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• Francisco Chavez Jr.

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Tópicos de Robótica, Seminario de investigación Universidad politécnica de Bicentenario

RESUMEN Este trabajo presenta el diseño y desarrollo de un prototipo de robot manipulador para la gestión de inventarios en una bodega. Dada la complejidad que representa para distintos almacenes y fábricas el manejo y la localización de productos en bodegas de almacenamiento, se creó un prototipo automatizado capaz de identificar y manipular los distintos productos almacenados y de esta manera tener un control de inventario reduciendo tiempos de traslado, así como personal de operación innecesario. El prototipo consta de un brazo manipulador de tres grados de libertad encargado del acomodo de los productos para su almacenamiento. A través de una interfaz gráfica (GUI) Matlab un operador será capaz de realizar la operación contraria es decir solicitar un producto en existencia. Palabras clave: Control de inventario, manipulador, interfaz gráfica.

ABSTRACT The paper presents the design and development of a prototype manipulator robot for inventory management in a warehouse. Given the complexity involved in

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different stores and factories for management and location of products in storage warehouses, we propose an automated prototype able to identify and manipulate the various products stored allowing to have an inventory control by reducing travel times and omitting unnecessary operative personnel. The prototype consists of a manipulator arm of three degrees of freedom which is in charge of the arrangement of the products for storage. Using a graphical user interface (GUI) based in Matlab, an operator will be able to perform the opposite operation which is requesting a product in existence. Keywords: Inventory control, manipulator, graphical interface.

JUSTIFICACION

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Como se ha visto en la industria es de gran importancia tener un sistema de control de almacenamiento y disposición de los materiales y dispositivos con los que cuenta la empresa, esto implica el empleo de varias personas que se encarguen del inventariado. Aparte de que esto implicaría un lapso largo de tiempo en el proceso e incluso un descontrol en el mismo. Teniendo en cuenta el crecimiento continuo de las grandes empresas y las necesidades de estas de tener un buen control de inventario para su óptimo funcionamiento se consideran nuevas alternativas para reducir costos y tiempos de operación y traslado en sus productos. Recientemente se están implementado sistemas automáticos encargados de realizar tareas de vital importancia como la toma de inventarios que pueden considerarse costosos, pero con el paso del tiempo resulta conveniente, porque se reducen tiempos de operación y minimiza el requerimiento de personal para realizar dicha tarea.

OBJETIVOS

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Desarrollar un sistema de inventariado automático, aplicado a las empresas y/o plantas manufactureras con volumen de rotación de stocks medio/bajo, comprobando tanto su viabilidad técnica como económica. Para ello, se realizan las siguientes tareas: 

Detectar necesidades actuales a cubrir, las tendencias en gestión de empresas y/o plantas manufactureras, y el análisis comparativo de las diferentes opciones de almacenamiento que se hallan en el mercado.



Buscar nuevas soluciones propias a las ya existentes para conseguir un sistema de almacenamiento eficaz y de máximo rendimiento.



Determinar los procesos y componentes mínimos que serían necesarios, para llevar a cabo todas las tareas de almacenamiento automático con la máxima fiabilidad, seguridad y rendimiento.

INDICE DE CONTENIDO

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Capítulo 1. Introducción………………………………………….. [6] Capítulo 2. Antecedentes de robots…………………………….. [9] 2.1 La historia de la robótica…………………. [9] 2.2 Cinemática del brazo manipulador…….... [9] 2.2.1 Cinemática directa………… [10] 2.2.2 Algoritmo de Denavit- Hartenberg para la obtención del modelo…………………………………… [11]

2.3 Cinemática inversa…………. [14]

Capítulo 3. Implementación tecnológica……………………... [17] Capítulo 4. Elementos y materiales a utilizar……..................... [20] 4.1 Aluminio…………………………………. [20] 4.2 Acero inoxidable………………………. [21] 4.3 Acrílico…………………………………... [21] Capítulo 5. Experimentación ..……..…………………………….. [23] Capítulo 6. Conclusiones ..……..………………….…………….. [24]

CAPITULO 1: INTRODUCCION Un sistema de inventarios es un conjunto de normas, métodos y procedimientos aplicados de manera sistemática para planificar y controlar los

