Morfologia de Los Robots manipuladores CAD/CAM
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RESUMEN.
En el siguiente paper se muestra la morfología básica de
los robots manipuladores que se encuentran en el
laboratorio CIM de la Universidad de la Salle, evaluando
cada uno de los componentes y sistemas que los
constituyen. Al igual se elaboran los planos de control y
de conexión de cada uno y se describe el funcionamiento
tanto de los manipuladores como de los planos de
control.
ABSTRACT.
The following paper shows the basic morphology of the
robot manipulators that are in the CIM laboratory of the
Universidad de la Salle, evaluating each of its
components and systems that make them up. As plans
are developed for control and connection of each and
describing the operation of both the manipulator and the
control.
PALABRAS CLAVE. Morfología, Robots manipuladores,
planos de control y conexión.
KEY WORDS. Morphology, Robot manipulators, control
plans and connection.
INTRODUCCIÓN.
Teniendo en cuenta que los robots que se encuentran en
el laboratorio de CIM, son todos robots manipuladores,
en consecuencia, la morfología de ellos es la misma, en
cuanto a sistemas se refiere. En cuanto a características
de cada uno de los sistemas es variable su mecanismo,
grados de libertad, composición, sistemas de
transmisión, etc. En cuanto a funciones, como cada uno
tiene sus sistemas iguales, estas son iguales, pues las
características de las funciones son las mismas para cada
uno de los robots manipuladores del CIM. A continuación
se da una explicación clara y concisa de cada uno de lossistemas del un robot.
Estructura mecánica: Es la constitución de un robot,
formado por una serie de elementos o eslabones
unidos mediante articulaciones que permiten el
movimiento relativo entre cada dos eslabones
consecutivos. En otras palabras, es el material del
cual está constituido cada robot (armazón) que
protegen el resto de sistemas del robot de cualquier
agente extraño que puede interferir con el normal
funcionamiento y seguimiento de las instrucciones
programadas para tal robot.
Sistemas de transmisión y reducción: Las
transmisiones son los elementos encargados de
transmitir el movimiento desde los actuadores hasta
las articulaciones. Junto a las transmisiones se
incluyen los reductores, encargados de adaptar el
MORFOLOGÍA DE ROBOTS MANIPULADORES.
CARLOS IVAN MESA MANRIQUE 44042035
NELSON OSWALDO RODRIGUEZ 44042012
Ing. M. Sc JAIRO ORLANDO MONTOYA GÓMEZ
Robótica, 22 de Mayo de 2011 Bogota D.C.
FACULTAD DE INGENIERÍA DE DISEÑO Y AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA – U. LA SALLE
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par y la velocidad de la salida del actuador a los
valores adecuados para el movimiento de los
elementos del robot. Ver anexo, tabla 1.
Sistemas actuadores: Los actuadores tienen como
misión generar el movimiento de los elementos del
robot según las órdenes dadas por la unidad de
control. Los actuadores utilizados en robótica
pueden emplear energía neumática, eléctrica o
hidráulica. Ver anexo, tabla 2.
Sistemas sensoriales: Son los encargados de
conseguir que un robot realice su tarea con la
adecuada precisión, velocidad e inteligencia,
teniendo en cuenta su propio estado como del
estado de su entorno. La información relacionada
con su estado la consigue con los sensores internos,
mientras que la información sobre el entorno se
realiza mediante sensores externos. Ver anexo,
tabla 3.
Sistemas de control: Son los encargados de la
programación de las rutinas y de las tareas que debe
desarrollar un robot para cumplir una tarea
determinada.
Elementos terminales: Son los encargados de
interaccionar directamente con el entorno del robot.
Se pueden clasificar en elementos de sujeción o de
una herramienta. Los primeros se utilizan para
agarrar y sostener objetos. Ver anexo, tabla 4.
La información que se recolecta en el laboratorio, sirve
para identificar cada uno de los elementos que
componen los diferentes sistemas de la morfología de los
robots. En el laboratorio CIM de la facultad de ingeniería
de diseño y automatización electrónica de la Universidad
de la Salle, se encuentran robots manipuladores de
diferentes grados de libertad, configuraciones y
funcionamiento. Estos abracan todo el modulo del CIMdistribuidos en estaciones, cada una de ellas con su
respectivo manipulador. El primer módulo es el de
alimentación, seguido del módulo de control de
procesos, el tercero es el módulo de control de calidad
que consta de una cámara de visión artificial DVT y un
robot manipulador, el siguiente módulo es el de
ensamble que consta de un robot hidráulico, y
finalmente el módulo de almacenamiento el cual cuentacon un robot articulado.
