Proyecto brazo robotico

Proyecto final
Proyecto brazo robotico
Arquitectura de computadoras
Estudiante
Código
Vilcapaza Choque William Vladimir 200777
Lipa Quispe Midward Brayan
195124
Arias Chipana Clinton Armando
200163
Ccallohuari Quispe Javier L.
195156
Docente: CHOQUE CASTRO MARCOS DENYS
Puno-Perú, 10 de enero de 2023
Índice
1. Introduccion
1
2. Marco teorico
2.1. Antecedentes . . . .
2.2. Justificacion . . . . .
2.3. Marcos referenciales .
2.4. Modelado . . . . . .
2.5. Simulacion . . . . . .
.
.
.
.
.
2
2
2
3
4
4
3. Objetivos
3.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2. Objetivos Especificos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
5
5
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
4. Desarrollo
4.1. Materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Esquema de conexiones Arduino . . . . . . .
4.3. Código de Arduino para la programación del
4.4. Desarrollo del proyecto . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. . . . . . . . .
. . . . . . . . .
brazo robótico
. . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
7
8
9
11
5. Conclusiones
17
6. Bibliografia
18
7. Hola mundo
18
Índice de figuras
19
Índice de cuadros
20
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
1. Introduccion
El presente proyecto se redacta con carácter de presentacion del proyecto final del curso
de Carrera, La aplicacion del curso de Arquitectura de plataformas se da de diferentes
formas, en este infprme veremos un detallado desarrollo acerca de un proyecto.
El proyecto que se detallara a continucacion es un brazo robotico, elaborado con servomotores, cable, motor de paso, arduino, protoboard, etc. Este proyecto se realizo con el
fin de demostrar una de las diferentes aplicaciones que tienen el curso, asi mismo este
brazo robotico tendra algoritmos con los cuales podra moverse, las funciones de este brazo
robotico son agarrar y trasladar un objeto de un lugar a otro cercano, tal y como lo puede
hacer una brazo normal.
1
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
2. Marco teorico
2.1. Antecedentes
En la Fundación Universidad de América, ubicada en la ciudad de Bogotá, los egresados
Alvarado carillo, N y Gualteros Matiz, Y. crearon un proyecto de grado titulado “Diseño
de un brazo robótico para utilizar en un laboratorio de automatización “en el cual se
utilizaron los conocimientos en programación en Arduino. Asimismo, la disposición de una
maquina laser de corte de madera y una impresora 3d para poder obtener las piezas del
brazo robótico.
El objetivo planteado fue diseñar un brazo robótico de 3D el cual servirá de implementación
en un proceso demanufactura de envasado y también como un módulo didáctico en el
laboratorio teniendo en cuenta su impactoambiental y su financiación.sanchez2019
En la universidad Autónoma de Occidente de Santiago de Cali se han venido desarrollando
investigaciones sobre el diseño del robot soldador. Es por ello que Uribe Diego y Sánchez
Edward llevaron a cabo en el año 2019 el proyecto de grado titulado “Diseño de robot
soldador de bajo costo” para el desarrollo de este trabajo fue necesario tomar como
referentes teóricos al robot industrial, estructura mecánica de un robot, morfologı́as de
robots industriales, cinemática de robots industriales y los métodos de soldadura.
Los autores de este proyecto se propusieron como objetivo general el diseñar un robot
soldador de bajo costo como mecanismo para optimizar los procesos de producción. Pero,
para cumplir a cabalidad este objetivo fue necesario seguir los siguientes pasos: Analizar
las restricciones de un sistema autónomo y validar el diseño propuesto en la soldadura. Es
importante mencionar que este proyecto se pudo completar en su totalidad y obtuvo el
resultado esperadosanchez2019metalmecanica.
2.2. Justificacion
Las instituciones de educación superior se interesan en generar innovaciones que les
permitan aplicar conocimientos cientı́ficos y tecnológicos en dispositivos que lleven a
beneficiar al sector industrial. El presente proyecto busca adentrarse en la aplicacion
al mundo real de la arquitectura de computadoras, teniendo como obejtivo la creacion
de un robot automatico. Este proyecto está dirigido al diseño, modelado, simulación y
construcción de diversos mecanismos que permitan contribuir a mejorar los procesos de
enseñanza y aprendizaje.
Uno de los motivos que llevan a realizar este proyecto es la posibilidad de ofrecer una
herramienta tecnológica para implementar en las diferentes empresas del mundo. Se dice
esto ya que principalmente en el ambito de la produccion o fabricacion de productos, es
2
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
bastante utilizado los brazos roboticos automaticos.