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materiales y productos que se emplean en una organización. Este sistema puede ser manual o automatizado. Para el control de los costos, elemento clave de la administración de cualquier organización, existen sistemas que permiten estimar los costos de las mercancías que son adquiridas y luego procesadas o vendidas. [1] En todos los giros resulta de vital importancia el control de inventarios, dado que su descontrol se presta no sólo a perdidas, sino también a mermas y desperdicios, pudiendo causar un fuerte impacto sobre las utilidades. Se puede preguntar por qué es tan factible la utilización e implementación de máquinas, la respuesta es muy simple; nos hace todo trabajo más fácil, una máquina puede desempeñar una función específica por un tiempo indefinido, con un requerimiento mínimo de insumos, Un robot nos brinda la capacidad de reducir significativamente el tiempo utilizado para realizar una tarea y con una alta precisión, con lo que también se minimizan desperdicios y maltrato del producto. [2] Antecedentes de inventariado Desde principio en la elaboración de productos se ha tenido la necesidad de organizarlo y para ello se realizaban un cierto acomodo de forma ordenada. Se empezaron a implementar anaqueles para que sea el acomodo correcto de manera que todo tenga su lugar determinado. El inventariado se puede clasificar por ejemplo en el sector de manufactura en materias primas, productos terminados, partes componentes, suministros y trabajo en proceso. El objetivo del básico y principal en el análisis de inventario es: 

Cuando se deben ordenar los artículos



Que tan grande debe ser el pedido

Objetivos del inventario

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

Mantener independencia en las operaciones: El suministro de materiales en un centro de trabajo permite que se tenga flexibilidad en las operaciones. En las líneas de ensamble sirve para que los tiempos más cortos de ejecución puedan compensarse con tiempos de ejecución más largos.



Ajustarse a la demanda de productos: Si se conoce la demanda que se tiene en los productos, será posible obtener una producción ideal y así satisfacer la demanda de forma mas exacta.



Permitir flexibilidad en la programación de la producción: Operación de menor costo a través de la producción de lotes mas grandes.



Proveer una salvaguardia para la variación en el tiempo de entrega de las materias primas: Cuando se solicita a un vendedor que suministre un material, pueden presentarse demoras como: variación en el suministro del material, escases de material en planta y así se acumularan los pedidos pendientes, un pedido perdido o un suministro de material incorrecto o defectuoso. [3]

Tipos de sistemas de inventario 

Sistema de Inventario Perpetuo: Se mantiene el registro continuo por cada artículo de inventario. Los registros muestran el inventario disponible todo el tiempo. Este tipo de sistema son útiles para preparar los estados financieros.



Sistema de Inventario Periódico: No se mantiene el registro continuo, más bien al final del periodo la empresa hace un conteo físico del inventario en disposición y aplica costos unitarios para así determinar el costo del inventario final. Se utiliza también para calcular el costo de los productos vendidos. Y es utilizado para contabilizar los productos que tienen un costo unitario bajo. [4]

Y de esta manera se facilita la organización del inventario para no tener perdidas económicas y además de reducir tiempos perdidos en la búsqueda al tener

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también el conocimiento de lo que se tiene en inventario o existencia. Y por esto mismo se busca la automatización de proceso para que sea más productivo. No se ha logrado encontrar una empresa que implemente un sistema de inventario robotizado todo lo hacen a base de personal que manipulan montacargas para ponerlos en los anaqueles. Y a continuación se muestra que ya algunos implementan robótica móvil para su sistema de inventario. Timberland implementara el manejo de inventario con ayuda de un sistema robótico Kiva (Figura 1.1) y esto está planeado que se disponga en la sede de Timberland que es conocida como Centro de Distribución Europeo con ubicación en Almelo, Países Bajos. El sistema robótico cuenta con una gran variedad de herramientas para las necesidades de Timberland para el flujo diferente de trabajo, siendo versátil en el manejo de varios productos. La función principal es el transporte del inventario en las estanterías móviles para los trabajadores y de esta manera será más fácil el manejo. [3]

Figura. 1.1 Robot móvil Timberland s En la Universidad Carnegie Mellon (CMU, en Estados Unidos) se implementó un sistema de inventario utilizando un robot (Figura 1.2) el cual genera un mapa

