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PROYECTO FINAL ROBÓTICA

Presentado a:

Tutora Sandra Isabel Vargas

Presentado por:

 Angy Elisset Muñoz Tovar - Cod. 53152726

Rocy Patricia Gualtero Carrizosa – Cod. 65800911

Grupo 4

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

PROGRAMA INGENIERÍA DE SISTEMAS

ROBÓTICA

BOGOTÁ D.C.

JUNIO DE 2013

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INTRODUCCIÓN

Durante el este curso se han estudiado los conceptos básicos relacionados con la

robótica, los cuales comprenden: conceptos generales, cinemática y la actualidad. Se han

realizado actividades enfocadas en el conocimiento de herramientas, programación de

robots, entre otras. Sin embargo, para esta actividad se pretende presentar un diseño de

un robot que pueda realizar el corte de una pieza metálica, con determinadas medidas y

con ello aplicar los conceptos estudiados.

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DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD

DESCRIPCIÓN DEL CASO

Dentro de sus procesos de fabricación una empresa de fabricación de motores de

potencia involucra frecuentemente el corte de piezas, en general dentro de la línea hay un

paso que requiere cortar una pieza de las siguientes especificaciones (las unidades están

dadas en cm).

 A. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el robot aconstruir, incluyendo el efector final.

Es importante partir del hecho que el robot estará sobre una base fija y que

solamente el brazo será el que realice algún tipo de movimiento, siendo así, se

tendrá una articulación que optimice el movimiento del brazo y así realizar un corte

más exacto. El tipo de fabricación de esta pieza, siendo flexible y reprogramable,

permite que puedan ser modificadas las medidas dado el caso en el que sea

requerido.

Configuración

El tipo coordenadas cilíndricas sería una configuración que se adapta

adecuadamente a las características del estudio de caso propuesto en este

proyecto, puesto que está compuesto por dos ejes lineales y uno rotacional, esta

rotación le permite al brazo hacer una buena rotación y alcanzar lo que se

encuentre a su alrededor. Los ejes lineales permiten moverse hacia adentro, arriba

y afuera.

Efector Final

En el extremo del brazo del manipulador se encuentra la muñeca, cuyos ejes

pueden girar e inclinarse también en un plano vertical atravesando el brazo.

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B. Determinar y justificar las especificaciones de los actuadores requeridos para cadauna de las articulaciones, adjuntar las hojas de datos de los mismos, y si es

posible una cotización.

Los actuadores a utilizar serán eléctricos. Los robots utilizan dos tipos de motores eléctricos, paso a paso y corriente

directa. Teniendo en cuenta que el principal inconveniente que se tiene, de acuerdo

al estudio de caso, actualmente el trabajo se hace con una máquina decorte obsoleta que presenta fallas y por tanto errores en las medidas de la

pieza, entonces si se utiliza un motor eléctrico permite tener un mayor control en la medición de la posición ya que se encuentra en la capacidadde ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación ymantenerse estable en esta posición, entre otras bondades.

Motores de corriente directa:

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Motores paso a paso:

C. Determinar las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de trabajo

estimado y el robot según la medida de la pieza.

A continuación se relacionan las medidas de los eslabones:

Brazo: con longitud lineal de 120 cm, con una probable variación del 10%.

Base vertical: con una longitud de 90 cm.

Volumen de trabajo estimado:

Es de aclarar que el volumen de trabajo hace referencia al espacio que tendrá el

robot para manipular el efector final puesto que éste es el que define el espacio de

trabajo. El volumen es definido por el tamaño de los componentes, el límite de losmovimientos que realizará el robot y su configuración física. Teniendo en cuenta

que el tipo de robot propuesto es de configuración cilíndrica, tiene un espacio de

trabajo similar al de un robot.

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D. A partir de los actuadores escogidos, determinar ¿Cómo se enviarán las señalesde mando a los actuadores para realizar los movimientos de las articulaciones?,

¿Qué elementos son necesarios para hacer esta tarea?

El servomotor será el actuador con el cual se trabajará; las señales que se

enviarán a los actuadores serán a través de los pulsos de entrada, la tensión de

alimentación está entre los 4 y los 8 voltios. La nueva posición depende de la

duración del alto nivel de la señal cuadrada de voltaje y de la velocidad controlada

con la frecuencia de la señal.

-  Control de la dirección y la velocidad del servomotor:

La señal principal, es un pulso de onda cuadrada de 1,5 ms, al permanecer el

pulso en ese ancho, el servo pasará a la posición central de su recorrido. Si

dicho ancho pulso, el servo se mueve proporcionalmente hacia la izquierda. Si

por el contrario, el ancho en mención aumenta, el servo girará hacia la

derecha. Sin embargo, para controlar la velocidad del actuador, no se modifica

el ancho de pulso de la onda, si no que se cambia la frecuencia de la señal

cuadrada, la cual es directamente proporcional a la velocidad. El elemento que

será necesario, es el controlador.

E. Determinar los elementos que deben incluirse en el controlador del robot, esto se

debe hacer a nivel general no se requieren planos electrónicos, mecánicos,

neumáticos o hidráulicos, basta con un listado de elementos básico y un diagrama

de bloques, lo más importante es justificar de acuerdo a la selección de

actuadores.