MÓDULO DE ALIMENTACIÓN DE MATERIA
PRIMA
El módulo de alimentación de materia prima es el
encargado de abastecer los “palets” al CIM.
Dependiendo del tipo de materia prima, ésta es colocada
en la banda transportadora para ser llevada hacia el
torno o hacia la fresadora. Este es el primer paso para
llevar a cabo el proceso de manufactura.
1. ESTRUCTURA MECÁNICA.
El robot cilíndrico del módulo de alimentación tiene una
configuración (RP), lo que significa que posee una
articulación prismática y una rotacional, lo cual nos
indica que tiene 2 grados de libertad. Está constituido
por dos eslabones en aluminio y una pinza neumática de
dedos angulares construida en acrílico. Uno de los
eslabones del robot es en forma de L, lo cual permite
ubicar dentro de este las mangueras del cilindro del
eslabón que se desplaza verticalmente 6.1cm y la
estructura del robot gira 90°. El robot posee una pinza de
dedos angulares que permite el agarre de los palets para
colocarlos en la banda transportadora. Ver figura No.1
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Fig. 1. Estructura del modulo de alimentación.
2. SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y REDUCCIÓN.
Este robot no cuenta con sistemas de transmisión demovimiento, es por esto que todos los acoples son
directos.
3. SISTEMA DE ACTUACIÓN.
La generación del movimiento en el eslabón 1 del robot
se realiza por medio de un motor neumático oscilante
DSR-16-180-P, el cual permite que la estructura rote 90º,
es decir que los dos eslabones que conforman el robotgiran en conjunto 90º. Para su funcionamiento utiliza aire
comprimido filtrado con o sin lubricación, el rango de
temperatura de trabajo es entre -10 hasta +60 grados
centígrados, la presión de trabajo es entre 2 y 8 bar. El
desplazamiento del eslabón 2 lo realiza un cilindro de
neumático de doble efecto, un cilindro neumático para
la apertura y cierre de la pinza de dedos angulares. En
total, el módulo de alimentación de materia prima,posee 7 cilindros de doble efecto, los cuales tienen como
función mover el robot, y accionar el material de torno,
el material de fresadora y los pallet para distribuir
materia prima al torno y a la fresadora.
El sistema de actuación del módulo de materia prima
consta de 8 electroválvulas 5/2 vías. 6 son marca FESTO
ref. MSFG-24/42-50-60 4527, las cuales trabajan a
24VDC, 4.5W, 42VAC, 50 – 60Hz. Las otras dos
electroválvulas monoestables con retorno por muelle
son marca PNEUMAX ref. 468/1.52.0.1 y trabajan a
24VDC, 55W a 10bar máximo, a una temperatura entre -
5ºC hasta +45ºC y un caudal a 6 bar de 590N l/min. El
módulo también consta de 1 electroválvula 3/2 víasmarca HUMPHREY ref. 310 39 que trabaja a 24VDC, 4.5W
a 125psi. También consta de una unidad de
mantenimiento marca SCHRADER BELLOWS ref. EB3
7AE15D13FA que trabaja a 120psi (8.3bar) y 52ºC
(125ºF). Ver figura No 2
Fig. 2. Sistemas de actuación.
4. SISTEMA SENSORIAL
El sistema sensorial consta de dos grupos de sensores,
que permiten el funcionamiento del módulo. El primer
grupo de sensores está constituido por 6 sensores
inductivos que están ubicados en la banda
transportadora, los cuales tienen como objetivo detectar
la presencia del “palet” para que el módulo envíe
material de torno o de fresadora. Estos sensores tienen
como características técnicas las siguientes. Ver figura 3
Fig. 3. Sensor inductivo de la banda transportadora
El módulo adicionalmente a los sensores de la banda,
consta de 17 sensores que cumplen la función de
IF 5567/97
IF 2004 – FRKG
IP 67
S: 4mm nf
I: 400mA
SCP
U: 10 … 55VDC
IFM: D 45127 Essen
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detección de material de torno y fresadora y detección
de “palets”. De los 17 sensores, cuatro son inductivos,
uno capacitivo y doce magnéticos. Los sensores
inductivos, detectan objetos metálicos en áreas muypequeñas, son rápidos, precisos y extremadamente
resistentes. El módulo consta de cuatro sensores
inductivos, de los cuales dos son marca SIEMENS ref.
3RG4013 – 0AG01 NO 0.2mA sn1=5mm L00350 y dos
sensores marca FESTO.
