BRAZO Neumatico

CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROYECTO

INTRODUCCIÒN

Las tecnologías es la técnica que nos permite abrirnos paso a las áreas de robótica. Todos sabemos lo que es tecnología ya que desde que somos muy pequeños aprendemos a hacerlo y a medida que vamos creciendo vamos creándola y rediseñándola. Hoy en día podemos asegurar que la tecnología abarca los sistemas neumáticos, la mayoría de las técnicas que utilizamos en nuestro entorno, y sobre todo las necesarias que debe seguir en un diseño de un brazo neumático en robótica. En la actualidad existen un gran número de sistemas neumáticos que podemos recurrir y que son utilizadas por el hombre, cabe mencionar que fue un gran paso para la tecnología ya que la mayoría de estas cubren sus necesidades. El siguiente reporte se basa en informar el funcionamiento de un brazo neumático y sus diversas técnicas para su diseño, construcción y su funcionamiento como sistema de ingeniería.

ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

1

JUSTIFICACIÓN

Las tecnologías para el área de robótica son consideradas uno de los principales elementos de la ingeniería neumática, porque a medida que pasa el tiempo la tecnología evoluciona de manera sorprendente. Es por eso que fue el impulso y la motivación para poder realizar la construcción de un brazo neumático, ya que se sabe que la neumática es una herramienta aplicable muy importante para poder realizar un diseño como el que se describe más adelante (brazo neumático). Además de la alta demanda de empresas y laboratorios que se utilizan en las grandes industrias, la neumática constituye una entidad que mantiene, progresivamente mayor, una alta perspectiva, y a pesar de que todo lo que vemos y hacemos pasa desapercibido para la mayoría de las personas a algunas que son de ciencia les interesa saber el por qué de las cosas.


2

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL 

Que los alumnos de ingeniería aprendan como se diseñar, ensamblar y aplicar un brazo neumatico, los tipos de herramientas que se utilizo para su elaboración, así como para su construcción aplicada en robótica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:



Comprender la importancia de identificar las características generales de las tecnologías neumáticas aplicadas en un brazo, para que sean capaces de construir con sus conocimientos adquiridos.



Conocer cuáles son y cuál es su funcionamiento de dichas tecnologías neumáticas y formas de cómo podemos construir un brazo neumatico para su aplicación por medio de la maquinaria disponible.

 Determinar los aspectos a tomar en consideración para la construcción y el diseño y la estructura de un brazo robótico, de tal forma que los mecanismos

como

pistones

y

válvulas

se

puedan

acoplar

adecuadamente.

 Ensamblar los distintos componentes para que el brazo robot pueda funcionar adecuadamente, basándose en el diseño elaborado.


3

CAPITULO II: DESARROLLO DEL PROYECTO

ALCANCES Y LIMITACIONES 

Trabajar con la neumática ya que es una fuente muy limpia y sus desechos son aire.



Ya que nosotros nos preocupamos por el impacto ambiental, utilizamos a la neumática por que no contaminan, por lo tanto esta en armonía con la naturaleza y con un compresor haremos el proceso de la obtención de aire.



Mantener constante el control del gas por el tiempo que se esté trabajando con el brazo.

LIMITACIONES DEL BRAZO ROBOT

-

Las aplicaciones de los diseños que tienen el modelo implementado es escaso y tiene alteraciones para su aplicación en el brazo robótico y el nivel de presión que aguanta es solo de 120 libras.

-

Si el brazo está diseñado para soportar más libraje el compresor no nos serviría y lo tendríamos que cambiar por otra que produjera el aire que se nos demanda.

-

También una limitante fue que muy pocos modelos a nivel nacional cuentan con la implementación de la neumática ya que muchos prefieren la hidráulica o la automatización con electricidad y menos aún utilizan el proceso personal de un software.


4

ANTECEDENTES HISTÓRICOS PRIMEROS INDICIOS DE LA NEUMÁTICA Uno de los primeros libros acerca del empleo del aire comprimido como energía procede del siglo I de nuestra era, y describe mecanismos accionados por medio de aire caliente. Posteriormente, pasada la Edad Media, fue utilizada en la construcción de órganos musicales, en la minería y en siderurgia. A partir de entonces el aire se usó de muy variadas maneras, en algunos casos, tal como se presenta en la naturaleza, en movimiento, el viento (energía Eólica) fue transformado en energía mecánica mediante los molinos de viento, permitiendo diversas acciones, como mover moliendas. Por otra parte, quizás la navegación a vela fue la más antigua forma de aprovechamiento de este tipo de energía. Los fuelles de pié fueron usados hasta el año 1.762, en el que empezaron a ser reemplazados por el cilindro soplante de John Smeaton, accionado por la rueda de un molino. Al aumentar la capacidad de los hornos de fundición, los fuelles convencionales se quedaban cortos, y el cilindro de Smeaton, aunque tosco, resultaba efectivo. Cuando John Wilkinson inventó una taladradora para hacer cañones y torneados interiores de precisión, se hizo posible la fabricación de máquinas soplantes y de vapor. La primera máquina soplante de la historia salió de manos del mismo Wilkinson e instalada en su factoría de Wilby, en Shropsire, en 1.776. Este fue el primer prototipo de todos los compresores mecánicos. Funcionaba a una presión entorno a 1 bar, y elevaba la temperatura hasta el máximo permitido por las articulaciones mecánicas de cuero utilizadas para controlar las válvulas de madera. En el siglo XIX se comenzó a utilizar el aire comprimido en la industria de forma sistemática. Herramientas neumáticas, como martillos y correo neumáticos, son un ejemplo de estas aplicaciones. Surgieron gran cantidad de barreras técnicas, como pérdidas de carga y fugas debidas a los materiales de los tubos (en algunos casos, de cerámica). Fue en 1.857, durante la construcción del túnel de MontCenis, de 13,6 km de longitud, cuando los ingenieros constataron que por medios manuales se tardaría en terminar el túnel alrededor de 30 años, y decidieron utilizar una perforadora de aire comprimido con presiones de hasta 6 ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

5

bares, que permitía alcanzar velocidades de avance de dos metros diarios frente a los 0,6 que se obtenían con los medios tradicionales.

2.1 Vagón perforador en el túnel de Mont-Cenis Hasta 40 personas podían llegar a trabajar simultáneamente en este vagón.

El ingeniero jefe del proyecto, Germain Sommeiller, decidió instalar a cada lado del túnel compresores del tipo de agua (para refrigerar el aire dentro de los cilindros) de modelos diferentes, debido al miedo a la “barrera del calor” en los materiales. Es importante hacer notar que por cada 9 perforadoras de roca en servicio, había 54 en reparación, debido a las tremendas tensiones. Cuando se terminó el túnel, más de 7 km de conducción neumática habían sido instalados desde una de las bocas, con lo que quedó demostrado que se podían salvar grandes distancias utilizando aire comprimido.

2.2 Compresor empleado en el túnel de Mont-Cenis


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Dada la repercusión que tuvo el túnel de Mont-Cenis, muchos otros proyectos neumáticos fueron abordados, por ejemplo, en 1.880 se inventó el primer martillo neumático. Pero el proyecto de mayor envergadura hasta la fecha fue realizado en 1.888, en Francia, donde el ingeniero austriaco Víctor Popp, obtuvo permiso para utilizar el sistema de alcantarillado y montar una red de aire comprimido en toda la ciudad de París. Popp había instalado una planta de 1.500 kW que suministraba aire comprimido a más de 7 km de tuberías al que se unían otros 50 km de líneas secundarias. La planta suministraba aire a 6 bares. En 1.891, la potencia instalada era de 18.000 kW.

