Práctica 4:

Espacios de trabajo y periféricos del robot integrado a la celda

de manufactura.

C. M. Rodríguez Cisneros I J. M. Delgado-Quintana | K.M. Flores-Gastelum

Lab. CIM | Departamento de Robótica | UPGto Campus Cortazar

Resumen

En este documento se presentan las características más relevantes de los sensores y

actuadores que conforman la celda de manufactura flexible INTELITEK, así como las

características de los robots didáctico / industrial ubicados en el laboratorio de

robótica de la UPGto Cortazar.

1. Introducción

La manufactura Integrada por Computadora (CIM) incluye todas las funciones

de ingeniería de CAD/CAM, pero también incluye las funciones de los negocios

que están relacionadas a la manufactura. El sistema CIM ideal, aplica

tecnologías de computadoras y comunicaciones a todas las funciones

operacionales y funciones de procesamiento de información recibida,

juntamente diseño y producción, a producto consumible.

2. Objetivos

Describir las características más importantes de los sensores de la celda

de manufactura flexible INTELITEK.

Describir las características más importantes de los actuadores de la celda

de manufactura de flexible INTELITEK.

Describir las características más importantes de los robots de la celda de

manufactura de flexible INTELITEK.

3. Desarrollo y análisis de resultados

MOTOMAN - HP3

ROBOT DE PROPÓSITO GENERAL

Figura 1 MOTOMAN (Laboratorio CIM)

ESPACIO DE TRABAJO

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

CONTROLADOR

Figura 2 Controlador del MOTOMAN

Al frente del gabinete del controlador NXC1OO está localizado el interruptor principal del sistema. Al girar el switch a la posición ON se energiza el controlador y comienza la ejecución de la función de autodiagnóstico, en la cual se realiza una serie de pruebas que tienen como finalidad detectar las posibles fallas que puedan existir en los diversos componentes del sistema (tarjetas de circuitos, conectores, cableado, motores, etc).

Figura 3

EJES CONTROLABLES

CAPACIDAD DE CARGA

REPETITIBILIDAD

PESO

POTENCIA REQUERIDAD

MONTAJE

UNIDAD PROTECTORA

UNIDAD PROTECTORA DEL ROBOT

CONDICIONES AMBIENTALES

Piso, pared, techo

EJES RANGO DE

MOVIMIENTO

VELOCIDAD

MÁXIMA

MOVIMIENTOS

PERMITIDOS INERCIA

PERMITIDA

Para desactivar el controlador NXC1OO se debe girar el interruptor principal a la posición OFF, con lo cual se interrumpe la alimentación eléctrica del controlador. Como medida de seguridad antes de apagar el controlador es necesario desactivar los servos presionando algunos de los botones de paro de emergencia.

Figura 4

El panel de playback está localizado al frente de la puerta del controlador y tiene los botones para las funciones de Paro de Emergencia, Activación de Servos, Hold, Start, y Modos de Operación Play, Teach y Remoto, además del switch de Candado de Edición y la lámpara indicadora de Alarma.

Figura 5 Botones de Operación del Panel

Botones de Operación del Panel:

Paro de Emergencia (E-Stop): Al presionar el botón de Paro de Emergencia se desenergizan los servos y se aplican los frenos por lo que el robot se detiene inmediatamente, al mismo tiempo se despliega el mensaje “!Robot stops by P. Panel emergency STOP” (Robot detenido por paro de emergencia del Panel de Playback); y el indicador de servo activado se apaga, para deshabilitar la condición de paro de emergencia simplemente gire el botón hacia la izquierda. Los botones de paro de emergencia funcionan de la misma manera en cualquiera de los tres modos de operación: Play, Teach o Remoto.

Start: En Modo Play, con los servos activados, al presionar el botón Start se comienza la ejecución del programa desde la línea en la cual está colocado el cursor.

La luz indicadora del botón Start permanece encendida todo el tiempo durante el cual el controlador esté ejecutando el programa, además la luz indicadora del botón Start se enciende cuando se realiza una revisión de trayectoria (Test Start) en el Modo Teach.

