nos informe en que posición
se encuentra cada eje y de esta forma sabremos cuando debemos accionar o
detener un motor y a su vez hacia que lado debe girar el mismo. Este
sistema es comúnmente llamado Servomecanismo, y para realizarlo basta
simplemente con hacer uso de un potenciómetro lineal conectado
mecánicamente con cada eje que se desee controlar. De esta forma cada
vez que el eje gire, también girará el potenciómetro del cual podemos
obtener una lectura analógica de la posición del eje.
El siguiente paso es transformar esta lectura analógica en digital
para poder interpretarla en la PC y tomar las acciones necesarias. Para
esto existen en el mercado y a precios muy accesible chips A/D que con
muy pocos componentes externos permiten traducir una o varias lecturas
analógicas y representarlas en un byte que puede ser leído e
interpretado por cualquier dispositivo digital. Como ejemplo podemos
mencionar la línea ADC de National cuyas características pueden
apreciarse en la siguiente dirección:
http://www.national.com/parametric/0,1850,502,00.html
Con un poco de diseño, se podría acoplar uno de estos chips a
la interfaz para el puerto paralelo
y de esta forma realizar la lectura
de los potenciómetros.
También es factible realizar tu propio conversor
A/D con componentes discretos y a medida de tus necesidades.
Conclusión:
Es muy importante el uso de materiales livianos para la construcción
de un brazo mecánico, ya que todo peso adicional redundará en una
complejidad mecánica y económica, debido a que obligará a utilizar
motores de mayores potencias. Un buen material es el aluminio, este es fácil
de conseguir, relativamente económico y extremadamente liviano en
comparación con su dureza.
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