2.3 Planta de compresores del sistema neumático de París. 1.888. Siete motores de vapor suministraban fuerza motriz a 14 compresores. En total, 1.500 Kilowatios

Desde entonces, los industriales europeos trabajaron incansablemente en toda clase de inventos y patentes relacionadas con el aire comprimido. La incorporación de la neumática en mecanismos y la automatización comienza a mediados del siglo XX. Sólo desde aproximadamente 1.950 podemos hablar de una verdadera aplicación industrial de la neumática en procesos de fabricación. Es cierto que ya existían algunas aplicaciones y ramos de explotación (en la minería, en la industria de la construcción y en los ferrocarriles -uso en frenos de aire comprimido-), pero la irrupción verdadera y generalizada de la neumática en la industria no se inició, sin embargo, hasta que llegó a hacerse más acuciante la exigencia de una automatización y racionalización en los procesos de trabajo. A pesar de que esta técnica fue rechazada en principio, debido en la mayoría de los casos a falta de conocimiento y de formación, fueron ampliándose los diversos sectores de


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aplicación. En la actualidad, ya no se concibe una moderna explotación industrial sin el aire comprimido, dada su versatilidad y facilidad de manejo y control. Este es el motivo de que en prácticamente todas las ramas industriales

el

uso

de

aparatos

neumáticos

sea

imprescindible.

El aire presenta, como hemos visto, connotaciones muy importantes desde el punto de vista de su utilización, y ha sido empleado en multitud de importantes funciones cuya evolución histórica hasta finales del siglo XIX se resume brevemente así:

2.4 Tabla de antecedentes Históricos.


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Desde este último invento en adelante continúa una franca expansión de la aplicación de la técnica neumática, expansión que se produce de manera simultánea con la involución de la utilización del vapor, y que coincide con el conocido hecho de la segunda revolución industrial, y la entrada en juego de la energía eléctrica. Hubo grandes disputas entre partidarios y detractores de ambas tecnologías, aunque fue esta última la que acabó imponiéndose de manera global. Aún así, en nuestros días, la neumática ha tomado una importancia fundamental, sobre todo en aplicaciones donde la velocidad de actuación debe ser elevada, así como la automatización y particularmente en instalaciones

donde

la

seguridad

es

el

factor

más

importante.

En la actualidad, las aplicaciones son innumerables. Para ir introduciéndonos, a continuación vemos algunas de ellas, a modo de ejemplo y en el apartado veremos muchas otras en detalle.

2.5 Diferentes aplicaciones neumáticas 1) Grupo compresor fijo Worthington de una instalación 2) Manipulador neumático DALMEC 3) Kit de herramientas de trabajo neumáticas 4) Grupo compresor portátil Atlas Copco XAS 186 para la construcción.

Además de las aplicaciones particulares, tenemos toda clase de automatismos neumáticos en máquinas industriales de todo tipo. En la figura siguiente vemos un ejemplo: una máquina para montar tapas de pintalabios. Es una máquina transfer circular, con control de piezas defectuosas, sistema de selección de piezas bien y mal orientadas. Resumiendo, es una máquina de 2000 Kg y 5 metros de longitud controlada neumáticamente.


9

Historia de la Robótica Un escritor checo definió una palabra (robot), que vendría a cambiar la concepción de esclavo a máquina servicial. La Robótica es la ciencia investigación, estudio y tecnología de los robots. Se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. 1 2 La robótica combina

diversas

disciplinas

como

son:

la

mecánica,

la electrónica,

la informática, la inteligencia artificial y la ingeniería de control.3 Otras áreas importantes

en

robótica

son

el álgebra,

los autómatas

programables y

las máquinas de estados. El término robot se popularizó con el éxito de la obra RUR (Robots Universales Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traducción al inglés de dicha obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al inglés como robot La historia de la robótica ha estado unida a la construcción de "artefactos", que trataban de materializar el deseo humano de crear seres a su semejanza y que lo

descargasen

del

trabajo.

El

ingeniero

español Leonardo

Torres

Quevedo (GAP) (que construyó el primer mando a distancia para su automóvil mediante telegrafía sin hilo, el ajedrecista automático, el primer transbordador aéreo y otros muchos ingenios) acuñó el término "automática" en relación con la teoría de la automatización de tareas tradicionalmente asociadas a los humanos. Karel Čapek, un escritor checo, acuñó en 1921 el término "Robot" en su obra dramática

"Rossum's

Universal

Robots

/

R.U.R.",

a

partir

de

la

palabra checa robota, que significa servidumbre o trabajo forzado. El término robótica es acuñado por Isaac Asimov, definiendo a la ciencia que estudia a los robots. Asimov creó también las Tres Leyes de la Robótica. En la ciencia ficción el hombre ha imaginado a los robots visitando nuevos mundos, haciéndose con el poder, o simplemente aliviando de las labores caseras.


10

Fecha

Importancia

Nombre del robot

Descripciones de más de 100 máquinas y autómatas, incluyendo un artefacto con Siglo fuego, un órgano de viento, una máquina I a. C. y operada mediante una moneda, una máquina Autónoma antes de vapor, en Pneumatica y Autómata de Herón de Alejandría

1206

Primer robot humanoide programable

c. 1495 Diseño de un robot humanoide

Inventor

Ctesibio de Alexandria, Filón de Bizancio, Herón de Alexandria, y otros

Barco con cuatro músicos robotizados

Al Jazarí

Caballero mecánico

Leonardo da Vinci

Digesting Duck

Jacques de Vaucanson

1738

Pato mecánico capaz de comer, agitar sus alas y excretar.

1800s

Juguetes mecánicos japoneses que sirven té, Juguetes Karakuri Hisashige Tanaka disparan flechas y pintan.

1921

Aparece el primer autómata de ficción llamado "robot", aparece en R.U.R.

Rossum's Universal Robots

Karel Čapek

1930s

Se exhibe un robot humanoide en la Exposición Universal entre los años 1939 y 1940

Elektro

Westinghouse Electric Corporation

1948

Exhibición de un robot con comportamiento 5 biológico simple

Elsie y Elmer

William Grey Walter

1956

Primer robot comercial, de la compañía Unimation fundada por George Devol y Joseph Engelberger, basada en una 6 patente de Devol

Unimate

George Devol


11

1961

Se instala el primer robot industrial

1963

Primer robot "palletizing"

1973

Primer robot con seis ejes electromecánicos

1975

Brazo manipulador programable universal, un PUMA producto de Unimation

Victor Scheinman

2000

Robot Humanoide capaz de desplazarse de forma bípeda e interactuar con las personas

Honda Motor Co. Ltd

7

Unimate

George Devol

Palletizer

Fuji Yusoki Kogyo

Famulus

KUKA Robot Group

ASIMO

2.6 Tabla de la evolución de los robots

CLASIFICACIÓN DE LOS ROBOTS:

Según su cronología La que a continuación se presenta es la clasificación más común: 

1ª Generación.

Manipuladores. Son sistemas mecánicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable. 

2ª Generación.

Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a través de un dispositivo mecánico. El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza. 

3ª Generación.

Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las órdenes de un programa y las envía al manipulador para que realice los movimientos necesarios. ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

12



4ª Generación.

Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero además poseen sensores que envían información a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.

