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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DEL VALLE DE TOLUCA CARRERA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

EMPRESA: UTVT

NOMBRE DEL PROYECTO: “DISEÑO DE UN BRAZO ROBOTICO”

PRESENTA: T.S.U. JONATHAN ARAUJO GONZÁLEZ T.S.U. EMMANUEL GENARO FLORES T.S.U. BRYAN MARTÍNEZ BENÍTEZ T.S.U. DAVID REYES FLORES

GENERACIÓN MAYO 2014 - AGOSTO 2014 LERMA, ESTADO DE MÉXICO, AGOSTO DE 2014

1

Contenido I.

RESUMEN...................................................................................................... 4

II.

ABSTRACT..................................................................................................... 4

III.

INTRODUCCIÓN............................................................................................. 5

IV.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..................................................................6

V.

JUSTIFICACIÓN.............................................................................................. 6

VI.

OBJETIVO GENERAL...................................................................................... 7

OBJETIVOS ESPECIFICOS..................................................................................... 7 CAPÍTULO 1. MARCO CONTEXTUAL..........................................................................8 1.1 Antecedentes Históricos...................................................................................... 9 1.2 Directorio........................................................................................................ 10 1.3 Misión............................................................................................................ 11 1.4 Visión............................................................................................................. 11 1.5 Política de Calidad........................................................................................... 11 1.6 Valores........................................................................................................... 11 1.7 Croquis de Ubicación....................................................................................... 12 CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO A INNOVAR...................................14 2.1 Descripción del problema..................................................................................14 2.2.- La técnica de los 5 porqués.............................................................................19 2.3.- Lluvia de ideas para la solución de la problemática.............................................20 CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO...............................................................................21 3.1- Definición de la Automatización.........................................................................22 3.2- Sistema Automatizado..................................................................................... 22 3.3- Objetivos de la Automatización.........................................................................22 3.4- Definición de PLC........................................................................................... 22 3.5- Funciones que realiza un PLC..........................................................................23 3.6- Brazo Robótico............................................................................................... 24 3.7- Mano Robótica............................................................................................... 24 3.8- Tipos............................................................................................................. 25 2

3.9- Servomotores................................................................................................. 26 3.10- Servomotor de modelismo.............................................................................. 26 3.11- Estructura interna y funcionamiento.................................................................27 Capítulo 4. FORMULACIÓN DE LA HIPOTESIS DE TRABAJO......................................28 CAPITULO 5. DISEÑO DE LA EXPERIMENTACIÓN.....................................................30 RESULTADOS......................................................................................................... 31 CONCLUSIONES..................................................................................................... 31 GLOSARIO............................................................................................................. 31

3

I.

RESUMEN

El proyecto se desarrolló en la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, el cual consistió en la elaboración del diseño de un brazo robótico para la carrera de mantenimiento industrial. Las técnicas utilizadas para la recolección de datos fueron observación directa, inspecciones y entrevistas no estructuradas, inicialmente se realizó una inspección donde se evaluó el estado actual de los mismos y se determinó que no cuenta con un brazo robótico para uso didáctico la cual es una problemática grave ya que los alumnos de la carrera de mantenimiento necesitan tener un acercamiento con la realidad al momento de realizar las practicas antes de salir al campo laboral.

II.

ABSTRACT

The project was developed at the Technological University of the Valley of Toluca, which involved the development of a robotic arm for industrial maintenance career. The techniques used for data collection were direct observation, unstructured interviews and inspections; initially an inspection where the current status of these was evaluated and found to not have a robotic arm for educational use is a problem since students career maintenance needs to be close to reality when making practices before leaving the workforce.

III.

INTRODUCCIÓN

Un brazo manipulador o brazo robótico se puede definir como el conjunto de elementos electromecánicos que propician el movimiento de un elemento terminal (gripper o herramienta) La constitución física de la mayor parte de estos manipuladores guarda cierta similitud con la anatomía de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen al robot, se usan términos como: cintura, hombro, brazo, codo, muñeca, etc. 4

Figura N° 1 Brazo robótico

Una especificación general de un brazo robótico comprende: sus grados de libertad, su configuración y su cinemática directa e inversa. Tomando en cuenta que la mayoría del equipo robótico dentro de un área académica y de investigación son de tipo industrial o comercial, los cuales ya están especificados y caracterizados, además en la literatura revisada son pocos los modelos de robots de diseño propio en los cuales se basan más a su control que a su modelado, en este proyecto se presenta una metodología de diseño propio de un brazo robótico de 3 grados de libertad basada en la tecnología de Solidworks, mostrando las ventajas dentro de lo económico y lo práctico de tener tecnología propia, mostrando también que su modelado cinemático y sus principales especificaciones se pueden obtener de manera sencilla y están fundamentadas de manera confiable tanto como tecnologías comerciales e industriales, incluyendo como resultados del trabajo de este proyecto la simulación de trayectorias.