Hold: Al presionar el botón Hold se detiene la ejecución del programa, en esta condición los servos permanecen activados y no se aplican los frenos, además la luz indicadora del botón Start se apaga. Para reanudar la ejecución del programa se presiona el botón Start.

Activación de Servos: En Modo Play al presionar el botón Servo On Ready se activan los servos y se liberan los frenos; la luz indicadora “Servo On” (de color verde) se enciende tanto en el panel de playback como en el Teach Pendant. Mientras los servos no hayan sido activados no se puede ejecutar ningún programa. En Modo Teach al presionar el botón Servo On Ready ambas luces indicadoras de “Servo On” comienzan a destellar, si la tecla Teach Lock está activada entonces los servos se pueden energizar por medio del switch de habilitación localizado en la parte posterior del teach pendant.

Botones de Modo:

Modo Play: En Modo Play al presionar el botón Start, el panel de playback del NXC1OO tieneel control de la ejecución del programa. En este modo se pueden activar losmodos especiales de ejecución.

Modo Teach: En Modo Teach el operador tiene el control para manipular, programar, editar y configurar el sistema por medio del teach pendant.

Modo Remoto: En Modo Remoto el control del sistema se lleva a cabo desde un dispositivo externo opcional, el cual puede ser una estación de operador, una computadora, un PLC, etc.

TEACH PENDANT

Figura 6 Teach Pendant

Figura 7 Teach Pendant del MOTOMAN del Lab. CIM

Display: El Teach Pendant tiene un Display de Cristal Líquido (LCD) de 4x5”, de 12 líneas y 40 caracteres por línea. El Display está dividido en áreas específicas, y permite al operador monitorear y editar programas, desplegar archivos, etc. NOTA: El display del Teach Pendant se oscurece después de algunos minutos deinactividad. Presione cualquier tecla para restaurar la pantalla.

Activación y Desactivación de Servos: El switch de Activación de Servos está localizado en el lado posterior izquierdo del teach pendant, se trata de un switch tipo deadman el cual tiene tres posiciones: la posición inicial en la cual no está presionado y en la que los servos permanece desactivados, la segunda posición (intermedia) es en la que se ejerce una ligera presión y en la cual se activan los servos, la tercera posición es en la que es presionado con demasiada fuerza el switch y los servos se desactivan.

Figura 8 Teach Pendant (como se activan los Servos)

Paro de Emergencia (E-Stop): Al presionar el botón de paro de emergencia se desactivan los servos y se aplican los frenos de cada uno de los motores del robot deteniendo la ejecución del programa; al mismo tiempo se despliega el mensaje “Robots stops by P. P. emergency STOP!” (Robot detenido por paro de emergencia del Teach Pendant), y se desactivan las lámparas indicadoras de servos. Para liberar la condición de paro de emergencia se debe girar hacia la izquierda el botón de paro de emergencia. Todos los botones de paro de emergencia en el sistema tienen el mismo funcionamiento.

Figura 9 Botón de paro del Teach Pendant

Teclas de Ejes: El Teach Pendant tiene seis juegos de teclas de ejes, las cuales están marcadas con los signos “+” y “-” indicando el sentido del movimiento de los ejes del robot.

Figura 10 Botones para mover los eslabones del Teach Pendant

SISTEMAS DE COORDENADAS

En los sistemas de coordenadas Rectangulares, Cilíndricas, Herramienta o Usuario

se aplican las etiquetas XYZ, aunque éstas actúen de forma diferente en cada uno de ellos. Las coordenadas Rectangulares, Herramienta y Usuario están basadas en un sistema de coordenadas XYZ rectangular.

Figura 11 Sistema de Coordenadas del MOTOMAN

Coordenadas Rectangulares: En este sistema de coordenadas el TCP del robot (TCP:

Punto Central de la Herramienta) se mueve en línea recta de acuerdo a los ejes XYZ.