Según su arquitectura La arquitectura, es definida por el tipo de configuración general del Robot, puede ser metamórfica. El concepto de metamorfismo, de reciente aparición, se ha introducido para incrementar la flexibilidad funcional de un Robot a través del cambio de su configuración por el propio Robot. El metamorfismo admite diversos niveles, desde los más elementales (cambio de herramienta o de efecto terminal), hasta los más complejos como el cambio o alteración de algunos de sus elementos o subsistemas estructurales. Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica del Robot, tal como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismos que resista un análisis crítico y riguroso. La subdivisión de los Robots, con base en su arquitectura, se hace en los siguientes grupos: poliarticulados, móviles, androides, zoomórficos e híbridos.



1. Poliarticulados

En este grupo están los Robots de muy diversa forma y configuración cuya característica común es la de ser básicamente sedentarios (aunque excepcionalmente

pueden

ser guiados para

efectuar desplazamientos

limitados) y estar estructurados para mover sus elementos terminales en un determinado espacio de trabajo según uno o más sistemas de coordenadas y con un número limitado de grados de libertad. En este grupo se encuentran los manipuladores, los Robots industriales, los Robots cartesianos y se emplean cuando es preciso abarcar una zona de trabajo relativamente amplia o


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alargada, actuar sobre objetos con un plano de simetría vertical o reducir el espacio ocupado en el suelo.



2. Móviles

Son Robots con gran capacidad de desplazamiento, basada en carros o plataformas y dotada de un sistema locomotor de tipo rodante. Siguen su camino por telemando o guiándose por la información recibida de su entorno a través de sus sensores. Estos Robots aseguran el transporte de piezas de un punto a otro de una cadena de fabricación. Guiados mediante pistas materializadas a través de la radiación electromagnética de circuitos empotrados en el suelo, o a través de bandas detectadas fotoeléctricamente, pueden incluso llegar a sortear obstáculos y están dotados de un nivel relativamente elevado de inteligencia. 

3. Androides

Son Robots que intentan reproducir total o parcialmente la forma y el comportamiento cinemática del ser humano. Actualmente los androides son todavía dispositivos muy poco evolucionados y sin utilidad práctica, y destinados, fundamentalmente, al estudio y experimentación. Uno de los aspectos más complejos de estos Robots, y sobre el que se centra la mayoría de los trabajos, es el de la locomoción bípeda. En este caso, el principal problema es controlar dinámica y coordinadamente en el tiempo real el proceso y mantener simultáneamente el equilibrio del Robot. 

4. Zoomórficos

Los Robots zoomórficos, que considerados en sentido no restrictivo podrían incluir también a los androides, constituyen una clase caracterizada principalmente por sus sistemas de locomoción que imitan a los diversos seres vivos. A pesar de la disparidad morfológica de sus posibles sistemas de locomoción es conveniente agrupar a los Robots zoomórficos en dos categorías principales: caminadores y no caminadores. El grupo de los Robots zoomórficos no caminadores está muy poco evolucionado. Los experimentados efectuados en Japón basados en segmentos cilíndricos biselados acoplados ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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axialmente entre sí y dotados de un movimiento relativo de rotación. Los Robots zoomórficos caminadores multípedos son muy numeroso y están siendo experimentados en diversos laboratorios con vistas al desarrollo posterior de verdaderos vehículos terrenos, piloteando o autónomos, capaces de evolucionar en superficies muy accidentadas. Las aplicaciones de estos Robots serán interesantes en el campo de la exploración espacial y en el estudio de los volcanes. 

5. Híbridos

Corresponden a aquellos de difícil clasificación cuya estructura se sitúa en combinación con alguna de las anteriores ya expuestas, bien sea por conjunción o por yuxtaposición. Por ejemplo, un dispositivo segmentado articulado y con ruedas, es al mismo tiempo uno de los atributos de los Robots móviles y de los Robots zoomórficos. Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definición formal de lo que es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japonés y el euro americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador. Así, mientras que para los japoneses un robot industrial es cualquier dispositivo mecánico dotado de articulaciones móviles destinado a la manipulación, el mercado occidental es más restrictivo, exigiendo una mayor complejidad, sobre todo en lo relativo al control. En segundo lugar, y centrándose ya en el concepto occidental, aunque existe una idea común acerca de lo que es un robot industrial, no es fácil ponerse de acuerdo a la hora de establecer una definición formal. Además, la evolución de la robótica ha ido obligando a diferentes actualizaciones de su definición. La definición más comúnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociación de Industrias Robóticas (RIA), según la cual:


15

2.7 Diversos diseños de robots aplicados en la industria

Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según trayectorias

variables,

programadas

para

realizar

tareas

diversas.

Esta definición, ligeramente modificada, ha sido adoptada por la Organización Internacional de Estándares (ISO) que define al robot industrial como: Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según trayectorias

variables

programadas

para

realizar

tareas

diversas.

Se incluye en esta definición la necesidad de que el robot tenga varios grados de libertad. Una definición más completa es la establecida por la Asociación Francesa de Normalización (AFNOR) que define primero el manipulador y, basándose en dicha definición, el robot: Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lógico. Robot: manipulador automático servo controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material. Por último, la Federación Internacional de Robótica (IFR) distingue entre robot industrial de manipulación y otros robots: Por robot industrial de manipulación se entiende a una maquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento. En esta definición se debe entender que la reprogramabilidad y multifunción se consigue sin modificaciones físicas del robot. Común en todas las definiciones anteriores es la aceptación del robot industrial como un brazo mecánico con capacidad de manipulación y que incorpora un control más o menos complejo. Un sistema robotizado, en cambio, es un concepto más amplio. Engloba todos aquellos dispositivos que realizan tareas de forma automática en sustitución de un ser humano y que pueden incorporar o no a uno o varios robots, siendo esto último lo más frecuente. b. Clasificación del Robot Industrial. La maquinaria para la automatización rígida dio paso al robot con el desarrollo de controladores rápidos, basados en el microprocesador, así como un empleo de servos en bucle cerrado, que permiten establecer con exactitud la posición real de los elementos del robot y establecer el error con la posición deseada. Esta evolución ha dado origen a una serie de tipos de robots, que se citan a continuación:


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1.

Manipuladores:

Son sistemas mecánicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos: a.

Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del

manipulador. b.

De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de

trabajo preparado previamente. c.

De secuencia variable: Se pueden alterar algunas características de los

ciclos de trabajo.

Existen muchas operaciones básicas que pueden ser realizadas óptimamente mediante manipuladores, por lo que se debe considerar seriamente el empleo de estos dispositivos, cuando las funciones de trabajo sean sencillas y repetitivas.

2.8 Manipulador sensorial de movimientos

1.

Robots de repetición o aprendizaje: Son manipuladores que se limitan

a repetir una secuencia de movimientos, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, o bien, de joysticks, o bien utiliza un maniquí, o a veces, desplaza directamente la mano del robot. Los robots de aprendizaje son los más conocidos, hoy día, en los ambientes industriales y el tipo de programación que incorporan, recibe el nombre de "gestual".


18

2.9 Manipulador en oficina

2.

Robots con control por computador: Son manipuladores o sistemas

mecánicos multifuncionales, controlados por un computador, que habitualmente suele ser un microordenador. En este tipo de robots, el programador no necesita mover realmente el elemento de la maquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computador dispone de un lenguaje específico, compuesto por varias instrucciones adaptadas al robot, con las que se puede confeccionar un programa de aplicación utilizando solo el terminal del computador, no el brazo. A esta programación se le denomina textual y se crea sin la intervención del manipulador.