Los sensores capacitivos detectan los cambios
provocados por estas sustancias en el campo eléctrico
del área de detección. El modulo de alimentación de
materia prima tiene un sensor capacitivo el cual detecta
la presencia de los bloques que se utilizan para
mecanizar en la fresadora.
Adicionalmente cuenta con 12 sensores magnéticos
marca FESTO ref. SMEO-4-K-LED-230 16709 J207, los
cuales están presentes en cada uno de los cilindros doble
efecto, y sirven para detectar el estado de cada uno delos cilindros.
Sensores de final de carrera. Sirven para controlar que la
rotación del brazo sea de 90°, para esto se utilizan dos
sensores los cuales están ubicados en 0° y en 90°, y así el
robot se posicione en la banda transportadora.
Sensores de presión o presostato. Se utiliza para
controlar la presión de los cilindros debido a que cuandola presión es inferior a 4 bar, se debe indicar una alarma
pues esta es una presión muy baja para el trabajo de los
cilindros.
5. SISTEMA DE CONTROL
El control del modulo de alimentación de materia prima
se realiza por medio de un PLC marca SIEMENS ref.
SIMATIC S7-300 el cual cuenta con una CPU, una fuenteque trabaja a 24VDC, un modulo de entradas análogas,
dos módulos de entradas digitales, un modulo de salidas
digitales, un modulo de salidas análogas y un modulo de
comunicaciones. Las comunicaciones que se pueden
realizar en este modulo son: Ethernet, Profibus y MPI. ElMPI se utiliza tanto para la comunicación como para la
programación del PLC. Ver figura No 4.
Fig. 4. Estructura PLC Siemens SIMATIC S7 - 300
6. ELEMENTOS TERMINALES
El elemento final del robot de alimentación de materia
prima es una pinza neumática que cuenta con un cilindro
neumático de doble efecto de entrada 4 psi y salida 2 psi,
esto sirve para la apertura y el cierre de la pinza,
adicionalmente cuenta con una electroválvula 5/2 para
realizar cambios en el cilindro. Ver figura 5.
Fig. 5. Elemento terminal modulo de alimentación.
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MODULO DE CONTROL DE PROCESOS
El modulo consta de un robot cartesiano que lleva las
piezas de torno por una serie de siete tanques en donde
se realizan procesos de lavado a distintas temperaturas,
recubrimiento de ácidos y secado de la pieza. Al terminar
este proceso, el brazo lleva la pieza a la banda
transportadora para continuar en el proceso de
manufactura. Para lograr los procesos de lavado de la
pieza, el modulo cuenta con una serie de tanques, siete
en total, en donde se encuentra el control de
temperatura, controles de nivel y el bañado con los
ácidos; que asegura que el tratamiento sea el adecuado
según el tipo de pieza., ya que se debe tener en cuenta el
tamaño y el material de la pieza ya mecanizada por parte
del torno.
1. ESTRUCTURA MECÁNICA
El robot encargado de manipular la pieza a través del
modulo de procesos, es de tipo cartesiano, su
configuración es PPP, esto quiere decir que todas sus
articulaciones son prismáticas lo cual nos indica que
tiene tres grados de libertad. Los tres eslabones que
conforman el robot y la estructura sobre la cual éste se
desplaza son en aluminio, las guías son en acero y tiene
un elemento final de agarre, el cual es una pinza
neumática de dedos angulares diseñada en acero. El
robot se puede desplazar 163cm en el eje X, 69.5 en el
eje Y y 67cm en el eje Z. Los tres eslabones al igual que la
estructura sobre la que se desplazan sirven para sostener
los elementos de actuación y los sensores. Ver figura 6.
Fig. 6. Estructura del modulo de control de procesos.
2. SISTEMA DE TRANSMISION Y REDUCCION
Tornillo sin fin- corona: Permite el desplazamiento deleslabón que se encuentra en el eje Z, para que la pinza
pueda bajar hasta diferentes posiciones para acceder
tanto a la banda transportadora como a los tanques.
Correa dentada acoplada a un motor-reductor: Esta
ubicada a lo largo del eje X y del eje Y, cuenta con una
serie de puntos que conjuntamente con los sensores
inductivos de corto alcance sirven para detectar la
posición en la que se encuentra el brazo. Ver figura 7.
Fig. 7. Guías correa dentada, modulo de procesos.
3. SISTEMA DE ACTUACION.
La generación de movimiento en los eslabones del robot
se realiza por medio de dos motor-reductores para el
movimiento del eje X y del eje Y. Estos motor-reductores
son marca BOSCH ref. 0390257650 CEP y trabajan a
24VDC. El movimiento en el eje Z se realiza por medio de
un motor DC marca K&D MAGMOTOR CORP, product.
