Diseño, construcción y control de un brazo robótico 2R planar para seguimiento de trayectorias
Este documento presenta el desarrollo de un prototipo de robot 2R con un mecanismo de movimiento lineal y vertical mediante un sistema piñón-cremallera, diseñado para seguir trayectorias y trazar figuras o caracteres alfanuméricos. El proyecto incorpora procesamiento de imágenes en tiempo real para...
- Autores:
-
Mancipe García, Angie Paola
Barrera Fonseca, Nicolás David
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad ECCI
- Repositorio:
- Repositorio Institucional ECCI
- Idioma:
- spa
- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://repositorio.ecci.edu.co/handle/001/4444
- Palabra clave:
- Robótica
Red neuronal
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Este documento presenta el desarrollo de un prototipo de robot 2R con un mecanismo de movimiento lineal y vertical mediante un sistema piñón-cremallera, diseñado para seguir trayectorias y trazar figuras o caracteres alfanuméricos. El proyecto incorpora procesamiento de imágenes en tiempo real para el reconocimiento de contornos, lo que permite el trazo dentro del área de trabajo del robot. Se implementaron los modelos de cinemática directa e inversa, y se desarrolló un modelo de red neuronal para reemplazar el cálculo convencional de la cinemática inversa. Además, se realizó la caracterización y sintonización de los controladores de los actuadores del sistema, con el objetivo de mejorar la exactitud. Las simulaciones, llevadas a cabo con herramientas avanzadas de robótica, facilitaron el análisis y la verificación del funcionamiento del robot. Los resultados obtenidos fueron validados tanto en simulaciones como en pruebas experimentales, demostrando el buen desempeño del sistema en ambos entornos. |
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Se implementaron los modelos de cinemática directa e inversa, y se desarrolló un modelo de red neuronal para reemplazar el cálculo convencional de la cinemática inversa. Además, se realizó la caracterización y sintonización de los controladores de los actuadores del sistema, con el objetivo de mejorar la exactitud. Las simulaciones, llevadas a cabo con herramientas avanzadas de robótica, facilitaron el análisis y la verificación del funcionamiento del robot. Los resultados obtenidos fueron validados tanto en simulaciones como en pruebas experimentales, demostrando el buen desempeño del sistema en ambos entornos.1 Introducción 2 Planteamiento del problema 2.1 Descripción del Problema 2.2 Delimitación del Problema 3 Justificación 3.1 Antecedentes 3.2 Justificación 4 Objetivos 4.1 Objetivo General 4.2 Objetivos Específicos 5 Estado del Arte 6 Marco Teórico 6.1 Robótica 6.2 Robot 2R 6.3 Grados de Libertad (DOF) 6.4 Cinemática Directa e Inversa 6.5 Motor DC 6.6 Encoder Incremental 6.7 Puente H 6.8 Servomotor 6.9 Comunicación I2C 6.10 INA219 6.11 Conversor lógico TTL 6.12 Regulador de voltaje 6.13 Raspberry Pi 4 6.14 Cámara RPi 6.15 STM32F746ZG 6.16 Procesamiento de Imágenes 6.17 Interfaz Gráfica de Usuario 6.18 Control 6.19 Control PID 6.20 Control en Cascada 6.21 Anti-WindUp 7 Selección de alternativas de solución 7.1 Posibles Soluciones 7.1.1 Implementación con Servomotores 7.1.2 Motor DC con Acoplamiento de Encoder 7.1.3 Motor DC con Encoder Incorporado 7.2 Viabilidad Técnica de las soluciones 7.2.1 Solución 1 7.2.2 Solución 2 7.2.3 Solución 3 7.3 Matriz de Evaluación 7.4 Solución Escogida 8 Robótica 8.1 Cinemáticas 8.1.1 Cinemática Directa Robot SCARA 8.1.2 Cinemática Inversa Robot SCARA 9 Diseño e Implementación 9.1 Diseño Mecánico y Análisis de Fuerzas 9.1.1 Diseño de las piezas del prototipo 9.1.2 Modelado de la estructura mecánica 9.1.3 Análisis estático del mecanismo 9.1.4 Simulación y análisis de esfuerzos 9.1.5 Análisis estático del ensamblaje 9.2 Integración del sistema 9.3 Esquemático del sistema 9.4 Procesamiento de imagen 9.5 Estructura de programación 9.5.1 Programación en Raspberry Pi 9.5.2 Programación en STM32 9.6 Interfaz de usuario 10 Red Neuronal Perceptrón Multicapa (MLP) 10.1 Entrenamiento de MLP 10.2 Entrenamiento para reemplazo de cinemática inversa 10.3 Desempeño del modelo 11 Control en Cascada 11.1 Corriente 11.1.1 Caracterización 11.1.2 Sintonización 11.2 Velocidad 11.2.1 Caracterización 11.2.2 Sintonización 11.3 Posición 11.3.1 Caracterización Posición 11.3.2 Sintonización Posición 12 Resultados 12.1 Control en Cascada en los Motores 12.1.1 Motor 1 12.1.2 Motor 2 12.2 Trayectorias 12.3 Caracterización de actuadores 12.3.1 Caracterización del servomotor 12.3.2 Caracterización del motor DC 12.4 Interfaz de Usuario y la Ejecución del Robot 13 ConclusionesPregradoIngeniero Mecatrónico122 p.spaUniversidad ECCIColombiaFacultad de IngenieríasIngeniería MecatrónicaDiseño, construcción y control de un brazo robótico 2R planar para seguimiento de trayectoriasTrabajo de grado - Pregradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesishttp://purl.org/redcol/resource_type/TPhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85RobóticaRed neuronalRaspberry PiActuadoresSTM32Control en cascada2RPublicationORIGINALTrabajo de grado.pdfTrabajo de 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