Las grandes ventajas que ofrecen este tipo de robots, hacen que se vayan imponiendo en el mercado rápidamente, lo que exige la preparación urgente de personal cualificado, capaz de desarrollar programas similares a los de tipo informático. 3.

Robots inteligentes: Son similares a los del grupo anterior, pero,

además, son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores

y

tomar

decisiones

en

tiempo

real

(auto

programable).

De momento, son muy poco conocidos en el mercado y se encuentran en fase experimental, en la que se esfuerzan los grupos investigadores por potenciarles y

hacerles

más

efectivos,

al

mismo

tiempo

que

más

asequibles.

La visión artificial, el sonido de máquina y la inteligencia artificial, son las ciencias que más están estudiando para su aplicación en los robots inteligentes.


19

4.

Micro-robots:

Con

fines

educacionales,

de

entretenimiento

o

investigación, existen numerosos robots de formación o micro-robots a un precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de aplicación industrial.

Clasificación de los robots según la AFRI. Tipo A

Manipulador con control manual o telemando. Manipulador automático con ciclos preajustados; regulación

Tipo B

mediante fines de carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumatico, eléctrico o hidráulico.

Tipo C

Tipo D

Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece de conocimiento sobre su entorno. Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de estos.

La IFR distingue entre cuatro tipos de robots: 1. Robot secuencial. 2. Robot de trayectoria controlable. 3. Robot adaptativo. 4. Robot tele manipulado.

C. Robots de Servicio y Teleoperados. En

cuanto

a

los

robots

de

servicio,

se

pueden

definir

como:

Dispositivos electromecánicos móviles o estacionarios, dotados normalmente de uno o varios brazos mecánicos independientes, controlados por un programa ordenador y que realizan tareas no industriales de servicio.

En esta definición entrarían entre otros los robots dedicados a cuidados médicos, educación, domésticos, uso en oficinas, intervención en ambientes peligrosos, aplicaciones espaciales, aplicaciones submarinas y agricultura. Sin ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

20

embargo, esta definición de robots de servicio excluye la tele manipuladora, pues estos no se mueven mediante el control de un programa ordenador, sino que están controlados directamente por el operador humano. Tele robots: Los robots teleoperados son definidos por la NASA como: Dispositivos robóticos con brazos manipuladores y sensores con cierto grado de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera directa o atraves de un ordenador.

2.10 Robot teleoperado

El Robot Industrial El robot industrial no surge como una tendencia o afición de reproducir seres vivientes, sino de la necesidad, la que dio origen a la agricultura, el pastoreo, la caza, la pesca, etc. Más adelante, la necesidad provoca la primera revolución industrial y actualmente ha cubierto de ordenadores la faz de la tierra. Inmersos en la necesidad de aumentar la productividad y mejorar la calidad de los productos, la automatización industrial rígida de las primeras décadas del siglo XX, fue insuficiente. La producción industrial moderna se dirige hacia la automatización global y herramientas como:


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Forja, prensa y fundición; Esmaltado; Corte; Encolado; Desbardado; y Pulido. Quedaron en desuso. Para 1979 los robots se dedicaban ya al montaje y labores de inspección. La industria del automóvil ocupaba el 58% del parque mundial, y le siguieron las empresas constructoras de maquinaria eléctrica y electrónica; De forma que en 1997 el parque mundial de robots alcanza las 831,000 unidades, de los cuales la mitad se localiza en Japón. El Impacto Robótica es la nueva tecnología, que surgió como tal, hacia 1960, ha desbordado cualquier previsión. Al nacer en la era de la información, la propaganda excesiva ha propiciado en la Robótica una imagen irreal a nivel popular, al igual que sucede con el microprocesador, la mitificación de esta nueva máquina, que no dejará de ser: Una máquina. La Educación El auge de la Robótica requiere ya el concurso de especialistas en la materia, ya que es una tecnología multidisciplinar que hace uso de los recursos de vanguardia de otras ciencias afines, que soportan su estructura; Entre las que destacan: Mecánica; Cinemática; Dinámica; Matemáticas; Automática; Electrónica; Informática; Energía y actuadores eléctricos, neumáticos e hidráulicos; Visión Artificial; Sonido de maquinas; Inteligencia Artificial. La Robótica es una combinación de todas las anteriores mas la aplicación a que se enfoca, su estudio se indica en las carreras de Ingeniería (Superior y Técnica) y centros de formación profesional, como asignatura practica; También se recomienda en las facultades de informática en las vertientes dedicadas al procesamiento de imágenes, inteligencia artificial, lenguajes de robótica, programación de tareas, etc. Brinda a investigadores y doctorados un vasto y variado campo de trabajo.


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La abundante oferta de robots educacionales permite a los centros de enseñanza complementar la teoría de la Robótica, con prácticas y ejercicios adecuados. Una formación exclusiva en control no es la más útil para los estudiantes que trabajarían como usuarios y no como fabricantes. Sin embargo, se están formando a ingenieros y hay que proveerles los medios para abordar los problemas que puedan surgir en su profesión. La Automatización industrial Con la incorporación del robot se introduce el "sistema de fabricación flexible", que consiste en la adaptación a tareas diferentes de producción. Las células flexibles de producción se ajustan a necesidades del mercado y se constituyen por grupos de robots controlados por ordenador, disminuyen el tiempo de ciclo del trabajo de un producto y liberan a las personas de trabajos desagradables y monótonos. En la Competitividad Con la automatización de la fabricación, por las compañías multinacionales, se obliga a las demás a seguir sus pasos. Cuando la utilización de maquinaria sofisticada es poca, la inversión no es justificada. Para compaginar la reducción de horas de trabajo de los operarios y sus deseos para que estén en el horario normal diurno, es preciso utilizar nuevas técnicas de fabricación flexible integral. Aspecto Sociolaboral El aumento de la productividad obligan a empresarios y trabajadores a aceptar tanto la inversión económica como la reducción de puestos de trabajo y dar paso a las nuevas tecnologías automatizadas, pero se vuelve un poco negativo con el desplazamiento de mano de obra que se produce. Para 1998 en España existían 5,000 robots que sustituyeron 10,000 puestos de trabajo aprox. mismos que se incorporarían a las empresas productoras de robots. El aumento de la productividad obligan a empresarios y trabajadores a aceptar tanto la inversión económica como la reducción de puestos de trabajo y dar paso a las nuevas tecnologías automatizadas, pero se vuelve un poco negativo ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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con el desplazamiento de mano de obra que se produce. Para 1998 en España existían 5,000 robots que sustituyeron 10,000 puestos de trabajo aprox. mismos que se incorporarían a las empresas productoras de robots. Antecedentes Históricos de la robótica A. Origen y Desarrollo de la Robótica “Robot" se usa por primera vez en el año 1921 en el teatro nacional de Praga en la obra Rossum's Universal Robot (R.U.R.), con el escritor checo Karel Capek (1890 - 1938); Su origen es robota palabra eslava que se refiere al trabajo forzado. George Devol, pionero de la Robótica Industrial, patento en 1948, un manipulador programable. (Germen del robot industrial) En 1948 R.C. Goertz del Argonne National Laboratory desarrolló el primer telemanipulador formado por un dispositivo mecánico maestro-esclavo. El operador además de poder observar a través de un grueso cristal el resultado de sus acciones, sentía a través del dispositivo maestro, las fuerzas que el esclavo ejercía sobre el entorno. Años más tarde, en 1954, Goertz hizo uso de la tecnología electrónica y del servocontrol sustituyendo la transmisión mecánica por eléctrica y desarrollando así la primera tele manipuladora con servocontrol bilateral. Otro pionero fue Ralph Mosher, ingeniero de la General Electric que en 1958 desarrollo un dispositivo denominado Handy-Man, consistente en dos brazos mecánicos teleoperados mediante un maestro del tipo denominado exoesqueleto. Junto a la industria nuclear, la industria submarina comenzó a interesarse por el uso de la tele manipuladores. (60’s) A este interés se sumo la industria espacial. (70’s) Los tele manipuladores han sido recluidos en un mercado selecto y limitado (industria nuclear, militar, espacial, etc.) son en general desconocidos y poco atendidos por los investigadores y usuarios de robots. Un telemanipulador precisa el mando continuo de un operador y sus capacidades no han variado mucho respecto a las de sus orígenes. La sustitución del operador por un programa de ordenador que controlase los movimientos del manipulador dio paso al concepto de robot.


