Modelado dinámico de un manipulador robótico de 2 GDL en MATLAB Simscape Multibody

Resumen

En este trabajo se presenta el modelado dinámico y la simulación numérica de un manipulador robótico planar de dos grados de libertad (2-GDL) utilizando MATLAB Simscape Multibody. El estudio integra el análisis cinemático y dinámico mediante el formalismo de Euler–Lagrange con el propósito de describir el comportamiento no lineal del sistema robótico durante diferentes condiciones de operación. Inicialmente, se desarrolla la estructura geométrica del manipulador considerando las dimensiones de los eslabones, los centros de masa, los marcos de referencia y las articulaciones rotacionales. Posteriormente, se implementan matrices de transformación homogénea para obtener el modelo cinemático directo y determinar la posición espacial del efector final. El modelo dinámico se desarrolla a partir de las expresiones de energía cinética y energía potencial de cada eslabón, incorporando efectos inerciales, gravitacionales, términos centrífugos y de Coriolis, así como los torques articulares necesarios para generar el movimiento del manipulador. A partir de estas expresiones se derivan las ecuaciones diferenciales no lineales del sistema mediante el método de Euler–Lagrange. Posteriormente, se implementa un modelo tridimensional en MATLAB Simscape Multibody para analizar la respuesta dinámica del manipulador durante diferentes trayectorias de movimiento. Las simulaciones numéricas permiten evaluar desplazamientos angulares, velocidades articulares y requerimientos de torque en cada articulación. Los resultados obtenidos muestran que el modelo desarrollado representa adecuadamente el comportamiento dinámico del sistema robótico y proporciona movimientos suaves y estables durante las tareas de manipulación. Asimismo, el entorno de simulación empleado constituye una herramienta eficiente para el análisis, validación y futura implementación de estrategias avanzadas de control en sistemas robóticos.