IV.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca es de suma importancia que los alumnos inscritos a la carrera de mantenimiento industrial de esta institución sean capaces de desarrollar metodologías de mantenimiento para mantener en óptimas condiciones los equipos de las empresas en donde se encuentren ejerciendo, por esta razón es necesario crear materiales didácticos con los cuales los alumnos no solo puedan observar de cerca algunos procesos de producción, sino que también sean capaces de desarrollar planes de mantenimiento, programación de equipos, etc.

5

Por esta razón se deben de desarrollar materiales didácticos con los cuales los alumnos puedan realizar prácticas reales y no solo simuladas, de acuerdo con los estudios la mayoría de la población estudiantil de la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca desea que los métodos tradicionales de enseñanza sean más didácticos ya que los alumnos desean aprender más que la teoría es decir practicar con maquinaría que se encuentra en las industrias.

V.

JUSTIFICACIÓN

Con el presente proyecto se cubrirá una necesidad importante de la UTVT, en cual se desarrollara el diseño de un nuevo material didáctico, un brazo robótico, con el fin de que los alumnos mejoren su desempeño dentro de la industria, ya que al realizar un brazo robótico se explotaran las capacidades de los alumnos ya que no es lo mismo hacerlo mediante un simulador que realizarlo en físico. Se desarrollaran métodos de enseñanza distintos a los convencionales, ya que los alumnos podrán tener un brazo robótico a la mano para poder realizar prácticas e incluso darle mantenimiento de igual forma se pueden observar o simular distintas líneas de producción donde los alumnos observarán como dar mantenimiento en tiempo real y al mismo tiempo la pérdida de producto por cada paro en la línea de producción. Sabiendo que la automatización cada día es más común en la vida diaria es de suma importancia que los alumnos no solo puedan estudiar en libros, sino que también lo puedan observar y manipular de esta forma se crearan más dudas que el profesor puede resolver.

6

VI.

OBJETIVO GENERAL

Desarrollar el diseño de detalle de la estructura de mecánica de un brazo robótico de tres grados de libertad sustentando el análisis cinemático del mismo, con base al programa Solidworks, con el fin de mejorar los procesos de enseñanza dentro de la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca.

OBJETIVOS ESPECIFICOS  Desarrollar el diseño de un brazo robótico con tres grados de libertad siendo libre el criterio para la disposición y determinación de los pares correspondientes a las articulaciones.  Aplicación de servomotores para lograr el movimiento del brazo robótico.  Definir una configuración de acuerdo a los manipuladores (tres grados de libertad).  Definir los actuadores para los grados de libertad del manipulador.  Debe de orientarse para aplicaciones genéricas, ya que este proyecto será la base para definir más proyectos de investigación dentro de la institución.  Generar dibujos de detalle para la fabricación y ensamble del manipulador.

7

CAPÍTULO 1. MARCO CONTEXTUAL

1.1 Antecedentes Históricos

8

La Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, fue creada el 03 de Septiembre del 2001, sus primeras instalaciones fueron en Av. San Pedro en Santa María Atarasquillo, Lerma. Se contaba con las cantidades de 50 personas, profesores y administrativas, teniendo una matrícula de 200 alumnos. Se crea la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca, como un organismo público descentralizado de carácter estatal, con personal jurídica y con patrimonios propios. Los organismos

públicos descentralizados tienen como principal finalidad la

prestación de un servicio público o social, la exploración de bienes o recursos. La universidad se constituye como miembro del sistema nacional de universidades tecnológicas, y por tanto adopta su modelo educativo.

