Taller de Brazo Robot - Cinemática Directa e Inversa con Arduino y Matlab

Escrito por Raúl Alvarez.

Primera versión, Abril - Mayo de 2019

Características del Taller

En este taller se muestra la implementación de un brazo robot de 3 grados de libertad con articulaciones rotativas (RRR). El brazo posee las siguientes características:

Controlador embebido con Arduino para los motores.
Cálculos cinemáticos con Matlab en la PC.
Motor DC con control PID en la base del brazo. Servomotores en las dos articulaciones restantes.
Control de la pose del robot mediante comandos seriales enviados desde Matlab al controlador Arduino.
Implementación de la cinemática directa e inversa en Matlab.
GUI en Matlab con graficación de la pose actual del brazo robot y controles para cálculo y ejecución de cinemática directa e inversa.

Se prestan kits de brazo robot en grupos de 2-4 alumnos para la implementación del brazo robot. En el taller se muestra y se explica con detalle razonable la implementación del código de Arduino y Matlab.

Los conceptos aprendidos y el ejemplo práctico mostrado pueden ser aplicados a la implementación de brazos robot con más de tres grados de libertad y articulaciones rotativas. No se explica el uso de articulaciones prismáticas o de otros tipos.

El código de programa para la cinemática directa e inversa en Matlab está escrito "a mano" (sin la ayuda de librerías) para una mejor comprensión de cómo se implementan en la práctica los cálculos matemáticos y los algoritmos de control requeridos.

Fecha y Horario

FINES DE SEMANA | Sábados 27 de abril y 4 de mayo, 8:30 a 13:30 (en las mañanas).

NOTA: Este es un taller intensivo de 4-5 horas por cada sábado. La hora programada de culminación es entre 12:30 a 13:30. Por ser la primera versión de este taller, sólo podemos estimar la duración de ambas sesiones.

Costo del Curso e Inscripción

Bs 360.-

Incluye:

Láminas de la presentación.
Diagramas de conexión.
Código de programa para el controlador Arduino.
Código en Matlab (Cinemática directa, cinemática inversa, comunicación serial y la GUI de control).

No incluye hardware.

Estos son los pasos para la inscripción:

Llena el formulario publicado en este enlace.
Si estás en Cochabamba pasa por nuestras oficinas para cancelar el costo de tu inscripción. Si estás en el interior escríbenos al correo: ventas ARROBA tecbolivia PUNTO com y te enviaremos una cuenta bancaria para realizar el pago mediante depósito bancario.

Nota: El curso sólo se llevará a cabo con un mínimo de 7 inscritos.

Dirigido a:

Estudiantes y profesionales de electrónica, eléctrica, telecomunicaciones, electromecánica, mecatrónica, biomédica, sistemas y otras carreras afines, así como aficionados al bricolaje electrónico. Sujeto a los requisitos que se mencionan a continuación.

Requisitos para el Curso

Haber cursado o estar en proceso de cursar alguna materia de Robótica a nivel universitario (pre-grado) donde se enseñe: representación de pose, matrices de transformación, parámetros Denavit-Hartenberg, cinemática directa e inversa, etc.
Estar familiarizado con la teoría básica de control PID.
Experiencia previa con motores DC, servomotores y comunicación serial en la plataforma Arduino.
Conocimiento regular a bueno del lenguaje de programación de Arduino (lenguaje C/C++).
Conocimiento regular a bueno del lenguaje de programación de Matlab.

Las personas que no reúnan los requisitos pueden tomar el curso, sin embargo es de su propia responsabilidad la nivelación en los tópicos requeridos. En el taller no enseñamos ninguno de los tópicos mencionados desde cero, sólo hacemos un repaso rápido de la teoría para su aplicación en la práctica.

Contenido Temático

Control PID del ángulo en un motor DC de baja velocidad con Arduino (usando encoder Hall rotatorio).
Implementación de interfaz de comandos seriales para control de tres motores en Arduino.
Control del ángulo del motor DC y servomotores mediante comandos seriales.
Generación de una Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) en Matlab con graficación de la pose del brazo robot y controles de entrada para cinemática directa e inversa (botones deslizadores, cuadros de entrada de texto, botones de envío de datos).
Comunicación serial desde Matlab y la PC con el controlador Arduino.
Parámetros Denavit-Hartenberg en un brazo robot de 3 grados de libertad con articulaciones rotativas (RRR).
Cálculo de la cinemática directa en Matlab con simulación de pose en la GUI.
Cálculo de la cinemática inversa en Matlab con el método del Jacobiano pseudo-inverso y simulación de pose en la GUI.
Integración de los componentes del sistema: control mediante la GUI, el cálculo de la cinemática directa e inversa, la comunicación serial y el control de motores con el controlador Arduino mediante comandos seriales.

NOTA: El contenido temático está siendo revisado y puede cambiar ligeramente de un momento a otro sin previo aviso.

El objetivo de este curso es mostrar el desarrollo práctico de la implementación de un brazo robot para estudiantes universitarios de pre-grado que han cursado o están en proceso de cursar la materia de Robótica. El curso está orientado a la implementación práctica del brazo robot, no se desarrolla en profundidad la teoría subyancente ni se explican en detalle los conceptos físico-matemáticos, se espera que cada estudiante ya haya estudiado o vaya a estudiar dicha teoría en su clase de robótica universitaria. En este taller sólo hacemos un repaso rápido y conciso de dichos conceptos.

Tópicos que no se tocan:

No se toca el tópico de manipuladores.
No se toca el tema del diseño electromecánico mecánico (cálculo de la estructura y los motores).
Este es un curso didáctico, no se tocan implementaciones, aplicaciones o casos complejos en usos industriales, comerciales o profesionales.

Materiales

No es necesario contar con materiales. Durante el taller se proveerán kits completos del brazo robot en grupos de 2-3 personas. Es muy recomendable sin embargo traer laptop para la realización de las prácticas.

Hardware

Un brazo robot de 3DOF con motor DC de 3-10 RPM para la base y 2 servomotores de 180 grados para las articulaciones restantes.
Arduino UNO y Shield de Sensores
Interfaz USB a UART
Módulo controlador de motor DC L298N
Fuente de voltaje de 5V, 3A
Cables y otros accesorios
Otros (por confirmar)