Diseño De Un Robot Manipulador

Instituto Politécnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Ingeniería en Control y Automatización

Asignatura:

Tecnología de mecanismos

Diseño de un robot manipulador.

Alumnos:

Arredondo Ochoa Andrés

Sánchez Pérez Reyna Daniela

Grupo:

7AV1

Profesora:

Dra. Esther Lugo González

Fecha de entrega: 06 de marzo de 2015.

CONTENIDO.

Objetivo general

3

Objetivos específicos

3

Justificación

4

Introducción

5

Estado del arte

6

Conceptos teóricos

10

Desarrollo

38

Análisis de resultados

52

Conclusiones

55

Referencias

57

OBJETIVO GENERAL

Realizar el diseño mecánico de un robot manipulador, y su simulación en SolidWorks®.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Revisar la información existente para el diseño de un robot manipulador.

Elaborar en su totalidad las piezas necesarias para la construcción del manipulador empleando el software SolidWorks®.

Crear el ensamblaje y simulación en SolidWorks® adecuados para el mecanismo.

Determinar los grados de libertad del mecanismo.

Analizar las posibles restricciones del mecanismo empleando el software SolidWorks®.

Empleando la misma herramienta, obtener el cálculo de esfuerzos correspondiente al manipulador.

JUSTIFICACIÓN

Los robots han logrado captar la atención del mundo cuando se han aplicado a accidentes nucleares, localización de naufragios, exploración de volcanes y viajes espaciales. Están cambiando la forma en la que construimos, mantenemos la seguridad, producimos y distribuimos energía y alimentos al mundo. Se han convertido en herramientas para producir, trabajar y realizar labores peligrosas en la Tierra y fuera de ella. Los robots están transformando la forma de vida y trabajo, y están expandiendo los límites de la experiencia humana.

Entre las principales áreas que se cultivan en robótica se encuentran: control de movimiento, diseño de ambientes de programación, inteligencia artificial, sensores, visión, planificación y coordinación, entre otras. Los robots manipuladores representan nuevas fronteras para el desarrollo y bienestar de la sociedad, son piezas claves de la modernización tecnológica y han representado un factor clave de la economía mundial. Dentro de las aplicaciones en el mundo real se encuentran: teleoperación, medicina, juegos, agricultura, operaciones espaciales, manufactura, entre otras.

Los robots tienen una muy amplia variedad de aplicaciones. De hecho se estima que sólo en un número muy pequeño de casos los robots NO son aptos para realizar actividades. La funcionalidad de los prototipos de investigación (robots en general) construidos es cada vez mayor, de manera que los robots pueden llegar a ser hasta guías de museos y cuidadores de ancianos, entre otros usos.

INTRODUCCIÓN

Durante los últimos cincuenta años, la robótica no sólo ha incursionado en la industria, centros de investigación, universidades y hospitales, actualmente existen fábricas completamente automatizada mediante robots manipuladores. Hoy en día, la robótica es tan familiar que se pueden encontrar robots en el hogar realizando tareas domésticas. No obstante, se considera como un área joven en constante crecimiento.

En el presente trabajo, se muestra a grandes rasgos las características y simulación simple de un robot manipulador, mostrando el análisis de materiales, como la obtención de los grados de libertad del mismo.

SolidWorks es un software CAD (diseño asistido por computadora) para modelado mecánico en 3D, desarrollado en la actualidad por SolidWorks Corp., una filial de DassaultSystèmes, S.A. (Suresnes, Francia), para el sistema operativo Microsoft Windows. Su primera versión fue lanzada al mercado en 1995 con el propósito de hacer la tecnología CAD más accesible. Es tan simple como potente permitiendo a cualquier empresa para llevar su visión a la vida y la captura de los mercados globales.

SolidWorks® es un programa de diseño mecánico en 3D que utiliza un entorno gráfico basadoen Microsoft® Windows®, intuitivo y fácil de manejar. Su filosofía de trabajo permite plasmar sus ideas de forma rápida sin necesidad de realizar operaciones complejas y lentas.

Las principales características que hace de SolidWorks® una herramienta versátil y precisa es su capacidad de ser asociativo, variacional y paramétrico de forma bidireccional con todas sus aplicaciones. Además utiliza el Gestor de diseño (FeatureManager) que facilita enormemente la modificación rápida de operaciones tridimensionales y de croquis de operación sin tener que rehacer los diseños ya plasmados en el resto de sus documentos asociados.