1.2 Directorio 9

M. I. Fausto Riveros Acosta

Director de Carrera de Mantenimiento Industrial

Rector

M. en C. Bernardo Hernández Alvarado

Lic. César Alfredo Morales Gutiérrez

Director de Carreras de Procesos de Producción y de Mecatrónica

Abogado General Mtra. Verónica Mathus Thomé

M. en C. Juan Manuel Navarrete Gómez

Directora de Administración y Finanzas Mtro. Carlo Magno Murillo Ortiz

Director de Carreras de Paramédico y de Protección Civil y Emergencias

Director de Vinculación

Q.F.B. Alma Beatriz Naime Atala

Mtro. Pedro Gaytán Segura

Encargada de Carreras de Salud Pública y de Enfermería

Director de Difusión y Extensión Universitaria

Ing. Sergio Quiroz Alemán

M.C.D. Sergio Torres Pacheco

Director de Carrera de Tecnologías de la Información y Comunicación

Director de Desarrollo Académico

M. en C. Martín Carlos Figueroa Ocampo

Mtra. Adela Ramírez González Directora de Carrera de Tecnología Ambiental

Subdirector de Servicios Educativos Mtra. Rosa Hernández Velázquez

Mtra. Gisela Alicia Rubio Hernández Directora de Carrera de Desarrollo de Negocios

Subdirectora de la Unidad de Información, Programación, Planeación y Evaluación

Mtro. Juan Villa Zamudio

C.P. Pedro Alberto Hernández Díaz Subdirector de Finanzas 10

1.3 Misión Formar Profesionistas Universitarios con sólida preparación integral, mediante programas educativos basados en competencias profesionales, intensivas y de excelencia académica.

1.4 Visión Ser una Institución líder en Educación Superior Tecnológica, reconocida por su calidad y pertinencia, que contribuya al desarrollo del país, vinculada en el ámbito académico, empresarial y social, a nivel regional, nacional e internacional, con base en un modelo educativo de vanguardia, flexible, innovador y trabajo académico consolidado.

1.5 Política de Calidad En la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca nos comprometemos a formar Profesionistas Universitarios competentes, que deberán cumplir los requerimientos de los sectores social, público y privado, utilizando eficazmente los recursos de la Institución, basados en el mantenimiento y mejora continua del Sistema de Gestión de Calidad.

1.6 Valores A). Responsabilidad. Valorar nuestro trabajo y el de los demás, incorporando los componentes de eficacia y eficiencia, bajo el compromiso de profesionalismo en la labor encomendada. B). Respeto. Reconocer la integridad de la persona, atendiendo los aspectos físico, mental, espiritual, emocional, además de los usos y costumbres de los distintos grupos que conforman la sociedad, con el propósito de garantizar el ejercicio pleno de los derechos.

C). Actitud positiva. Mostrar disposición hacia el trabajo, tolerancia y aceptar el cambio. D). Cuidado del medio ambiente. Conservar con orden y limpieza, el ambiente físico en el que se desarrolla el trabajo y usar racionalmente los recursos naturales. E). Honestidad. Tener congruencia entre lo que decimos y lo que hacemos, para lo cual es necesario adaptar nuestras acciones respetando nuestro propio código de ética.

1.7 Croquis de Ubicación Carretera del Departamento del D.F. km 7.5, Santa María Atarasquillo, Lerma, México Figura N°2: Croquis de Ubicación de la UTVT

CAPÍTULO 2. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO A INNOVAR

2.1 Descripción del problema En la Universidad Tecnológica del Valle de Toluca se dedican a formar profesionistas universitarios exitosos con una sólida preparación integral mediante diversos métodos de enseñanza:  Los métodos en cuanto a la forma de razonamiento

 Método deductivo: Cuando el asunto estudiado procede de lo general a lo particular.  Método inductivo: Cuando el asunto estudiado se presenta por medio de casos particulares, sugiriéndose que se descubra el principio general que los rige.  Método analógico o comparativo: Cuando los datos particulares que se presentan permiten establecer comparaciones que llevan a una solución.  Los métodos en cuanto a la organización de la materia  Métodos basados en la disciplina científica: Cuando los datos o los hechos se presentan en orden de antecedente y consecuente, obedeciendo a una estructuración de hechos que va desde lo menos a lo más complejo o desde el origen hasta la actualidad o siguiendo simplemente la costumbre de la ciencia o asignatura.  Método basado en la psicología del alumno: Cuando el orden seguido responde más bien a los intereses y experiencias del alumno.

 Los métodos en cuanto a su relación con la realidad  Método simbólico: Cuando el lenguaje oral o escrito es casi el único medio de realización de la clase.  Método intuitivo: Cuando se intenta acercar a la realidad inmediata del alumno lo más posible. Parte de actividades experimentales, o de sustitutos. El principio de intuición es su fundamento y no rechaza ninguna forma o actividad en la que predomine la actividad y experiencia real de los alumnos.

