Introducción
Los manipuladores robóticos cuentan con un gran campo de aplica-
ción y utilidad, al ejecutar tareas con rapidez y un alto nivel de precisión.
Dentro de las ventajas, en cuanto al uso de manipuladores robóticos, se
pueden listar la reducción de costos, la mejora de la calidad del producto
o proceso, el aumento en la producción y reducción de desperdicios, la
mayor seguridad en el trabajo al ser empleados en procesos peligrosos y el
ahorro de espacios (Correa, Vásquez, Ramírez y Taborta, 2013).
La estructura típica de un manipulador robótico consiste en un brazo
compuesto por elementos con articulaciones: entre ellos (Fu, 1988). El
elemento terminal o efector final es una pinza o un dispositivo especial
para realizar operaciones (Mejía, 2007).
El Smart Robotics Arm es un brazo robótico comercializado por la
empresa CrustCrawler, de cinco grados de libertad distribuidos en cuatro
articulaciones, tres de rotación y una cilíndrica (rotación/traslación). De
los cinco GDL (Grados De Libertad) con los que cuenta este brazo robó-
tico, tres de ellos se relacionan directamente con la posición del efector
final, el penúltimo GDL es utilizado para la orientación del efector del
manipulador y el último GDL está relacionado con el cierre y apertura
del efector final (Figura 1). En este trabajo el modelo cinemático que se
presenta se reduce a considerar los primeros tres grados de libertad del
manipulador, los cuales son suficientes para definir la posición en el espa-
cio del efector final.
(a) Manipulador físico
Figura 2. Relación entre cinemática directa e inversa.
Para dar solución a estos problemas existen diferentes metodologías,
que son seleccionadas e implementada de acuerdo al diseño y cantidad
de grados de libertad del manipulador. Para la obtención de la cinemática
de un robot habitualmente se hace uso de un enfoque geométrico o bien
de la representación Denavit-Hartenberg (Siciliano, Sciavicco, Villani, y
Oriolo, 2010).
Modelado cinemático del manipulador
A continuación, se presenta la obtención de la cinemática direc-
ta mediante la convención Denavit-Hartenberg y la cinemática inversa
empleando un método geométrico, para el manipulador robótico Smart
Robotics Arm.
Cinemática directa mediante
Denavit-Hartenberg
En la Figura 3 se muestra la representación del manipulador para la
obtención de los parámetros Denavit-Hartenberg (D-H).
(b) Diagrama de alambre
Figura 1. Manipulador robótico Smart Robotics Arm.
Cinemática de un manipulador robótico
La cinemática de un manipulador robótico consiste en el estudio del
movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. La cine-
mática se interesa por la descripción analítica del movimiento espacial del
robot como una función del tiempo (Rodríguez, 2010). En la cinemática
de un robot existen dos problemas fundamentales a resolver, la cinemá-
tica directa y la cinemática inversa. La primera consiste en determinar la
posición y orientación del extremo final del robot con respecto al sistema
de referencia base, a partir de conocer los valores de las articulaciones y
los parámetros geométricos del robot; en la segunda, se resuelve la con-
figuración adecuada y óptima que debe adoptar el robot para llegar a una
posición y orientación conocida del extremo o actuador final. En la Figura
2, se ilustra la relación entre la cinemática directa e inversa.
Figura 3. Diagrama de alambre del manipulador para
la obtención de parámetros D-H.
En la Tabla 1 se presentan los parámetros obtenidos siguiendo la con-
vención D-H.
Tabla 1. Parámetros D-H.
Revista Científica
207