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interactivo que ayudara a la localización de productos mediante procesamiento de imágenes 3d y 2d y de igual manera la cantidad con la que se dispone y la incorrecta colocación de producto. Además de contar con un sistema de identificación de códigos de barras y utiliza la información de su forma, tamaño y color para conocer la identidad del producto. [4]

Figura. 1.2 Robot utilizado en la Universidad Carnegie Mellon Los problemas más frecuentes con el inventariado es que no coincidan con los reportes de faltantes y/o dañados lo cual generara perdidas económicas a la empresa. De igual manera tener inventario con sobrecupo lo cual genera tener los almanaques llenos y generando gastos innecesarios. [5]

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CAPITULO 2: ANTECEDENTES DE ROBOTS 2.1 La historia de la robótica Por siglos el ser humano ha construido máquinas que imitan las partes del cuerpo humano. Los antiguos egipcios unieron brazos mecánicos a las estatuas de sus dioses. Estos brazos fueron operados por sacerdotes, quienes clamaban que el movimiento de estos era inspiración de sus dioses igualmente, los griegos construyeron estatuas que operaban con sistemas hidráulicas, los cuales se utilizaban para fascinar a los adoradores de los templos. [6]

Una obra checoslovaca publicada en 1917 por Karel Kapek, denominada Rossum’s Universal Robots, dio lugar al término robot. La palabra checa ‘Robota’ significa servidumbre o trabajador forzado, en el momento en que se tradujo al inglés se convirtió en el término “robot”.

Entre los escritores de ciencia ficción,

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Isaac Asimov contribuyó con varias narraciones relativas a robots, comenzó en 1939, a él se atribuye el acuña miento del término Robótica. La imagen de robot que aparece en su obra es el de una máquina bien diseñada y con una seguridad garantizada que actúa de acuerdo con tres principios. [6]

2.2 Cinemática del brazo manipulador. En este apartado analizaremos el movimiento del robot con respecto a un sistema de referencia situado en la base. Obtendremos una descripción analítica del movimiento espacial y, en particular, de la posición y orientación del extremo final del robot.

Tenemos dos problemas a resolver en cuanto a la cinemática del brazo robótico: 

Cinemática directa



Cinemática inversa

2.2.1 Cinemática directa El método usado en la cinemática directa, consiste en encontrar la matriz de transformación a través del mapeo o trazo que relacione el sistema de coordenadas del elemento final, con el sistema de coordenadas de referencia o espacio de configuración del manipulador. El objetivo consiste en encontrar los valores que deben adoptar las coordenadas articulares del robot q =( q1, q2,..., qn )exp T Figura 2.2.1.1

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donde (q) =articulaciones del robot desde uno hasta n (n) =ultima articulación del robot, vinculada al efector final para que su extremo se posicione y oriente según una determinada localización espacial. El procedimiento de obtención de las ecuaciones es dependiente de la configuración del robot. La configuración del robot utilizada para esta aplicación es la de un robot planar de tres grados de libertad y con un desplazamiento lineal en la base sobre el eje perpendicular al movimiento angular de los eslabones del robot.

Figura 2.2.1.2 Brazo Planar 2GDL con deslizamiento La razón por la cual se omite el movimiento prismático de la cinemática del robot es porque las posiciones que tomara al operar son posiciones predeterminadas esto hace posible que dicho desplazamiento sea despreciable. A continuación, se muestra la configuración grafica del robot (Figura 2.2.1.3) y la metodología utilizada para el cálculo de su cinemática directa. Y una forma de conocer el movimiento que realizara el brazo robótico, se lleva a cabo mediante la implementación de una serie de pasos y esto es a través de un previo conocimiento sobre sistemas coordenados. Al cual se determina algoritmo de Denavit-Hartenberg.