Al realizar estos métodos de enseñanza se debe de tomar en cuenta que no todos los alumnos inscritos en la UTVT tienen los mismos métodos de aprendizaje. A unos el estímulo visual les llega antes, a otros el auditivo, el táctil o el kinestésico:  Aprendizaje auditivo Si es mucho más fácil aprender a través de lo que les llega por el oído, todo lo que reciben en las clases o lo que los demás les será de gran utilidad.  Aprendizaje táctil Con este tipo de aprendizaje no sirven las explicaciones teóricas y se necesita que te enseñen mediante la práctica de la teoría dada.

 Aprendizaje visual Se da en las personas que tienen mucha más facilidad para aprender a través de lo que ven sus ojos. Si no les basta con las explicaciones del profesor para entender la lección y necesitan examinar la materia con sus propios ojos, es decir, precisas de dibujos o esquemas para retener la información, significa que tienes “memoria fotográfica” y el aprendizaje es visual.  Aprendizaje kinestésico Se da en las personas que explican las cosas gesticulándolas y moviéndose de aquí para allá como si representaran una obra de teatro y tienen mucha facilidad para el lenguaje corporal.

Se realizó un estudio hacia los alumnos de que método de enseñanza preferían de igual manera sobre el método de aprendizaje. Se muestra la frecuencia de alumnos que prefieren el método de aprendizaje kinestésico:

Gráfica No.1

Métodos de aprendizaje 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%

Alumonos

Kinestésico

Grafica No. 2

Visual

Táctil

Auditivo

Metodos de enseñanza 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

Metodos de enseñanza

La mayoría de los alumnos dentro de la UTVT requieren un método de aprendizaje kinestésico que se complementaría con el método de enseñanza de relación con la realidad ya que de esta forma se puede aprender de una mejor manera ya que engloba todos los métodos de aprendizaje.

2.2.- La técnica de los 5 porqués La técnica de los 5 Porqué es un método basado en realizar preguntas para explorar las relaciones de causa-efecto que generan un problema en particular. El objeto final de los 5 porqués es determinar la causa raíz de un defecto o problema. Desarrollar más métodos de enseñanza de relación con la realidad con material didáctico 1. ¿Por qué? La mayoría de los alumnos requieren tener más opciones de enseñanza que solo los tradicionales 2. ¿Por qué? La universidad tiene como misión desarrollar profesionistas exitosos y adaptarse a las necesidades de cada alumno inscrito 3. ¿Por qué?

Al momento de que los profesionistas salgan a las empresas deben de cumplir con las expectativas de los empresarios 4. ¿Por qué? Si solo se da un método de aprendizaje la mayoría de los alumnos no está aprovechando al máximo las materias curriculares. 5. ¿Por qué? Se necesitan desarrollar métodos de enseñanza para cada grupo inscrito en la UTVT así se desarrollarían las aptitudes de los alumnos y se explotaría su potencial al máximo de todos y no solo de unos.

2.3.- Lluvia de ideas para la solución de la problemática Lluvia de ideas Tabla N° 1: lluvia de ideas para la solución de la problemática Solución para desarrollar métodos de enseñanza de relación con la realidad Crear material didáctico para los alumnos, de este modo los alumnos que prefieren el método de aprendizaje Kinestésico para que ellos lo puedan manipular Realizar nuevas técnicas de enseñanzas Implementar un sistema que enseñanza optimo que se acople a las necesidades del grupo que se tenga Identificar que método de aprendizaje prefiere cada grupo

Se decidió diseñar nuevo material didáctico para los alumnos ya que una forma más rápida de aprender no es solo viendo, por el contrario se ha demostrado que la mejor forma de aprender es realizando las actividades que se desean en este caso decidimos diseñar un brazo robótico para que los alumnos en primera instancia logren visualizar como se realizan varios procesos dentro de la industria, como segunda opción se podrá dar el mantenimiento adecuado para el brazo robótico y por último se podrá programar el brazo robótico de acuerdo a las necesidades de cada práctica que los alumnos realicen con este nuevo material didáctico.

CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO

3.1- Definición de la Automatización. La automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial podemos definir la automatización como una tecnología que está relacionada con el empleo de sistemas mecánicos y electrónicos basados en la operación y control de producción. Ejemplos de esta tecnología: son líneas de transferencia, máquinas de montaje mecanizado, sistemas de control de realimentación (aplicados en procesos industriales) maquinas, herramientas con control numérico y robots.

3.2- Sistema Automatizado. La automatización es un sistema donde se transfiere tareas de producción realizadas habitualmente por operadores humanos a un conjunto de elementos tecnológicos.

