Integración de un robot de arquitectura paralela tipo delta a un sistema de producción virtualizado

Abstract

El propósito de este trabajo final de maestría es diseñar, desarrollar, construir y validar un prototipo de robot de arquitectura paralela tipo delta de tres grados de libertad con tres actuadores rotacionales e integrarlo a una fábrica virtual con el fin de ejecutar operaciones de pick and place haciendo uso de un gemelo digital y funcionalidades ciberfísicas.

En la parte inicial de este documento se presentan las bases matemáticas y geométricas para desarrollar un robot delta. Se muestran de manera numérica y gráfica ejemplos de cinemática directa e inversa. Para la etapa de diseño se parte de una lista de requerimientos, posteriormente se plantea una arquitectura de hardware, de software y de control, se construyen las bases de los sistemas mecánico, eléctrico y electrónico y se desarrolla un algoritmo para la generación de trayectorias lineales en el espacio. Adicionalmente, se genera un gemelo digital del robot que permita comprobar movimientos, posibles colisiones y el espacio de trabajo del robot. En la etapa de implementación se procede a la construcción mecánica, eléctrica y electrónica, se realizan rutinas de control, se desarrolla una interfaz gráfica para el control y monitoreo del robot y se implementan dentro del controlador de movimiento los modelos matemáticos de cinemática directa, cinemática inversa y el algoritmo para la generación de trayectorias lineales en el espacio. Haciendo uso del robot construido se realizan ejercicios de movimientos lineales con el fin de determinar el desempeño del prototipo.

Posteriormente, haciendo uso de funcionalidades ciberfísicas, se integra el prototipo de robot delta construido, con un modelo de fábrica virtual para ejecutar tareas de pick and place. Finalmente, se describen los resultados obtenidos y las recomendaciones para el desarrollo de un robot delta y su integración con un modelo de fábrica virtual haciendo uso de funcionalidades ciberfísicas. (Texto tomado de la fuente)

This master’s degree final project aims to design, develop, build, and validate a prototype of a robot of a three-degree of freedom delta type parallel architecture using three rotary actuators and its integration to a virtual factory model in order to execute pick and place operations by using a digital twin and cyber-physical functionalities.

The initial part of this document presents the mathematical and geometrical basic concepts to develop a delta robot. It provides examples of forward and inverse kinematics, along with numeric and graphic representations. The design phase begins with a list of requirements and then proposes an architecture of hardware, software and control, establishes the bases for the mechanical, electrical and electronic systems and develops an algorithm for linear trajectory generation in space. Additionally, a digital twin of the robot is created to test its movements, possible collisions, and workspace. The implementation stage carries out the mechanical, electric, and electronic construction, the execution of control routines, the development of a graphical user interface to control and monitor the robot as well as the implementation of forward and inverse mathematical models of kinematics and the algorithm for linear trajectory generation in space into the motion controller. The built robot permits us to practice lineal movement exercises to determine the prototype performance. Then, applying cyber-physical functionalities, the built delta robot prototype is integrated with a virtual factory model to execute pick and place tasks.

Finally, the achieved results and the recommendations to develop a delta robot and its integration to a virtual factory model by using cyber-physical functionalities are fully described.