Figura 11

Figura 13

Figura 12

Coordenadas Cilíndricas:

Figura 14 Figura 15

Coordenadas de Herramienta (TOOL): En la Coordenadas de Herramienta (TOOL) el robot se mueve de acuerdo a la orientación de la herramienta, es decir, los datos de calibración de la herramienta van a determinar la dirección de movimiento del robot.

Figura 16

Coordenadas de Usuario: En la Coordenadas de Usuario (USER) el robot se mueve de acuerdo a planos definidos previamente por el usuario, por lo tanto las direcciones XYZ están desplazadas de acuerdo a la inclinación que tiene el plano de trabajo. Las Coordenadas de Usuario se utilizan cuando la inclinación del plano de trabajo difiere al del robot. Se pueden definir hasta 24 sistemas de coordenadas de usuario.

Figura 17

SCORBOT-ER

Se pretende hacer una descripción genérica del brazo robot SCORBOT-ER III, utilizado para la experimentación.

El SCORBOT-ER III El robot didáctico SCORBOT-ER III fue desarrollado a principios de los años 80 debido a los logros desarrollados en la robótica y el aumento de las instalaciones de los robots en la industria mundial. Dicho brazo robotizado fue comercializado junto a un exclusivo programa didáctico modular que permitía a los instructores establecer cursos de robótica al alcance de cualquiera. El sistema robótico está formado por dos secciones principales:

el brazo mecánico

el controlador electrónico. El brazo mecánico está construido como brazo articulado de seis grados de libertad (base, hombro, codo y dos movimientos de muñeca que está provista de dos grados de libertad, debido a que puede hacer un giro arriba y abajo, y a su vez también un giro a izquierdas y a derechas) y una pinza. La envolvente de trabajo en este tipo de construcción se denomina vertical articulada. Las articulaciones son todas de revolución, y se encuentran accionadas por servomotores de corriente continua en lazo cerrado por codificadores al eje de cada uno de los ejes motrices. Todos los servomotores de CC llevan una caja de engranajes de reducción, de forma que el eje de salida de la caja de engranajes gira a menor velocidad que el eje motor. El controlador es la unidad responsable del funcionamiento del brazo mecánico. Este controlador permitirá el posicionamiento del brazo.

Figura 18 SCORBOT-ER III (En el Lab. CIM)

El brazo mecánico está provisto de cinco Microinterruptores, uno por articulación, los cuales serán utilizados para evitar los choques entre articulaciones y también para un posicionamiento de referencia (hard home). Cuando todos ellos están cerrados el sistema se encuentra en una posición única denominada hard home y es el único punto desde el que se hace referencia para el comienzo de cualquier trabajo con el robot. A su vez también poseerá los encoders correspondientes a cada una de las articulaciones, de manera que esto permita el control en lazo cerrado de los motores de las articulaciones. El Scorbot-Er III se eleva sobre una base, la cual está provista de seis agujeros, a través de los cuales se ha de fijar el sistema para evitar la pérdida de su centro de gravedad durante su funcionamiento. Todas las articulaciones del SCORBOT-ER III poseen un movimiento de articulación giratorio, excepto la pinza que posee un movimiento lineal o prismático de apertura y cierre, Todas las articulaciones mencionadas son movidas por motores de corriente continua, y a su vez estos motores se pueden mover independientemente de los demás.

El accionamiento indirecto se produce cuando el motor está montado lejos de la articulación y el movimiento del motor se transmite a la articulación a través de sistemas de transmisión como pueden ser correas y engranajes. El accionamiento indirecto es preferible debido a que reduce el peso del brazo mecánico ya que los motores quedan fijados en la base del robot, y no en las articulaciones, y además permite variaciones de velocidad angular de la articulación proporcional a la del motor. El cuerpo es el bastidor principal en el que van acoplados cinco de los seis servomotores de accionamiento del motor. El sexto motor se encuentra alojado en la pinza, que como se sabe es el elemento terminal del brazo del robot. Dicha pinza está construida de tal forma que sus dedos se mueven en paralelo, tanto en apertura como en cierre.

