Un robot continuo paralelo rediseñado para moverse rápido
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 ensamble general, con los tres actuadores bajo la base
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 sistema motor-extrusor con un marcador en la punta de la varilla
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.
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.