DISEÑO DE UN BRAZO MECANICO

En este artículo mostramos la implementación mecánica de un brazo "robot" que puede ser puesto en funcionamiento por medio de circuitos electrónicos explicados en otras ediciones de Saber Electrónica. Este proyecto surge del reclamo de muchos lectores que desean iniciar la construcción de un Brazo Mecánico controlado por computadora.

INTRODUCCION

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, éste puede ser adaptado de acuerdo a las posibilidades de cada uno.

La figura 1 muestra el modelo terminado del brazo que luego se verá con más detalle, en el transcurso del artículo.

Esta imagen corresponde a un modelo comercial denominado ARMDROID, que se utiliza con fines didácticos.

 
DESCRIPCION TECNICA
En la figura 2 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 figura 3 se pueden apreciar los ángulos de giro clásicos de las distintas articulaciones.

Si bien no se aprecia el ángulo de giro de la base, ésta 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 más 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 figura 4.

Para terminar, veremos dos imágenes que ilustran la construcción y accionamiento de la muñeca y la mano: corresponden a las figuras 5 y 6.

 
ACCIONANDO EL BRAZO DESDE LA PC
Para controlar el brazo desde la PC se puede hacer uso de la interfaz para puerto paralelo (IPP01), 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 sólo 4 motores paso a paso.

 
ALTERNATICA 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 cuánto 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 cuándo debemos accionar o detener un motor y a su vez hacia qué 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 accesibles, 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 (IPP01) 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.

 
CONCLUSIONES
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.
 
Autor: Todorobot - Sobre bibliografía de Robótica Práctica de Angulo
FIGURA 1
 
FIGURA 2
 
FIGURA 3
 
FIGURA 4
 
FIGURA 5
 
FIGURA 6
 
PROMOCIONES
 
 
PROMOCIONES