3.3- Objetivos de la Automatización. 

Mejorar la productividad de la empresa reduciendo los costos de la producción



y mejorando la calidad de la misma. Mejorar las condiciones de trabajo de personal, suprimiendo los trabajos

 

peligrosos, incrementando la seguridad. Realizar las operaciones imposibles de controlar, intelectual o manualmente. Simplificar el mantenimiento de forma que el operario no requiera de grandes conocimientos para la manipulación de proceso productivo.

3.4- Definición de PLC. Un controlador lógico programable (PLC) también llamado autómata, es un equipo eléctrico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar el tiempo real y en ambiente tipo industrial, procesos industriales.

Un PLC trabaja en base a la información recibida por los sensores y el programa lógico recibido, actuado por los accionadores de a instalación. Controlador: Nos permite controlar un sistema haciéndolo uso de los puntos de conexión de entradas y salidas. A través de dichos puntos se interconecta con los elementos, primarios y finales, de control. Programable: Es capaz de almacenar el programa de usuario en memoria no volátil. Así es programable tantas veces como sea necesario. Lógico: Los programas se constituyen de un conjunto de instrucciones lógicas. Aunque actualmente los PLC son muy poderosos y manejan un conjunto de instrucciones muy amplio, de manera que no están limitadas a realizar funciones lógicas exclusivamente.

3.5- Funciones que realiza un PLC. Detección: Lectura de la señal de los sensores distribuidos por el sistema de fabricación. Mando: Enviar las acciones al sistema mediante los actuadores y pre actuadores. Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del PLC. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la máquina. Redes de Comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control, las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre PLC a tiempo real. Sistema de Supervisión: También los PLC permiten comunicarse con ordenadores provistos de programa de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión con el puerto serie de conexión.

Entrada-Salida distribuidas: Los módulos de entrada y salida no tiene por qué estar en rack del PLC; pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del PLC mediante un cable de red.

3.6- Brazo Robótico. Un brazo robótico es un tipo de brazo mecánico, normalmente programable, con funciones parecidas a las de un brazo humano; este puede ser la suma total del mecanismo o puede ser parte de un robot más complejo.

3.7- Mano Robótica. El efector final, o mano robótica, se puede diseñar para realizar cualquier tarea que se desee como puede ser soldar, sujetar, girar, etc., dependiendo de la aplicación. Por ejemplo los brazos robóticos en las líneas de ensamblado de la industria automovilística realizan una variedad de tareas tales como soldar y colocar las distintas partes durante el ensamblaje. En algunas circunstancias, lo que se busca es una simulación de la mano humana, como en los robots usados en tareas de desactivación de explosivos. Figura N° 3: Mano robótica

3.8- Tipos.



Robot cartesiano: Usado para trabajos de “pick and place” (tomar y colocar), aplicación de impermeabilizantes, operaciones de ensamblado, manipulación de máquinas herramientas y soldadura por arco. Es un robot cuyo brazo tiene tres articulaciones prismáticas, cuyos ejes son coincidentes con los ejes cartesianos.



Robot cilíndrico: Usado para operaciones de ensamblaje, manipulación de máquinas herramientas, soldadura por punto, y manipulación en máquinas de fundición a presión. Es un robot cuyos ejes forman un sistema de coordenadas cilíndricas.



Robot esférico / Robot polar, tal como el Unimate: Usados en la manipulación en máquinas herramientas, soldadura por punto, fundición a presión, máquinas de desbarbado, soldadura por gas y por arco. Es un robot cuyos ejes forman un sistema polar de coordenadas.



Robot SCARA: Usado para trabajos de “pick and place” (tomar y colocar), aplicación de impermeabilizantes, operaciones de ensamblado y manipulación de máquinas herramientas. Es un robot que tiene dos articulaciones rotatorias paralelas para proporcionar elasticidad en un plano.



Robot articulado: Usado para operaciones de ensamblaje, fundición a presión, máquinas de desbarbado, soldadura a gas, soldadura por arco, y pintado en spray. Es un robot cuyo brazo tiene como mínimo tres articulaciones rotatorias.



Robot paralelo: Uno de los usos es la plataforma móvil que manipula las cabinas de los simuladores de vuelo. Es un robot cuyos brazos tienen articulaciones prismáticas o rotatorias concurrentes.



