Grupo 35 Informefinalproyecto

Proyecto Evaluación Final

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ROBÓTICA

Proyecto Evaluación Final

Grupo 299011_35

Presenta

Stiven Leónidas Fuentes Díaz

1.140.814.840

Darwin Cerón

1.143.830.462

Heidy Johana Castañeda

David Vanegas Salazar

1.130.606.951

Tutor

Freddy Valderrama

UNIVERSIDA NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIAS E INGENIERIA ECBTI

09 DICIEMBRE DE 2012

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CONTENIDO

- Índice de imágenes y tablas……………………………………3

- Introducción ………………………………………………………4

- Objetivos …………………………………………………………..5

- Investigación ……………………………………………………..6

- Conclusiones …………………………………………………...15

- Referencias………………………………………………………16



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INDICE DE IMÁGENES Y TABLAS

Fig. 1. Modelo robot

Fig. 2. Rotación de la muñeca Tabla 1. Servomotores

Fig.3 Dimensiones eslabones

Fig. 4 Robot Posicion A

Fig. 5 Robot Posicion B

Fig. 6 Robot Posicion C

Fig.7 Señal de control de los servos

Fig 8. Conexión externa del servo

Figura 9. Sistema lazo Cerrado

Fig. 10 Cableado de comunicación Fig.11 Modelo cinematico

Fig.12 Modelo matemático



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INTRODUCCION

Principalmente el objetivo de esta actividad es enfocarnos en un hecho real como lo es por un pedido de trabajo para automatizar un sistema de soldadura manual reemplazándolo pro un robot en la empresa de fabricación de carrocerías IRON-CARTER, para la realización de este trabajo se tomo todo lo estudiado en el transcurso del modulo usando herramientas que nos brindan teniendo un buen resultado no obstante hay que resaltar que se debe tener en cuenta muchos puntos y aspectos del objetivo final para la realización de la estructuración del robot a utilizar.



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OBJETIVOS

Ø Aplicar y desarrollar conocimientos y habilidades para la construcción de un robot de coordenadas cilíndricas.

Ø Encontrar la mejor manera para diseñar un robot según su aplicación de trabajo.

Ø Conocer el funcionamiento de los diferentes dispositivos que contiene las diferentes etapas, en la construcción de un manipulador.



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Parte A:

DETERMINAR Y JUSTIFICAR LA CONFIGURACIÓN MECÁNICA ADECUADA PARA EL ROBOT A CONSTRUIR, INCLUYENDO EL EFECTOR FINAL

Una configuración que se adecua bastante bien a lo que nos exige el trabajo a realizar, Es tipo coordenadas cilíndricas, un robot cilíndrico tiene dos ejes lineales y un eje rotacional. La posición de este manipulador nos permite al brazo rotar cerca de la base o espalda, alcanzar todo lo que está alrededor de él, Los otros dos ejes permiten movimientos hacia arriba, hacia afuera y hacia adentro. Tiene un eje rígido de alcance y altura. Fig. 1. Modelo robot El tipo de robots de coordenadas cilíndricas se pueden montar sobre una plataforma móvil para cubrir más espacio. Efector Final Al extremo del brazo del manipulador esta la muñeca los ejes de la muñeca pueden girar, su rotación en un plano perpendicular al extremo del brazo, inclinarse también en un plano vertical a través del brazo. Tendríamos 2 grados de libertad en la configuración de la muñeca, efector final, a través de estos 2 movimientos.

Fig. 2. Rotación de la muñeca Yaw haríamos movimientos horizontales derecha, izquierda efector final. Pitch movimientos verticales subir, bajar efector final. Que en total tendríamos 5 Grados de libertad en el manipulador para realizar esta operación de soldadura.



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Parte B

DETERMINAR Y JUSTIFICAR LAS ESPECIFICACIONES DE LOS ACTUADORES REQUERIDOS PARA CADA UNA DE LAS ARTICULACIONES, ADJUNTAR LAS HOJAS DE DATOS DE LOS MISMOS, Y SI ES POSIBLE UNA COTIZACIÓN.

