1° Practica con Kirobot

5/14/2018 1° Practica con Kirobot - slidepdf.com

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LABORATORIO DE SIMULACIÓN DE ROBOTICAUNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

Practica de laboratorio N° 1

1.- Objetivos de la Práctica.

Los objetivos de la Práctica de laboratorio N° 1 con KIROBOT son:

1.1. Conocer el funcionamiento y manejo de una herramienta gráfica de modeladoy simulación cinemática de sistemas robotizados. En concreto se pretende eldominio por parte de los estudiantes del paquete KIROBOT.

1.2. Modelar y simular el comportamiento de un Robot de 4 GDL (configuraciónasignada para cada subgrupo), y su elemento terminal

Para alcanzar el primero de los objetivos propuestos, se desarrollará los siguientespasos:

1.- Modelar geométricamente un brazo-robot (el IRB L6 de ABB).2.- Obtener su modelo cinemático (los parámetros Denavit-Hartenberg).3.- Representar diversas configuraciones del brazo-robot mediante la

modificación de los valores de las variables de articulación.4.- Realizar una simulación del movimiento del IRB L6 entre diversasconfiguraciones.

Para el segundo objetivo se llevará a cabo los pasos anteriores para unaconfiguración específica asignada para cada subgrupo de trabajo.

2.- Modelo Geométrico de una Estructura Jerárquica

El modelado se realiza de una forma jerárquica, definiendo las entidades en variosniveles:

2.1 .- P rimi ti vas: son objetos tridimensionales predefinidos en elprograma.2.2.- Elemen tos: son agrupaciones de primitivas que forman un objetosimple, normalmente un elemento de un brazo-robot.2 .3. - S istemas: son agrupaciones de elementos formando una cadenaarticulada, normalmente un brazo-robot.

2 .4. - Célu la s: son agrupaciones de sistemas formando células flexibles defabricación.

Las primitivas que se disponen en el programa KIROBOT son las que se muestranen la Figura 1 con sus parámetros geométricos y están orientadas específicamenteal modelado de robots. Uniendo estas Primitivas se pueden definir Elementos apartir de los cuales se forman los Sistemas. El modelado de un brazo-robot

Ing. CIP. Fernando Madrid Guevara 1




implica alcanzar el nivel de Sistemas, pasando previamente por el de modeladode Elementos a partir de Primitivas .

F i g u r a 1 . P r im i t i v a s c o n s u s pa r áme t r o s d i s p o n i b l e s e n K I R O B O T

3.- Mode lado de E lementos

Para arrancar el programa KIROBOT se deben seguir los siguientes pasos:

1.- Arrancar el ordenador y entrar en Microsoft WINDOWS.2.- Pulsar dos veces con el ratón sobre el icono del programa KIROBOT

Aparece una pantalla típica de una aplicación WINDOWS.

Para modelar un elemento se debe elegir la opción Nuevo del Menú Archivo yelegir la opción Elementos. El sistema de coordenadas que aparece en la parte

inferior izquierda sirve para conocer en todo momento el punto de vista del áreade trabajo (no confundir con los sistemas de coordenadas fijo y/o móvil). Con lapulsación del botón derecho del ratón dentro de una ventana o con la elección dela correspondiente opción del menú (“Vistas-ToolBox”), aparecerá una caja deherramientas flotante como las de la figura 2. En la parte inferior hay una barra deestado que muestra en todo momento el estado actual del programa. En la partesuperior existe una barra de herramientas con las opciones de nuevo documento,abrir, salvar, cambiar el punto de vista, zoom ventana, imprimir, acerca de Kirobot





y ayuda. La barra de herramientas y la de estado se pueden ocultar con lasopciones del menú “Vistas” Toolbar y Status Bar.

F i g u r a 2 . C a j a s f l o t a n t e s d e he r r am i e n t a s d e e l e m e n t o s y s i s t ema s .

El IRB L6 de ABB que se muestra en la Figura 3 es un robot de 5 articulaciones yque constará, pues, de 6 elementos rígidos. Los nombres de los elementos son:Base, Cuerpo, Brazo, Antebrazo, Muñeca y Mano.

La Base del IRB L6 es aproximadamente un prisma rectangular de dimensiones370x370x125 (en mm.). El prisma rectangular es una de las primitivas disponibles,por lo que se puede modelar directamente utilizando esta primitiva. Los pasos arealizar son los siguientes:





F i g u r a 3 . R o b o t IR B L 6 d e A B B

3.1.- Modelado de la Base.

1.- Definir una primitiva.(a) Seleccionar en el menú "Primitivas" la opción "Prisma". O bienmostrar la caja de herramientas flotante y pulsar el correspondiente botón.(b) Seleccionar con el ratón en la botonera de la parte izquierda de la

pantalla el prisma rectangular.

