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03/07/2013 #1

Avatar de RubenCaceres

Duda sobre motorizacion de un brazo robotico
Hola a todos estoy haciendo un brazo robótico y me encontré con 2 problemas aunque más o menos tengo una respuesta que me quiero asegurar que es correcta preguntando a los que me sepan contestar de por aquí y así ir de seguro.
Os contare un poco por encima cómo va el Brazo Robot para que tengáis una idea más clara, el Brazo Robótico será controlado por servos y tendrá 6 grados de libertad contando con la muñeca y la pinza. Para aclararnos más fácilmente pondré un símil a partir de ahora (un brazo humano).

1-El primer problema que tengo son con los cálculos de la fuerza que necesito que tengan los Servos, suponiendo que el peso está colocado horizontalmente, perpendicular con respecto al objeto a levantar (el objeto pesa 500gramos a los que hay que sumarle posiblemente otros 500gramos del propio brazo, estoy diciendo el peso del brazo tirando por lo alto).
Para empezar hablemos del la base del brazo (lo que sería el hombro), teniendo una medida de 60cm de largo y queriendo levantar un peso de 1Kg, que torque o cuantos Kg/cm debe de tener el servo de la base (debido a la gran cantidad pensé en poner 2 Servos en la base para doblar la potencia), mis cálculos fueron, pero no sé si me equivoco en esto:
Si tengo un servo que levanta 40Kg/cm, yo dividí los 40kg entre los 60cm de la longitud del brazo (todo suponiendo que esta perpendicular con el objeto ya que es el punto en el que levanta el total del peso) haciendo estos cálculos me da 0,666 Kg, el Problema es que no se si estos cálculos son ciertos ya que me he basado en la lógica y tal vez me equivoque, a ver si alguien me puede corroborar esto y asegurarme que es cierto o si no lo es darme alguna indicación de cómo hacerlo.

2- El segundo Problema menos preocupante pero también me preocupa es el Servo que usar ya que lo que me preocupa es si la transmisión podría coger holgura y hacer que el brazo no sea preciso. Yo personalmente me gustarían que fueran servos de Gama Alta pero debido a los fondos los Servos deben ser los Servos más Baratos posible teniendo en cuenta el que me salga rentable. Pondré unos cuantos Servos que he visto por ahí a ver qué os parecen, lo único que busco es que tengan una gran potencia ya que velocidad no me interesa mucho, pero si la precisión: (solo me interesan los servos más potentes que son los más caros, estos son los 3 (2 del hombro y 1 del codo)

-En cuanto al Precio/potencia:
http://www.xq-power.com/EnProduct_Show.asp?ID=70
y un hermano del anterior con mejores características aun
http://www.xq-power.com/EnProduct_Show.asp?ID=93
En ambos un trabajador de la fábrica con el que contacte me afirma que me vende la transmisión suelta del servo como recambio.
-También meto una marca bastante conocida pero aquí el precio se eleva un poco:
http://www.savoxtech.com.tw/_english...il.php?SID=136

Si alguien tiene alguna sugerencia de Servo que por favor lo diga, no tienen por qué ser estos Servos que mencione.

Muchas gracias ante todo y espero vuestra respuesta
03/07/2013 #2

Avatar de Scooter

Lo primero es la dinámica del brazo, si no recuerdo mal era el Wlaker-Orin o algo así. Era un cálculo matricial complicadillo.
Tienes que considerar también el peso del propio brazo.
03/07/2013 #3

Avatar de RubenCaceres

ahora miro eso que me dices, a ver si alguien que sepa resolver eso me puede dar alguna base para guiarme por que por el nombre creo que parece dificil, ahora lo miro que no quiero hablar antes de tiempo
03/07/2013 #4

Avatar de Scooter

Es que no me acuerdo, el tiempo pasa rápido y hace prácticamente diez años desde que lo estudié, de hecho no lo comprendí del todo. La cinemática directa e inversa si porque a fin de cuentas es geometría pero en la dinámica entran consideraciones mecánicas que a mi me venían muy grandes, así que pasé de puntillas por ellas.


Acabo de releer tu post y creo que estás simplificando muy mucho; los robots que manejé pesaban unos 120kg y en la pinza podían mover 9kg, así que eso de 500g - 500g me parece tremendamente optimista. Vale que 120kg es el robot entero pero de todos modos la relación 1:1 no la veo.

He buscado mas información y parece que se usa el método de Newton-Euler para hallar la dinámica de un brazo robótico.