500210071, model C21-D-230FUL que traba a 24VDC,
4.5ª a 3455rpm. Ver figura 8.
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Fig. 8. Motor-reductores y motor DC modulo de procesos
Adicionalmente, para el correcto funcionamiento del
modulo de procesos, se cuenta con diferentes elementos
que son propios de la sección de siete tanques. Ver
figura 9. Estos elementos son:
Fig. 9. Elementos adicionales modulo de procesos
Válvula proporcional. Marca LANDIS que trabaja
a 24VDC con un rango de temperatura entre -5
a +50 grados centígrados y trabaja entre 50 y
60Hz.
Dos bombas, una para los tanques 1, 3, 5 y 7
marca POLFGANG PUMP ref. DB-60 y otra para
los tanques 2, 4 y 6 marca PEDROLLO ref. PKM
60-1.
Nueve válvulas manuales de paso normal.
Dos válvulas PVC marca BATCH ref. DN 15.
Tres válvulas hidráulicas GEM-SOL 2/2 que
trabajan 24VDC a 10W, para el paso de los
tanques 3 y 5.
Dos válvulas electroneumáticas 2/2 que trabajan
a 24VDC. Para la actuación de la pinza y tope de
la banda.
4. SISTEMA SENSORIAL
El modulo de control de procesos posee 14 sensores
inductivos, (Ver referencia en modulo de alimentación,
figura 3). Seis de los cuales se encuentran en la banda
transportadora encargados de informar al sistema de
control sobre la presencia de un palet y número de
identificación de éste. Posee cuatro sensores inductivos
que manejan dos tipos de alcance, esto quiere decir quefuncionan, están ubicados estratégicamente sobre los
eslabones del robot, para realizar un control de posición
del robot en el eje X y el eje Y. Adicionalmente, para el
control de posición del brazo sobre los tanques se tiene
cuatro sensores que se accionan por medio de unas guías
metálicas ubicadas en la correa (Ver figura 6).
El modulo presenta tres sensores magnéticos ubicados
en el eje Z, los cuales sirven para posicionar el robot
sobre este eje, esto con el fin de coger la pieza desde la
banda transportadora, transportarla por cada uno de los
tanques y colocarla nuevamente en su posición inicial.
Potenciómetros. En los tanques 2, 4 y 6 el modulo
cuenta con tres potenciómetros tipo flotador, uno en
cada tanque, que cumplen la función de control de nivel
de cada uno de los tanques.
Sensores de temperatura. En el tanque numero 1 se
realiza el calentamiento del agua para el bañado de la
pieza, en este tanque se cuenta con una PTC 100 como
sensor de temperatura. Cumple la función de mantener
una temperatura constante dentro del tanque.
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5. SISTEMA DE CONTROL.
El modulo cuenta con dos tipos de control, manual y
automático. El control automático se realiza por medio
de un PLC Siemens SIMATIC S7-300, con una fuente de
24VDC, dos módulos de entradas análogas, dos módulos
de entradas digitales, un modulo de salidas digitales, un
modulo de salidas análogas y un modulo de
comunicaciones. Ver figura 10.
Fig. 10. Estructura PLC Siemens SIMATIC S7 – 300
Las comunicaciones que se pueden realizar en este
modulo son: Ethernet, Profibus y MPI. El MPI se utiliza
tanto para la comunicación como para la programación
del PLC.
El control manual del modulo se realiza por medio de un
manipulador manual el cual consta de cuatro codillos, los
cuales permiten el movimiento en los tres ejes
respectivamente, así como la apertura y cierre de la
pinza. Ver figura 11.
Fig. 11. Control manual modulo de procesos.
6. ELEMENTOS TERMINALES.
El elemento final de agarre del robot cartesiano es una
pinza neumática que cuenta con un cilindro neumática
de doble efecto para su apertura y su cierre, y con una
electroválvula 5/2 para realizar los cambios en el cilindro.
Ver figura 12.
Fig. 12. Pinza neumática modulo de procesos.
MODULO HIDRAULICO O DE ENSAMBLE
El modulo de ensamble está conformado por un robot
hidráulico tipo articulado y una prensa hidráulica, la
función de este modulo es ensamblar una pieza
mecanizada en el torno con una pieza mecanizada en la
fresadora. El control de este modulo es independiente de
los otros módulos que conforman el CIM. En el proceso
de ensamble, el robot hidráulico coge la pieza de torno
que viene en un palet que es transportado por la banda y
la ubica en la prensa, en donde previamente el robot
movemaster del modulo de control de calidad hacolocado la pieza de fresadora en la prensa hidráulica.