Figura 19 Cuerpo del Scorbot-Er

El dispositivo más comúnmente utilizado para el control en lazo cerrado de motores es el encoder óptico rotatorio. Un encoder de este tipo se encuentra instalado en cada motor del brazo mecánico.

Figura 20 Encoder óptico

El encoder consta de dos fuentes de luz (LED), dos foto-transistores, y un disco metálico rasurado que gira con cada revolución del motor. Así de un encoder se podrán obtener dos señales (una por cada par LED - fototransistor). El encoder suministra un tren de pulsos (una vez acondicionada la señal), de manera que permitirá enviar señales al controlador y así poder llevar a cabo el control de su articulación.

Figura 21 y 22 Encoder Internamente

En cuanto a las transmisiones cabe destacar los siguientes tipos: * El movimiento de la base y el hombro del robot se crea mediante engranajes dentados. * El movimiento del codo del robot se crea mediante engranajes dentados y correas de regulación. * El movimiento de la muñeca se crea mediante correas de regulación y una unidad diferencial de engranajes dentados en el extremo del brazo. * El cierre y la apertura de la pinza se crea mediante un tornillo de avance acoplado directamente a un servomotor de CC.

Figura 23 Transmisión Directa

Figura 24 Transmisión Indirecta

Análisis de transmisión en cada etapa La transmisión de cada eje de movimiento del Scorbot Er III comienza dentro de la carcasa metálica de cada motor.

Figura 25 Representación esquemática de el Scorbot Er III

Transmisión de la articulación de la base La transmisión de la articulación de la base del robot responde a al tipo de transmisión directa de una etapa, la cual ya ha sido convenientemente expuesta con anterioridad. El engranaje A está acoplado directamente al eje de salida del motor y gira con él; el engranaje B está acoplado al cuerpo del rotor.

Transmisión de la articulación del hombro Resulta similar a la transmisión a la transmisión de la articulación de la base. La diferencia radica en que la transmisión del hombro es una transmisión doble, esto quiere decir que el hombro se mueve simultáneamente desde los dos lados del brazo mecánico. Esto mejora el movimiento del hombro así como su capacidad de soportar carga.

Transmisión de la articulación del codo También se trata de una transmisión doble. El codo también se mueve desde ambos lados del brazo mecánico. En otras palabras incluye dos sistemas de tipo transmisión indirecta de dos etapas. La combinación de dos transmisiones dobles (hombro y codo) previene que el brazo se retuerza e incrementa su estabilidad.

Transmisión de la articulación de la muñeca La articulación de la muñeca, como se sabe, tiene dos grados de libertad, lo que le permite dos tipos de movimiento diferentes. La articulación de la muñeca tiene tres partes diferentes que forman un conjunto llamado diferencial. Las partes 1 y 2 están movidas por los motores 4 y 5 respectivamente. El movimiento relativo entre las piezas 1 y 2 determina el movimiento de la pieza 3, a la cual está sujeta la pinza. Cuando las piezas 1 y 2 se

mueven en la misma dirección, la pieza 3 se mueve hacia arriba o hacia abajo. Cuando las piezas 1 y 2 se mueven en direcciones opuestas, la pieza 3 tiene un movimiento giratorio. Cada una de las piezas mencionadas es un engranaje de 32 dientes.

Figura 26 Transmisión en la articulación de la muñeca

Transmisión de la pinza La pinza del Scorbot Er III es movida por un motor más pequeño que los otros motores. Este motor está fijado permanentemente a la articulación de la muñeca. El giro del motor de la pinza hace girar un tornillo, que produce la apertura o cierre de la pinza. Este tipo de transmisión se llama de tornillo de avance. En éstas un valor importante es el del paso del tornillo, que es equivalente al movimiento lineal del tornillo. El tornillo de avance de la transmisión de la pinza está fijado al eje de salida del motor de la pinza. Y por tanto su paso definirá el movimiento de la pinza producido por cada vuelta del eje de salida. A medida que se incrementa el paso del tornillo, lo hace la velocidad a la que la pinza se abrirá o se cerrará. La resolución de los dedos de la pinza, sin embargo, disminuye en proporción.

