Diseño de un brazo robótico para alimentación de personas impedidasRealizado por: José Javier Bonilla Rodríguez

Instituto Tecnológico de León

ASESOR:ING. RUBÉN EUGENIO VALDIVIA HERNÁNDEZREVISOR DE METODOLOGÍA:DR. ANTONIO ZAMARRÓN RAMÍREZ

Proyecto para la empresa:

IMK SISTEMAS ACTIVOS Dueño: Ing. Jorge Arturo Cabrera

Vázquez Dirección: Parque de Innovación

Tecnológica de la Salle, ubicado en Av. Universidad No. 601, int. 1 Colonia Lomas del Campestre.

Empresas asociadas: ACCYS-3000 & HOC-DIGITAL

Introducción

Hoy en día el uso de robots para muchos aspectos de la vida cotidiana está llegando a ser algo más accesible para el sector civil y el desarrollo de robots de servicio para pacientes o personas discapacitadas no es la excepción.

Objetivo

Diseñar un brazo robótico de servicio médico con la capacidad de proporcionar alimento a una persona de manera segura y eficiente.

Planteamiento del problema

En los hospitales cuando se da atención a una persona cuadripléjica, que se encuentra inmovilizada de sus extremidades o que por algún motivo carece de las mismas, lo primero que se busca es alimentarle regularmente.

Justificación

Para dar solución a este y otros inconvenientes que implica la asistencia directa de otra persona, la tarea de alimentar a una persona discapacitada puede ser otorgada a un asistente robot. Existen ya diseños de brazos robot para alimentar personas, pero con este trabajo se busca comenzar una línea de diseño mexicana gracias al apoyo e iniciativa de la empresa IMK sistemas activos A.C.

Robot de servicio

“Aquel que trabaja de manera parcial o totalmente autónoma, desarrollando servicios útiles para el bienestar de los humanos y equipos. Pueden ser móviles y con capacidad de manipulación”

- Federación Internacional de Robótica

Estado del arte

ASIBOT Robot de asistencia a personas discapacitadas UC3M de Doxygen

iARM de Exact Dynamics montado en una silla de ruedas

Robot Articulado

Es un robot que consiste en eslabones conectados por articulaciones de revoluta. Estos robots son relativamente sencillos de fabricar y mantener. Sin embargo la realización de una tarea en coordenadas cartesianas requiere de transformaciones matemáticas.

Los parámetros de Denavit y Hartenberg

Con el fin de controlar el efector final respecto a la base, es necesario encontrar la relación entre los sistemas de coordenadas adjuntos al efector final y la base. Esto puede obtenerse a partir de la

descripción de las transformaciones de coordenadas adjuntadas a todos los eslabones que forman la descripción general de manera recursiva.

Concepto del brazo robótico

Como se muestra en la imagen se eligió un brazo de robot antropomórfico de tipo articulado de 4 GDL. La función del brazo robótico es proporcionar la ayuda necesaria para poder alimentar a una persona discapacitada.

Diseño del robot

Análisis de cargas Se analiza el brazo robótico en su posición crítica

para determinar los pares de torsión máximos en sus articulaciones, con el fin de determinar las características de los actuadores.

 

Motores seleccionados

Motor marca TSINYTipo: GW31ZYVoltaje: DC12VVelocidad sin carga: 14 r/minVelocidad con carga: 10.5 r/minCorriente de trabajo: 1.7 APeso: 0.38 kg

Motores seleccionados

Motor marca TSINYTipo: TS-32GZ370-255Voltaje: DC12VVelocidad sin carga: 15 r/minVelocidad con carga: 10.5 r/minCorriente de trabajo: 0.8 APeso: 0.142 kg

cinemática del brazo robótico

Dentro del análisis de la cinemática de los robots manipuladores existen dos formas de determinar su posición y orientación, la cual depende de qué tipo de variable se esté manejando; estas dos formas son conocidas como la cinemática directa y la cinemática inversa.

Diagrama de bloques del marco de referencia

Parámetros de Denavit-Hartenberg del brazo robótico

Simulación Cinemática

Mediante la simulación de la cinemática se busca conocer la relación existente entre las coordenadas articulares y la ubicación del robot mediante resultados numéricos y gráficos, para lo cual se hará uso de MATLAB y de un paquete de herramientas desarrollado para estos propósitos por el autor Peter I. Corke.

Simulación del volumen de trabajo

La longitud de los eslabones y los grados de rotación de las articulaciones son las dimensiones que determina el volumen de trabajo del brazo robótico. El volumen de trabajo del brazo robot en función de una serie de capas formadas por matrices de puntos ubicados dentro de las coordenadas en el espacio que puede alcanzar el efector final del brazo robótico.

Conclusiones y observaciones

Los modelos cinemáticos fueron resueltos usando métodos formales como la convención D-H para el modelo directo y el método geométrico para el modelo inverso.

Para la obtención de estos modelos se emplearon conocimientos de álgebra lineal, geometría y trigonometría.

No se determinó ninguno de los modelos dinámicos debido a la baja velocidad a la que se desea que opere el brazo robótico una vez construido, ya que al ser de una velocidad relativamente baja no se presentará ningún efecto apreciable debido a la inercia del brazo robótico. De ser necesario para la obtención de los modelos dinámicos se debe utilizar básicamente dinámica de Lagrange.

Conclusiones y observaciones

La validez de estos modelos fue determinada mediante experimentos de simulación en una PC. Para ello fue necesario aprender el uso de la herramienta computacional Matlab en su modo edición.

La creación del modelo matemático para la caracterización del robot implicó un estudio en el trabajo de Cuevas Ramírez, Ramírez Vargas y Cruz Hernández de la universidad La Salle Pachuca quienes realizaron un modelo de robot similar al que se diseñó en este trabajo.

Fin