Robótica flexible

Un robot continuo paralelo rediseñado para moverse rápido

1 de dic de 20243 min de lectura
Robot continuo paralelo de tres varillas en distintas posiciones
Proyecto de grado: Usme Martínez, Santiago. Robot continuo paralelo para seguimiento de objetos a altas velocidades. Asesores: Jonathan Camargo Leyva, Fredy Segura Quijano y Álvaro Achury Florián. Universidad de los Andes, 2024.

Un robot continuo paralelo tiene muy poca masa en movimiento: solo varillas delgadas y una plataforma liviana. En principio eso le permite moverse muy rápido. La plataforma de varillas del laboratorio no lo aprovechaba, porque sus actuadores eran lentos. Este proyecto los rediseñó. Con los nuevos motores, cada actuador mueve la varilla a más de 400 mm/s con carga, y el robot ensamblado se mueve en sus tres grados de libertad. El seguimiento de objetos con cámara, que era la meta, no llegó a probarse.

Contexto

En este tipo de robot, cada varilla es empujada o recogida desde la base por un mecanismo parecido al extrusor de una impresora 3D: un rodillo motorizado la presiona y la hace avanzar. La velocidad del robot depende de la del motor, y su precisión depende de que la varilla no deslice bajo el rodillo.

El objetivo era mover una cámara en el extremo del robot para seguir un objeto en movimiento, tarea que exige cambios rápidos de orientación. El proyecto se desarrolló como doble titulación en ingeniería mecánica y electrónica.

Rediseño

Los cambios principales frente al prototipo original fueron:

  • Tres actuadores en lugar de seis, suficientes para un segmento con tres grados de libertad.
  • Motores sin escobillas con controlador integrado, comandados por bus CAN desde un microcontrolador ESP32. En vacío alcanzan cerca de 5200 °/s y una velocidad lineal de 1,58 m/s en la varilla.
  • Un extrusor nuevo con resortes de presión ajustable y una perilla para mover la varilla a mano.

Modelo del sistema

Modelo del ensamble general, con los tres actuadores bajo la base

Diagrama de conexiones

Conexiones de potencia y de comunicaciones entre la estación de control y el robot

Para la visión se implementó un filtro de imagen por color que ubica el objeto en el cuadro de la cámara.

Caracterización

Cada conjunto de motor y extrusor se evaluó por separado. Una varilla de 0,8 mm con un marcador en la punta se extruyó de forma cíclica en ambas direcciones, y el movimiento se siguió en video.

Prueba de un actuador

Prueba de un sistema motor-extrusor con un marcador en la punta de la varilla

Perfil de movimiento

Posición, velocidad y aceleración lineales de la varilla durante un ciclo

Actuador Velocidad lineal máxima con varilla Deslizamiento medio
1 608 mm/s 5,6 mm
2 428 mm/s 1,7 mm
3 528 mm/s 0,7 mm

El deslizamiento se midió como la diferencia entre la posición comandada y la alcanzada en cada movimiento.

Deslizamiento

Distribución del deslizamiento por movimiento en cada actuador, para dos amplitudes

Resultados

Los tres actuadores superan ampliamente la velocidad del prototipo original, aunque con diferencias notables entre ellos. El deslizamiento medio es pequeño, pero su dispersión no: llega a cerca de 10 mm en tres desviaciones estándar. Sin un sensor que mida la longitud real de la varilla, ese error se acumula.

El robot ensamblado se mueve en sus tres grados de libertad.

Lo que falta

Por cronograma no se hicieron pruebas dinámicas del robot completo ni se cerró el lazo con la cámara. El rango de movimiento de un metro no se comprobó. Cada extrusor tiene más de 30 piezas, y su tamaño obliga a separar las varillas más de lo deseable, lo que cambia el comportamiento del robot. El autor describe el cumplimiento de los objetivos como parcial.

Relación con Robiolab

Este es el segundo proyecto sobre el robot continuo de varillas del laboratorio. Tomó la plataforma original y resolvió su limitación de velocidad, y dejó el hardware sobre el que el proyecto siguiente añadió cámaras y un control basado en redes neuronales. La dispersión del deslizamiento que aquí se midió explica por qué ese trabajo posterior necesitó medir la posición del efector con visión en lugar de confiar en la longitud comandada.

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