Implementación de un prototipo de robot PA-10 manipulado por control por par calculado y comparativa con robots Puma en tareas de pick and place

Abstract

Este proyecto aborda el modelamiento matemático, diseño CAD, identificación, simulación, fabricación y control de un prototipo de robot PA10 de siete grados de libertad para ser aplicado en tareas industriales de pick and place y la comparación de su rendimiento con robots tipo Puma en el desarrollo de este tipo de operaciones. Para realizar esta investigación, se modela el robot a nivel geométrico y dinámico, posterior a ello, se realiza el diseño CAD de las piezas que conforman la estructura y los sistemas de transmisión, se realiza la identificación paramétrica del prototipo y con estos datos se diseña la estrategia de control por par calculado para luego ser simulada en el ambiente Matlab. Posteriormente se realiza la fabricación del robot industrial haciendo uso de la tecnología de impresión 3D, se ensambla el prototipo con los componentes electrónicos y se realizan pruebas de funcionamiento y pruebas en la ejecución de tareas de pick and place con el fin de analizar diversos aspectos y parámetros que envuelven un entorno robótico industrial. Se recrea el prototipo en un entorno virtual donde se pueda visualizar gráficamente la posición del robot y se diseña una interfaz de usuario para controlar sus movimientos. Se prueba el funcionamiento del robot en un sistema de posicionamiento de objetos y se realiza la conexión entre el prototipo y el software de control. Finalizando se estudia documentalmente el rendimiento de los robots Puma 560 en el desarrollo de operaciones de pick and place y se replican dichas operaciones en el prototipo de robot PA10. Por medio de tablas comparativas se muestra el rendimiento del prototipo con respecto a los robots comerciales y los costos que conllevo su construcción.

This project deals with the mathematical modeling, CAD design, identification, simulation, manufacturing and control of a PA10 robot prototype with seven degrees of freedom to be applied in industrial pick and place tasks and the comparison of its performance with Puma-type robots in the development of these types of operations. To carry out this research, the robot is modeled at a geometric and dynamic level, after which, the CAD design of the parts that make up the structure and the transmission systems. The parametric identification of the prototype is carried out in solidworks and with these data the calculated torque control strategy is designed and then simulated in the Matlab environment. Subsequently, the prototype is manufactured using 3D printing technology and the robot is assembled with the electronic components. The prototype is recreated in a virtual environment where the position of the robot can be graphically displayed and a user interface is designed to control its movements. The operation of the robot in an object positioning system is simulated and the connection between the prototype and the control software is implemented. Performance tests and tests in the execution of pick and place tasks are carried out in order to analyze various aspects and parameters that surround an industrial robotic environment Finally, the performance of Puma 560 robots in the development of pick and place operations is studied, these operations are replicated to compare the performance of the Puma robots with our PA10 robot prototype and finally, through comparative tables, it is shown the performance obtained and the costs involved in its construction compared to Puma-type commercial robots.