Figura 27 Transmisión entre motor y pinza

Sistemas de sonorización o percepción. Como medio de percepción de cada uno de los elementos del robot se ha hecho uso de un cable de red que va fijado a la base y cuyo conector responde al tipo D, formado por 50 conductores. Éstos a su vez están compuestos de seis grupos de conductores (un grupo para cada motor utilizado). Cada grupo tiene siete conductores cuya función es la siguiente: * 2 conductores para suministrar tensión a cada motor. * 2 conductores para recibir impulsos del encoger óptico. * 1 conductor al micro interruptor que determina la posición hard home * 1 conductor para suministrar tensión al encoder. * 1 conductor que proporciona masa para el interruptor y el encoder.

Microinterruptores Como ya se ha mencionado los Microinterruptores se utilizarán para detener los motores en caso de su accionamiento. Así cuando todos estén accionados, se llegará a una posición denominada hard home, que permitirá tomar dicha posición como referencia para los movimientos de posicionamiento del brazo robot.

Figura 28 SCORBOT-ER III (En el Lab. CIM)

TRANSPORTADOR DE LAZO CERRADO

Figura 29 Transportado de Lazo Cerrado (En el Lab. CIM)

El sistema del CIM esta formado alrededor de un lazo cerrado, en movimiento continuamente, con un transportador que mueve paletas que transportan materiales y piezas a las diferentes estaciones de la CIM.

La estructura del transportador está fabricado en aluminio anodizado negro extruido, y es

su cinta en movimiento es una doble cadena flexible de ferrocarril.

Para maximizar la eficiencia de la parte del transporte en el sistema de la CIM, las paletas

no se eliminan del transportador. En lugar, las paletas llevan plantillas de partes (los

titulares) que se cargan y descargan en cada estación por robots y manipuladores. Las

paletas así son por lo tanto libres para transportar piezas y materiales hacia cualquier

estación de la CIM. Los códigos magnéticos incrustados en la cara inferior de las paletas

habilitan el seguimiento.

El Transportador se detiene junto a cada estación de trabajo CIM incluyen sensores

magnéticos para la detección de paleta y pistones neumáticos para detener y liberar los

palets.

Una unidad de control del PLC controla y gestiona el flujo de paletas en el transportador

de la CIM.

Figura 30 computadoras para la programación (En el Lab. CIM)

Especificaciones del transportador

Transportador de circuito cerrado - diseño de transporte se puede ajustar para adaptarse a

las instalaciones del cliente

Longitud total del transportador Configurable hasta 25 m (82 ').

Transportadora máxima se convierte 6

Transportador de la construcción del tren De aluminio extruido, anodizado negro,

con franjas continuas de

material de montaje adicional

Secciones rectas transportadoras L = 1400 mm (4,6 "), L = 760 mm

(2,5")

Transportador de sección de la esquina 90 °, incluye un conjunto de patas

Transportador de la sección final 180 °, incluye dos conjuntos de patas

Pierna de montaje El apoyo a las secciones rectas

Transportador de motor y engranaje 220/380 del motor de aspiración, 3-fases,

0,75 hp, 1390 rpm

Transportador conjunto de accionamiento (Con exclusión del motor) incluye un

1400 mm (4,6 ") sección recta

Asambleas de paletas-unidades para el transporte de piezas / material de plantillas en cinta

transportadora

Construcción De aluminio anodizado negro

Detección Códigos magnéticos incrustado en la

parte inferior para permitir el

seguimiento de tarimas

Dimensiones 203 mm x 152 mm (8 "x 6")