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Figura 2.2.1.3 Brazo Planar 3GDL 2.2.2 ALGORITMO DE DENAVIT- HARTENBERG PARA LA OBTENCIÓN DEL MODELO. DH1.Numerar los eslabones comenzando con 1 (primer eslabón móvil dela cadena) y acabando con n (último eslabón móvil). Se numerara como eslabón 0 a la base fija del robot. DH2.Numerar cada articulación comenzando por 1 (la correspondiente al primer grado de libertad y acabando en n). DH3.Localizar el eje de cada articulación. Si esta es rotativa, el eje será su propio eje de giro. Si es prismática, será el eje a lo largo del cual se produce el desplazamiento. DH4.Para i de 0 a n-1, situar el eje Zi, sobre el eje de la articulación i+1. DH5.Situar el origen del sistema de la base (S0) en cualquier punto del eje Z0. Los ejes X0 e Y0 se situaran dé modo que formen un sistema dextrógiro con Z0. DH6.Para i de 1 a n-1, situar el sistema (Si) (solidario al eslabón i) en la intersección del eje Zi con la línea normal común a Zi-1 y Zi. Si ambos ejes se cortasen se situaría (Si) en el punto de corte. Si fuesen paralelos (Si) se situaría en la articulación i+1. DH7.Situar Xi en la línea normal común a Zi-1 y Zi. DH8.Situar Yi de modo que forme un sistema dextrógiro con Xi y Zi. DH9.Situar el sistema (Sn) en el extremo del robot de modo que Zn coincida con la dirección de Zn-1 y Xn sea normal a Zn-1 y Zn. DH10.Obtener Øi como el ángulo que hay que girar en torno a Zi-1 para que Xi-1 y Xi queden paralelos.

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DH11.Obtener Di como la distancia, medida a lo largo de Zi-1, que habría que desplazar (Si-1) para que Xi y Xi-1 quedasen alineados. DH12.Obtener Ai como la distancia medida a lo largo de Xi (que ahora coincidiría con Xi1) que habría que desplazar el nuevo (Si-1) para que su origen coincidiese con (Si). DH13.Obtener ai como el ángulo que habría que girar entorno a Xi (que ahora coincidiría con Xi-1), para que el nuevo (Si-1) coincidiese totalmente con (Si). DH14.Obtener las matrices de transformación i-1Ai. DH15.Obtener la matriz de transformación que relaciona el sistema de la base con el del extremo del robot T = 0Ai, 1A2... n-1An. DH16.La matriz T define la orientación (submatriz de rotación) y posición (submatriz de traslación) del extremo referido a la base en función de las n coordenadas articulares.

Figura 2.2.2.1 Parámetros DH para un eslabón giratorio Por medio del algoritmo Denavit, Hartemberg es posible hacer una tabla la cual se llena con los siguientes parámetros Θi = Es el ángulo que forman los ejes xi-1 y xi medido en un plano perpendicular al eje zi-1, utilizando la regla de la mano derecha. Se trata de una variable en articulaciones giratorias.

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di = Es la distancia a lo largo del eje zi-1 desde el origen de sistema de coordenadas (i-1)-esimo hasta la intersección del eje zi-1 con el eje x1. Se trata de un parámetro variable en articulaciones prismáticas. ai = Es la distancia a lo largo del eje xi que va desde la intersección zi-1 con el eje xi hasta el origen del sistema i-esimo, en el caso de articulaciones giratorias. En el caso de articulaciones prismáticas, se calcula como la distancia más corta entre los ejes zi-1 y zi. αi = Es el ángulo de separación del eje zi-1 y el eje zi, medido en un plano perpendicular al eje perpendicular al eje xi, utilizando la regla de la mano derecha. Para conocer los parámetros de DH de la cinemática directa se comenzó a realizar a partir de la (Figura 2.2.2.2).

Figura 2.2.2.2 configuracion robot planar 3 GDL Llevando a cabo la realizazion del algoritmo de Denavit Hanterberg obtubimos los siguientes ´parametros que se muestran en la siguiente tabla.

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Tabla 2.2.2.1 parametros DH. Y despues se obtubieron las matrices de transformacion homogenea de cada eslabon apartir de los datos obtenidos de la Tabla 2.2.2.1 y multiplicar todas para obtener la matiz final de transformacion homogenea.

