Análisis cinemático e instrumentación virtual 3D para el brazo robótico Pegasus II

Kinematic analysis and 3D virtual instrumentation for the Pegasus II robot

En el presente artículo se describe una formulación lógica y matemática para la instrumentación virtual 3D del brazo robótico Pegasus II mediante Matlab, haciendo uso de las técnicas proporcionadas por la cinemática de posición directa, y operaciones respectivas de traslación y rotación. Además de ello, se describe un procedimiento geométrico-vectorial para resolver el problema de la cinemática de posición inversa para el mismo brazo robótico, a fin de que la pinza de este siga una trayectoria en línea recta entre el punto original en que se encuentra, y un punto (x, y, z) dado, realizando aproximaciones pertinentes que faciliten su solución. Se explica por qué este procedimiento es útil para resolver el problema cinemático inverso y la ventaja que representa con respecto a otros procedimientos. Finalmente, se presentan los resultados obtenidos al realizar la instrumentación virtual en tiempo-real de cinemática inversa sobre el brazo robótico Pegasus II, comprobando la eficiencia del procedimiento descrito.

INTRODUCCIÓN

Durante cientos de años, los pueblos y su gente han tratado de construir mecanismos que imiten partes del cuerpo humano, inicialmente con fines de protección y defensa, y posteriormente con el objetivo de facilitar todas las tareas repetitivas que se suele tener un trabajador en un entorno industrial 1. Todos estos mecanismos fueron evolucionando a la par con los avances científicos de cada época, llegando así a convertirse en la robótica moderna que hoy se conoce 1.

Existen diversos tipos de sistemas robóticos, entre ellos se encuentran los brazos robóticos. Un brazo robótico puede entenderse como un sistema electromecánico diseñado para realizar funciones y tener características semejantes a las de un brazo humano. Al realizar un movimiento en alguna articulación del sistema se genera un movimiento del extremo final del brazo (el equivalente a su "mano"), posicionándolo en una orientación dada. Es de un gran interés en la gran mayoría de aplicaciones conocer la ubicación espacial de dicho extremo final en un sistema coordenado (x, y, z) de un determinado observador (cinemática directa), o lograr que este extremo final llegue de alguna manera a un punto (x, y, z) deseado (cinemática inversa), a fin de realizar cierto tipo de tareas.

En este trabajo se propone resolver los problemas de la cinemática directa y la cinemática inversa del brazo robótico Pegasus II, fabricado por la empresa Amatrol 2, el cual fue adquirido por el Laboratorio de Automatización y Control de la Universidad de Antioquia (Medellín, Colombia). El problema de la cinemática directa ha sido resuelto a fin de observar gráficamente, mediante una interfaz gráfica, la ubicación del extremo final del brazo robótico, utilizando operaciones elementales de rotación y traslación.