{"id":180,"date":"2026-04-17T12:17:45","date_gmt":"2026-04-17T17:17:45","guid":{"rendered":"https:\/\/academia.utp.edu.co\/ia-e-industria\/?page_id=180"},"modified":"2026-04-17T12:18:43","modified_gmt":"2026-04-17T17:18:43","slug":"manipulador-serial-industrial-de-codigo-abierto-para-el-eco-sistema-ros-gazebo-rviz","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/academia.utp.edu.co\/ia-e-industria\/manipulador-serial-industrial-de-codigo-abierto-para-el-eco-sistema-ros-gazebo-rviz\/","title":{"rendered":"Manipulador Serial Industrial de C\u00f3digo Abierto para el Eco-Sistema ROS-Gazebo-RViz"},"content":{"rendered":"\n
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Autores:<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Daniel Zapata Yarce, Germ\u00e1n Andr\u00e9s Holgu\u00edn Londo\u00f1o<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Problema<\/strong><\/h1>\n\n\n\n

La creciente adopci\u00f3n de estaciones robotizadas en l\u00edneas de producci\u00f3n industrial est\u00e1 cambiando el rol de los trabajadores, quienes ahora se centran en actividades de dise\u00f1o, monitoreo, planificaci\u00f3n y mantenimiento. Este cambio subraya la necesidad de que la fuerza laboral adquiera habilidades relacionadas con las tecnolog\u00edas emergentes de la Industria 4.0, especialmente en el uso y operaci\u00f3n de robots industriales. Los ingenieros enfrentan el reto de ajustar los sistemas f\u00edsicos existentes y, aunque las simulaciones computarizadas convencionales ofrecen una opci\u00f3n para evaluar prototipos, presentan limitaciones significativas, como la falta de trazabilidad y datos en tiempo real, aspectos fundamentales para la integraci\u00f3n eficiente en la Industria 4.0.<\/p>\n\n\n\n

En este contexto, los manipuladores rob\u00f3ticos son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales, pero su monitoreo constante y la optimizaci\u00f3n de su rendimiento son procesos costosos, ya sea en sistemas reales o mediante simulaciones que no capturan todos los aspectos cr\u00edticos como el desgaste. Para superar estas limitaciones, se propone la virtualizaci\u00f3n y simulaci\u00f3n en tiempo real del manipulador f\u00edsico mediante un gemelo digital. Este enfoque permitir\u00eda monitorear y controlar el rendimiento del sistema rob\u00f3tico, anticipar necesidades de mantenimiento y analizar el impacto de modificaciones en tiempo real, aline\u00e1ndose as\u00ed con los principios de la Industria 4.0.<\/p>\n\n\n\n

BCN3D Moveo<\/strong><\/strong><\/h1>\n\n\n\n

Moveo es un manipulador de cinco grados de libertad, de c\u00f3digo abierto, dise\u00f1ado para ser impreso en 3D, con componentes f\u00e1cilmente accesibles en el mercado. Es ideal para fines educativos, permite la personalizaci\u00f3n y su implementaci\u00f3n es de bajo costo, siendo un excelente sistema para entrenar en automatizaci\u00f3n, dise\u00f1o mec\u00e1nico y programaci\u00f3n. Los archivos y el firmware para su construcci\u00f3n est\u00e1n disponibles en\u00a0GitHub<\/a>.<\/p>\n\n\n

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Figura\u00a01:\u00a0BCN3D<\/p>\n\n\n\n

Impresi\u00f3n 3D<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

La impresi\u00f3n de las piezas principales del manipulador serial se llev\u00f3 a cabo utilizando una impresora 3D Creality Ender3 V2-Neo, seleccionada por su rendimiento y precisi\u00f3n en la fabricaci\u00f3n de componentes. Con una superficie \u00fatil de 220×220 mm\u00b2, esta impresora permite obtener piezas detalladas y exactas, lo que es fundamental para el ensamblaje del manipulador. Para procesar los modelos 3D y convertirlos al formato G-Code, se utiliz\u00f3 el software Prusa Slicer, conocido por su interfaz intuitiva y su capacidad para ofrecer resultados de alta calidad en la impresi\u00f3n 3D.<\/p>\n\n\n\n

La configuraci\u00f3n de impresi\u00f3n se ajust\u00f3 para utilizar material PETG y un patr\u00f3n de relleno honeycomb, con un porcentaje del 60%, adaptado a las caracter\u00edsticas y requerimientos de cada pieza. Este patr\u00f3n de entrelazamiento proporciona resistencia mec\u00e1nica, lo que resulta esencial para las piezas del brazo rob\u00f3tico que estar\u00e1n sometidas a esfuerzos durante su operaci\u00f3n. El proceso de impresi\u00f3n fue prolongado, con algunas piezas tardando hasta una semana en completarse, debido a las configuraciones minuciosas de relleno y velocidad seleccionadas para garantizar la calidad del producto final.<\/p>\n\n\n\n