Cuando las dos piezas están ubicadas adecuadamente en
la prensa, se activa el cilindro de ésta para bajar y por
medio de la presión que ejerce el cilindro se ensamble las
dos piezas.
1. ESTRUCTURA MECANICA.
El robot encargado de colocar la pieza de torno sobre laprensa hidráulica es de tipo articulado, tiene una
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configuración RRRR, esto quiere decir que todas sus
articulaciones son de tipo rotacional, lo que nos indica
que posee cuatro grados de libertad. Los cuatro
eslabones que lo componen son de acero y son losencargados de sostener sensores, actuadores,
mangueras de conexión y la pinza de agarre de la pieza.
El robot es marca DEGEM. Ver figura 13.
Fig. 13. Estructura modulo hidráulico.
El eslabón 1 conecta la base con el brazo. Este rota
alrededor del eje Z, aproximadamente 180 grados, en
sentido anti-horario y horario. Este movimiento le
permite posicionar la pinza desde la prensa hidráulica
(lado izquierdo del robot) hasta la banda transportadora
accediendo a los palets ubicados en esta.
El eslabón 2 rota alrededor del eje que es perpendicular
al eslabón 1, girando un ángulo de 60°, en sentido
horario o anti-horario. Esta rotación le permite
movimientos de ascenso y descenso del otro extremo del
eslabón.
El eslabón 3 rota 120º sobre un eje paralelo al eslabón 2,
en sentido horario o anti-horario. Este movimiento le
permite modificar, en combinación con el movimiento
del eslabón 2, la posición horizontal y vertical de la pinza.
El eslabón 4 rota 180° sobre el eje Z, este permite dar
orientación a la pinza para coger los elementos de
ensamble.
2. SISTEMAS DE TRANSMISION Y REDUCCION.
EL robot hidráulico posee sistemas de transmisión de
entrada lineal y salida circular. Estos sistemas son tipo
cremallera-piñón en cada uno de los eslabones, los
cuales le permiten transformar el movimiento lineal de
los actuadores en un movimiento de rotación de los
eslabones.
También se tiene un sistema de transmisión de 4 barras,
el cual garantiza que el eslabón 4 el cual soporta la pinza
siempre se mueva paralelo a un plano horizontal cuando
los eslabones 1, 2 y 3 estén girando.
3. SISTEMA DE ACTUACION.
La generación del movimiento en los eslabones del robot
se realiza por medio 4 cilindros hidráulicos de doble
efecto, marca WANDFLUH, los cuales trabajan con
valores de presión entre 40 y 1500 psi. Ver figura 14
Fig. 14. Sistema de actuación modulo hidráulico.
Para lograr el funcionamiento de los cilindros, se utiliza
una unidad de potencia hidráulica, la cual consta de un
tanque de almacenamiento del fluido hidráulico con
capacidad de 10 litros, un indicador visual de nivel (ver
figura 14); una bomba de engranajes movida por un
motor eléctrico de 220V AC que entrega una potencia de
1 Hp a 1400 rpm; una válvula proporcional que permite
regular la presión hasta 435 psi y un manómetro de 0 a
100 bar (0 a 1200 psi).
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Para realizar las operaciones de ensamblaje, se cuenta
con una prensa hidráulica conectada a la misma unidad
de potencia descrita anteriormente; la cual consta de un
cilindro o actuador hidráulico de doble efecto y de unaválvula de 4 vías y 3 posiciones, accionada por solenoide
a 24 V, para su control. Ver figura 15 y 16
Fig. 15. Bomba de almacenamiento de fluido hidráulico.
Fig. 16. Prensa hidráulica para ensamblaje de piezas.
Para activar el tope de la banda y el control neumático
del gripper, el modulo cuenta con una válvula 3/2
biestable, encargada de activar estos dos mecanismos.
4. SISTEMA SENSORIAL
Para poder posicionar el robot en el sitio donde debe
recoger o dejar la pieza es necesario tener un control de
posición, el cual se realiza a partir de la obtención de la
posición actual de robot, de los palets y de la prensa.
Este tipo de control se obtiene de:
Sensores inductivos: Son 6 y son los encargados de
informar al sistema de control sobre la presencia de palet
y número de identificación del palet. (Ver referencia
figura 3).
Potenciométricos lineales: Son 4 y son los encargados de
indicar la posición de cada uno de los eslabones, con la
cual se determina la posición exacta de la pinza. La señal
obtenida de estos sensores es analógica. Ver figura 17
Fig. 17. Potenciómetros lineales modulo hidráulico.
