Efector final auto ajustable para tareas de prensión
End effector with self-adjusting for prension taks
Citación
Date
2017-08-10Author
Rodríguez Torres, Jhon Alexander
Obtained degree
Ingeniero en Mecatrónica
Key words
; manos - robotica
Metadata
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Abstract
En la presente tesis se muestra la manera en la cual se realiza la construcción de un efector final
auto ajustable para tareas de prensión, a partir de un mecanismo de 4 barras cruzado, el cual tiene el
propósito final de asemejarse a una mano humana. Este comprende 3 dedos semejantes al dedo índice,
dondel primer dedo tiene 4 grados de libertad, el segundo y tercer dedo tienen 3 grados de libertad.
El grado extra en el primer dedo es con el fin de realizar la función de dedo índice y dedo pulgar
realizando una rotación sobre la palma del efector final de 180°. Para el desarrollo de este efector final
se tuvieron en cuenta los diferentes tipos de prensión o agarres que un efector final puede ejecutar, el
comportamiento dinámico que un dedo humano posee para observar como es el movimiento de cada
falange y finalmente la trayectoria de este. Se muestran diferentes características y la importancia
de las articulaciones en el movimiento de la mano. En las características de la mano se estudian los
diferentes tamaños y longitudes de manos humanas con el fin de entregar una geometría aproximada
para la implementación de los dedos del efector final. Se estudia la capacidad y posición que debe
ocupar cada dedo en el mecanismo para ejecutar de mejor manera las trayectorias de cada uno de
estos. Posteriormente se evalúan los mecanismos de transmisión más comunes en manipuladores y
efectores finales con el fin de evaluar todas las posibilidades de diseñó y calcular las velocidades y
posiciones que las barras desarrollaran durante el proceso de la trayectoria.
Para el diseñó mecánico del efector final se toman las longitudes descritas y se plantea el mecanismo
de cuatro barras y su ubicación en el sistema. Se obtienen las posiciones de cada falange y con estos
datos se realiza el cálculo de las velocidades de cada barra para establecer el tipo de mecanismo. Se
profundiza en los grados de libertad que posee el mecanismo y cuantos actuadores son necesarios para
el movimiento de este. En la etapa de ensamble y simulación se muestra cada pieza con su espacio en el
ensamble mostrando la construcción de un dedo y se explica el funcionamiento de cada barra dentro del
mecanismo. Ya con el ensamble del efector final se realiza la simulación de las trayectorias mostrando
las diferentes trayectorias posibles que puede tener el mecanismo completo. Con la simulación de
trayectorias se evaluó el comportamiento dinámico del mecanismo con el fin de seleccionar el actuador
que cumpla con los requerimientos del mecanismo
Se utiliza la convención de Denavit - Hartenberg para realizar la solución al problema de la cinem
ática directa e inversa del efector final el cual por su arquitectura de 3 articulaciones rotacionales se
asemeja a un manipulador planar de tres grados de libertad RRR. Con la obtención y simulación de la
cinemática del mecanismo se lleva a cabo la implementación del mecanismo. En la etapa de control de
dicho mecanismo, se planteó el cálculo del controlador sobre el modelo dinámico interno del actuador
con el fin de obtener una simulación y entender el funcionamiento de este. Dentro de las estrategias de
control se estableció que se requiere un control por re alimentación de estados para obtener la velocidad
y aceleración del mecanismo en cada punto de la trayectoria.
Finalmente se elabora la interfaz gráfica la cual permite posicionar el mecanismo de la manera
deseada y observar el movimiento del mecanismo.
In this thesis the way in which the construction of an effector is performed is shown
auto adjustable for grasping tasks, from a mechanism of 4 crossed bars, which has the
purpose? nal to resemble a human hand. This comprises 3 fingers similar to the index finger,
where the first finger has 4 degrees of freedom, the second and third fingers have 3 degrees of freedom.
The extra degree on the first finger is with the purpose of performing the function of index finger and thumb
performing a rotation on the effector palm of 180 °. For the development of this effector
the different types of grip or holds that an effector could perform, the
dynamic behavior that a human finger possesses to observe how is the movement of each
phalanx and finally the trajectory of this. Different characteristics and importance are shown
of the joints in the movement of the hand. In the characteristics of the hand, the
different sizes and lengths of human hands in order to deliver an approximate geometry
for the implementation of the effector's fingers. The capacity and position that must be studied
occupy each finger in the mechanism to better execute the trajectories of each of
these. Subsequently, the most common transmission mechanisms in manipulators and
in order to evaluate all the possibilities of designing and calculating the speeds and
positions that the bars will develop during the trajectory process.
For the mechanical design of the effector, the described lengths are taken and the mechanism
of four bars and their location in the system. The positions of each phalanx are obtained and with these
data is made the calculation of the speeds of each bar to establish the type of mechanism. HE
delves into the degrees of freedom that the mechanism possesses and how many actuators are necessary to
the movement of this. In the assembly and simulation stage each piece is shown with its space in the
assemble showing the construction of a finger and explain the operation of each bar within the
mechanism. The simulation of trajectories is already done with the end effector assembly.
the different possible trajectories that the complete mechanism can have. With the simulation of
trajectories the dynamic behavior of the mechanism was evaluated with the? n of selecting the actuator
that meets the requirements of the mechanism
The Denavit - Hartenberg convention is used to solve the cinematic problem
direct and inverse attics of the effector which, due to its architecture of 3 rotational articulations,
resembles a planar manipulator with three degrees of freedom RRR. With the obtaining and simulation of
Mechanism of the mechanism is carried out the implementation of the mechanism. In the control stage of
said mechanism, the calculation of the controller on the dynamic internal model of the actuator was considered
with the purpose of obtaining a simulation and understand how this works. Within the strategies of
control was established that control by re-feeding of states is required to obtain the speed
and acceleration of the mechanism at each point of the trajectory.
Finally, the graphic interface is elaborated, which allows to position the mechanism in the way
desired and observe the movement of the mechanism.
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