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La primera patente de un dispositivo robótico se solicito en Marzo de 1954 por el británico C.W. Kenward. Dicha patente fue emitida en el Reino Unido en 1957, sin embargo fue Geoge C. Devol, norteamericano, inventor y autor de varias patentes, él estableció las bases del robot industrial moderno, en 1954 Devol ideó un dispositivo de transferencia programada de artículos que se patento en Estados Unidos en 1961. En 1956 Joseph F. Engelberger (Director de ingeniería de la división aeroespacial de la empresa Manning Maxwell y Moore en Stanford, Conneticut), junto con Devol comenzaron a trabajar en la utilización industrial de sus maquinas, fundando la Consolidated Controls Corporation, que más tarde se convierte en Unimation (Universal Automation), instalando su primera máquina Unimate (1960), en la fábrica de General Motors de Trenton, Nueva Jersey, en una aplicación de fundición por inyección. Otras grandes empresas como AMF, emprendieron la construcción de maquinas similares. (Versatran-1963) En 1968 J.F. Engelberger visito Japón y se firmaron acuerdos con Kawasaki para construir robots tipo Unimate. Japón: Aventaja a los Estados Unidos gracias a Nissan, que formo la primera asociación robótica del mundo, la Asociación de Robótica industrial de Japón (JIRA) en 1972. en 1974 se formo el Instituto de Robótica de América (RIA), que en 1984 cambio su nombre por el de Asociación de Industrias Robóticas, manteniendo las mismas siglas. (RIA) Europa: En 1973 la firma sueca ASEA construyo el primer robot con accionamiento totalmente eléctrico, en 1980 se fundó la Federación Internacional de Robótica (RIF) con sede en Estocolmo Suecia. Los primeros robots respondían a las configuraciones esférica y antropomórfica, para uso especial de manipulación. En 1982, el profesor Makino de la Universidad Yamanashi de Japón, desarrolla el concepto de robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) que busca un robot con pocos grados de libertad (3 o 4), un coste limitado y una configuración orientada al ensamblado de piezas.


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Los robots de servicio: Se pueden definir como Dispositivos electromecánicos móviles o estacionarios, dotados normalmente de uno o varios brazos mecánicos independientes, controlados por un programa ordenador y realizan tareas no industriales. Aquí estarían los robots dedicados a cuidados médicos, educación, domésticos, uso en oficinas, intervención en ambientes peligrosos, aplicaciones espaciales, aplicaciones submarinas y agricultura. Los robots teleoperados: Son definidos por la NASA como: Dispositivos robóticos con brazos manipuladores y sensores con cierto grado de movilidad, controlados remotamente por un operador humano de manera directa o atraves de un ordenador. Control digital remoto: El controlador remoto para un manipulador contiene un eslabón controlado por computadora en lugar de un eslabón mecánico o servomecanismo entre la estación de mando y el brazo del manipulador. El brazo maestro que un operador acostumbra al controlar al manipulador, no tiene que parecerse al brazo esclavo de cinemática o dinámica. El brazo del maestro puede ser más pequeño y más ligero o más grande y más pesado que el brazo de manipulador remoto. También puede requerir un volumen más pequeño o más grande para moverse. El brazo esclavo tiene fuerza y sensores de torque y proximidad en la muñeca, torque y sensores controlados por la mano. La mano del controlador se localiza en una estación de mando que también incluye imágenes bidimensionales y despliegue de televisión estereoscópica, los despliegues gráficos para la proximidad, toque, resolución, fuerza, e información del torque; alarmas de audio, e interruptores de mando.


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El brazo esclavo está en un sitio remoto que incluye una cámara de televisión para observar al manipulador. El controlador utiliza un sistema microordenador distribuido para los datos se procesen. Se dedican tres microordenadores en la estación de mando respectivamente para controlar los mecanismos de retroalimentación en el controlador, operación de los despliegues gráficos y mando automático de ciertas funciones para aliviar la carga en el operador. Tres microordenadores al mando de la estación remota, el brazo esclavo, controla la cámara y procesa los datos del sensor, respectivamente. Cada microordenador se comunica con otros en la misma estación a través de un bus compartido y con los microordenadores en una estación vecina, por arriba de una entrada compartiendo del estado de rendimiento. Morfología Características Morfológicas Grados de libertad Son los parámetros que se precisan para determinar la posición y la orientación del elemento terminal del manipulador. Un mayor número de grados de libertad conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Zonas de trabajo y dimensiones del manipulador Las dimensiones de los elementos del manipulador, junto a los grados de libertad, definen la zona de trabajo del robot. También queda restringida la zona de trabajo por los límites de giro y desplazamiento que existen en las articulaciones. Capacidad de carga El peso puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. En modelos de robots industriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205kg. y 0.9Kg.


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Exactitud y Repetibilidad La Exactitud de punto: Esto mide la distancia entre la posición especificada, y la posición real del efector de extremo de robot. Repetibilidad: Cómo el movimiento del robot es a la misma posición como el mismo movimiento hecho antes. La respetabilidad de punto es a menudo más pequeña que la exactitud. Precisión en la respetabilidad Establece el grado de exactitud en la repetición de los movimientos de un manipulador al realizar una tarea programada. En ensamblaje de piezas ha de ser menor a +-0.1mm. En soldadura, pintura y manipulación de piezas está comprendida entre 1 y 3mm y en las operaciones de mecanizado ha de ser menor de 1mm. La Resolución del mando Es el incremento más pequeño de movimiento en que el robot puede dividir su volumen de trabajo. El control de la resolución es la habilidad de los controladores de dividir el rango total de movimiento para la juntura particular en incrementos individuales que pueden dirigirse en el controlador. El número de incrementos separados, identificables para un eje particular es: numero de incrementos = 2(exp) n. Por ejemplo: En un robot con 8 la resolución de mando de extremo puede dividir un rango del movimiento en 256 posiciones discretas. Los incrementos casi siempre son uniformes e iguales.


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Si las inexactitudes mecánicas son despreciables, la Exactitud = el Mando Resolución/2. Velocidad En tareas de soldadura y manipulación de piezas es muy aconsejable que la velocidad de trabajo sea alta. En pintura, mecanizado y ensamblaje, la velocidad debe ser media e incluso baja. Coordenadas de los movimientos Fundamentalmente, existen cuatro estructuras clásicas en los manipuladores: Cartesianas. Cilíndricas. Polares. Angulares. Los Brazos de Robot Los tipos de la juntura Típicos son: 1.