Robot Antropomórfico: Similar a la mano robótica de Luke Skywalker que se le coloca al final de The Empire Strikes Back. Se le da forma para que pueda

sustituir a una mano humana, p.e. con dedos independientes incluido el pulgar.

3.9- Servomotores. Un servomotor es un dispositivo similar a un motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación y mantenerse estable en dicha posición. Está conformado por una caja reductora y un circuito de control.

3.10- Servomotor de modelismo. Un servomotor de modelismo conocido generalmente como servo o servo de modelismo es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa. Figura N° 4: Servomotor de modelismo

3.11- Estructura interna y funcionamiento.

El componente principal de un servo es un motor de corriente continua, que realiza la función de actuador en el dispositivo: al aplicarse un voltaje entre sus dos terminales, el motor gira en un sentido a alta velocidad, pero produciendo un bajo par. Para aumentar el par del dispositivo, se utiliza una caja reductora, que transforma gran parte de la velocidad de giro en torsión

Capítulo 4. FORMULACIÓN DE LA HIPOTESIS DE TRABAJO

Ficha Técnica de Gripper. Características. (Pinzas Principales.) Flexible. Agarres Paralelos que abarcan áreas internas. Diseño Robusto. Programable hasta 200mm Gran fuerza de agarre.

Caja Hermética. Control Inteligente. Detección Grip Retroalimentación en tiempo real la posición del dedo. Compatibilidad con todos los principales fabricantes de robots. Comunicación con control del robot sobre: Ethernet/IP,TPC/IP, DeviceNet, EtherCat, Modbus, RTU. Figura No 5.

Datos Técnicos. Apertura de la Pinza. Objeto de diámetro. Resolución de la apertura inicial. Repetitividad agarre paralelo. Peso de la Pinza. Carga útil máxima Fuerza de agarre. Velocidad de cierre.

0 a 200 mm. 103 a 19 mm. .93 mm. 0.03 mm. 8.9 kg. 22.9 kg 150 a 750 N. 18 a 114 mm/s.

Especificaciones Eléctricas. Dimensión controlada externo. Tensión de alimentación nominal. Poder reposo (mínimo consumo de energía)

145 mm X 121 mm X 39 mm. 24 V 5W

Potencia máxima (Fuerza de agarre) Corriente de suministro de potencia mínimo.

175 W 20 A

Ficha Técnica de Hitec-HS-81 Micro Servo. Descripción del Producto Servo más popular de Hitec HS-81, resina o engranajes de metal. Ofrece un buen equilibrio entre velocidad y par. Figura No 6

Figura No. 7

Especificaciones. Dimensiones: Ancho*longitud*alto

Peso:

Torque:

1,2 x 0,5 x 1,2 pulgadas

0,58 onzas

36 onzas/pulgada

30 x12 x 30 mm

16,6 g.

2.6 kg/cm

Voltaje: 4.8V Velocidad: 0.12sec/60° sin carga Torque 42 oz/in. (2.8kg.cm) Voltaje: 6V Velocidad: 0.10sec/60° sin carga Torque: 79 oz/in. (3.4kg.cm)

Velocidad:

0.11 seg/60º

Ficha Técnica JRRacjing Z259 Servo. Descripción del Producto. El z250 Servo es nuestro, servo pluma económico diseñado para competir cabeza a cabeza con la afluencia de servos de bajo costo manteniendo al mismo tiempo la reconocida calidad de Hitec. Diseñado con un tren de engranajes de nylon resistente y un motor con núcleo de tres polos eficiente, este servo ligero es un ajuste excelente para los pequeños planos de alimentación y planeadores. Figura No 8

Especificaciones. Tipo de Motor. Tipo de Rodamiento. Velocidad. Torque kg/cm. Tamaño en Pulgadas. Peso.

3 Polos Ninguno (4.8V / 6.0V): 0,16 / 0,13 (4.8V / 6.0V): 1.2 / 1.5 1.12 x 0.46 x 0.95 1.12 x 0.46 x 0.95

Ficha Técnica RC Servo. Especificaciones.   

Todos RC-servos tienen un conector de tres cables. Tensión Uno suministros de alambre positivo DC - generalmente de 5 a 6 voltios. El segundo hilo es para masa de la tensión, y el tercer cable es el cable de señal.

FIGURA N° 9

Figura N° 9

Voltaje: 4.8V Velocidad: 0.14sec/60° Torque 0.8kg.cm Voltaje: 5V Velocidad: 0.12sec/60° Torque: 1.0kg.cm

Brazo del Robot.