Figura 2.2.2.3 Submatriz 0A1

Figura 2.2.2.4 Submatriz 1A2

Figura 2.2.2.5 Submatriz 2A3

Figura 2.2.2.6 Matriz final de transformacion homogenea La matriz T se obtiene como producto de matrices A.Una vez obtenida la matriz T, esta expresara la orientacion y posicion del extremo del robot en funcion de sus coordenadas articulares con loque queda resuelto el problema cinematico. Y de esta manera se ontine de la ecuacion (4) de la 4 columna de la matriz de transformacion homogenea (Figura 2.2.2.6) y asi obtener la orientacion y posicion del efector final del robot en las coordenadas “X” , ”y” y “Z”:

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x= l1*cos(ϴ1)+l2*cos(ϴ1, ϴ2)+l3*cos(ϴ1, ϴ2, ϴ3) y= l1*sen(ϴ1)+l2*sen(ϴ1+ ϴ2)+l3*sen(ϴ1, ϴ2, ϴ3) z= 0 2.3 Cinemática inversa La metodología usada en la cinemática inversa, consiste en que dado el espacio de configuración del manipulador tanto la posición como la orientación se debe encontrar su relación con la articulación a través de un mapeo inverso. El problema de la cinemática inversa es un poco más complicado debido a que pueden existir diversas soluciones para satisfacer un mismo espacio de configuración del manipulador. Además de ello, un robot puede que presente soluciones que no se encuentren en el rango de configuración de su manipulador y de la estructura de su brazo (Figura 2.3.1).

Figura 2.3.1 Cinemática inversa robot planar El objetivo principal en el uso de la cinemática inversa es obtener los valores de los ángulos que deben posicionarse los eslabones y esto es a partir del conocimiento de nuestro punto en el posicionamiento final del último eslabón o gripper. Tipos de solución:

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Métodos geométricos: Se suele utilizar para las primeras variables articulares, uso de relaciones geométricas y trigonométricas (Figura 2.3.2). 

Se utiliza para las primeras variables articuladas.



Uso

de

relaciones

geométricas

y

trigonométricas

(resolución

de

triángulos).

Figura 2.3.2 Ejemplo método geométrico brazo planar 2GDL Por matrices de transformación homogénea: Se representan a partir de las coordenadas homogéneas de la localización en un espacio dimensional y se realiza a través de coordenadas de un espacio dimensional. Y el cual se encuentra representado en coordenadas homogéneas por (n+1) dimensiones. La cual está formada por matrices de rotación y translación de esta madera será aplicada en cada matriz de transformación homogenea de los eslabones que componen al robot y así aplicarlo a los paramentos D-H (Figura 2.3.3).

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Figura 2.3.3 Ejemplo método matices por transformación homogenea Desacoplamiento cinemático: En robots de 6GDL es complicado determinar todos los parámetros necesarios para conocer de manera precisa cuál será su movimiento y/o trayectoria, y de tal forma se separan en conjunto de eslabones o individuales para facilitar el análisis del posicionamiento en los 3 ejes de cada eslabón para el posicionamiento espacial, de esta manera se puede observar el movimiento real que realiza cada articulación al realizar una trayectoria observando los límites y el alcance de movimiento que tiene con el conjunto de eslabones del brazo robótico. Y de tal manera se pueden generar cadenas de eslabones para su mejor análisis como de muestra en la (Figura 2.3.4).

Figura 2.3.4 Ejemplo de desacoplo de 6 eslabones en 2 partes

El método que se usó para llegar a ello fue el método geométrico, en el cual se van obteniendo los valores de los ángulos (q1, q2, q3, phi, α y β) tomando en cuenta que serán obtenidos a partir del posicionamiento final del último eslabón o gripper. A continuación, se mostrar el procedimiento que se realizó para encontrar dichos valores mencionados anteriormente. En la próxima ecuación de obtiene el ángulo resultante al designar las coordenadas (px, py) en el plano coordenado xy finales del gripper:

Figura 2.3.4 Obtención de wx y wy: Figura 2.3.5

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Figura 2.3.6 Se obtiene q2 con los datos anteriores: Figura 2.3.7 Se obtiene alpha que es el resultado de la proyección entre phi y q1: Figura 2.3.8 Se obtiene beta que es el resultado de la proyección entre phi y q2: Figura 2.3.9 Se obtiene q1 que es el resultado de la proyección entre el eje x y el eslabón 1. O la resta de alpha menos Beta. Figura 2.3.10 Se obtiene q3 que es el resultado de la resta de phi menos q1 y q2.