Los actuadores que usaríamos en las articulaciones del manipulador serian de accionamiento eléctrico. Accionamiento Eléctrico En los Manipuladores (robots) se utilizan dos tipos principales de motores eléctricos: Motores pasó a paso y servomotores de corriente directa. Los motores paso a paso se desplazan a un ángulo fijo por cada pulso y como el tamaño del paso es fijo, puede obtenerse una posición determinada enviando el número adecuado de pulsos al motor. Los sistemas de mayor tamaño requieren una mayor potencia y una mejor Medición de la posición y es aquí donde predomina el motor de corriente directa.

• Los actuadores eléctricos son fáciles de controlar. • Se obtienen fácilmente y son poco costosos. • Tienen un funcionamiento silencioso. • Las relaciones potencia/ peso y par/peso son reducidas. • Tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de

operación y mantenerse estable en esta posición.

Servomotor Figura Descripcion

Servo Análogo

HS-805BB

Movimientos rotacionales de la muñeca

Servo lineal

XTB38

Movimiento Vertical

Servomotor lineal Industrial XTA 38

Movimiento Horizontal

Tabla 1. Servomotores



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Parte C: DETERMINAR LAS MEDIDAS DE LOS ESLABONES, BOSQUEJAR EL VOLUMEN DE TRABAJO ESTIMADO Y EL ROBOT ALCANZANDO LAS POSICIONES A, B Y C DEL BOSQUEJO DE LA FIGURA 1.

Las medidas de los eslabones requeridos en el diseño del robot propuesto abarcan las siguientes dimensiones

LA COLUMNA VERTICAL tendría una longitud de 90 cm (25cm+36cm+6cm). Estos datos son sacados del bosquejo y las dimensiones planteadas del problema a resolver

EL BRAZO abarcaría una longitud lineal 120cm (25cm+70cm) Teniendo en cuenta que estas dimensiones pueden variar más o menos un 10 por ciento.

Fig.3 Dimensiones eslabones

VOLUMEN DE TRABAJO

El volumen de trabajo es el espacio donde el robot podrá manipular el efector final y esto es debido a que el efector final define el espacio de trabajo, el volumen de trabajo lo determinan las siguientes características físicas de nuestro robot:

• Las configuraciones físicas del robot

• Los tamaños de los componentes (cuerpo, brazo y muñeca)

• Los limites de los movimientos del robot

El robot de configuración cilíndrica presenta un volumen de trabajo parecido a un cilindro (normalmente este robot no tiene una rotación de 360°)

Fig. 4 Robot Posicion A Fig. 5 Robot Posicion B Fig. 6 Robot Posicion C



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PUNTO D

A PARTIR DE LOS ACTUADORES ESCOGIDOS, DETERMINAR ¿CÓMO SE ENVIARÁN LAS SEÑALES DE MANDO A LOS ACTUADORES PARA REALIZAR LOS MOVIMIENTOS DE LAS ARTICULACIONES? ¿QUE ELEMENTOS SON NECESARIOS PARA HACER ESTA TAREA?

De acuerdo con lo escogido seria el servomotor y las señales de mando para los actuadores serán a través de los pulsos de entrada, la tensión de alimentación está comprendida entre los 4 y 8 voltios, la nueva posición depende de la duración del nivel alto de la señal cuadrada de voltaje (PWM) y la velocidad controlada con la frecuencia de la señal PWM.

Control de dirección y velocidad del servo.

La señal controladora es un pulso de onda cuadrada de 1,5 milisegundos, cuando el pulso permanece en ese ancho, el servo se ubicará en la posición central de su recorrido. Si el ancho de pulso disminuye, el servo se mueve de manera proporcional hacia la izquierda. Si el ancho de pulso aumenta, el servo gira hacia el lado derecho. Pero si deseamos controlar la velocidad del actuador ya no modificamos el ancho de pulso de la onda (PWM), si no que variamos la frecuencia de la señal cuadrada, la cual es directamente proporcional con la velocidad. Fig.7 Señal de control de los servos

Los elementos necesarios serán el controlador

Fig 8. Conexión externa del servo



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Punto E Determinar los elementos que deben incluirse en el controlador del robot, esto se debe hacer a nivel general no se requieren planos electrónicos, mecánicos, neumáticos o hidráulicos, basta con un listado de elementos básico y un diagrama de bloques, lo más importante es justificar de acuerdo a la selección de actuadores. Elementos necesarios:

• Memoria • Panel operador • Sector de comunicaciones • Entradas y salidas • Terminal de enseñanza.

