Scorbot-ER V

SCORBOT-ER V

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Abstract— This report will appreciate the most fundamental features of robot SCORBOT-ER V, such as its kinematics,

applications and identification of components that make up

the robot, motor, encoder, transmissions and other elements

that contribute to the operation of the robot.

Resumen— En este informe se podrá apreciar las

características más fundamentales del robot SCORBOT-ER V,

como lo son su cinemática, aplicaciones, identificación de

componentes que conforman al robot, motores, encoder,

transmisiones y demás elementos que contribuyen en el

funcionamiento del robot.

Palabras Claves— Motores, Microinterruptores,

Transmisiones, Codificadores, Pinza.

Index Terms— Motors, Microswitches, Transmissions, Encoders, Gripper.

I. INTRODUCCIÓN

esde hace mucho tiempo atrás, el hombre ha

comenzado a crear diferentes herramientas que le

permitan mejorar su desempeño en las diferentes tareas

que realiza, al igual que mecanismos que le permitan

satisfacer alguna necesidad, como los automóviles, aviones,

etc. Esta constante desarrollo de elementos no se quedo solo hay, sino que a medida que fueron pasando los años el hombre

empezó a tratar de recrear las funciones y los movimientos de

los seres vivos a través de maquinas y dispositivos.

Actualmente contamos con una gran cantidad de robots, los

cuales pueden realizar diferentes tareas, la cual depende de la

seleccionada en el proceso de programación, permitiendo que

puedan ser utilizados en infinitas aplicaciones.

El SCORBOT-ER V es un robot de articulación vertical,

con cinco juntas de revolución. Cuando se le agrega la pinza, el robot posee seis grados de libertad. Este diseño permite a la

herramienta final ser colocada y orientada arbitrariamente en

un gran espacio de trabajo.

Manuscrito creado para la asignatura de Lab. Robótica en manos del

docente Ing. Jorge Pacheco para el día 20 de Noviembre de 2012.

D. Rojas, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del

Caribe. (email: [email protected]).

J. Olmos, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del

Caribe. (email: [email protected]).

I. Hernández, estudiante de Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma

del Caribe. (email: [email protected]).

II. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS SCORBOT-ER V

A continuación se detallaran de forma breve las principales

especificaciones técnicas que posee el brazo mecánico del

SCORBOT-ER V:

Tabla 1. Especificaciones Técnicas SCORBOT-ER V [1]

Brazo Mecánico

Número de Ejes 5 ejes mas la pinza

Construcción Brazo vertical articulado

Radio de operación 610mm

Movimiento de los ejes Var. Ejes Vel. Compuesta

Eje 1: Base 310° 600mm/seg

Eje 2: Brazo inferior +130°/-

Eje 3:Brazo Superior 35°

Eje 4: Elev. Pinza +/-130°

Eje 5: Giro Pinza +/-130°

Velocidad Puede cambiarse en incrementos de 1%

Capacidad de carga 1kg en la extensión del brazo

Repetibilidad 0.5mm

Realimentación Encoders ópticos de alta resolución

Abertura de la pinza 75mm sin almohadillas de goma, 65mm con ellas

Sensores Pinza puede medir el tamaño de los objetos

Tubo neumático Previsión para colocar una

herramienta neumática en el extremo del brazo

Antibacklash El eje de la base es soportado por

sistema de engranaje tipo Antibacklash

Sincronización del Robot Búsqueda punto 0 de referencia en todos los ejes, usando microinterruptores

Peso del brazo 10.8 kg

Temperatura ambiente 2°C a 40°C

III. CINEMÁTICA DEL MANIPULADOR

El Escorbot-er v es un robot de 5 ejes giratorios por lo tanto

sus ejes quedan ubicados como lo indica la figura 1 [2]:

Fig 1. Ubicación de Ejes.