2.3. Marcos referenciales
2.3.1. Robotica
“La robótica es una ciencia o disciplina encargada del diseño, construcción e implementación
de máquinas programables o robots que ha contribuido en el desarrollo y progreso del
nuevo oleaje tecnológico derivado de la inteligencia artificial”.duque2018educatronica
La robótica esta categorizada como una técnica mas no una ciencia, porque a través de
esta se emplean términos importantes los cuales pertenecen a las ramas de la electricidad,
programación, mecánica, electrónica. Con el objetivo de conseguir algo práctico y ası́
poder ir sustituyendo al hombre en trabajos de carga pesada, tareas repetitivas o que
no requieren mucha importancia del hombre como tal. Con la robótica se logra ser más
eficiente en los procesos industriales como en la vida cotidiana también.
2.3.2. Mecanismos
Según el texto Análisis y sı́ntesis de mecanismos con aplicaciones, el mecanismo se define
como “un dispositivo mecánico compuesto por elementos generalmente rı́gidos, cuya función
es transmitir el movimiento o bien transformarlo en un patrón deseable”. Por otro lado,
los mecanismos se visualizan en cualquier tipo de máquina ya que a través del tiempo
se ha trabajado por mejorar el funcionamiento de estas en la vida cotidiana. Además, se
encuentran en los sistemas de ventanas de los carros, relojes, bicicletas y también son
usados en los procesos industriales en la parte de la automatización, porque cuentan con
una capacidad de generar movimientos sincronizados.torres2015analisis
2.3.3. Brazo robotico
El brazo robótico es un mecanismo, el cual se programa para ejercer ciertas actividades
o tareas designadas semejantes al de un brazo humano. Asimismo, puede ser un robot
completo o simplemente un brazo robótico autónomo. Además, el brazo robótico tiene
movilidad de rotación y traslación esto debido a sus diversas partes que se unifican y
se programan. Por otra parte, estos mecanismos tienen una mayor demanda que los
propios brazos del ser humano debido a que pueden alcanzar una mayor rapidez o incluso
desarrollar desplazamientos de objetos más prolongados que el brazo humano. Por otro
lado, el mecanismo puede desempeñar tareas supremamente delicadas en comparación al
brazo humano.
3
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
2.4. Modelado
En la actualidad el modelado 3D es una técnica que ha abarcado gran potencialidad en el
mundo sin embargo debido a que no se encuentra en la cuidad de Puno, se uso materiales
que se pudieron encontrar en el entorno regional. Y con los programas adecuados y el
esfuerzo de los estudiantes que realizaron este proyecto se pudo lograr la creacion de este
robot teniendo presente sus aspectos fı́sicos y materiales.
Asimismo, el producto final es conocido como modelo casero y estos se pueden tener al
alcance de la mano construyendolo de manera que los materiales puedan encontrarse
facilmente.
2.5. Simulacion
En el año 1976 el señor Thomas Goldsmith estableció el término simulación como un
método numérico para administrar experimentos en una computadora. Por consiguiente,
dichos experimentos tienen varios tipos, con ciertos vı́nculos matemáticos y lógicos, que
son indispensables para describir el orden y el comportamiento de sistemas difı́ciles en
la realidad a través de periodos extensos. Por otra parte, Shannon en 1976 expresó que
la simulación es el desarrollo de diseñar un modelo de un método real y finalmente tener
experiencias con esta simulación. La finalidad es el entendimiento de su comportamiento o
pensar en nuevas tácticas. Pero, es esencial tener presente los limites atribuidos por uno o
varios criterios, para un adecuado manejo del sistemavilla2017modelamiento.
4
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
3. Objetivos
En esta fase se tabuló la información con ayuda del programa Excel y se procedió a ver la
calidad de la información y luego se procesó la información para responder la investigación.
3.1. Objetivo General
■
Modelar y simular el funcionamiento de un brazo robótico , por medio del software
de arduino con ayuda de un protoboard y unos motoes, para demostrar la aplicacion
de la arquitectura de computadoras.
3.2. Objetivos Especificos
■
Definir las condiciones técnicas de montaje y funcionamiento del robot por medio
del análisis de las condiciones y caracterı́sticas.
■
Modelar y ensamblar todos los componentes del brazo robótico en de forma manual.
■
Simular el funcionamiento del brazo robótico por medio del análisis y comprobacion
para los diferentes usos.
5
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
4. Desarrollo
En este proyecto con Arduino veremos el procedimiento para crear un brazo robotico
con 3 grados de libertad y una pinza al final con Arduino, además, hablaremos de los
diferentes materiales empleados en su construcción, se mostrará un esquema de conexiones
y finalmente se pondra a prueba el brazo robotico para demostrar su funcionamiento.