Rotación, junturas rotatorias a menudo manejadas por los motores

eléctricos y cadena / el cinturón / las transmisiones del motor, o por los cilindros hidráulicos y palancas. 2. Prismático - junturas del deslizador en que el eslabón se apoya en un deslizador llevar lineal, y linealmente actúa por los tornillos de la pelota y motores o cilindros. Las configuraciones Básicas son: 1.

Cartesiano / Rectilíneo: Esta configuración se usa cuando un espacio de

trabajo es grande y debe cubrirse o cuando la exactitud consiste en la espera del robot.


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2.

Cilíndrico: Este robot satisface bien a los espacios de trabajo redondos.

3.

Esférico: Dos junturas de rotación y una juntura prismática permiten al

robot apuntar en muchas direcciones y entonces extiende la mano a un poco de distancia radial. 4. Articulado / Articulado Esférico / Rotación: Estos tipos de robots, la mayoría se parecen al brazo humano, con una cintura, el hombro, el codo, la muñeca. 5. Scara: Este robot conforma a las coordenadas cilíndricas, pero el radio y la rotación se obtiene por uno o dos eslabones de la plana con las junturas de rotación. Tipo de actuadores Los elementos motrices que generan el movimiento de las articulaciones pueden ser, según la energía que consuman, de tipo hidráulico, neumático o eléctrico. Los de tipo hidráulico se destinan a tareas que requieren una gran potencia y grandes capacidades de carga; los neumáticos tienen una gran velocidad de respuesta, junto a un bajo coste, pero se están sustituyendo por elementos eléctricos; y Los eléctricos cubren la gama de media y baja potencia, acaparan el campo de la Robótica, por su gran precisión en el control de su movimiento y las ventajas inherentes a la energía eléctrica que consumen. Programación del espacio de trabajo La

programación

gestual

y textual,

controlan

diversos

aspectos del

funcionamiento del manipulador: Control de la velocidad y la aceleración. Saltos de programa condicionales. Temporizaciones y pausas. Edición, modificación, depuración y ampliación de programas. Funciones de seguridad. Funciones de sincronización con otras maquinas. ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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Estructura Mecánica de un Robot Un robot está formado por los siguientes elementos: estructura mecánica, transmisiones, sistema de accionamiento, sistema sensorial, sistema de control y elementos terminales. Mecánicamente, un robot está formado por eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Para hacer referencia a los elementos que componen el robot, se usan términos como cuerpo, brazo, codo y muñeca. Sistemas de Robots básicos Los componentes básicos de un robot son: 1.

La estructura mecánica: Los eslabones, base, etc.

2. Actuadores: Los motores, los cilindros, etc., también podría incluir los mecanismos para una transmisión, etc. 3.

Control a la Computadora: Esta computadora une con el usuario las

junturas del robot. 4.

El extremo de Brazo que labora con herramienta (EOAT): La

programación que proporciona el usuario se diseña para las tareas específicas. 5.

Enseñe la pendiente: Una mano pequeña contiene un dispositivo que

puede dirigir movimiento del robot, los puntos de registro en las sucesiones de movimiento, e inicia la repetición de sucesiones. Las pendientes más prolongadas incluyen más funcionalidad. Condiciones básicas Los eslabones y Junturas, Grado de Libertad (gdl), La orientación Eslabón, Los elementos de la posición, El Punto de Centro de herramienta (TCP), El espacio de trabajo, La velocidad y La carga útil. La carga útil Las consideraciones Estáticas: La gravedad (Causa desviación descendente del brazo y sistemas de apoyo). ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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Manejo a menudo de cubiertas (traen lentitud “la repercusión negativa"). El trabajo de la juntura (Miembros rotatorios largos se tuercen bajo la carga). Los efectos termales (la temperatura modifica las dimensiónales en el manipulador). Las consideraciones Dinámicas: La aceleración efectúa: las fuerzas inerciales pueden llevar a la desviación en los miembros estructurales. Repetibilidad: Esto significa que cuando el robot se devuelve al mismo punto repetidamente, no siempre se detendrá en la misma posición. La exactitud: Esto es determinado por la resolución del espacio de trabajo. Tiempo de establecimiento: Es el tiempo requerido por el robot, para estar dentro de una distancia dada a la última posición. Control de la Resolución: Es el cambio más pequeño que puede medirse por los sensores de la regeneración, a causa del actuador. Las coordenadas: Las coordenadas son una combinación de la posición del origen y la orientación de los eslabones. Los robots en la industria: evolución y perspectivas En 1995 funcionaban unos 700.000 robots en el mundo industrializado. Más de 500.000 se empleaban en Japón, unos 120.000 en Europa Occidental y unos 60.000 en Estados Unidos. Muchas aplicaciones de los robots corresponden a tareas peligrosas o desagradables para los humanos. En los laboratorios médicos, los robots manejan materiales que conlleven posibles riesgos, como muestras de sangre u orina. En otros casos, los robots se emplean en tareas repetitivas y monótonas en las que el rendimiento de una persona podría disminuir con el tiempo. Los robots pueden realizar estas operaciones repetitivas de alta precisión durante 24 horas al día sin cansarse. Uno de los ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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principales

usuarios

de

robots

es

la

industria

del

automóvil.

La

empresa General Motors utiliza aproximadamente 16.000 robots para trabajos como soldadura por puntos, pintura, carga de máquinas, transferencia de piezas y montaje. El montaje es una de las aplicaciones industriales de la robótica que más está creciendo. Exige una mayor precisión que la soldadura o la pintura y emplea sistemas de sensores de bajo coste y computadoras potentes y baratas. Los robots se usan por ejemplo en el montaje de aparatos electrónicos, para montar microchips en placas de circuito. Las actividades que entrañan gran peligro para las personas, como la localización de barcos hundidos, la búsqueda de depósitos minerales submarinos o la exploración de volcanes activos, son especialmente apropiadas para emplear robots. Los robots también pueden explorar planetas distantes. La sonda espacial no tripulada Galileo, de la NASA, viajó a Júpiter en 1996 y realizó tareas como la detección del contenido químico de la atmósfera joviana. Ya se emplean robots para ayudar a los cirujanos a instalar caderas artificiales, y ciertos robots especializados de altísima precisión pueden ayudar en operaciones quirúrgicas delicadas en los ojos. La investigación en telecirugía emplea robots controlados de forma remota por cirujanos expertos; estos robots podrían algún día efectuar operaciones en campos de batalla distantes. Todo este avance se ha producido en unos 30 años. Hasta la mitad de los años 70 no comienza a ser la robótica lo que puede considerarse como el inicio de una

industria.

Entre

1975

y

1977

se

estima

que

las

ventas

de

Unimation (prácticamente la única empresa existente) se multiplicaron por 2.5. A partir de ahí, seis empresas más, bastante significativas (Cincinatti Milacron, Asea, etc.), deciden entrar en el mercado de la robótica, comenzando también la industria del automóvil a realizar pedidos importantes. Hasta el año 1979 las ventas van pasando desde 15 millones de dólares en 1976 a 25 en 1977, 30 en 1978 y 45 millones de dólares en 1979, es decir, triplicándose en tres años; otras industrias, diferentes a las del automóvil, comienzan a descubrir la robótica, aunque lentamente, produciéndose una espectacular expansión.