SCORBOT-ER V TALLER FINAL

D. Rojas Méndez, J. Olmos, I. Hernández

D

SCORBOT-ER V

2

Los parámetros D-H quedan de la siguiente manera:

Tabla 2. Parámetros D-H SCORBOT-ER V

Eje θi di ai αi

0-1 θ1 L1 0 90

1-2 θ2 0 L2 0

2-3 θ3 0 L3 0

3-4 θ4+90 0 0 90

4-5 θ5 L5 0 0

Aplicando la matriz de transformación homogénea de

Denavit-Hartenberg, calculamos la cinemática directa del

manipulador de acuerdo a los parámetros D-H calculados:

Valores de Px, Py y Pz:

IV. SIMULACIÓN MEDIANTE EL TOOLBOX DE MATLAB

Código generado en matlab para la simulación figura 2:

Fig 2. Simulación SCORBOT-ER V

clc clear all

Link

L(1)=Link([1 1 0 pi/2]) L(2)=Link([1 0 1 0]) L(3)=Link([1 0 1 0]) L(4)=Link([1 0 0 pi/2]) L(5)=Link([1 0.5 0 0])

RR=SerialLink(L,'name','Scorbot ER-5')

RR.plot([0 0 0 pi/2 0])

SCORBOT-ER V

3

Posición Numéro 2 Figura 3: RR.plot([0 pi/4 -pi/4 0 0])

Fig 3. Simulación SCORBOT-ER V

V. APLICACIONES DEL ESCORBOT-ER V

El SCORBOT-ER V es un robot ideal para el estudio del

control y aplicaciones. Se puede testear el control del circuito abierto o cerrado con varios perfiles de velocidad (parabólica,

trapezoide, de funcionamiento libre, aceleración y

deceleración). Usando el control PID se puede demostrar la

diferencia entre el control sintonizado y un valor insuficiente,

cuando se sobrepasa la posición se obtiene un error de

velocidad. [3]

VI. DESCRIPCIÓN DE COMPONENTES

El SCORBOT-ER V es un sistema de robótica rápido, exacto,

flexible y fiable diseñado para aplicaciones de laboratorio,

investigación y formación, con cinco juntas de revolución.

Los movimientos de cada junta son descritos en la siguiente

tabla:

Tabla 3. Movimientos SCORBOT-ER V

Eje Nombre Movimiento Motor

1 Base Rotación del cuerpo 1

2 Hombro Sube y baja el brazo 2

3 Codo Sube y baja el antebrazo 3

4 Elevación Sube y baja Pinza 4 y 5

5 Giro Gira Pinza 4 y 5

A. Motores:

Los cinco ejes y la pinza del robot son operados por motores

servo de CC Figura 4. La dirección de revolución del motor es

determinada por la polaridad del voltaje, el voltaje positivo

hace girar el motor en una dirección, y el negativo en la

dirección opuesta. Cada motor lleva instalado un codificador o

encoder para control en bucle cerrado.

Fig 4. Motor SCORBOT-ER V [4]

Fig 5. Ubicación Motores SCORBOT-ER V

Fig 6. Ubicación Motores SCORBOT-ER V

B. Encoders:

La ubicación y la acción de cada eje son medidas por un

encoder ópticos adjunto al eje del motor (Figura 7). Cuando el

eje de robot se mueve, el encoder genera una serie de impulsos

eléctricos. El número de dichas señales es proporcional a la

cantidad de movimiento del eje. La sucesión de las señales

indica la dirección de movimiento. El controlador lee estas

señales y determina el alcance y la dirección del movimiento

del eje.

SCORBOT-ER V

4

Fig 7. Encoders SCORBOT-ER V [5]

Fig 8. Posición Encoders

C. Microinterruptores

El SCORBOT-ER V posee cinco microinterruptores, uno

sobre cada eje (Figura 9). Durante el procedimiento de

búsqueda de referencia o posición Inicio (Home), los ejes se

mueven hasta que sus interruptores son activados. Cuando

todas las articulaciones están en la posición de referencia, el

robot está en la posición Inicio. Este es el punto de referencia

para la operación de robot. Cuando se activa el sistema, el

robot es enviado a esa posición por medio de la rutina de software Ir a Inicio.

Fig 9. Microinterruptores SCORBOT-ER V [6]

Fig 10. Posición Microinterruptor 1




SCORBOT-ER V

5


D. Transmisiones

Se utilizan varios tipos de transmisiones para mover las

articulaciones del robot (Figura 15).

