Diseño y fabricación de un brazo robótico articulado basado en la fabricación digital

Abstract

En el marc de la quarta revolució industrial (Indústria 4.0) i de l'auge de l'automatització de processos, no només s'està produint una revolució en la manera en què les grans empreses fabriquen i distribueixen els seus productes, sinó que la tecnologia ja és una part integral de la nostra vida personal i cada cop està més present a les nostres llars. Amb l'objectiu d'oferir una millor qualitat de vida i seguretat, la robòtica i l'automatització ens ofereixen ajuda per dur a terme les tasques domèstiques pesades i monòtones, donant lloc a llars intel·ligents o smart homes.

Aquest projecte pretén formalitzar una solució basada en l'estudi, conceptualització, disseny, fabricació i muntatge d'un braç robòtic amb 5 graus de llibertat per a un entorn de treball domèstic.

A diferència de la majoria de robots industrials, el disseny del mecanisme proposat en aquest projecte permet a l'usuari final construir els components mecànics de manera autònoma i a un cost relativament baix mitjançant tecnologia d'impressió 3D additiva. Posteriorment, l'usuari final té la possibilitat d'educar i programar el robot perquè realitzi determinades tasques domèstiques.

Partint d'una fase inicial d'estat de l'art i d'investigació tècnica en la qual es pretén identificar el marc teòric del projecte, s'estudia el mercat i l'usuari final per conceptualitzar una proposta de valor que cobreixi una necessitat o oportunitat actual. Posteriorment, mitjançant l'anàlisi mecànic, dinàmic i cinemàtic, seguit del disseny assistit per ordinador i la fabricació additiva, s'assemblen els components mecànics i electrònics per acabar formalitzant el prototip del robot.

En el marco de la cuarta revolución industrial (Industria 4.0) y el auge de la automatización de procesos, no solo se está viviendo una revolución en la forma en la que grandes empresas fabrican y distribuyen sus productos, sino que la tecnología ya forma parte integral de nuestras vidas personales y cada vez está más presente en nuestros hogares. Con el objetivo de brindar una mayor calidad de vida y seguridad, la robótica y la automatización nos ofrecen ayuda en la realización de tareas domésticas pesadas y monótonas, dando lugar a hogares inteligentes o smart homes.

El presente proyecto busca formalizar una solución a partir del estudio, conceptualización, diseño, fabricación y ensamblaje de un brazo robótico de 5 grados de libertad para un entorno de trabajo doméstico.

A diferencia de la mayoría de los robots industriales, el diseño del mecanismo que se propone en este proyecto permite al usuario final construir los componentes mecánicos de forma autónoma y con un coste relativamente bajo a partir de tecnología aditiva de impresión 3D. Posteriormente, el usuario final tiene la posibilidad de educar y programar al robot para que este realice determinadas tareas del hogar.

A partir de una fase inicial de estado del arte e investigación técnica en la que se pretende identificar el marco teórico del proyecto, se procede a estudiar el mercado y usuario final para conceptualizar una propuesta de valor que cubra una necesidad u oportunidad actual. Posteriormente, mediante el análisis mecánico, dinámico y cinemático, seguido por el diseño asistido por ordenador y la fabricación aditiva, se procede a ensamblar los componentes mecánicos y electrónicos para acabar formalizando el prototipo del robot.

Within the framework of the fourth industrial revolution (Industry 4.0) and the rise of process automation, not only is a revolution taking place in the way in which large companies manufacture and distribute their products, but technology is already an integral part of our personal lives and is increasingly present in our homes. With the aim of providing a better quality of life and safety, robotics and automation offer us help in carrying out heavy and monotonous household chores, giving rise to intelligent homes or smart homes.

This project seeks to formalize a solution based on the study, conceptualization, design, manufacture and assembly l of a robotic arm with 5 degrees of freedom for a domestic work environment.

Unlike most industrial robots, the design of the mechanism proposed in this project allows the end user to build the mechanical components autonomously and at relatively low cost using additive 3D printing technology. Subsequently, the end user has the possibility to educate and program the robot so that it performs certain household tasks.

Starting from an initial phase of state of the art and technical research in which it is intended to identify the theoretical framework of the project, the market and end user are studied to conceptualize a value proposition that covers a current need or opportunity. Subsequently, through mechanical, dynamic and kinematic analysis, followed by computer-aided design and additive manufacturing, the mechanical and electronic components are assembled to end up formalizing the robot prototype.