PORTACLETADiseño y Fabricación de un Brazo Robótico Ingeniería Electromecánica Estudiantes: Sergio Terceros Mónica Aparicio Materia: Proyecto de Diseño Docente: Ing. Rolando Díaz Fecha: Junio de 2015 Cochabamba – Bolivia Índice 1. Resumen Ejecutivo………………………………………………………………………………… ……………………….. 2. Introducción…………………………………………………………………………… ………………………………………. 2.1. Descripción de la Necesidad………………………………………………………………………………… .. 2.2. Definición del Problema………………………………………………………………………………… ………. 2.3. Objetivos Específicos……………………………………………………………………………… ………………. 2.4. Justificación……………………………………………………………………………… ……………………………. 2.5. Delimitaciones………………………………………………………………………… ……………………………… 3. Marco Teórico…………………………………………………………………………………… ……………………………. 4. Ingeniería del Proyecto………………………………………………………………………………… ………………… 4.1. Materiales……………………………………………………………………………… ………………………………. 4.2. Cálculos…………………………………………………………………………………… …………………………….. 5. Construcción…………………………………………………………………………… ……………………………………… 6. Conclusiones…………………………………………………………………………… ……………………………………… La justificación para realizar esta actividad fue aplicar y profundizar todo lo aprendido en los cursos de Diseño Mecánico I y II. trupan. Planos……………………………………………………………………………………… ……………………………………. 1. Se construyó un prototipo de brazo robótico usando servomotores. Resumen Ejecutivo. Recomendaciones…………………………………………………………………… ……………………………………… 8.7. Bibliografía……………………………………………………………………………… ……………………………………… 9. El objetivo del presente proyecto fue diseñar y fabricar un brazo robótico que se pueda acoplar a una silla de ruedas para ayudar a la persona discapacitada a hacer actividades como comer papas fritas entre otras. …… .. el cuál sea lo suficientemente fácil de manipular de manera que mejore la calidad de vida de las personas discapacitadas. Descripción de la Necesidad.2.1. 2. y en un futuro hasta mejoren su productividad laboral. codo. 2. Por tanto se planteó la solución de diseñar un brazo robótico.2. La necesidad que motiva este proyecto surge de los problemas que tienen las personas en sillas de ruedas al no poder comer sin ayuda de otras personas. Introducción. Definición del Problema. Las dimensiones del brazo robótico deben ser las precisas para poder . Se debe diseñar un brazo robótico el cual cumpla la función de un brazo con sus diferentes articulaciones: hombro. muñeca y dedos. Se realizó este proyecto para aplicar todo lo aprendido en los cursos de Diseño Mecánico I y II y llevar estos conocimientos a la realidad. Reducir al límite los costos del brazo robótico. Delimitaciones. 2. 2. Marco Teórico. sujetar. 2. normalmente programable. Diseñar un brazo robótico que cumpla con todos los requisitos establecidos. . Construir un prototipo del brazo. Hacer estudios bibliográficos sobre la física detrás de un brazo robótico. 3. El brazo robótico debe acoplarse a una silla de ruedas.3. con funciones parecidas a las de un brazo humano.acoplarse a una silla de ruedas y pueda fácilmente transportar un chisito desde un plato ubicado al lado de la silla hasta la boca de la persona discapacitada. o mano robótica. Justificación. como un movimiento de traslación o desplazamiento lineal.4. Dibujar planos de cada pieza del brazo robótico. Objetivos Específicos. Documentar la información y resultados recopilados a lo largo del proyecto. Un brazo robótico es un tipo de brazo mecánico. se puede diseñar para realizar cualquier tarea que se desee como puede ser soldar. Las partes de estos manipuladores o brazos son interconectadas a través de articulaciones que permiten. tanto un movimiento rotacional. El efector final. este puede ser la suma total del mecanismo o puede ser parte