Fig 15. Transmisiones SCORBOT-ER V [7]

Fig 16. Transmisiones SCORBOT-ER V

Fig 17. Transmisión inferior SCORBOT-ER V

Engranajes mueven los ejes de la base y hombro. Poleas y

correas dentadas mueven el eje del codo. Poleas y correas dentadas, y una unidad diferencial de engranaje, al final del

brazo, cambian la inclinación y el giro de los ejes de la

muñeca. Una transmisión de husillo abre y cierra la pinza.

E. Pinza

El SCORBOT-ER V posee una pinza con mordazas cubiertas por almohadillas de goma. Dichas almohadillas pueden ser

quitadas para permitir el agregado de otras herramientas

finales, tales como almohadillas de succión (Figura 18).

Fig 18. Pinza SCORBOT-ER V [8]

Fig 19. Gripper SCORBOT-ER V

SCORBOT-ER V

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Tres engranajes cónicos forman el juego de engranajes que

mueve la junta de la muñeca. Cuando los motores 4 y 5 giran

en la misma dirección, la inclinación de la muñeca sube y

baja. Cuando los motores 4 y 5 giran en direcciones opuestas,

la pinza gira en sentido horario o antihorario. Un husillo conectado directamente al motor 6 abre y cierra la pinza [9].

VII. CONCLUSIÓN

El análisis mediante variables de estado nos brinda una

forma alternativa de estudiar los sistemas de control en base a

los estados presentes y futuros que puede tener un sistema,

permitiéndonos mediante ciertos procedimientos adelantarnos

a la respuesta que va a tener nuestro sistema y corregirla antes

de que suceda.

Que la realimentación de estados es un proceso que se

podemos utilizar para mover los polos de nuestro sistema al

lugar que nosotros deseemos o consideremos necesario.

Que el movimiento de los polos lo realizamos a través de la

matriz de ganancia , la cual puede se calculada mediante

asignación de polos convencionalmente o mediante el método

de Ackermann.

Que la estabilización es realimentación de estados se da

cuando se consigue que todos los polos del sistema se

encuentren del lado del semiplano izquierdo del eje

imaginario.

Que la realimentación de estados no afecta a los ceros del

sistema.

Que para el diseño de un compensador en retroalimentación

de estados se hace necesario primeramente haber calculado la

matriz de ganancia y el observador de estados.

Que para prevenir y corregir que señales tales como

perturbaciones de cualquier tipo interfirieran en el normal

funcionamiento del sistema se puede retroalimentar el sistema

implementando una acción integral que permita estimar el

error que se produce o se producirá en un instante dado.

Que el filtro de Kalman permite estimar los estados de un

sistema buscando un valor de estimación lo más adecuado

posible a través de la implementación de un algoritmo.

REFERENCIAS

[1] Informe Descriptivo SCORBOT-ER V. Universidad Nacional de

Quilmes. Martin A. Castillo. Recurso digital, disponible en:

http://www.docstoc.com/docs/123457933/Informe-descriptivo-scorbot-

er-v-plus-iaci

[2] SCORBOT-ER V plus Manual de Usuario en Español. Intelitek

[3] Informe Descriptivo SCORBOT-ER V. Universidad Nacional de

Quilmes. Martin A. Castillo. Recurso digital, disponible en:

http://www.docstoc.com/docs/123457933/Informe-descriptivo-scorbot-

er-v-plus-iaci







BIOGRAFÍAS

Danilo Alfonso Rojas Méndez, estudiante de

Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del

Caribe, Barranquilla, Atlántico. Cursos Sena Virtual

(AutoCAD 2D y 3D, PLC I e Identificación y

análisis de circuitos integrados y compuertas

lógicas) Cursos Sena convenio UAC (Curso básico

de las TIC para la docencia en ambientes virtuales)

(Email: [email protected]) Cel.: 3002443554

Cód. 250910028

Iván Hernández Pérez, estudiante de Ingeniería

Mecatrónica Universidad Autónoma del Caribe,

Barranquilla, Atlántico. (Email:

[email protected]), Cel.: 3015606079

Cód. 250910262.

Jefferson Walid Olmos Santiago, estudiante de

Ingeniería Mecatrónica Universidad Autónoma del

Caribe, Investigador del Grupo GIIM en la facultad de

Ingeniería de la Universidad Autónoma del Caribe,

ITSA (Técnico Profesional en Electromecánica)

(Email: [email protected]), Cel.: 3016180696

Cód. 250910109

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