Junto con las herramientas de diseño de Pieza, Ensamblajes y Dibujo, SolidWorks® incluye Herramientas de Productividad, de Gestión de Proyectos, de Presentación y de Análisis y Simulación que lo hacen uno de los estándares de diseño mecánico más competitivo del mercado. [1].

ESTADO DEL ARTE

INICIOS DE LA ROBÓTICA

El hombre siempre ha buscado la comodidad en sus acciones, tener alguien o algo que pueda realizar las tareas que pueden ponerlo en riesgo o que simplemente él sólo no lograría concluir. Cuando el poder residía en una sola persona podía crear majestuosas construcciones moviendo grandes cantidades de material gracias al conjunto de la fuerza humana, con el paso del tiempo dicho esfuerzo fue sustituido por la máquina, nueva herramienta que el hombre de igual forma dominaría para que realizara tareas monótonas, difíciles o que le pusieran en riesgo. Es así como KarelCapek, escritor checo, en 1921 acuñó el término "Robot" en su obra dramática "Rossum's Universal Robots / R.U.R.", a partir de la palabra checa Robbota, que significa servidumbre o trabajo forzado. En dicha obra los robots son máquinas que asemejan personas pero trabajan incansablemente. Inicialmente los robots fueron manufacturados para reemplazar a los trabajadores humanos, pero al final, los robots se tornan en contra de sus creadores aniquilando por completo la raza humana.

Desde entonces dicho término ha sido utilizado para señalar gran cantidad de dispositivos mecánicos, tales como teleoperadores, vehículos submarinos, buscadores autónomos, etc. Virtualmente cualquier sistema que opere con algún grado de autonomía, usualmente bajo el control de una computadora, puede ser llamada hasta cierto punto robot.

DEFINICIÓN DE ROBOT

Dentro de este texto el término robot se utilizará para designar un manipulador con un control digital. Este tipo de robot es esencialmente un brazo mecánico, dichos dispositivos más allá de los robots de ciencia ficción son complejos sistemas electromecánicos con grandes desafíos e interesantes problemas de investigación. ¿Entonces qué es un robot? Una definición oficial viene del Instituto del Robot de América (RIA por sus siglas en inglés): Un robot es un manipulador multifuncional reprogramable designado para mover material, partes, herramientas, o dispositivos especializados a través de movimientos variables programados para la realización de una variedad de tareas.

En cualquier caso, interesa recordar que el término robot nace asociado a la idea de trabajo y producción. En 1915, Leonardo Torres Quevedo declaró a la revista “Scientific American”: Los antiguos autómatas imitaban la apariencia y movimientos de los seres vivos, lo cual no tiene mucho interés práctico; lo que yo busco es una clase de aparatos que sin necesidad de reproducir los gestos más visibles del hombre, intentando obtener los mismos resultados que una persona.

Algunos robots poseen una imagen visual parecida a la de una persona y algunos tienen partes que se parecen a los miembros humanos. Sin embargo, la mayoría de los robots están hechos siguiendo una imagen funcional del ser humano.

Una de las características principales de los humanos es la flexibilidad, en particular la velocidad con la que se puede aprender a hacer nuevos trabajos, que en comparación a un robot sería su programabilidad, con la cual pueden aprender una tarea y repetirla un número indefinido de veces sin cometer errores y sin cansancio alguno, con lo cual sobrepasan nuestras capacidades.

Aun con esta habilidad no pueden emular inteligencia humana, especialmente el desenvolverse en situaciones variables e incluso imprevisibles. En un principio los robots funcionaban bajo órdenes sin tener en cuenta su entorno o las consecuencias de sus acciones. Con el tiempo fueron adquiriendo sensibilidad del mundo que les rodea mediante sensores para brindar información al controlador.

CLASIFICACIÓN GENERAL DE ROBOTS

Es así como el desarrollo de la robótica ha creado diversas ramas en torno a esta ciencia, en donde la teleoperación y la autonomía tienen grandes aplicaciones en sistemas que usamos en nuestra vida cotidiana. Algunos de los productos resultantes se parecen en cuanto a la imagen visual o

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