Brazo robótico de bajo costo impulsado por cables con movimiento de baja inercia y durabilidad a largo plazo del cable
Autores: Nguyen, Van Pho; Chow, Wai Tuck; Dhyan, Sunil Bohra; Zhang, Bohan; Han, Boon Siew; Wong, Hong Yee Alvin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Brazo robótico de bajo costo impulsado por cables con movimiento de baja inercia y durabilidad a largo plazo del cable
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Diseño
Brazo robótico accionado por cables
Grados de libertad
Sistema de cables
Repetibilidad posicional
Tensador de cables
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
Nuestro estudio presenta un diseño novedoso para un brazo robótico accionado por cables, enfatizando bajo costo, movimiento de baja inercia y durabilidad a largo plazo del cable. El brazo robótico comparte especificaciones similares con el brazo robótico UR5, con un total de seis grados de libertad (DOF) distribuidos en una proporción de 1:1:1:3 en la base del brazo, el hombro, el codo y la muñeca, respectivamente. Los tres DOF en las articulaciones de la muñeca son impulsados por un sistema de cables, con motores pesados reubicados de la herramienta final a la base del hombro. Esta reubicación resulta en una muñeca accionada por cable más ligera (que pesa 0.8 kg), lo que mejora la seguridad durante la interacción humana y reduce los requisitos de torque para los motores del codo y el hombro. En consecuencia, el costo y el peso total del brazo robótico se reducen, logrando una relación de carga útil a peso del cuerpo de 5:8.4 kg. Para asegurar una buena repetibilidad posicional, las articulaciones del hombro y el codo, que influyen en brazos de momento más largos, están diseñadas con una estructura de accionamiento directo. Para evaluar el rendimiento del diseño, se realizaron pruebas sobre la capacidad de carga, la durabilidad del cable, la repetibilidad de posición y la manipulación. Las pruebas demostraron que el brazo podía manipular una carga útil de 5 kg con un error de repetibilidad posicional de menos de 0.1 mm. Además, se introdujo un diseño novedoso de tensador de cable, que cumplía funciones duales: tensar el cable de manera conveniente y reducir la alta concentración de estrés cerca del extremo de bloqueo del cable para minimizar el aflojamiento del cable. Cuando se sometió a una tensión inicial del cable de 100 kg, este diseño retuvo aproximadamente el 80% de la carga después de 10 años a una temperatura ambiente de 24 grados Celsius.
Descripción
Nuestro estudio presenta un diseño novedoso para un brazo robótico accionado por cables, enfatizando bajo costo, movimiento de baja inercia y durabilidad a largo plazo del cable. El brazo robótico comparte especificaciones similares con el brazo robótico UR5, con un total de seis grados de libertad (DOF) distribuidos en una proporción de 1:1:1:3 en la base del brazo, el hombro, el codo y la muñeca, respectivamente. Los tres DOF en las articulaciones de la muñeca son impulsados por un sistema de cables, con motores pesados reubicados de la herramienta final a la base del hombro. Esta reubicación resulta en una muñeca accionada por cable más ligera (que pesa 0.8 kg), lo que mejora la seguridad durante la interacción humana y reduce los requisitos de torque para los motores del codo y el hombro. En consecuencia, el costo y el peso total del brazo robótico se reducen, logrando una relación de carga útil a peso del cuerpo de 5:8.4 kg. Para asegurar una buena repetibilidad posicional, las articulaciones del hombro y el codo, que influyen en brazos de momento más largos, están diseñadas con una estructura de accionamiento directo. Para evaluar el rendimiento del diseño, se realizaron pruebas sobre la capacidad de carga, la durabilidad del cable, la repetibilidad de posición y la manipulación. Las pruebas demostraron que el brazo podía manipular una carga útil de 5 kg con un error de repetibilidad posicional de menos de 0.1 mm. Además, se introdujo un diseño novedoso de tensador de cable, que cumplía funciones duales: tensar el cable de manera conveniente y reducir la alta concentración de estrés cerca del extremo de bloqueo del cable para minimizar el aflojamiento del cable. Cuando se sometió a una tensión inicial del cable de 100 kg, este diseño retuvo aproximadamente el 80% de la carga después de 10 años a una temperatura ambiente de 24 grados Celsius.