Transductores de presión: Son 4 y son los encargados de
indicar en todo instante la presión hidráulica en cada uno
de los actuadores (exceptuando el eslabón 4). La señal
obtenida de estos sensores es analógica. Ver figura 18.
Fig. 18. Transductores de presión modulo hidráulico.
Adicionalmente, se utiliza un sensor de presión en la
línea neumática (presostato), el cual es encargado de
indicar si hay o no aire para activar la pinza del robot.
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5. SISTEMA DE CONTROL
El modulo cuenta con dos tipos de control, manual y
automático. El control automático de este modulo se
realiza por medio de un PLC Siemens SIMATIC S7-300 que
cuenta un CPU, un Fuente de 24V DC, 1 modulo de
entradas análogas, 1 módulo de entradas digitales, 1
módulo de salidas digitales, 1 módulo de salidas análogas
y 1 modulo de comunicaciones.
Las comunicaciones que se pueden realizar en este
modulo son: Ethernet, PROFIBUS y MPI. El cale MPI se
utiliza tanto para la comunicación como para laprogramación del PLC. Al PLC llegan las señales
provenientes de: los sensores mencionados
anteriormente, los mandos manuales (inicio, parada,
reset, paro de emergencia y selector
manual/automático), las señales del guarda motor y el
encendido de la bomba.
El modulo de salida digitales que cuenta con 10 salidas
que controlan: el encendido del motor de la unidad
hidráulica (por medio de un contactor), se controla en
modo automático cada una de las válvulas direccionales
(4/3 de centro cerrado y con doble solenoide) de cada
actuador, la activación de la válvula direccional (3/2) de
la pinza, la activación de la válvula direccional (3/2) del
cilindro que detiene el vagón (palet) en la cinta
transportadora, la activación del piloto que indica
funcionamiento del sistema hidráulico, y otra salida
digital para la activación del piloto que indica baja
presión neumática o alarmas del sistema y el control del
motor de la bomba, por medio de relevos ya que las
salida del PLC son a 24DC. El modulo de salidas análogas
controla la válvula proporcional que regula el caudal de
aceite hacia los cilindros. Ver figura 19.
Fig. 19. Estructura PLC Siemens SIMATIC S7 – 300
El control manual del robot hidráulico se realiza por
medio de un panel de control, que contiene codillos,
botones, pulsadores e interruptores. Que permiten el
control del motor del sistema hidráulico, los cilindros, la
activación de la pinza o la parada de emergencia. Ver
figura 20.
Fig. 20. Control manual modulo hidráulico.
6. ELEMENTOS TERMINALES
Para la manipulación de las piezas a ensamblar, se utiliza
una pinza de dedos angulares, la cual es activada por
presión de aire proveniente de un compresor. Ver figura
21
Fig. 21. Elemento terminal modulo hidráulico.
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MODULO DE CONTROL DE CALIDAD
El modulo de control de calidad está compuesto por una
cámara de visión artificial DVT Legend 542C y un robot
Mitsubishi Movemaster EX, el cual es el encargado de
coger las piezas de la banda transportadora y ubicarlas
en la mesa de visión para que la cámara realice el análisis
de calidad. Cuando la cámara realiza el análisis el robot
coloca la pieza de torno en la banda y la pieza de
fresadora en la presa hidráulica del modulo de ensamble
para seguir con el proceso de manufactura.
1. ESTRUCTURA MECÁNICA
El Movemaster EX, es un robot articulado con cinco
grados de libertad, tres en su cuerpo y dos en su muñeca,
su configuración es RRRRR, esto quiere decir que sus
articulaciones son tipo rotacional, lo cual nos indica que
posee cinco grados de libertad. Tiene una capacidad de
carga máxima de 1.2 Kg, La estructura mecánica del
brazo del robot pesa 19 kg., alcanza una velocidad
máxima de 1000 mm/seg. y su precisión es de +/- 0.3
mm. La base del robot es metálica, la carcasa o
protección es plástica, los eslabones son metálicos y la
pinza de dedos paralelos es metálica. Ver figura 22.
Fig. 22. Estructura Mitsubishi Movemaster EX.
La rotación de la cintura es de 300°, la rotación de la
rotación del hombro es de 130°, la rotación del codo es
de 110°, el giro de la muñeca es de 180° y la inclinaciónde la muñeca es de 90°.
2. SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y REDUCCIÓN.
Este robot tiene sistemas de transmisión de entrada
circular y salida circular, Estos sistemas son tipo piñón-
correa, se encuentran ubicados en las juntas 2, 3 y 4, la
cuales transmiten el movimiento a los eslabones.