Supongo que lo sabes pero el control pleno son 6 grados de libertad+pinza. Con 5 no puedes acercarte al objetivo en cualquier ángulo.

Mas detalles, el par y el momento se miden en N·m no en N/m o en unidades equivalentes kg·cm
Para 1kg 60cm necesitas 60kg·cm mas lo que pese el brazo mas la inercia mas los rozamientos osea que cerca de 100kg·cm o lo que es lo mismo 9,8 N·m

Mas cosas, esos servos me parecen muy rápidos 0.18s 60º supongo que será sin carga porque si es con el par máximo...
04/07/2013 #5

Avatar de RubenCaceres

Scooter, el brazo robótico que manejaste probablemente seria de los industriales con grandes motores, de ahí su peso y los 9Kg en las pinzas,(supongo) te pongo un enlace de un robot parecido a este ya acabado en la parte final, en cuanto al peso son 500gramos el objeto que debe mover y otros 500 más o menos en el brazo (sumando peso de servos y las tiras de aluminio), cierto es que la base del brazo pesa mucho mas y la base donde se ancla el hombro del brazo también pesa un poquillo mas pero el peso de 500gramos me refería a el peso que debe levantar el brazo (en total con los servos de la muñeca, tiras de aluminioo del propio brazo y demás) + los 500 del objeto. El brazo estará hecho con tiras de aluminio de 3mm y alguna que uso en algunas partes de 1mm, la estructura del brazo es similar a uno que te pongo más abajo.

Al decirme eso ayer por la noche según puse el nombre que mencionaste me di cuenta que ese era para aceleraciones pero justo debajo venia lo del newton que ahora mencionaste, me pareció un poco complicado y lo deje para hoy y así leerlo con más calma.
Son 6grados los que tiene ya que gira también la muñeca. 1 seria el giro del brazo entero, el 2 seria el hombro, 3 el codo, 4 la muñeca arriba y abajo, 5 seria el giro de la muñeca y como 6 estoy contando con la pinza que se abra y se cierre.
Aquí un video que encontré por you tube de un brazo que usaba servos
se parece a este en cuanto a el brazo se refiere y tiene los mismos grados de libertad que el mio, la base del mío es más alta y no tan grande, mide aproximadamente 20x20 y de altura ronda los 15cm mas o menos ( no lo tengo aquí ahora mismo). La base sería similar a esta: (base circular del brazo azul)
http://bimg2.mlstatic.com/robot-braz...147_052013.jpg

En cuanto a la fuerza, creo que indirectamente salen los mismos resultados que me salieron a mí salvo que yo lo hice mal o al revés, en cuanto al rozamiento, todo el brazo lleva rodamientos pequeños y el rozamiento es mínimo aunque lógicamente existente y con la inercia pues… habrá que súmale un poquito para andar de seguro.

Si, la velocidad de los servos es tremendamente elevada, no me importaría que fuera el doble de torque y la mitad de velocidad pero no encuentro servos así y para hacer una transmisión prefiero no hacerla ya que podría fallar en cualquier momento, creo haber visto algún servo por ahí pero andamos en precios de varios cientos de dólares o Euros y se hace complicado la adquisición de estos servos ya que no tengo muchos fondos, la velocidad en si no me preocupa ya que se controla desde el ordenador lo que me venía preocupando era el torque de los servos ya que por lo que se puede apreciar con cálculos a simple vista necesito servos de mucho torque.
El único servo que he visto de precio razonable es de los enlaces que he puesto ahí arriba el de 60Kg, los demás que cada servo pasa de 100Kg el precio pasa de 200€ y ya pasando de 100€ se me mete en un terreno a el que no quiero llegar.
04/07/2013 #6

Avatar de Scooter

Son necesarios 6gdl + pinza para tener control completo. Con menos también puede ser perfectamente válido pero no puedes manipular en todas las direcciones
04/07/2013 #7

Avatar de RubenCaceres

cual es el grado que me falta entonces ? + el cierre y apertura de la pinza
04/07/2013 #8

