Diseño, implementación y control de un prototipo de robot SCARA de 4 grados de libertad

Abstract

[ES] El objetivo principal del presente trabajo consiste en implementar un prototipo de robot de tipo SCARA de 4 grados de libertad que, a través de una interfaz gráfica en el ordenador, facilite al usuario su control en modo manual y automático. El modo manual permite operar todas las articulaciones de forma independiente (modo JOG) y también situar el efector final en una posición XYZ definida (cinemática Inversa). En el modo automático, el usuario debe situar una pieza sobre una pantalla táctil y, el robot, tras recibir las coordenadas, calcula la trayectoria y recoge adecuadamente la pieza. Con este propósito, la metodología ha seguir es la siguiente: En primer lugar, se desarrollará un modelo de simulación, empleando la librería Simscape Multibody de Matlab/Simulink, para implementar los modos anteriormente citados en diferentes simulaciones. Posteriormente, se hará un estudio del funcionamiento de los motores de pasos de cara a dimensionarlos, implementarlos y controlarlos adecuadamente. En la segunda parte del trabajo se abordará la implementación real del robot. Una vez montado el robot, se procederá a configurar el sistema y a crear los programas de control. El robot físico incorporará un microcontrolador Arduino MEGA en combinación con una CNC-Shield que permitirá el control coordinado de los motores. Asimismo, se diseñará y programará una interfaz gráfica con el software Processing que mediante una comunicación serie, permitirá enviar las órdenes del ordenador al robot.

[EN] The main objective of this work is to implement a prototype of a 4-degree-of-freedom SCARA robot that, through a graphical interface on the computer, facilitates user control in manual and automatic modes. The manual mode allows operating all the joints independently (JOG mode) and also positioning the end effector at a defined XYZ position (inverse kinematics). In automatic mode, the user must place a part on a touch screen, and the robot, after receiving the coordinates, calculates the trajectory and properly picks up the part. For this purpose, the following methodology will be followed:

First, a simulation model will be developed using the Simscape Multibody library of Matlab/Simulink to implement the aforementioned modes in different simulations. Subsequently, a study of the operation of the stepper motors will be conducted to properly size, implement, and control them.

In the second part of the work, the real implementation of the robot will be addressed. Once the robot is assembled, the system will be configured, and control programs will be created. The physical robot will incorporate an Arduino MEGA microcontroller in combination with a CNC-Shield that will allow coordinated control of the motors. Additionally, a graphical interface will be designed and programmed using Processing software, which, through serial communication, will enable sending commands from the computer to the robot.