2.- Introducir las dimensiones de la primitiva.(a) Introducir en el campo "Anchura" 370.(b) Introducir en el campo "Profundidad" 370.(c) Introducir en el campo "Altura" 125.(d) Como no vamos a realizar ninguna transformación sobre la base y lavamos a situar en el origen, pulsaremos el botón de "Aceptar" y elelemento resultante es como el que se ve en la Figura 4.





F i g u r a 4 . B a s e d e l

R o b o t

3.- Ver todas las vistas del elemento.(a) Si sólo tenemos esta ventana, podemos abrir tres ventanas más

(“Vistas → Crear 4 vistas”) y tendremos las 4 vistas del elemento.(b) La ventana que tenga su línea superior en un color diferente es

la ventana activa, pudiendo pasar de una a otra sencillamente haciendoclick con el ratón sobre otra ventana.

(c) Sobre la ventana activa se pueden realizar operaciones de zoom o

cambio del punto de vista.(d) Las ventanas pueden corresponder a distintos elementos y/o sistemas,dependiendo de los que tengamos abiertos.

4.- Salvar en disco la primitiva.(a) Para salvar en disco el Elemento se pueden seguir dos caminos

diferentes: mediante el menú "Archivo" con la opción"Salvar" o mediante la caja de herramientas eligiendo el botón de"Salvar" .

(b) Si es la primera vez que salvamos el programa nos pedirá queintroduzcamos el nombre con el que queremos guardar el Elemento

recién creado, le daremos el nombre "BASE" y el programa le añadirá laextensión ".ELM".

(c) En la barra de estado nos indica si hemos salvado las ultimasmodificaciones, como acabamos de salvar nos lo indicará medianteel estado "Salvado" , el otro estado es "Modificado" .

(d) Al guardar este elemento el programa le asocia como su sistema decoordenadas local el sistema de coordenadas del mundo, que en estecaso coincide con el de la primitiva (no sería así si ésta se hubiesedesplazado y/o rotado).





3.2.- Modelado del Cuerpo.

El Cuerpo es el elemento mas complejo de cuantos componen el IRB L6.Está formado por dos cilindros, un prisma rectangular dos cilindro-pirámide y

dos conos.

Los pasos a realizar son los siguientes:

1.- Nos aseguraremos de definir un nuevo elemento con la opción “Nuevo” delmenú “Archivo”.

2.- Definiremos una primitiva "Cilindro".(a) Radio : 159(b) Altura : 42

3.- No introduciremos ninguna transformación, así que pulsaremos "Aceptar".

4.- Definiremos otra primitiva "Cilindro".(a) Radio : 118(b) Altura : 107

5.- Elegiremos la opción "Transformaciones" y aparecerá la caja de dialogo detransformaciones. Esta ventana, al igual que todas las demás, se puede mover porla pantalla con el ratón, para situarla en la zona que resulte más cómoda.

6.- Queremos hacer un Desplazamiento en el eje Z de 42mm para que el segundocilindro se sitúe encima del primero.

(a) Elegir el botón "D" de la caja de botones "Tipo" .(b) Elegir el botón "Z" de la caja de botones "Eje".(c) Introducir 42 en la caja de texto "Valor". Esto se puede realizar

introduciendo directamente el valor como texto o bien mediante los botonesde flechas que rodean a dicha caja (nótese que mediante el botón"Incremento" podemos cambiar el valor con el que el texto se incrementao disminuye al pulsar sobre el botón correspondiente). En la Figura 5se muestra un ejemplo de la caja de transformaciones.

(d) Pulsar sobre el botón "Aplicar" . En estos momentos el cilindro apareceen color rojo, 42mm. sobre el origen. También en la caja de listasaparece la transformación que acabamos de realizar: D Z 42(Desplazamiento en Z de 42).





F i g u r a 5 . C a j a d e T r a n s f o rm a c i o n e s .

(e) Pulsar sobre el botón "Información" . Aparecerá una caja de dialogocomo la que aparece en la Figura 6 que muestra la matriz de transformaciónque acabamos de generar con las transformaciones introducidas y además,la lista de transformaciones realizadas.

F i g u r a 6 . C a j a d e i n f o rm a c i ó n

Esta lista indica, además, si la transformación es una premultiplicacióno una postmultiplicación, partiendo de una matriz identidad, según sehaya realizado sobre los ejes X,Y,Z o U,V,W.