Cremallera-piñón: este es un sistema de entrada circular
y salida lineal que se utiliza para la apertura y cierre de la
pinza de dedos paralelos, utilizando como actuador el
motor de la junta 5.
3. SISTEMAS DE ACTUACIÓN
La generación del movimiento en los eslabones del robot
se realiza por medio 5 servomotores, distribuidos en
cada una de las juntas respectivamente, los motores de
las juntas 1, 2 y 3 tienen una capacidad de 30W y los
motores de las juntas 4 y 5 tienen una capacidad de
11W. la velocidad máxima de los motores es: motor de la
cintura 120°/sec, motor del hombro 72°/sec, motor del
codo 109°/sec, motor de giro de la muñeca 163°/sec ymotor de la inclinación de la muñeca es de 100°/sec.
4. SISTEMA SENSORIAL
Este robot consta de 2 sensores tipo micro-switch para
limitar el movimiento del eje 4, para que no vaya a
colisionar con el eje 3. Además tiene encóders para
control de posición de cada uno de sus eslabones (codo,
hombro, cintura) y de la muñeca
5. SISTEMA DE CONTROL
El modulo cuenta con dos tipos de control, manual y
automático. El control automático se realiza cargado el
programa (rutina de trabajo) al controlador principal. El
controlador principal, es desde el que se enciende todo
el equipo y que a su vez cuenta con algunos botones e
indicadores para su control. Ver figura 23.
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Fig. 23. Control automático Mitsubishi Movemaster EX.
La comunicación entre el robot y el computador se
realiza por medio de la configuración de hyper terminal.
El programa se realiza en el computador en cualquier
editor de texto y se guarda con extensión .PRG. La
secuencia que va a seguir el robot para cumplir con
objetivo dentro del proceso de manufactura del CIM, se
realiza por medio de una secuencia de comandos de
control y movimiento, de instrucciones de control del
programa, de instrucciones de control de la mano, y de
control de señales I/O. Además de este es necesario
capturar los puntos a los cuales se va a mover el robot.
El control manual es desde el cual se pueden realizar los
movimientos del brazo en cualquiera de sus tres modos
(movimientos independientes, movimientos en los
planos X, Y, Z y sistemas de coordenadas al centro de la
herramienta). El control manual también permite definir
los puntos asignándoles números. Ver figura 24.
Fig. 24. Teach Mitsubishi Movemaster EX.
6. ELEMENTOS TERMINALES
El elemento final de agarre del robot Mitsubishi
Movemaster EX o comúnmente llamado Melfa es unapinza de dedos paralelos, que se abre y cierra por medio
de sistema de cremallera piñón el cual tiene como
actuador un servomotor.
MODULO DE ALMACENAMIENTO
El modulo de almacenamiento está compuesto por un
robot articulado encargo de coger las piezas que vienen
por la banda transportadora del modulo de ensamble y
ponerla en un rack de almacenamiento.
1. ESTRUCTURA MECÁNICA
El Melfa RV-2A de Mitsubishi, es un robot articulado con
6 grados de libertad, cuatro en su cuerpo y dos en su
muñeca, su configuración es (RRRRRR, esto quiere decir
que sus 6 articulaciones son tipo rotacional (ver figura
No.1). Tiene una capacidad de carga máxima de 2 Kg, La
estructura mecánica del brazo del robot pesa 37 kg.,
alcanza una velocidad máxima de 3500 mm/seg. y su
precisión es de ±0.04mm. La base del robot es metálica,
la carcasa o protección es plástica y la pinza de dedos
paralelos es en aluminio. Ver figura 25.
Fig. 25. Estructura Mitsubishi Melfa RV-2A
La rotación de la junta 1 es de 320º, la rotación de la junta 2 es de 180°, la rotación 3 es de 120°, la rotación de
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la junta 4 es de 320º, la rotación de la junta 5 es de 240º
y la rotación de la junta 6 es de 400º.
2. SISTEMA DE TRANSMISIÓN Y REDUCCION
Este robot tiene sistemas de transmisión de entrada
circular y salida circular, Estos sistemas son tipo piñón-
correa, se encuentran ubicados en las juntas 2, 3 y 4, la
cuales transmiten el movimiento a los eslabones.
Cremallera-piñón: este es un sistema de entrada circular
y salida lineal que se utiliza para la apertura y cierre de la
pinza de dedos paralelos, utilizando como actuador el
motor de la junta 5.