Avatar de thenot

Hola,
Yo hice un brazo robotico para la U, el cual jugaba dama, tenia solo 2 grados de libertad (hombro y codo) la muñeca era un simple buje, que mantenía un electroiman en forma vertical siempre. Para el desplazamiento de la base, este se movia en un riel con unos Motores PAP (riel de una maquina de escribir eléctrica).
Bueno después de la explicación de que hice, voy a lo que quiero aportar. Yo tuve que hacerlo con motores que contaba que eran unos servos standard marca hitec de 5 y 9 kilos (sino erro) el brazo estirado llegaba a los 40 cms mas o menos y como es de suponer con esos servos no llegaba a ninguna parte.. el de 5 (codo) no era capaz de levantar el electroiman y el peso del "brazo", y el de 9 (hombro) no era capaz de levantar el conjunto (y no iba a gastar plata ya que no era mio, y tampoco involucraba una nota, era solo un grupo de aprendizaje) así que se me ocurrió lo siguiente, para el de 5, lo ayude con unos resortes de la misma forma como se ve en el vídeo que posteaste, pero para la base o hombro no me sirvió, ya que de todas formas no era capaz. Y jugando con un escobillon (o escoba), me vino la solución. Si tu tomas un escobillon por la punta te sera casi imposible levantarlo del otro costado (o al menos te dará tarea), pero si tomas otro y los unes (quedando el doble de largo) y tomas ahora del medio podras hacer lo que quieras con el. Asi que dije ahi ta, puse unos pesos de plomo asemejando el peso que debia soportar el servo grande y se lo puse, haciendo un contrapeso, y el servo trabajo a mil maravillas.
Ahora que lo pienso lo que hice es muy similar, sino = a los contrapesos que tienen las gruas pluma (esas que ponen cuando construyen )

Bueno la forma que lo hice, no es la forma mas ortodoxa de hacerlo, pero me valió para lo que lo quería y trabajaba muy bien. Lo presente en varias partes y todo trabajo impeque, lo unico malo es que la unica foto que tengo es la que que adjunto (maldito disco duro!!, aunque tengo imagenes del procesamiento del software pero aquí no valen de nada) no se ven los resortes del codo ya que van por dentro, pero una barrita rectangular que se ve en la parte del hombro son los contrapesos (es mas que ese rectangulito, no se nota bien en la imagen, ya que es del mismo color el plomo que el aluminio casi)

Quizás no te ayude mucho en tus cálculos (yo en general no saque ninguno, fue todo al ojo y usando lo que tenia disponible), pero te puede ayudar como idea para que no tengas que comprar servos tan grandes y poderosos, ya que vi que eso te complica, como a mi lo fue en su momento.

Saludos, espero mi intervención sirva de algo xD
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: jpg DSC01464.JPG (380,9 KB (Kilobytes), 29 visitas)
04/07/2013 #9

Avatar de RubenCaceres

Es interesante tu proyecto, aun lo sigues teniendo thenot ¿?

En cuanto a los contrapesos o muelles por ejemplo lo tenía pensado para ganar un poco de potencia, en cuanto a los muelles no los quería usar ya que varían su potencia con respecto a lo estirados o comprimidos que estén pero si tenía pensado usar algún contrapeso por lo menos para contrarrestar un poco el peso del brazo propio pero no conté con que fueran tan efectivos, viendo que ya no soy el único que los usa o que los ha usado probaré con ellos a ver qué pasa y si mejora el brazo, también tenía pensado ponerle una suspensión de un CrawlerRc escala aprox 1/10(son unos coches radiocontrol que están pensados para terrenos abruptos, subir por rocas…) ya que los amortiguadores de estos vehículos son de un tamaño considerablemente largo y aproximado a el que necesito, así contrarrestaría un poco los movimientos bruscos y el tiemble del brazo si es que llega temblar que imagino que si, o por lo menos eso hacían mis antiguos brazos.

En cuanto a los cálculos quiero andar de seguro totalmente y de momento aunque sea una ayuda en cuanto a los servos quiero despreciarlos en los cálculos ya que quiero que el servo mismo sea capaz de mover el brazo sin necesidad de ayuda, aunque después se la ponga para ayudar y ganar peso extra, pero quiero ir de seguro y para ello los despreciaré solo en cálculos, por que como todo imagino que tendrá alguna desventaja de la cual es posible que me de cuenta al colocarlo y si por algún motivo no los pudiera poner al no contar con ellos no me supondrá ningún problema como si contara con ellos obligatoriamente.

Un Saludo y muchas gracias a todos
04/07/2013 #10

Avatar de thenot

RubenCaceres dijo: Ver Mensaje
Es interesante tu proyecto, aun lo sigues teniendo thenot ¿?
Fue un proyecto cuando estaba en la Universidad (estudie Ing. civil en Informática), de un grupo de robotica, ya hace unos 5 años que deje la universidad, supongo que el grupo aun lo conservara, aunque yo era el único que sabia como trabajaba soft y hard juntos.