Figura 2.3.11

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Capítulo 3. IMPREMENTACION TECNOLOGICA. 3.1 Eléctrica y Electrónica Para

la

implementación

manipulador,

por

obvias

tecnológica razones

fue se

necesario buscaron

construir

materiales

un

brazo

resistentes

relativamente para las fuerzas a las que será sometido el manipulador, los materiales de los que está construido principalmente el brazo son aluminio y acrílico otro material utilizado en la construcción del prototipo es acero inoxidable. Aquí se muestra en la (Figura 3.1.1) el diseño preliminar del brazo desarrollado en Solid Works que es un software de dibujo 3D, además la numeración de las piezas que lo componen las cuales son descritas en la (Tabla 3.1.1).

Figura 3.1.1 Ensamble de las piezas del prototipo. Fueron añadidos mecánicamente servomotores para el funcionamiento motriz de cada articulación, en total se implementaron cinco servomotores para el control de sus articulaciones, y se utilizó el modelo del servomotor (MG995) y a continuación se muestra la tabla con las especificaciones de este y otros.

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Tabla 3.1.1 Especificaciones de servo motores De esta tabla se muestran las especificaciones diseño, eléctricas y dimensiones y así decidir el servo más adecuado para el diseño del brazo el cual fue el MG995 (Figura 3.1.2).

Figura 3.1.2 Servomotor MG995

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Para controlar el brazo robótico se estableció un enlace de comunicación arduino-Matlab donde la tarjeta de adquisición Arduino se utiliza únicamente como periférico para suministrar las señales eléctricas a los motores. El modelo que se utilizo fue el Arduino Nano ATMEL328 (Figura 3.1.3) porque se encontró adecuado para la aplicación que se iba a dar. Este cuenta con entradas analógicas y salidas digitales las cuales la aplicación será controlar los 7 servomotores, los cuales 2 se designaron para las ruedas (servomotores sin tope) que se ocuparon (D0 a D7).

Figura 3.1.3 Arduino Nano ATMEL 328 Se ocupó para el control de dirección en las ruedas para el deslazamiento del brazo robótico un puente H (L293D), el cual su función principal es realizar el cabio de giro de los motores, además de generarles la corriente necesaria para el óptimo funcionamiento, de forma que lo podemos llamar también como la etapa de potencia para los servomotores aislando cualquier sobrecarga sobre el arduino el cual podría dañarlo (Figura 3.1.4).

Figura 3.1.4 Puente H (L293D)

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3.2 Simulación La programación para el control del dispositivo fue desarrollada en plataforma de Matlab por medio de un GUI (interfaz grafica) la cual es capaz de controlar el posicionamiento de cada articulación del robot, así como guardar las posiciones de interés y posteriormente ejecutar estas posiciones de forma secuencial de modo que siga una trayectoria específica, de esta manera se generan las trayectorias que el robot ejecutara como rutinas al realizar el inventariado.

Figura 3.2.1 GUI (Matlab) control del robot

3.3 Algoritmo 3.4 Materiales Para la realización del prototipo del brazo robótico aplicado a la función de inventario se ocuparon los siguientes materiales que se mencionan en los siguientes puntos que se mencionaran a continuación (3.4.1, 3.4.2, y 3.4.3) los cuales fueron aluminio, acero inoxidable y acrílico. Se decido utilizar estos materiales por ser económicos y fácil manipulación y/o maquinado.

3.4.1 Aluminio

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La densidad de este metal es de aproximadamente 2 770 kg/m3 (0.10 lbf/pulg3), que se compara positivamente con la del acero, de 7 750 kg/m3 (0.28 lbf/pulg3). El aluminio puro tiene una resistencia a la tensión de aproximadamente 90 MPa (13 kpsi), pero se puede mejorar mucho mediante el trabajo en frío y también al alearlo con otros materiales. Su módulo de elasticidad, así como los de sus aleaciones, es de 71.7 GPa (10.4 Mpsi), lo que significa que su rigidez es aproximadamente un tercio de la del acero. El costo y la resistencia del aluminio y sus aleaciones los colocan entre los materiales más versátiles desde el punto de vista de la fabricación. El aluminio se procesa mediante la fundición en arena o en matriz, trabajo en caliente o en frío, o extrusión. Sus aleaciones se pueden maquinar, trabajar en prensa, soldar en forma directa, al bronce o al estaño. El aluminio puro se funde a 660°C (1 215°F), lo que lo hace muy deseable para producir fundiciones permanentes o en arena. Está comercialmente disponible en forma de placa, barra, lámina, hoja, varilla y tubo y en perfiles estructurales y extruidos. Deben tomarse ciertas precauciones al unir aluminio mediante soldadura directa al bronce o al estaño; los anteriores métodos de unión no se recomiendan para todas las aleaciones. [8] Las piezas que se realizaron con aluminio fueron: “2”, ”6”, ”9”, “10”, “11”, “12” y ”13” (Tabla 3.6.1).