En total, se emplearon aproximadamente tres rollos de filamento PETG para producir todas las piezas del robot, incluyendo las fallidas durante el proceso. Los problemas encontrados, como fallos de impresi\u00f3n, se debieron a diversos factores, incluyendo ajustes mec\u00e1nicos de la impresora, nivelaci\u00f3n de la cama de calor y variaciones en la temperatura y velocidad de impresi\u00f3n. Estos inconvenientes fueron resueltos para asegurar que las piezas finales cumplieran con los est\u00e1ndares necesarios para el correcto funcionamiento del manipulador.<\/p>\n\n\n\n

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Ensamblaje<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Despu\u00e9s de completar la impresi\u00f3n de todas las piezas, se inici\u00f3 la fase de ensamblaje del manipulador serial, uniendo cuidadosamente los modelos impresos con motores, rodamientos y componentes electr\u00f3nicos. El montaje del efector final fue un paso clave, asegurando la correcta alineaci\u00f3n de los engranajes que permiten el movimiento de la pinza. Posteriormente, el efector se acopl\u00f3 al enlace correspondiente, junto con el motor que controla sus inclinaciones verticales y las rotaciones sobre su eje, garantizando un funcionamiento fluido y eficiente.<\/p>\n\n\n\n

Durante el ensamblaje, algunas piezas requer\u00edan poleas espec\u00edficas que no estaban disponibles comercialmente, por lo que fue necesario imprimirlas en 3D. Esto permiti\u00f3 solucionar los retos t\u00e9cnicos de manera r\u00e1pida y econ\u00f3mica, utilizando dise\u00f1os personalizados que aseguraban un ajuste preciso. Finalmente, se mont\u00f3 la base del brazo en una estructura de madera, con soportes impresos en 3D para distribuir el peso de manera equitativa, asegurando estabilidad y balance en el robot ensamblado.<\/p>\n\n\n\n

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Librer\u00eda de Comunicaci\u00f3n y Visualizaci\u00f3n<\/strong><\/strong><\/h2>\n\n\n\n

En el desarrollo de los paquetes para la visualizaci\u00f3n y comunicaci\u00f3n del manipulador serial en ROS2, se crearon dos paquetes clave: \u00abmoveo_view\u00bb y \u00abmoveo_ctrl\u00bb. El paquete \u00abmoveo_view\u00bb se centra en la visualizaci\u00f3n del manipulador a trav\u00e9s del archivo URDF, que describe f\u00edsicamente el robot. Para ello, se utiliza el paquete \u00abjoint_state_publisher_gui\u00bb para crear una interfaz gr\u00e1fica que permite manipular las articulaciones del brazo. Los \u00e1ngulos de las articulaciones se publican en un t\u00f3pico espec\u00edfico, y el sistema transforma esa informaci\u00f3n para representar correctamente la disposici\u00f3n del robot en tiempo real.<\/p>\n\n\n\n

Por su parte, el paquete \u00abmoveo_ctrl\u00bb establece la comunicaci\u00f3n entre ROS2 y una tarjeta de control, como un Arduino. Este paquete toma los \u00e1ngulos publicados y los convierte en pasos para los motores, utilizando bloques de datos enviados a trav\u00e9s del puerto serial. El sistema embebido decodifica los datos y los utiliza para controlar los motores del robot mediante la librer\u00eda \u00abAccelStepper\u00bb. Este proceso asegura una comunicaci\u00f3n fluida entre ROS2 y los motores del manipulador, permitiendo que las rotaciones se ejecuten de manera precisa.<\/p>\n\n\n\n

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Diagrama de bloques del esquema de comunicaci\u00f3n ROS2-Tarjeta de Control.<\/p>\n\n\n\n

Resultados<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

El brazo rob\u00f3tico final, de 90 cm de longitud, presenta ciertos retos operativos debido al alto torque que deben generar los motores NEMA 23 en la articulaci\u00f3n 2, lo que provoca oscilaciones y p\u00e9rdida ocasional de pasos. Para corregir esto, se ajustaron las poleas acopladas a los motores para mejorar su sujeci\u00f3n y garantizar el control preciso del brazo. En contraste, la tercera articulaci\u00f3n, que utiliza un motor NEMA 17 con una caja de reducci\u00f3n, mostr\u00f3 un excelente desempe\u00f1o, tanto en torque como en suavidad de movimiento, brindando mayor estabilidad incluso cuando el sistema no est\u00e1 energizado.<\/p>\n\n\n\n

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En la simulaci\u00f3n y visualizaci\u00f3n del brazo rob\u00f3tico en ROS2, usando el entorno RViz2, se logr\u00f3 una representaci\u00f3n precisa del robot y el control manual de sus articulaciones a trav\u00e9s de la interfaz gr\u00e1fica del Joint State Publisher. Aunque el sistema simulado y el real est\u00e1n en buena sincronizaci\u00f3n, se identificaron ligeras discrepancias en la posici\u00f3n de las articulaciones del brazo rob\u00f3tico f\u00edsico debido a factores como la resoluci\u00f3n de pasos de los motores y las condiciones externas. La comunicaci\u00f3n serial con la tarjeta de control tiene un leve retraso que podr\u00eda mejorarse en futuras versiones del sistema.<\/p>\n\n\n

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Bibtex<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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