Diseño e implementación de herramientas de software para el control inalámbrico del manipulador MaxArm

Abstract

El objetivo principal de este proyecto de graduación fue diseñar e implementar herramientas de software para el control inalámbrico del brazo robótico MaxArm dentro del ecosistema Robotat. Los objetivos específicos incluyeron la obtención del modelo cinemático bajo el estándar Denavit-Hartenberg, la creación de un modelo de simulación representativo en el software Webots y el desarrollo de una interfaz en Matlab para controlar la cinemática en tiempo real de manera inalámbrica. La metodología utilizada para este trabajo se dividió en tres etapas. La primera consistió en el modelado cinemático del MaxArm, donde se analizaron sus relaciones geométricas y ángulos de movimiento para generar una matriz D-H que permitió simular su comportamiento. En la segunda etapa, se desarrolló un modelo del manipulador en Webots, utilizando técnicas de simulación y diseño de eslabones con sus respectivas juntas. Finalmente, en la tercera etapa, se diseñó una interfaz gráfica en Matlab para planificar trayectorias, controlar posiciones y establecer una conexión inalámbrica mediante el protocolo TCP/IP. Los resultados obtenidos incluyeron un modelo cinemático preciso que permitió simular y verificar el movimiento del MaxArm en Matlab, el cual fue validado mediante pruebas de posiciones y trayectorias. Además, se desarrolló un modelo del manipulador en Webots que reflejó su comportamiento físico. La interfaz gráfica implementada facilitó el control en tiempo real del manipulador, estableciendo una comunicación bidireccional con el ecosistema Robotat, lo que permitió capturar posiciones y generar trayectorias basadas en datos del entorno. La integración del MaxArm al ecosistema Robotat demostró la viabilidad de implementar métodos robóticos para tareas industriales y educativas.

The main objective of this graduation project was to design and implement software tools for the wireless control of the MaxArm robotic arm within the Robotat ecosystem. The specific objectives included obtaining the kinematic model under the Denavit-Hartenberg standard, creating a representative simulation model in the Webots software, and developing an interface in Matlab to control the kinematics in real-time wirelessly. The methodology used for this work was divided into three stages. The first stage involved the kinematic modeling of the MaxArm, analyzing its geometric relationships and motion angles to generate a D-H matrix that allowed its behavior to be simulated. In the second stage, a manipulator model was developed in Webots using simulation techniques and the design of links with their respective joints. Finally, in the third stage, a graphical interface was designed in Matlab to plan trajectories, control positions, and establish a wireless connection using the TCP/IP protocol. The results obtained included an accurate kinematic model that allowed the MaxArm’s movement to be simulated and verified in Matlab, validated through position and trajectory tests. Additionally, a manipulator model was developed in Webots, which reflected its physical behavior. The implemented graphical interface enabled real-time control of the manipulator, establishing bidirectional communication with the Robotat ecosystem, capturing positions, and generating trajectories based on environmental data. The integration of the MaxArm into the Robotat ecosystem demonstrated the feasibility of implementing robotic methods for industrial and educational tasks.