En lo de los muelles tienes razón, ya que cuando recogía el brazo este ayudaba casi demasiado, pero no me importaba ya que el movimiento final para tomar las piezas las hacia con el "hombro" y ese trabajaba suavecito. Cuando le puse los pesos, = hacia lo que dices, eso de temblar, pero le agregue mas peso de poco (de ahí el rectángulo que se ve, que es de hierro) hasta que los temblores fueran lo mínimo. Como dije, fue todo a ojo, pero el brazo trabajaba muy bien, ya que debía sacar las piezas exactamente de una posición y dejar bien puestas en otra exactamente.

Pero como dices y te apoyo en que saques bien todos los cálculos, ya que vas a comprar los motores es mejor comprar lo adecuado (en mi caso me adecue a lo que tenia), aunque en esto no te puedo ayudar ya que lo mio es la programación y no la mecanización (por lo chapuza de como hice el mio, supongo ya te habrás dado cuenta xD).

Saludos!!
04/07/2013 #11

Avatar de RubenCaceres

bueno, muchas gracias a todos, de momento los calculos mas o menos están medio vistos, aun me queda ver si alguien de los del foro sabe algo de los servos que expuse mas arriba o si conoce algunos mas potentes y mas lentos pero de no elevado precio ya que cualqueir cosa que pase de 100€ ya es potencialmente cara.
Un Saludo a todos
04/07/2013 #12

Avatar de Scooter

Esos robots suelen hacer una cosa rara en la muñeca poniendo solo dos gdl. En la muñeca hacen falta tres y luego la pinza
04/07/2013 #13

Avatar de RubenCaceres

creo que se cual es grado del que me hablas, viendo la muñeca de una persona seria arriba/abajo, el poco movimiento que podemos hacer desplazando la mano hacia la izquierda y la derecha (viendo la mano por ariba, no por la palma y moviendo muñeca sin mover nada mas) y otro grado aqui seria el giro de la muñeca.
Creo que se puede apreciar o por lo menos esto fue lo que entendi de esta foto que encontre por internet
http://3.bp.blogspot.com/-Kh1Rwz8xdF...00/tema_55.jpg
04/07/2013 #14

Avatar de Scooter

A esos brazos les suele faltar el movimiento de muñeca derecha-izquierda, suben y bajan y giran respecto al eje del antebrazo pero no van a los lados.
04/07/2013 #15

Avatar de RubenCaceres

ese es un buen detalle del que no me di cuenta de pensarlo, pensare a ver la posible forma de hacerlo ya que tal vez podria venirme bien, muchas gracias, ahora mirare como puedo meter ahi un servo y las desventajas que me traeria esto (como por ejemplo el peso a sumar).
Aun me sigue quedando un canal mas en mi controlador por si necesitara un servo mas, pero en el peor caso puedo añadir otro controlador adicional de 8 salidas.
06/07/2013 #16


Si quieres algo de mayor rendimiento (torque y velocidad) puedes usar en lugar de esos servos controlados por PWM que son chicos caros y de poca potencia (por ser chicos), puedes usar motores DC con encoder. Desarmando impresoras viejas abundan de esos. En ebay puedes encontrar o en tu propia casa o en los basureros. Cabe notar que el tipo de servos (también llamados "rc servo" o "hobby servo") como los que estás considerando son motores como los que te sugiero pero son tan pequeños como el tamaño de una uña. Ahora sí necesitarás controlar esos motores, pero eso ya es otro mundo. Por suerte para los vagos hoy en día con los Arduino no te deberás preocupar por la programación, y para ahorrar basta comprar el puro chip y armarte el circuito... con el valor de lo que te cuesta 1 solo "rc servo" tienes para hacerte 4 controladoras con todos sus componentes incluyendo motores y microcontrolador. En lugar de los engranajes internos usas poleas y correas. Puedes poner los motores en la base de tu robot o brazo. Ciertamente requiere mas trabajo, pero para el que le guste, será un placer y entretención infinita, pero para el que lo hace sin motivación, la descartará por pereza. Con esto entras a ligas mayores, pues el 90% usará la alternativa cara pues el dinero paga la comodidad. Si te interesa esta opción que te sugiero puedo ayudarte, de otro modo, bien por igual por tí.