de un robot más complejo. girar. etc. La operación del brazo robótico debe ser lo más simple posible como para que una persona que sólo puede mover los dedos pueda usarlo con facilidad.4. estando la principal diferencia en el tamaño y la capacidad de carga. A continuación se muestran algunos modelos de brazos robóticos: brazo robot AL5B El brazo robot AL5B forma parte de la nueva serie de brazos robóticos metálicos que sustituyen a los antiguos de plástico. Estos brazos tienen todos características muy similares en cuanto a funcionalidad y aspecto.La mayoría de los brazos robóticos utilizados en la actualidad están montados sobre una base que está sujeta al suelo. Los brazos robóticos están disponibles en una amplia gama de tamaños. El brazo tiene 5 ejes. pero Brazo-robot con mando Cebek se puede ampliar a un sexto eje. El brazo está formado por piezas de aluminio que se acoplan directamente a los servos formando una estructura muy sólida que ejecuta los movimientos con gracia y soltura y una repetitividad muy buena. formas y configuraciones físicas. . liberar. Se suministra con su mando por cable. y la apertura y cierre de la pinza. Brazo Robótico multipropósito VMS . el movimiento del codo y de la muñeca. Es ideal para prácticas de Ciclos Formativos y de robótica. Equipado con 5 motores independientes. las palancas de la unidad de control controlan la rotación de la base.Se trata de un autentico brazo-robot con cinco grados de libertad. Puede agarrar. Una luz de búsqueda en la pinza aumenta la diversión cuando funciona en la oscuridad. bajar y girar. levantar. El brazo robótico VMS es el más avanzado brazo robótico del mercado debido a su tamaño y flexibilidad. silencioso. Brazo robótico de LEGO . El brazo es controlado hidráulicamente y por tanto es rápido. robusto y suave. construido en Holanda en el centro de investigación TNO. además de realizar diferentes tipos de manipulaciones en su entorno. Este robot ha sido diseñado para poder manipular los objetos dentro de su área de trabajo. normalmente un joystick. Su estructura con la base cilíndrica y telescópica le permite alcanzar objetos del suelo. El joystick. Los requisitos de su diseño mecánico son. por una parte su compactibilidad. y por otra parte su alcance. MANUS es también un producto comercial y entre sus usuarios se ha demostrado su utilidad tanto para operar en un entorno laboral como . el robot es plegable para no dificultar la movilidad del usuario mientras no lo usa. es el dispositivo utilizado también para el guiado de la silla. Brazo Robótico controlado por la mente MANUS MANUS ha conseguido un cierto liderazgo en Europa. controlado por un dispositivo de entrada. controlado por el usuario mediante los limitados movimientos residuales de su mano. junto a un pequeño teclado de selección de opciones. lavarse los dientes o rascarse. el brazo robot asistencial Kinova es una empresa de robótica canadiense que fabrica un ligero brazo robot para montar en una silla de ruedas o una mesa y que se controla desde un joystick. sin utilizar las manos. KINOVA. abrir puertas y armarios. .domestico para el cuidado personal. entre otras cosas. beber. Permite a una persona con discapacidad comer. afeitarse. Materiales.1. Tubo redondo Acero SAE 1010 Tubo redondo Acero SAE 1010 Plancha Tubo Sólido Nylon Ruedas Tornillos Tuercas Volandas par de Frenos de Bicicleta Cálculos.2. Dimensiones generales: Ø ESPES (mm OR ) (mm) 38 1. Ingeniería del Proyecto.4. . CANTID TIPO AD 1 1 1 1 2 11 13 13 1 4. 