Límites para el efector final y carga. Peso Máximo. Carga máxima manipulador.

desplazada

Ficha Técnica de Arduino. Arduino posee:

por

3 kg. el 4 kg.



14 entrada/salida digitales, de los cuales 6 pueden se usados como salidas PWM



Posee 6 entradas analógicas



Los pin 0 y 1 pueden funcionar como RX y TX serial.



Un oscilador de crystal de 16 MHz



Conector USB



Un jack de poder



Una conector ICSP



Botón de Reset

El Arduino posee todo lo que se necesita para manejar el controlador, simplemente se conecta a un computador por medio del cable USB o se puede alimentar utilizando una batería o un adaptador AC-DC. Si se conecta por USB, la alimentación externa no es necesaria. Algunas características son: Microcontroller.

ATmega328

Operación del Voltaje

5 Volts

Voltaje de entrada (recomendado)

7-12 Volts

Voltaje de entrada (límites)

6-20 Volts

Digital pines I / O

14 (de los cuales 6 proporcionan PWM)

Pines de entrada analógica

6

Corriente DC por Pin I / O

20 Ma

Corriente DC de 3.3V Pin

50 Ma

Memoria Flash

32 KB (de los cuales 0,5 KB utilizado por gestor de arranque)

SRAM

2 KB

EEPROM

1 KB

Velocidad de reloj

16 MHZ

Programa de actividades (gráfica de Gantt) En este capítulo se aborda el desarrollo de las acciones a realizar para la elaboración del diseño de un brazo robótico. A continuación se presentara una gráfica de Gantt, la cual describirá las actividades a realizar para la elaboración del diseño de un brazo robótico de 3 grados de libertad.

El diagrama de Gantt nos va ayudar para llevar una administración de los tiempos para la realización de la misma.

CAPITULO 5. DISEÑO DE LA EXPERIMENTACIÓN

En este capítulo se dará la validación a la construcción del brazo robótico concluyendo exitosamente como se muestra en la siguiente figura:

Figura N°9 Brazo robótico

Aplicación de la propuesta de mejora La función del brazo robótico es dar seguridad al operario durante el tratamiento de piezas y accesibilidad a las esquinas, alturas y puntos ocultos. Las características que debe presentar el brazo robótico son:  Seguro: cumpliendo la normativa vigente sobre el límite de la exposición de las personas a campos electromagnéticos y evitando que el operario lo opere manualmente.  Compacto: para facilitar su transporte, las maniobras del operario y su utilización en cualquier ambiente.  Económico: diseñado con materiales y componentes comerciales de fácil adquisición.  Montaje sencillo: para facilitar las tareas de mantenimiento y desacople del aplicador.  Alta automatización: facilita el funcionamiento del sistema, homogeniza el método de aplicación, reduce errores y costos de funcionamiento.

Componentes

El Brazo Robótico tiene dos componentes principales. Estos son el brazo articulado y el vehículo al que se le acoplará el brazo.

El brazo articulado Este se compone de torreta, brazo, antebrazo, muñeca y antena.

Funcionamiento El brazo robótico es un robot redundante de tres grados de libertad. Estos se describen a continuación:

Rotación Brazo El motor eléctrico alojado en la torreta mueve el eje del brazo por medio de una transmisión por polea y correa permitiendo así su rotación.

Figura N°. Rotación del Brazo

Rotación antebrazo El motor eléctrico alojado en el brazo mueve el eje del antebrazo por medio de una transmisión por polea y correa permitiéndole así su rotación.

Figura N°. Rotación del Antebrazo

DESCRIPCIÓN DEL BRAZO ROBÓTICO Rotación muñeca Un motor eléctrico alojado en la muñeca permite la rotación del eje acoplado a la muñeca. Es necesaria una transmisión por engranajes cilíndricos para lograr el giro del eje ya que este es perpendicular al eje del motor.

Figura N°. Rotación de la Muñeca

Rotación Antena Un motor eléctrico alojado en la muñeca permite la rotación del eje acoplado al brazo que sujeta la antena, logrando así la rotación de esta.