---------- Actualizado después de 38 minutos ----------

estimado rubén, te estaba respondiendo pero el web del foro no me permite responderte en MP por poca actividad. En todo caso te decía que con gusto te puedo ayudar, pero por medio del foro abierto para así ayudar a otra gente al mismo tiempo.
06/07/2013 #17

Avatar de RubenCaceres

boy a hechar primero un vistazo a ver que encuentro por ahí y asi enterarme un poco de los controladores para motores con encoders auqnue creo recordar como funcionaban.
Lo primero que se me viene a la cabeza es si seria posible hacer que el motor con encoder fuera controlado por PWM y así no tendria problema en el software, claro que tengo que mirar primero algo de informacion sobre los controladores para ver si incluso sin el PWM podria hacerlo de forma similar
06/07/2013 #18


RubenCaceres dijo: Ver Mensaje
boy a hechar primero un vistazo a ver que encuentro por ahí y asi enterarme un poco de los controladores para motores con encoders auqnue creo recordar como funcionaban.
Lo primero que se me viene a la cabeza es si seria posible hacer que el motor con encoder fuera controlado por PWM y así no tendria problema en el software, claro que tengo que mirar primero algo de informacion sobre los controladores para ver si incluso sin el PWM podria hacerlo de forma similar
Siendo código abierto, se puede hacer que te lea por pwm, i2c, spi, uart, usb, bluetooth, wifi, paralelo o lo que sea. En todo caso Arduino no es mi mundo, los PIC de 32 bits y dsPICs son mi preferencia. Pero el concepto es el mismo, sin importar la plataforma. En youtube abunda material. Busca "DC motor encoder".
uno de los tantos que aparecen que te puede servir.
06/07/2013 #19

Avatar de RubenCaceres

Yo tampoco soy de Arduino, nunca lo use y las veces que lo vi usarlo no me gusto mucho...
la idea que se me ocurre en un principio que no se si seria posible seria de usar un PIC para que este controle unos 180 grados de un motor con encoder y reciba la señal PWM que va hacia (en mi caso otro pic que estaria conectado al PC y este es el que genera la señal PWM que va hacia el controlador de los motores). No se si me explique del todo bien, intentaré hacer un esquema:
1-ordenador que manda la orden a un PIC que genera 8 señales distintas de PWM.
2-del controlador que genera las señales PWM iriamos despues al controlador del motor con encoder

En mi caso me interesarian 2 motores con 180grados de control por PWM y habria un motor que me interesaría que girara unos 360grados (para colocarlo en la base) aunque si fuera tambien los 180grados no pasaria nada.

Esto seria posible ?
06/07/2013 #20


RubenCaceres dijo: Ver Mensaje
Yo tampoco soy de Arduino, nunca lo use y las veces que lo vi usarlo no me gusto mucho...
la idea que se me ocurre en un principio que no se si seria posible seria de usar un PIC para que este controle unos 180 grados de un motor con encoder y reciba la señal PWM que va hacia (en mi caso otro pic que estaria conectado al PC y este es el que genera la señal PWM que va hacia el controlador de los motores). No se si me explique del todo bien, intentaré hacer un esquema:
1-ordenador que manda la orden a un PIC que genera 8 señales distintas de PWM.
2-del controlador que genera las señales PWM iriamos despues al controlador del motor con encoder

En mi caso me interesarian 2 motores con 180grados de control por PWM y habria un motor que me interesaría que girara unos 360grados (para colocarlo en la base) aunque si fuera tambien los 180grados no pasaria nada.

Esto seria posible ?
Básicamente tu dices usar 1 pic que genere las señales (PWM) como interfaz entre el PC y los controladores de servo.

En cuanto a la interfaz generadora de señales, una referencia sería lo que ofrece Pololu, por poner algo de ejemplo. Obviamente también la puedes programar por tu cuenta a una fracción del costo.

En cuanto a las controladoras de motor se puede hacer lo que tu dices, basta que asocies el valor PWM a la cantidad de pulsos de encoder (o sea, posición, o ángulo en este caso), que necesites; puede ser una relación lineal, exponencial, logarítmica o según lo que se te ocurra la perra gana según tu aplicación (en este caso: lineal, ciertamente). Esto va a que la cantidad de pulsos de encoder que relaciones con la señal PWM te darán el angulo de recorrido que necesitas (180°, 90, 360, o lo que sea...)
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