4.6 35 200 7 7 7 - 2 TOTAL Precio (Bs.) 60 200 2 2 2 70 Bs.2 32 1. Finalmente se tiene una vista final de prototipo: Cálculo de las Soldaduras: --Manubrio Se calcula la soldadura del manubrio para el peor de los casos: F = 20Kg . Primera parte: F = 20Kg Caso 2: filete a torsión plana De tabla: A=1.765 x 10-4 0.135h = 1.707 h Ju = 1.248 x 10-4 h .414 π hr =¿ Ju = J= 2π r 3 0. 0304 = J 1.Cortante primario: ' ζ= V 200 = A 0.248 x 10−4 h Cortante total: ζ (¿ ¿ ' + ζ cos 45° )2+(ζ '' sin 45 °)2 ζ total=√ ¿ '' Con h = 3mm y con factor de seguridad = 2 se tiene: ζ total=305. Segunda parte: Caso 3: filete a flexión con cortante por torsión .135 h Cortante secundario: torsión ' ζ '= Mr 200∗0.9 Mpa Por lo tanto se usará un electrodo E6013 y se hará una soldadura en todo el contorno exterior del tubo.07∗0. 24 x 10-5 h .F = 20Kg M= 14Nm De tabla: A=1.93 = A h = 6.707 hIu Cortante primario: ζ= 0.414 π h r =¿ Ju = J= Iu = I= 2π r 3 ' = 1.135h V 5925.765 x 10-4 0.826 x 10-5 0.248 x 10-4 h π r3 = 8.707 h Ju = 1. 5mm y con factor de seguridad = 2 se tiene: ζ total =328.248 x 10−5 h Cortante total: ζ (¿¿ ' )2 +(ζ '' )2+(ζ ' ' torsión )2 ζ total= √¿ Con h = 6.0304 = I 6.0304 = J 1.14 Mpa Por lo tanto se usará un electrodo E6013 y se hará una soldadura en todo el contorno exterior del tubo.084∗0.07∗0.Cortante secundario: ' ζ '= Mr 200∗0. --Pieza “Eje Ruedas” Se calcula la soldadura de una de las piezas con aletas para el peor de los casos: .24 x 10−5 h Cortante secundario: por torsión ' ζ ' torsión = Mr 200∗0. 196 F 1.F = 800N Primer caso: doble filete en tracción Tensión de Von Mises: σ= ζ= 1.196∗800 = hL h 0.03 σ ' =√ σ 2 +3 ζ 2 0.623∗800 = hL h 0.03 .623 F 0. --Pieza “Eslabón” Se calcula la soldadura de una de las piezas con aletas para el peor de los casos: F = 800N Tercer caso: filete a flexión .Con h = 3mm y un factor de seguridad = 2 se tiene: σ ' =384.6 Mpa σ’˃σ ad por lo tanto se usa un electrodo E6013 y se hace una soldadura en todo el largo de la aleta. 707 h L=¿ Iu = I= L3 12 = 0.707 hIu 0.02828 h Cortante secundario: ζ ' '= MY 800∗0.768 x 10 h Cortante total: ζ ' 2 (¿¿ ' ) +(ζ ') ζ total = √ ¿ 2 Con h = 4mm y un factor de seguridad = 2 se tiene: ζ total=316.043 12 = 5.De tabla: A=0.768 x 10-6 h Cortante primario: ' ζ= V 800 = A 0.02 = −6 I 3.707*h*0.04 0.33 x 10-6 = 3.6 Mpa Por lo tanto se usará un electrodo E6013 y se hará una soldadura en todo el largo de la aleta. Cálculo de tornillos .149∗0. Construcción. Por tanto la cortante se calcula como: Donde A corresponde al diámetro interno del perno M8 según tabla.6 que corresponden a los lados de los tubos. A continuación se muestran fotografías tomadas durante el avance del proyecto. 5. son las que ejercen una fuerza sobre el perno como se muestra en la figura: Como la fuerza total máxima en cualquiera de las uniones mencionadas es de 80[kg]. Así mismo se tiene que la tensión mínimo de falla del perno de grado 8.Para todos los casos se tiene un perno de 8[mm] de diámetro que se sujeta por una 2 planchas de 3[mm] y 2 planchas de 1.8 es 600Mpa por tanto el perno resiste. se tiene que cada plancha soporta F/2[kg] lo cual corresponde a 40[kg]. . . bicicritica. Reemplazar el mecanismo de apriete de tuercas por el mecanismo de botones para que el armado y desarmado sea más rápido y sencillo. DISEÑO EN INGENIERÍA MECÁNICA.com/cual-es-la-mejor-bicicleta-plegable/ . madrid. Bibliografía. Como recomendaciones se sugiere lo siguiente: Construir la bicicleta en aluminio para reducir considerablemente el peso. Conclusiones.6. 7.com/bicicletas-plegables labicikleta. Joseph Edward Shigley. Darle un acabado Cromado para evitar la oxidación. Usar llantas y no ruedas para reducir el peso de la bicicleta. Recomendaciones. 8. html 9. http://www. .soitu.es/soitu/2009/03/24/hartosdelcoche/1237912631_37 7441. Planos.