Asambleas transportadoras de parada (estaciones) - Unidades para controlar el

movimiento de los palets de transporte

Sensores 2 sensores magnéticos para en la

estación y la detección de plataforma

a la llegada

4 sensores magnéticos para

identificacion de palets

Controles neumáticos Tapones de pistón neumáticos para

dejar de paleta y dejar de lado las

paletas la presión del aire de la

válvula de control

Comunicación PCB para una rápida conexión de E /

S y RS232,

así como el control de las luces

indicadoras de la estación

Dimensiones 474 mm x 168 mm (18,7 "x 6,6")

Buffers de dos posiciones del titular, para el almacenamiento de las plantillas y las

colas en las estaciones de transporte

Construcción De calibre pesado de acero negro

Dimensiones 405mm x 170mm (16 "x 6.7")

Plantillas: la bandeja para la distribución de las partes, puede ser manipulado por el

robot.

Construcción Moldeado de plástico, con 13 x 8 matriz de

agujeros clavija para espigas de

posicionamiento; El mango se

puede ser manipulado por el robot de la

orientación horizontal o vertical.

Dimensiones 175 mm x 125 mm (7 "x 5")

Pines 14 pines (5 tamaños diferentes), se utilizan

para crear plantillas para los objetos de

diferentes forma permitiendo la reutilizació

de los plantilla para partes, sin intervención

del operador.

Figura 31,32 y 33 (31. Paleta, 32. Plantilla, 33.Indicador de luz para la estación)

Figura 34 y 35 (34. Conveyor Stop Assembly, 35. Buffer) (En el Lab. CIM)

Sistema de seguimiento de pallet - hardware / software del sistema en tiempo real

para la identificación y seguimiento de los palets

Temas de la ubicación de todas las paletas y los materiales.

Pistas fase de producción y el destino de cada producto.

Evita la interrupción del ciclo de producción de paletas, si se retira manualmente o

se colocan en otra parte la cinta transportadora.

Sistema de control PLC de hardware / software del sistema para supervisar y

gestionar el flujo de paletas en la cinta transportadora.

PLC gabinete incluye PLC industrial de la unidad (de Allen-Bradley, Omron o

Siemens), E / S

configurado de acuerdo con las especificaciones del cliente y los requisitos de

transporte.

Luces indicadoras - Estación de unidades con luces rojas y verdes para indicar el

estado de cada estación de transporte

Sistema de escaneado de código de barras - hardware / software del sistema para la

identificación en línea y la verificación de las plantillas. Opcional en el

transportador, por lo general instalado en la estación de ASRS

Figura 36 PLC’s (En el Lab. CIM)

Figura 37 En el Lab. CIM

ACTUADOR NEUMÁTICO DE DOBLE EJE

Dimensiones:

Altura: 414 mm (16.3”)

Ancho: 139.4 mm (5.48”)

Abertura máxima:

Altura: 37.3 mm (1.2”)

Ancho: 16.7 mm (0.7”)

Control:

Electroválvula biestables (12/24 VCD)

Figura 38 En el Lab. CIM

Figura 39 Celda en el Lab. CIM

4. Aportaciones personales

Betsabé Cisneros: En ésta práctica aprendí sobre los actuadores y sensores

que conforman un sistema de manufactura flexible, ya que en la industria

nos encontraremos con equipo similar, por lo que es de gran importancia

conocer los elementos que conforman un sistema de manufactura flexible.

Karla Flores: En ésta práctica tuve la oportunidad de conocer más el equipo

con el que cuenta el laboratorio CIM, sus características más sobresalientes

y la selección de robots.

Mizael Delg.: Ésta práctica me sirvió para conocer más sobre los

componentes de la celda de manufactura del CIM así como sobre las

características de los robots que se encuentran en dicho laboratorio.

5. Conclusiones generales

Es importante conocer las características de los sensores, actuadores y robots que

conforman un sistema de manufactura flexible, para sacarle el mayor provecho

posible al equipo con el que cuenta el laboratorio CIM de la UPGto.

6. Referencias

www.intelitek.com

www.motoman.com

III. Células de Manufactura Flexible

EL BRAZO ROBOT SCORBOT-ER III