Figura 4.1: Brazo robotico - terminado
Imagen del proyecto de brazo robotico terminado con todas las funcionalidades gracias a
arduino.
6
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
4.1. Materiales
A continuación veremos los diferentes materiales que se van a emplear para realizar nuestro
brazo robótico con Arduino y una breve descripción de los mismos. Además, para todos
aquellos que estén interesados en realizar el proyecto, pueden pinchar en las imágenes y os
llevará a una web donde poder adquirir dichos materiales.
Placa de Arduino UNO: Es el cerebro de nuestro proyecto, encargada de controlar
todos los procesos del mismo mediante el código que encontrarás más adelante.
Figura 4.2: Placa de Arduino UNO
Motor paso a paso: Mediante impulsos eléctricos, es posible controlar el giro del motor,
el cual se efectúa de una forma discreta.
Figura 4.3: Motor paso a paso
Servomotores: Motores de 5v con una reductora, lo que permite un gran manejo de su
posición y una gran fuerza para su reducido tamaño.
Figura 4.4: Servomotores
7
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Protoboard: Tabla con orificios (pines) la cual está conectada internamente y usaremos
para realizar nuestras conexiones para el proyecto.
Figura 4.5: Protoboard
Palos de helado: EUsaremos estos palos como estructura para dar forma a nuestra grúa.
Figura 4.6: Palos de helado
Cables con pines: Estos cables tienen unos pines (macho o hembra) los cuales nos
permitirán hacer las conexiones entre los diferentes elementos ya mencionados.
Figura 4.7: Cables con pines
4.2. Esquema de conexiones Arduino
Una de las partes más importantes a la hora de realizar nuestro montaje del brazo robótico
sera por conectar correctamente los diferentes elementos. Con el fin de evitar errores de
montaje o conexiones erróneas, este sera el resultado final para las conexciones con arduino,
con este esquema de conexiones sera posible usar el código final de arduino.
8
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.8: Imagen del esquema
Como se puede observar, Se debe realizar las conexiones paso a paso para que no haya
errores ya que es mas correcto realizar las conexiones tal y como se observa en esta imagen,
ya que la alimentación proviene del modulo ≪mb-102≫, haciendo que la intensidad que
para alimentar los motores no pase por la placa de Arduino.
4.3. Código de Arduino para la programación del brazo robótico
Ahora se mostrara el codigo de programacion que se utilizo en arduino para el funcionamiento del brazo robotico, los pines que se encuentran en el codigo son los mismos que de
mostraron en el esquema en la figura 4.8.
Todos los movimientos del brazo robótico han sido preprogramados por lo que usando el
código que se mostrara a continuación sólo realiza ese mismo movimiento.
En cuanto al codigo, se instalo las librerı́as ≪Servo.h≫ y ≪Stepper.h≫.
9
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.9: Codigo de programacion
10
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
4.4. Desarrollo del proyecto
Para empezar pegamos el motor paso a paso a la base de nuestro proyecto, para esto
usamos una pistola para silicona ya que es un pegamento facil de usar y rapido, intentamos
que quede lo mas centrado posible
Figura 4.10: Primer paso
11
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.11: Primer paso
Despues pegamos un servomotor a la parte superior del motor paso a paso, para que
este pueda tener la libertad de girar, siempre buscando que este lo mas centrado posible,
seguido le pegamos un palo de helado a el complemento del servomotor de manera que
quede de forma vertical, esto con ayuda de nuestra pistola de silicona nuevamente.
Luego el segundo servomotor lo ponemos en el otro extremo del palo de helado, de manera
que este mire hacia adentro con el cable hacia abajo y que quede en nuestro centro
de gravedad, seguido lo pegamos y repetimos el proceso de pegar un palo de helado al
complemento del segundo servomotor, como se puede ver el la siguiente figura.
Figura 4.12: Segundo paso
Nuevamente pegamos el tercer servomotor al extremo de la ultima paleta de helado, de
forma que nos sirva para hacer de el efecto de una pinza, una pinza la pondremos de
encima del tercer servomotor, y la otra al frente(este no se movera, solo ayudara a el
agarre).
Nuestra pinza sera de plastico para tener un mejor agarre los objetos no se resbalen.
12
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Todo esto sin olvidarnos de ordenar los cables para no confundirnos cada servomotor y
para una mejor estetica del proyecto .
Por ultimo debemos de colocar los cables en el arduino y el protoboard de acuerdo al
esquema que se mostro en la figura 4.8.