3.4.2 Acero inoxidable. Las aleaciones con base de hierro que contienen al menos 12 por ciento de cromo se llaman aceros inoxidables. La característica más importante de estos aceros es su resistencia a mu- chas condiciones corrosivas, pero no a todas. Los cuatro tipos disponibles son los aceros al cromo ferríticos, los aceros al cromoníquel austeníticos, así como los aceros inoxidables martensíticos y endurecibles por precipitación. La resistencia de estos aceros se mejora mucho mediante el trabajo en frío. No son magnéticos a menos que se trabajen en frío. Sus

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propiedades de endurecimiento mediante trabajo también causan que sean difíciles de maquinar. Todos los aceros al cromo-níquel se sueldan y muestran mayores propiedades de resistencia a la corrosión que los aceros al cromo simples. Cuando se agrega más cromo para lograr una mayor resistencia a la corrosión, también debe agregarse más níquel si se desea mantener las propiedades austeníticas. [8] Las piezas que se realizaron con acero fueron: “14” y ”16” (Tabla 3.6.1).

3.4.3 Acrílico. El término termoplástico se usa para indicar cualquier plástico que fluye o que se puede moldear cuando se le aplica calor; algunas veces también se aplica a los que se moldean bajo presión y que se pueden volver a moldear de nuevo cuando se calientan. Un termo fijo es un plástico cuyo proceso de polimerización termina en una prensa de moldeo en caliente, donde el plástico se licua bajo presión. Los plásticos termo fijos no pueden volverse a molde. [8] Las piezas que se realizaron con acrílico fueron: “3”, ”4”, ”7” y ”8” (Tabla 3.6.1).

3.5 Interfaz

3.6 Despiece A continuación, se muestra la tabla de las piezas necesarias para la elaboración de prototipo del brazo robótico 3GDL.

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1.- Base

2. Sujeción Base-

3. Soporte eslabón

4. Soporte eslabón 1

Soporte eslabón 1

1

(Izquierdo)

(2 piezas)

(De1recho)

5. Servomotor

6. Eslabón 1

7. Eslabón 2

8. Eslabón 2

MG995

(2 piezas)

(Derecho)

(Izquierdo)

9. Soporte Base

10. Base de gripper

11. Engrane de

12. Pieza final de sujeción

de gripper-

movimiento

Eslabón 3

(2 piezas)

13. Eslabón 3

14. Riel

15. Rueda

(2 piezas)

(2 piezas)

(4 piezas)

16. Chasis

Tabla 3.6.1 Despiece del Robot

CAPITULO 4. EXPERIMENTACION En esta etapa del proyecto se generan las trayectorias del robot ya en el espacio de trabajo donde va a realizar el control de inventario

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Deben tomarse consideraciones de espacio y tiempos de trayectoria, siempre evitando una posible colisión se realiza una observación minuciosa también se consideran las dimensiones del objeto a ser manipulado, así como las dimensiones de los anaqueles donde será almacenado el producto el usuario será capaz de adquirir el objeto a almacenado y de forma inversa añadir un nuevo producto al inventario. Se repetirá esta operación para cada uno de los productos distintos que se deseen almacenar. Al prototipo del brazo manipulador se le monto un chasis con ruedas con servomotores sin tope para que puedan dar la vuelta completa y continua (Figura 4.1), el prototipo estará sobre un riel para realizar el movimiento de desplazamiento para pasar un objeto de un anaquel al otro.