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A mediados de los 80, la industria de la robótica experimentó un rápido crecimiento debido principalmente a grandes inversiones de las empresas del automóvil. Esta rápida intención de transición hacia la industria del futuro tuvo fatales consecuencias en la viabilidad económica de muchas empresas, provocando una crisis del sector de la que la industria de la robótica no se ha recuperado hasta hace pocos años. MIRANDO HACIA EL FUTURO Las máquinas automatizadas ayudarán cada vez más a los humanos en la fabricación de nuevos productos, el mantenimiento de las infraestructuras y el cuidado de hogares y empresas. Los robots podrán fabricar nuevas autopistas, construir estructuras de acero para edificios, limpiar conducciones subterráneas o cortar el césped. Ya existen prototipos que realizan todas esas tareas. Una tendencia importante es el desarrollo de sistemas microelectromecánicos, cuyo tamaño va desde centímetros hasta milímetros. Estos robots minúsculos podrían emplearse para avanzar por vasos sanguíneos con el fin de suministrar medicamentos o eliminar bloqueos arteriales. También podrían trabajar en el interior de grandes máquinas para diagnosticar con antelación posibles problemas mecánicos. Puede que los cambios más espectaculares en los robots del futuro provengan de su capacidad de razonamiento cada vez mayor. El campo de la inteligencia artificial está pasando rápidamente de los laboratorios universitarios a la aplicación práctica en la industria, y se están desarrollando máquinas capaces de realizar tareas cognitivas como la planificación estratégica o el aprendizaje por experiencia. El diagnóstico de fallos en aviones o satélites, el mando en un campo de batalla o el control de grandes fábricas correrán cada vez más a cargo de ordenadores inteligentes.


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MARCO TEORICO NEUMÁTICA

La neumática admite infinidad de aplicaciones en el campo de máquinas, herramientas, así como casi una totalidad de procesos industriales. La neumática es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos.

VENTAJAS

Las principales ventajas son: sencillez de los elementos de mando, rapidez de movimiento y respuesta, la utilización de energía limpia y la economía de los sistemas neumáticos una vez instalados.

DESVENTAJAS

Quizás la principal desventaja es que se requiere de una inversión añadida por la automatización y el mantenimiento constante del estado del aire Válvulas neumáticas.

Los mandos neumáticos están constituidos por elementos de señalización, elementos de mando y un aporte de trabajo. Los elementos de señalización y mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan válvulas.

Los sistemas neumáticos e hidráulicos están constituidos por: * Elementos de información. * Órganos de mando. * Elementos de trabajo. Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones: ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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* Distribuir el fluido * Regular caudal * Regular presión * Las válvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor o almacenado en un depósito. La norma DIN/ISO 1219 Según su función las válvulas se subdividen en 5 grupos: * Válvulas de vías o distribuidoras * Válvulas de bloqueo * Válvulas de presión * Válvulas de caudal * Válvulas de cierre Circuitos neumáticos Hay dos tipos de circuitos neumáticos. * Circuito de anillo...

Unidad de Acondicionamiento (FRL) Los sistemas neumáticos son sistemas abiertos; donde el aire, después de ser utilizado, es evacuado hacia la atmósfera, en cuanto que en la alimentación se aspire aire libre constantemente. Este aire, a su vez, está sujeto a la contaminación, humedad y a las impurezas procedentes de la red de distribución. La mayoría de estas impurezas son retenidas, como ya observamos en los procesos de preparación, sin embargo partículas pequeñas, todavía quedan suspendidas y arrastradas por el flujo del aire comprimido, actuando como abrasivos en las partes movibles de los elementos neumáticos cuando se requieren ser utilizadas.

Después de pasar por todo el proceso de la producción, tratamiento y distribución, el aire comprimido debe sufrir un último acondicionamiento, antes de ser colocado para trabajar, a fin de producir mejores desempeños.


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En este caso, el beneficio del aire comprimido consiste en lo siguiente: filtración, regulación de presión, e introducción de una cierta cantidad de aceite para la lubricación de todas las partes mecánicas de los componentes neumáticos. El uso de esta unidad de servicio es indispensable en cualquier tipo de sistema neumático, desde el más simple al más complejo. Al mismo tiempo que permite a los componentes trabajar en condiciones favorables, y prolonga su vida útil.

Una vida útil prolongada y un funcionamiento regular de cualquier componente en un circuito dependen, antes que nada, del grado de filtración, de la eliminación de la humedad, de una presión estable de alimentación al equipo y una adecuada lubricación a las partes movibles. Todo eso es exactamente obtenido cuando se aplican en las instalaciones, dispositivos, máquinas, etc., los componentes de tratamiento preliminar del aire comprimido en los puntos de toma del aire: el filtro, la válvula reguladora de presión (Regulador) y el Lubrificado, que reunidos forman la Unidad de Acondicionamiento o FRL (Filtro, Regulador, Lubricador).

La filtración del aire consiste en la aplicación de dispositivos capaces de retener las impurezas suspendidas en el flujo de aire, y en suprimir aún más la humedad presente.

Por consiguiente, es necesario eliminar estos dos problemas al mismo tiempo. El equipo normalmente utilizado para este fin es el Filtro de Aire, que actúa de dos formas distintas: Por la acción de la fuerza centrífuga. Por el paso del aire a través de un elemento filtrante, de bronce sinterizado o malla de nylon.

Lubricación Los sistemas neumáticos y sus componentes están formados de partes que poseen de movimientos relativos, estando, por tanto, sujetas a desgastes mutuos, que los tienden a inutilizan. Para disminuir los efectos del desgaste y las fuerzas de fricción a fin de facilitar los movimientos, los equipos deben ser ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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lubricados convenientemente, a través del aire comprimido. La lubricación del aire comprimido es la mezcla de éste con una cantidad de aceite lubricante, utilizada para la lubricación de partes mecánicas internas movibles que están en contacto directo con el aire. Esa lubricación debe ser efectuada de una manera controlada y adecuada, a fin de no causar obstáculos al paso del aire, problemas las empacadoras y sellos. Además de eso, este lubricante debe llegar a todos los componentes, aun cuando las líneas tengan circuitos sinuosos. Esto se ha logrado haciendo que las partículas de aceite se queden en suspensión dentro flujo, o sea, no se deposite a lo largo de las paredes de las tuberías o líneas. El medio más práctico de efectuar este tipo de lubricación es con un lubricador.

Funcionamiento del Lubricador Descripción Genera la distribución proporcional del aceite en una larga franja del flujo de aire. El sistema con aguja asegura una distribución de aceite repetitiva, permite el llenado del vaso aun con la línea presurizada. Operación El aire comprimido fluye a través del lubricador por dos direcciones. En caudales bajos, la mayor parte del flujo de aire es a través del orificio Venturi (B) y la otra parte fluye deflactando la membrana de restricción (A) y al mismo tiempo presuriza el vaso a través del asiento tipo esfera de la placa inferior. La velocidad del aire que fluye a través del orificio de Venturi (B) provoca una depresión del orificio superior (F), que, es sumada a la presión positiva del vaso a través del tubo de succión (E), lo cual hace que el aceite se consuma a través del conjunto de goteo. Ese flujo se controla a través de la válvula de regulación (G) y el aceite gotea a través del paso (I), encontrando el flujo de aire que pasa a través de Venturi (B), provocando así, su pulverización. Cuando el flujo del aire aumenta, la membrana de restricción (A) impide el paso del aire, haciendo que la mayor parte pase por el orificio de Venturi (B), asegurando que la distribución del aceite aumente linealmente con el incremento del vacío de aire. El vaso puede llenarse con aceite sin necesitar despresurizar la línea de aire, debido a la acción de la esfera (C). Cuando el tapón del relleno (H) es retirado, ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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el aire contenido en el vaso se escapa hacia la atmósfera y la esfera (C) impide el paso de aire hacia el vaso, evitando así, su presurización. Al volver a poner el tapón, una pequeña porción de aire entra en el vaso y cuando este es totalmente presurizado la lubricación vuelve a la normalidad.