(f) Las transformaciones realizadas se pueden deshacer, se puede inicializarde nuevo a todos los valores que tenían al comienzo de la edición, según lasdiferentes opciones que se disponen como botones.(g) Por último pulsar "Cerrar" . Esto devolverá el control a la caja de

dialogo de la primitiva "Cilindro". Aquí podemos hacer dos cosas: volver arealizar transformaciones o aceptar la primitiva como está.

7.- Pulsar el botón "Aceptar" de la caja de dialogo de la primitiva "Cilindro". Aparecerá el cilindro en su lugar correspondiente.

8.- A partir de aquí el alumno será libre de consultar la matriz de transformacionese inicializar valores cuando desee.

9.- Definiremos una primitiva "Prisma" .

(a) Anchura : 244(b) Profundidad : 226(b) Altura : 343

10.- Para esta primitiva introduciremos como transformaciones un desplazamientode 15 mm en X y de 249mm en Z, aplicando y aceptando esta transformación y laprimitiva, pese a que el resultado no sea el correcto.

Nota: Siempre se debe “Aplicar” las transformaciones antes de “Cerrar”.

11.- Como es evidente del alzado y el perfil que nos hemos equivocado ya que el

prisma queda elevado sobre el último cilindro, se debe editar esta ultima primitiva:

(a) Seleccionar la opción "Editar" del menú de "Edición".

(b) Aparecerá el cursor de edición y lo situaremos sobre la primitiva a editar,pulsando el ratón.

(c) La primitiva aparecerá dibujada en color rojo.

(d) Ahora podemos modificar tanto las dimensiones de la primitiva como su

posición. Para ello pulsaremos el botón "Transformaciones" y ledaremos un desplazamiento de -100mm. en el eje Z. Nótese quela primitiva original permanecerá siempre dibujada en color rojopara darnos cuenta de las modificaciones que realizamos. También sepodía haber utilizado el botón “Deshacer” la última transformación.

(e) Pulsaremos "Aceptar" en la caja de diálogo de "Transformaciones" y"Cerrar" en la caja "Prisma".





12.- También existen otras dos opciones en el menú “Edición”, las de “Borrar”una primitiva y “Borrar todo” el elemento, útiles para corregir errores.

Ahora que sabemos como introducir las primitivas, realizar las transformaciones, verla matriz que las define y editarlas si nos equivocamos, introduciremos las que

faltan a partir de los siguientes datos:

13.- Cilindro-Pirámide:(a) Radio : 75(b) Altura corte : 150(c) Anchura : 83(d) Profundidad : 50(e) Transformaciones: Desplaz. Z=575, Rotac. V=90, Desplaz. V=97

14.- Se recomienda salvar la primitiva con nombre "CUERPO" para evitar posibles

errores no recuperables.

15.- Cono:(a) Radio base : 60(b) Altura : 200(c) Radio corte : 45(f) Transformaciones: Desplaz. Z=575, Rotac. U=-90, Desplaz. W=122

16.- Calcular e introducir las dos primitivas que faltan para completar el conosegún la Figura 7.

17.- Ahora que ya tenemos modelado completamente el Cuerpo se debe salvar endisco. Como ya lo habíamos salvado previamente ahora no nos pedirá el nombre.De nuevo, al guardar este elemento el programa le asocia como su sistemadecoordenadas local el sistema de coordenadas del mundo, que en este casocoincide con el de la primera primitiva introducida (no sería así si ésta se hubiesedesplazado y/o rotado).

3.3. Visualización de Elementos.

Una vez visto cual es el proceso para modelar Elementos, evitaremos eltener que modelar todos los que forman el robot IRBL6 utilizando para ellolos Elementos que se encuentran ya grabados en el disco.

Para ello se recomienda cargar uno a uno los elementos brazo, antebrazo, muñecay mano que están disponibles en los ficheros “BRAZO.ELM”, “ANTEBRAZ.ELM”,“MUNECA.ELM” y “MANO.ELM” .





F i g u r a 7 . E l e m e n t o c u e r p o .

4.- Modelado de Sistemas.

Para ello cerraremos todas las ventanas, y con ello, todos los documentos abiertos. Ahora, para empezar a construir el robot, seleccionamos del menú

"Archivo→

Nuevo". También podemos pulsar el botón de la izquierda de labotonera superior. Elegir "Sistemas" y pulsar O.K.

4.1.- Modelado del Elemento_0.

El elemento 0 se corresponde con la Base. Para añadirlo al nuevo sistemaseleccionaremos la opción "Añadir Elemento" del menú "Modelado" obien pulsaremos el botón correspondiente de la barra de botones.

El programa nos ofrecerá una caja de selección de ficheros con todos los

elementos guardados actualmente en nuestro directorio por defecto.Seleccionaremos el Elemento "BASE.ELM".