Figura N°. Rotación de la Antena

Selección de componentes y materiales Se partió de la idea de realizar un diseño sencillo, ligero y muy funcional. Para esto se realizó un diseño con piezas disponibles en el mercado, es decir, se realizó un diseño minimizando la fabricación de piezas propias, reduciendo así tiempos en un futuro proceso de construcción del brazo robótico. La selección de componentes y materiales se realizó según catálogos de distribuidores. Siendo RS (http: //www.es.rs-online.com) el catalogo más utilizado y de donde se seleccionaron la mayoría de componentes. A continuación se describen el tipo de componentes seleccionados para el brazo robótico. Actuadores del brazo robot, son eléctricos y de corriente continua. Para el accionamiento de los brazos y el giro se seleccionaron servo motores JRRacjing Z250 Servo y el hitec HS-81 Micro servo. DISEÑO DEL BRAZO ROBÓTICO Para el accionamiento de la muñeca se seleccionaron servomotores JRRacjing Z250 Servo.

Figura N°. Servo motor JRRacjing Z250 Servo

Para el accionamiento del mecanismo elevador de tijera se utilizó el hitec HS-81 Micro servo

Figura N°. Servo motor hitec HS-81 Microservo.

RESULTADOS En el presente proyecto de cumplen todos los objetivos propuestos inicialmente, el objetivo general, es referente al diseño de la estructura mecánica. Es tal el desarrollo, que existe la posibilidad de fabricar el prototipo con la información de este proyecto, además de tener los modelos matemáticos para saber el comportamiento cinemático del brazo robótico (cinemática directa). El objetivo general se cumple a la vez de cumplir con cada uno de los objetivos específicos, de cada uno de ellos se resalta la siguiente información:      



Se logró la configuración de un brazo robótico con tres grados de libertad, las articulaciones se definieron con pares de revolución para cada una de ellas. Se logró la aplicación de servomotores en el desarrollo del diseño. La configuración del brazo robótico se logró después de evaluar las diversas opciones. Las dimensiones fueron definidas de acuerdo a la capacidad de los actuadores neumáticos. Se diseñaron las piezas del brazo robótico con la finalidad de facilitar el montaje de un efecto final. El diseño del brazo robótico se orientó con la finalidad de investigación y experimentación dentro de la institución. La configuración está orientada a realizar operaciones industriales Se generaron dibujos de detalle para los subensambles y ensamble final, a su vez los dibujos de detalle para la fabricación de cada una de las piezas definidas

CONCLUSIONES El diseño de este robot fue práctico con la herramienta de Solidworks® la cual nos ayudó a tener un modelo esperado sin pérdida de tiempo y material, haciendo al brazo robótico económico y con un campo de acción de múltiple aplicación debido a sus 3 GDL, por lo que queda asentado que un robot de diseño propio está al alcance de cualquiera, por su fácil diseño, siguiendo la metodología propuesta.

También se puede obtener sus especificaciones aplicando las bases teóricas que implementamos en este proyecto las cuales son de uso general dentro del área de robótica. El método utilizado de diseño, simulación es una ventaja en cuanto a no tener pérdidas de material y tiempo lo cual es económico y práctico, y además cumple con el cometido de las tecnologías. Un trabajo a futuro consiste en la caracterización de este brazo manipulador, la cual consta de un análisis detallado sobre parámetros tales como la confiabilidad, la incertidumbre (condiciones de trabajo), la precisión, la exactitud, características de carga y MTBF.

GLOSARIO R

Par de revolución

P

Par prismático o lineal

XYZ

Sistema de coordenadas

Ijk

Vectores unitarios

F

Fuerza

m

Masa

n

Vector normal de la mano

s

Vector de deslizamiento de la mano

GDL

Grados de libertad

a

Vector de aproximación de la mano

p

Vector de posición de la mano

t

Tiempo

rpm

Revoluciones por minuto

HP

Caballos de potencia

Ft

Fuerza tangencial

Fd

Carga dinámica

Fw

Carga de desgaste

BIBLIOGRAFÍA Parra

Marquez

Juan

Carlos,

Cid

Cifuentes

Karina

Pilar;

“Implementación de Robot Scorbot er-vplus, para docencia, en realidad virtual”, Revista Digital Universitaria UNAM, Mayo 2007, Volumen 8, Número 5, ISSN: 1067-6079. L. Stephen Wolfe, Roy Wysack, “Design parts with SolidWorks”, 2 edition Junio 1997, ISBN-100934869227.  

https://sites.google.com/site/proye ctosroboticos/cinematica-inversa-iii http://www.tiposde.org/general/460-tipos-de-robots/

 [BARRIENTOS, 1997] A. Barrientos, L.F. Peñin, C. Balaguer, R. Aracil (1997), Fundamentos de robótica, Ed. Mc Graw-Hill  [FU, 1988] Fu K.S (1988), Robótica: control, detección, visión e inteligencia, Madrid: McGraw-Hill