Figura 4.13: Protoboard
Para esto debemos conectar el motor paso a paso a la placa controladora, luego se alimenta
la placa controladora con 5 voltios en el protoboard, Los demas 4 cables macho-hembra
los colocamos en orden en los pines 4, 5, 6, 7 ordenados debidamente, y debemos recordar
que lo pines 4, 5, 6 y 7 son para controlar el motor paso a paso.
13
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.14: Protoboard - Placa de arduino
Por ultimo se compila el codigo de progmamacion con el arduino conectado y tenemos el
proyecto de brazo robotico terminado.
Esto se repite para los demas servomotores, solo el cable color naranja cambie de posicion,
del segundo servomotor vaa en el pin numero 10, y el servomotor de la pinza va en el pin
numero 11.
14
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.15: Protoboard - Placa de arduino
Proyecto brazo robotico con arduino finalizado
15
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Figura 4.16: Proyecto finalizado
Figura 4.17: Proyecto finalizado
16
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
5. Conclusiones
En este proyecto se desarrolló un prototipo de brazo robótico , el cual está diseñado para
realizar el proceso de levantamiento de obejtos automatizado.
Para el desarrollo del prototipo del brazo robótico se eligió un sistema Arduino el cual
permitió programar los movimientos que el prototipo realizará.
Referido al diseño se propusieron distintos diseños del brazo robótico de parte de los
compañeros, de los cuales se eligió el modelo mostrado anteriormente, que fue el más viable
y cumple con las necesidades requeridas.
Ya obtenidas los materiales para la creacion se optó por los diferentes objetos para que
de esta forma se pudiera visualizar el modelo identificando cada una de las partes que
constituyen al prototipo.
Durante el proceso se presentaron diferentes inconvenientes debido a la estructura del
prototipo ideal que se diseñó con el prototipo elaborado fı́sicamente.
El objetivo fundamental del proyecto fue desarrollar, construir y poner en funcionamiento el
brazo robótico automatizado, mediante la aplicación de un motor paso a paso y servomotores
lo cual permitió realizar los diferentes movimientos.
Este prototipo es gran importancia para las industrias ya que automatizan sus procesos
y es una menor labor y menos esfuerzo, además que es confiable para toda persona que
decida usarlo.
Por ultimo se puede concluir que la placa arduino tiene una sintaxis simple que nos permite
comprender el desarrollo de circuitos de manera simple sin nececidad de tener conocimiento
avanzado en la misma ademas de permitirnos desarrollar una amplia diversidad de aparatos
electronicos.
17
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
6. Bibliografia
Alvarado Carrillo, N., Gualteros Matiz, Y. E. (2019).Diseño de un brazo robótico
para utilizar en un laboratorio de automatización (Bachelor’s thesis, Fundación Universidad
de América).
Castillo, M. C. (2017). Mis Proyectos con Arduino.
Carrillo, M. V. (2021). Introducción de Arduino. Vida Cientı́fica Boletı́n Cientı́fico
de la Escuela Preparatoria No. 4, 9(17), 4-8.
Duque Giraldo, D., Isaza Marı́n, Y. V. (2018). La educatrónica como elemento que
fortalece el pensamiento cientı́fico y tecnológico en el área de la tecnologı́a e informática.
Millahual, C. P. (2020). Descubriendo Arduino. RedUsers.
Sánchez Chávez, E., Uribe Ucue, D. F. (2019). Metalmecánica.
Torres, C. G. (2015).Análisis y sı́ntesis de mecanismos con aplicaciones. Grupo
Editorial Patria.
Villa Escudero, I. C. (2017). (2015).Modelamiento y simulación de un algoritmo
para el control del brazo robótico.
7. Hola mundo
18
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Appendices
Índice de figuras
4.1. Brazo robotico - terminado . .
4.2. Placa de Arduino UNO . . . .
4.3. Motor paso a paso . . . . . .
4.4. Servomotores . . . . . . . . .
4.5. Protoboard . . . . . . . . . .
4.6. Palos de helado . . . . . . . .
4.7. Cables con pines . . . . . . .
4.8. Imagen del esquema . . . . .
4.9. Codigo de programacion . . .
4.10. Primer paso . . . . . . . . . .
4.11. Primer paso . . . . . . . . . .
4.12. Segundo paso . . . . . . . . .
4.13. Protoboard . . . . . . . . . .
4.14. Protoboard - Placa de arduino
4.15. Protoboard - Placa de arduino
4.16. Proyecto finalizado . . . . . .
4.17. Proyecto finalizado . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
19
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
6
7
7
7
8
8
8
9
10
11
12
12
13
14
15
16
16
Proyecto brazo robotico
Universidad Nacional Del Altiplano
Índice de cuadros
20