A continuación el programa ofrecerá la caja de "Transformaciones" vistaanteriormente y mediante la cual se nos permitirá situar de la manera yaaprendida el nuevo Elemento.

En este caso la base se sitúa en el origen de coordenadas por lo que aceptaremos sinhacer ninguna transformación.





4.2. Modelado del Elemento_1.

Este elemento se corresponde con el Cuerpo. Se definirá según los siguientespasos:

1.- Añadir el Elemento Cuerpo. Este elemento aparecerá con su sistemade coordenadas local asociado (idéntico) al sistema de coordenadas localdel elemento anterior (en este caso, el Elemento_0, la base del robot).

2.- Realizar las transformaciones para situarlo en la posición (0,0,125) medianteun desplazamiento en W de 125mm. sin realizar ninguna rotación. Nótese que sepueden realizar transformaciones respecto al sistema de coordenadas local delnuevo elemento (U,V,W), o al sistema de coordenadas local del robot (X,Y,Z), enprincipio coincidente con el sistema de coordenadas del mundo, si bien se

recomienda realizarlas siempre respecto a (U,V,W).

3.- Pulsar el botón de "Cerrar" .

4.- En este momento el programa nos pedirá el eje de la primera articulación queune el Elemento_0 con el Elemento_1. La primera articulación es de revolucióny está sobre el eje Z del sistema de coordenadas de Elemento_0. Para definir el ejede articulación se introduce su tipo (revolución o prismática) y dos puntos quedefinen su eje: punto 1=(0,0,0) y punto 2=(0,0,1000), siendo estas coordenadasexpresadas con respecto al sistema de coordenadas local de elemento anterior, elElemento_0 en este caso. Se recomienda que se verifique el eje de la articulación

con el botón “Ver eje” .

5.- Pulsar el botón de "Aceptar" y el Elemento_1 quedará añadido al Sistema.

6.- Salvaremos en disco lo realizado hasta ahora de la forma ya explicada yle daremos el nombre IRBL6, añadiendo el programa la extensión ".SIS".En la Figura 8 se puede ver como se ensamblan ambos elementos con latransformacióna realizar entre el sistema de coordenadas del Elemento_0 (X,Y,Z) y el delElemento_1 (U,V,W).

NOTA: Se dispone de opciones para borrar el último elemento añadido ypara editar un elemento ya añadido en caso de error.





F i g u r a 8 . E n s am b l a d o d e l E l e m e n t o _ 1 a l E l emen t o _ 0

F i g u r a 9 . E n s am b l a d o d e l E l e m e n t o _ 2 a l E l emen t o _ 1






Antes de modelar este Elemento es aconsejable utilizar las ayudas del zoom paraque podamos ver completamente en la pantalla el nuevo Elemento.

Este elemento se corresponde con el Elemento "BRAZO.ELM". Introducirlo sinrotación y con un desplazamiento en W de 575mm. La 2ª articulación es derevolución, definida con los puntos (0,-500,575) y (0,500,575) tal como se puedever en la Figura 9.

F i g u r a 1 0 . E n s am b l a d o d e l E l eme n t o _ 3 a l E l e m e n t o _ 2






Este elemento se corresponde con el Elemento "ANTEBRAZ.ELM ". Definirlo conun desplazamiento en W de 618 y con una articulación de revolución definida por los

puntos (0,-300,690) y (0,300,690) tal como se muestra en la Figura 10.


Este elemento se corresponde con el Elemento "MUNECA.ELM".Introducirlo con las transformaciones necesarias y el eje de articulaciónadecuado que se puede deducir de la Figura 11.

F i g u r a 1 1 . I n t r o d u c c i ó n d e l E l e m e n t o _ 4






Este elemento se corresponde con el Elemento "MANO.ELM". Introducirlo conlas transformaciones necesarias y el eje de articulación adecuado que se pueden

deducir de la Figura 12.

F i g u r a 1 2 . I n t r o d u c c i ó n d e l E l e m e n t o _ 5

4.7.- Salvar el sistema

Una vez finalizado el modelado del Sistema lo salvaremos de nuevo en disco.Es importante que siempre se salve el Sistema antes de calcular Denavit-Hartenberg, para almacenarlo en disco con los sistemas de coordenadas localestal como están ahora y no tras su reubicación mediante D-H.





B I B L I O G R A F Í A

GROOVER, Mikell P., WEISS, Mitchell, NAGEL, Roger N., ODREY, Nicholas G.

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SERIE : MUNDO ELECTRONICO, Sistemas CAD/CAM/CAE. Diseño y Fabricación por Computador, Barcelona, Ed. Marcombo,S.A.,1986.


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