El robot se controla con un ordenador (computadora), algunos sistemas poseen un teclado y una pantalla opcional o un panel operador opcional que proporciona al usuario un interface remoto con el controlador, el controlador tiene la capacidad de comunicarse con diversos dispositivos.

EL sistema de entrada y salida proporciona una interface entre el software y los dispositivos externos, a través de las I/Os y los puertos de comunicación serie. Los interface remotos permiten al controlador enviar señales a un dispositivo remoto por medio de un simple cable.

Figura 9. Sistema lazo Cerrado



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Parte F: DETERMINAR LA FORMA EN QUE EL CONTROLADOR DEL ROBOT SE COMUNICARÁ CON EL SOFTWARE DE CONTROL INSTALADO EN UN PC Tipo de cableado y velocidad:

El tipo de cableado puede especificarse como fino o continuo, la velocidad puede especificarse tanto en grados como la longitud o en tiempo total para ejecutar un movimiento.

Es necesaria la utilización de cableado para comunicar el robot con la computadora debido al ruido electromagnético que interfiere en las señales y puede afectar la comunicación entre ambos. Mediante la comunicación con un computador se puede ejercer una labor de control del robot, las posibilidades de este control son enormes, por ejemplo, cambiar de estado al robot (reposo, operación o sincronización).

Usando el enlace con el computador se recibe información sobre los sucesos y errores que puedan ocurrir en el sistema robotizado. De esta manera, se dispone de información fiable para determinar el estado del robot.

Para asegurar la integridad y exactitud de los datos durante la transmisión entre el robot y el computador, se utilizara un protocolo de comunicaciones, La conexión se realizara utilizando un cable a tres hilos, siempre y cuando para el control de flujo de datos no sea necesario emplear las señales auxiliares del puerto serie. En resumen, desde ambos puntos de vista (computador y robot), para efectuar un control software del flujo de datos, basta con un cable a tres hilos. Como ventajas se tendrán la de menor coste, así como la de simplificar el diseño del cable al máximo y obviar las posibles respuestas del robot al leer los estados de las patillas de control del flujo de datos. Fig. 10 Cableado de comunicación



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Parte G:

DETERMINAR EL TIPO O TIPOS DE PROGRAMACIÓN QUE SE INCLUIRÁN EN EL ROBOT.

Programar un robot consiste en indicar paso por paso las diferentes acciones (moverse a un punto, abrir o cerrar la pinza, etc.) que éste deberá realizar durante su funcionamiento, la flexibilidad en la aplicación del robot y, por lo tanto, su utilidad van a depender en gran parte de las características de su sistema de programación.

La programación explícita es la utilizada en las aplicaciones industriales y consta de dos técnicas fundamentales:

A. Programación Gestual. B. Programación Textual.

La programación gestual consiste en guiar el brazo del robot directamente a lo largo de la trayectoria que debe seguir. Los puntos del camino se graban en memoria y luego se repiten. Este tipo de programación, exige el empleo del manipulador en la fase de enseñanza, o sea, trabaja "on-line".

En la programación textual, las acciones que ha de realizar el brazo se especifican mediante las instrucciones de un lenguaje. En esta labor no participa la máquina (off-line). Las trayectorias del manipulador se calculan matemáticamente con gran precisión y se evita el posicionamiento a ojo, muy corriente en la programación gestual.

Los lenguajes de programación textual se encuadran en varios niveles, según se realice la descripción del trabajo del robot. Se relacionan a continuación, en orden creciente de complejidad:

1. Lenguajes elementales, que controlan directamente el movimiento de las articulaciones del manipulador

2. Lenguajes dirigidos a posicionar el elemento terminal del manipulador. 3. Lenguajes orientados hacia el objeto sobre el que opera el sistema. 4. Lenguajes enfocados a la tarea que realiza el robot.