Los elementos son:

Entradas y salidas

Sector de comunicaciones

Panel operador 

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Memoria

El robot es controlado mediante un computador, unos sistemas poseen un teclado

y una pantalla o un panel operador, opcionales, que proporcionan al usuario una

interfaz remota con el controlador, el cual cuenta con la capacidad de comunicarse

con varios dispositivos.

El sistema de entrada y salida proporciona una interfaz entre el software y los

dispositivos externos, a través de las I/Os y los puertos de comunicación en serie.Estas interfaces, permiten al controlador enviar señales a un dispositivo remoto por 

medio de un cable.

F. Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicará con el software

de control instalado en un PC (el PC estará a 10 metros del robot, considere un

ambiente contaminado de ruido electromagnético debido a la presencia de

motores de alta potencia en el área de trabajo). Especificar y justificar la selección.

Este punto requiere investigar otras fuentes bibliográficas además de lo

presentado en este curso.

Cableado y velocidad:

El cableado se puede especificar bien sea fino o continuo y la velocidad se puede

dar en grados o en tiempo total con respecto a la ejecución de un movimiento.

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Para generar la comunicación entre el robot y el computador, se requierecableado, debido al ruido electromagnético que interfiere en las señales y puede

afectar la comunicación entre ambos (modelo OSI). Al establecer comunicación

robot – pc, se llegará a ejercer el control del robot. Mediante este enlace, se recibe

información sobre sucesos y errores que puedan ocurrir en el sistema robotizado y

como resultado se podrá determinar el estado del robot.

Para garantizar que los datos enviados durante la transmisión sean integrales y

exactos, se hará uso de un protocolo de comunicaciones.

La conexión será efectuada con el uso de un cable a tres hilos, siempre y cuando

para el control de flujo de datos no se requiera el empleo de señales auxiliares del

puerto serie.

G. Determinar el tipo o tipos de programación que se incluirán en el robot, justificando

la selección de acuerdo a los requerimientos del problema. Sugerir dos software

que permitan dicha programación, realice un cuadro comparativo entre ellos.

El tipo de programación será la textual, en donde, las acciones que ha de ejecutar 

el brazo del robot se especifican mediante las instrucciones de un lenguaje. Las

trayectorias del manipulador son calculadas a nivel matemático con bastante

precisión y así es evitado el posicionamiento a ojo. Adicionalmente este tipo de

programación se asemeja a lo visto en la tercera unidad del curso, puesto que es

en modo offline.

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H. Determinar y justificar si es necesario incluir sistemas de seguridad adicionalesdebido al tipo de proceso utilizado.

Se podría incluir un sistema de visión artificial que optimice su desempeño y así

obtener una mayor precisión.

I. Finalmente la empresa solicita el modelo cinemático directo del robot diseñado,

con el fin de facilitar la tarea a los programadores que serán contratados.

El modelo es directo, el cual se realiza mediante el algoritmo de Denavit-

Hartenberg (DH), con el cual se calcula la posición y orientación del marco de

referencia del efector final respecto al marco de la base.

Modelo cinemático:

Establecer para cada elemento del robot un sistema de coordenadas

cartesiano ortogonal (xi,yi,zi) donde i=1,2,…,n (n=número de gdl). 

Cada sistema de coordenadas corresponderá a la articulación i+1 y estará

fijo en el elemento i.

Encontrar los parámetros D-H de cada una de las articulaciones.

Calcular matrices Ai

Calcular matriz Tn = 0 A1 1 A2 ... n-1 An 

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Modelo matemático:

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CONCLUSIÓN

Con la realización de esta actividad se logró aplicar la temática vista en el curso Robótica

y se hizo énfasis en la importancia de la robótica en las labores diarias del ser humano

como en la industria. Adicionalmente de todo el trabajo que tiene la definición del tipo de

programación más adecuada para un robot de acuerdo al objetivo con el cual fue

diseñado.

 Adicionalmente se puede concluir que:

La Robótica permite una producción más eficiente, reducción del desperdicio de

material, y de costos, además de mejorar sustancialmente la calidad de los

productos.

El uso de robots en las empresas se va haciendo necesario a medida de que el

mundo empresarial va a pasos agigantados en lo que a la tecnología se refiere.

Por otra parte para poder ofrecer calidad y bajos precios hay que disminuir la

mayoría de costos de la empresa, en donde los robots industriales juegan un papel

importante, ya que tienen una gran capacidad de producción con un costo muy

bajo.

Las empresas modernas utilizan robots industriales en aquellos centros de trabajo

donde prevalezcan situaciones de peligro para los trabajadores por la naturaleza

del proceso.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  Módulo de robótica, UNAD – Freddy Valderrama

  http://iearobotics.com/alberto/lib/exe/fetch.php?media=theses:tfg_carlos_rod_zam.pdf, Tesis Modelo cinemático y control de un brazo robótico imprimible.

  http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd=9&ved=0CFYQFjAI&url

  http://www.slideshare.net/Cqje/manual-para-programar-brazo-robotico-industrial-nachi#btnPrevious.

  http://www.fightingrobots.co.uk/documents/EMIGuidelines.pdf 

  http://www.slideshare.net/elvisrichard/brazo-robtico-1775457#btnNext