3. SISTEMAS DE ACTUACIÓN
La generación del movimiento en los eslabones del robot
se realiza por medio 6 servomotores, distribuidos en
cada una de las juntas respectivamente, los motores de
las juntas 1 y 3 tienen una capacidad de 80W y los
motores de las juntas 4, 5 y 6 tienen una capacidad de
40W. La velocidad máxima de los motores es: el motor
junta 1 es 150°/sec, el motor de la junta 2 es 150°/sec, el
motor de la junta 3 180°/sec, el motor de la junta 4 es
240°/sec, el motor de la junta 5 es 180°/sec y motor de la
junta 6 es de 330°/sec.
4. SISTEMA SENSORIAL
Para controlar del robot se controla por medio de
encondres ubicados en sus juntas, des esta manera es
posible capturar los puntos en el espacio de trabajo para
poder realizar una programación automática.
5. SISTEMA DE CONTROL
El modulo cuenta con dos tipos de control, manual y
automático. Para realizar el control automático es
necesario realizar el programa que se va a ejecutar en
robot en el software de programación de este, que es el
COSIROP, cuando ya se tiene el programa se descarga a
la unidad de control (Extention Box), por medio de la
comunicación TCP/IP (Ethernet) que existe entre el PC Y
el robot. Ver figura 26.
Fig. 26. Modulo control automático Mitsubishi Melfa RV-2A
El control manual se realiza por medio Teach, en el cual
encuentran los botones correspondientes a las diferentes
junturas tanto en dirección positiva como negativa y los
botones para abrir y cerrar pinza. Ver figura 27.
Fig. 27. Teach Mitsubishi Melfa RV-2A
Elementos terminales
El elemento final de agarre del robot Melfa es una pinza
de dedos paralelos, que se abre y cierra por medio de
sistema de cremallera piñón el cual tiene como actuador
un servomotor. Ver figura 28.
Fig. 28. Elemento terminal Mitsubishi Melfa RV-2A
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CONCLUSIONES
Se puede observar que al tener robots manipuladores
con configuraciones importantes, en el caso del CIM,
robots articulados, cartesianos y cilíndricos, se pueden
realizar operaciones básicas de implementación en una
celda de manufactura, obteniendo los mejores
resultados en cuanto a posicionamiento y manejo de las
piezas.
Un servomotor es un motor eléctrico de precisión en el
que se pueden controlar su velocidad y/o posición. Los
tipos de servomotores más comunes son los de corrientedirecta (o continua) con escobillas, conocidas como DC, y
los motores sin escobillas, de corriente alterna AC o
directa DC.
Para poder controlar la velocidad de un servomotor, se
requiere un servo amplificador. Este último normalmente
recibe una pequeña señal (típicamente +/- 10Volts)
proporcional a la velocidad a la que debe girar el motor y
se encarga de amplificarla de unos cuantos miliwatts a
decenas, centenas e incluso miles de watts. Con el
equipo de control adecuado puede lograr controlar
también el giro del motor a una posición (ángulo)
deseada.
Los cilindros de simple y doble efecto, favorecen el
funcionamiento de los robots, ya que el aire comprimido,
es bastante fácil de utilizar, pero no dan una precisión
eficiente, por lo que es mejor acoplarlos con diferentes
tipos de sensores.
Los actuadores neumáticos y los actuadores hidráulicos,
son muy parecidos en cuanto a clasificación, pero utilizar
un aceite mineral ayuda a que los actuadores hidráulicos
son los más exactos.
Los actuadores neumáticos poseen características que
son validas para tener en cuenta al momento de diseñar,
los actuadores neumáticos son baratos, rápidos, sencillos
y robustos. Mientras que los actuadores hidráulicos son
rápidos, tienen una alta relación peso-potencia, son auto
lubricantes y poseen una alta capacidad de carga.
Los sensores capacitivos son utilizados así mismo como
sensores de proximidad, aunque es de destacar que para
distancias superiores a algunos milímetros, la
sensibilidad disminuye notablemente.
El sensor capacitivo crea un campo eléctrico el cual al ser
interrumpido cambia de estado es por eso que puede
detectar cualquier material sea o no sea magnético. El
sensor inductivo sirve para detectar solo metales los
cuales tienen propiedades magnéticas ya que este tipo
de sensor produce un campo magnético el cual al ser
interferido por el metal cambia su estado
Con la programación apropiada del PLC se logra tener un
control automático mediante el cual se trabaja en la
robótica de un manipulador. Es una programación
sencilla y tiene diferentes lenguajes cada uno con
ventajas de programación, pero en conclusión, es
lenguaje booleano o de enclavar o desenclavar
instrucciones.
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