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Parte H: Determinar y justificar si es necesario incluir en el robot un sistema de visión artificial (¿Cómo se manejará el problema de las variaciones en las medidas del perfil de la viga?). Si se determina que el sistema de visión artificial es necesario, se deben prever a nivel general los nuevos requerimientos a nivel de software-hardware necesario en el montaje En este robot consideramos que es necesario un registro en disco de una imagen de todas las soldaduras para determinar aquellas soldaduras que deban ser revisadas por un operador.

Un sistema de visión artificial se compone básicamente de los siguientes elementos:

• Fuente de Luz: Es un aspecto de vital importancia ya que debe proporcionar unas condiciones de iluminación uniformes e independientes del entorno, facilitando además, si es posible, la extracción de los rasgos de interés para una determinada aplicación.

La fuente de luz es un factor de vital importancia en los sistemas de visión artificial y afectan de forma crucial a los algoritmos de visión que se vayan a utilizar bajo esas condiciones.

• Sensor de Imagen: Es el encargado de recoger las características del objeto bajo estudio. Los sensores de imagen, son componentes sensibles a la luz que modifican su señal eléctrica en función de la intensidad luminosa que perciben. La tecnología más habitual en este tipo de sensores es el CCD (Charge Coupled Devices o Dispositivos de Acoplamiento de Carga) donde se integra en un mismo chip los elementos fotosensibles y el conjunto de puertas lógicas y circuitería de control asociada, quedando fuera del mismo el procesado de la señal, que se realiza en un chip externo. La principal ventaja que presentan es menor ruido en la imagen y una mayor uniformidad, es decir, que un píxel sometido al mismo nivel de excitación de luz que sus vecinos no presente cambios apreciables respecto de ellos.

La utilización de la visión artificial en la industria abarca un amplio espectro de aplicaciones que, de manera simplificada, pueden agruparse en cinco áreas principales:

Ø Control de calidad.

Ø Clasificación por calidades.

Ø Manipulación de materiales.

Ø Test y calibración de aparatos.

Ø Monitorización de procesos.



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Parte I: Finalmente la empresa solicita el modelo cinemático directo del robot diseñado, con el fin de facilitar la tarea a los programadores que serán contratados. Modelo cinemático directo El modelo cinemático directo es el problema geométrico que calcular la posición y orientación del efector final del robot. Dados una serie de ángulos entre las articulaciones, el problema cinemática directo calcula la posición y orientación del marco de referencia del efector final con respecto al marco de la base.

Ø Establecer para cada elemento del robot un sistema de coordenadas cartesiano ortogonal (xi,yi,zi) donde i=1,2,…,n (n=número de gdl).

Ø Cada sistema de coordenadas corresponderá a la articulación i+1 y estará fijo en el elemento i.

Fig.11 Modelo cinematico

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

Ø Calcular las matrices Ai

Ø Calcular la matriz Tn = 0A1

1A2 ... n-1An

MODELO CINEMÁTICO DIRECTO DE UN ROBOT CILÍNDRICO (1)

Fig.12 Modelo matemático



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CONCLUSIONES

ü El trabajo grupal permite la interacción y coordinación con los demás compañeros, lo cual se busca como objetivo alcanzar los logros y a la misma vez adquirir nuevos conocimientos.

ü La realización de un robot permite la interacción de diferentes ramas como la electrónica, mecánica, comunicaciones, matemáticas, física y diferentes procedimientos aplicados.

ü A través de los robots se dan beneficios en diferentes actividades del hombre, las principales son: montaje, soldadura, entornos peligrosos, salud, vigilancia y seguridad.

ü La robótica sintetiza algunos aspectos de las funciones que realiza el hombre a través del uso de mecanismos, sensores y procesadores.

ü Una ventaja de un robot frente a maquinas, es que capaz de modificar su tarea a realizar. Esto lo convierte en una solución ideal para el mundo cambiante y exigente de la industria.



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REFERENCIAS

http://www.urp.edu.pe/labcim/portal/imagenes/Robotica.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor_de_modelismo

http://www.dynamoelectronics.com/dynamo-tienda-virtual.html?page=shop.product_details&flypage=dynamo.tpl&product_id=986&category_id=112

http://www.oocities.org/televisioncity/9387/TeoriaTipos.htm


http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm


http://www.urp.edu.pe/labcim/portal/imagenes/Robotica.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor_de_modelismo

http://www.dynamoelectronics.com/dynamo-tienda



http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm


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