Figura 4.1 Brazo manipulador Se tuvieron algunos problemas con las ruedas colocadas en el chasis, causando un apriete lo cual no permitía el movimiento libre y de tal forma los servomotores no tenían un movimiento libre lo cual aria que los servomotores se forzaran y se dañaran. Y la forma que se soluciono fue rebajar en el centro del eje de las ruedas. Se realizaron las pruebas del movimiento en el riel en las cuales se tuvo que ajustar el riel para que estén paralelas una de la otra, de tal forma obtener un movimiento libre sobre el riel (Figura 4.2).

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Figura 4.2 Brazo manipulador y anaquel Todo el control del robot se realizó en una protoboard (Figura 4.3), en el cual se conectaron el puente H, arduino nano. Para la conexión de los servos fue necesario utilizar fuentes de alimentación USB independientes, esto para suministrar la corriente necesaria y que los motores no se vean forzados.

Figura 4.3 Control-Interfaz

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CAPITULO 5: CONCLUSIONES La elaboración del presente trabajo surgió a partir de la necesidad de crear un sistema robótico el cual pueda realizar el inventariado en las empresas que requieran de ese servicio y esto se llevó a cabo a partir del uso de un brazo

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robótico 3GDL. Y lo principal la implementación de la cinemática directa e inversa para el control del brazo manipulador. El uso de software CAD (SolidWorks) nos contribuyó para el diseño del prototipo del brazo y llevarlo a cabo al prototipo físico. Al realizar este trabajo se pudo dar un enfoque a una necesidad, con los conocimientos adquiridos con anterioridad para el control de un brazo manipulador y el uso de software de simulación (Matlab) aplicando un GUI, para observar las trayectorias que realizara el brazo manipulador sin llegar a alguna colisión.

REFERENCIAS [1] Realizacion invetarios A4-1. (2015). Tipos de sistemas y modelos de inventario. 2015, de Realizacion invetarios A4-1 Sitio web: https://realizacioninvetariosa41.wikispaces.com/Tipos+de+sistemas+y+modelos+d e+inventario

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[2] Groover Mikell P., Weiss Mitchel, Ángel Roger N., Odrey Nicholas G.Robótica Industrial: Tecnología, programación y aplicaciones.Ed. Mc Graw Hill, México., 1995 Jose Ma Angulo.Robotica Practica. Tecnologías y aplicación.Ed Paraninfo,alfaguara,Mexico,2002 3scribd.robotica industrial.Mc Graw Hill, Mexico, 2009 [3] Davinci. (2014). Teoria de inventarios o stock. 2014, de Davinci Sitio web: http://davinci.ing.unlp.edu.ar/produccion/catingp/Capitulo%209%20Teoria%20de %20Inventarios%20o%20Stock2.pdf [4] RealizacionInventariosA4-1. (2014). Clasificacion de los sistemas de inventarios y de los madelos de inventarios, de RealizacionInventariosA4- Sitio web:

https://realizacioninvetariosa4-

1.wikispaces.com/Tipos+de+sistemas+y+modelos+de+inventario

[5] Robotikka. (2011). Timberland implementará un sistema robótico para manejar el inventario. 2011, de Actualidad Gadget Sitio web: http://www.actualidadgadget.com/timberland-implementara-un-sistema-roboticopara-manejar-el-inventario/ [6] Katherine Bourzac. (2012). Inventarios robotizados. 2012, de MIT Technology Review Sitio web: http://www.technologyreview.es/informatica/40723/inventariosrobotizados/ [7] SISE. (2007). Control de Inventarios. 2007, de SISE inventarios Sitio web: http://sise-inventarios.blogspot.mx/ [8] Wiki Libros. (2015). Historia de la robótica. 2015, de WikiLibros Sitio web: https://es.wikibooks.org/wiki/Rob%C3%B3tica/Historia_de_la_rob%C3%B3tica

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[9] Antonio Barrientos, Luis Felipe Peñin y Rafael Aracil. (1997). Cinemática del Robot. En Fundamentos de robótica(97, 98, 99, 100). España: Mc. Graw Hill. [8] Richard G. Budynas y J. Keith Nisbett. (2008). Metales no ferrosos. SHIGLEY’S MECHANICAL ENGINEERING DESING (51). The McGraw-Hill Companies, Inc.