Mantenimiento - Usar solamente algodón para limpiar, no usar estopa. - Lavar sólo con kerosén. - Evitar llenar el vaso demasiado con aceite. - Verificar si las empacadoras y sellos no estén dañadas. - Verificar si en los extremos del tubo pescador del filtro no están obstruido. - Evitar forzar demasiado el tornillo del control de flujo, al intentar cerrar el paso del aceite. Características de los Lubricantes Predominan los lubricantes a base de petróleo, sin embargo se está teniendo un incremento en la utilización de los aceites sintéticos. Los aceites pertenecen a tres clases principales: parafínicos, naftênicos y aromáticos;

Parafínicos En general, se caracterizan por un alto índice de viscosidad, alta estabilidad contra el óxido, menor tendencia en la formación de barnices, alto punto de fluidez y baja densidad.

Nafténicos Presentan bajo índice de viscosidad, menor estabilidad contra el óxido, mayor tendencia en la formación de barnices, punto de fluidez más bajo y densidad elevada. Sin embargo, su poder solvente es menor que los parafínicos y el tipo de carbono formado al quemarse es menos duro que el formado por los primeros. Las características básicas pueden ser alteradas de acuerdo con el servicio, pues el producto final puede presentarse bajo la forma de aceite mineral puro, compuesto, con aditivos o aceites emulsionadles.


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No todos los lubricante son apropiados para la utilización de los sistemas neumáticos,

existen

muchos

aceites

empleados

que

crean

serios

inconvenientes para el funcionamiento perfecto de válvulas, cilindros, etc. La mayor parte de los aceites contienen aditivos especiales propios para ciertos fines, inadecuado para otras aplicaciones. Dos aceites pueden parecer iguales ante ciertas propiedades físicas y comportarse de manera diferente frente a diversos materiales. El aceite apropiado para los sistemas neumáticos debe contener antioxidante, o sea, no debe oxidarse al ser nebulizado con el aire; debe contener aditivos antiespumantes para no formar espuma al nebulizarlo. Otro factor importante para el aceite es su IV (índice de viscosidad), que debe ser mantenido lo más uniforme posible con las variaciones de temperatura. Un factor determinante en la selección del tipo de aceite más adecuado es el hecho de que los sellos de los componentes neumáticos sean de goma nitrílica (Buna N). El aceite no debe alterar el estado del material. Con esto, queremos referirnos al punto de añilina del aceite que puede provocar la dilatación, contracción y ablandamiento de los sellos. El punto de añilina se define como la temperatura en la cual tiene inicio la mezcla del aceite convertido en añilina con el aceite considerado. En las lubricaciones neumáticas el Punto de Añilina no debe ser inferior a 90°C (194°F) y ni superior a 100°C (212°F). Un sistema lubrificado apropiadamente no presentará tales inconvenientes en relación a los sellos. Su funcionamiento es idéntico al de la válvula accionada por piloto simple positivo. En lugar de emitir una señal neumática, es dotada de una válvula comandada por el solenoide y, al ser creado el campo magnético, desplaza el inducido, haciendo que la presión actúe sobre el lado más grande del pistón y permitiendo el cambio de posición. Desenergizando la bobina, el inducido es vuelto a poner en su asiento y el aire que había comandado el pistón es eliminado hacia la atmósfera, permitiendo que la válvula retorne a la posición inicial por medio de la presión de alimentación, en contacto directo con el pistón en el lado menor.


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CAPÍTULO III: ELABORACIÓN DEL BRAZO NEUMATICO PROCESO DE ELABORACION METODOLOGÍA DEL ENSAMBLE DEL BRAZO ROBOT “BRAZO NEUMATICO” Material Cuadrado de metal (PTR) Actuadores hidráulicos

Valor /descripción 4”

Material

Valor/descripción 1”

Abrazaderas

1 y 2 émbolos

Cinta teflón

------

(Pistones)

Tuercas

3/8” y ½”

Catarina de bicicleta

------

Rondanas

3/8” y ½”

Taza de valeros

------

Rondanas de presión

3/8” y ½”

Cadena de bicicleta

----------

Espárragos

½”

Resortes

Solera

½”

Soplete

Butano

Soldadura de plata

Alta resistencia

Manguera para gasolina

Válvulas de paso Tabos de cobre

Compuerta ¼” 3/8” y ¼”

Abrazaderas Electrodos

tornillo sin fin

ESAB-E3012

Tornillos

1/8”

Liquido para frenos

LF3

Manómetro

(100PSI)

Lamina

------

3.1 Material utilizado para construir el brazo

PASOS PARA EL DESARROLLO DE LA CONSTRUCCIÓN DEL BRAZO NEUMATICO Las acotaciones que se indican haciendo referencias a las figuras se pueden visualizar en el apartado de figuras de anexos, ya que ahí estan las imágenes disponibles. Paso 1.- Se realizo inicialmente el corte y el soldado del cuadrado de metal para empezar a hacer las articulaciones del brazo (Figura 4, 10 y 14)


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Paso 2.- Se le realizaron los orificios para colocar los espárragos que atravesarían el brazo, una vez los orificios se coloco el esparrago y se sujetó con las tuercas y rondanas. (Figura 2) Paso 3.- Se le coloco un tubo de diámetro pequeño en la cabeza del embolo del pistón para que se pudiera sujetar del esparrago, para que subiera y bajara eso simularía los tendones del brazo. (Figura 7 y 12) Paso 4.- En la primera articulación se le coloco un eje para que se pudiera atornillar la pieza con la taza de balero y la estrella de bicicleta y en el primer pistón se le coloco la cadena y así sería posible que al momento que saliera el embolo jalara la estrella y si regresa el resorte lo jalaría y realizaría el primer grado de libertad. (Figura 8 y 9) Paso 5.- La segunda articulación tiene un segundo pistón que esta sujetado de la primera articulación y su émbolo esta con la segunda esta realiza el movimiento de entrada y salida del embolo para que el brazo suba y baje y fuera posible hacer el segundo grado de libertad. (Figura 3) Paso 6.- En la tercera articulación se realiza básicamente la misma temática de lo que sucede en la articulación anterior solo que ahora sucede en la tercera el pistón pegado en la segunda y el embolo en la tercera, esa es como se describiría el tercer grado de libertad. (Figura 2) Paso 7.- En la cuarta articulación podemos asegurar que sucede lo mismo que sucede en la articulación tres solo que aquí ahora sucede en la cuarta articulación, el pistón pegado en el tercero y el embolo en el cuarto, así es como se describiría el cuarto grado de libertad. (Figura 1) Paso 8.- El último grado de libertad y la última pieza es la pinza, que se uso un pistón de una entrada con dos émbolos de salida y unos resortes, eso hacía que cada vez que salieran los émbolos se cerrara las pinzas y cuando regresara el resorte regresara la pinza, básicamente es así es como se pudiera describir el quinto grado de libertad. (Figura 11 y 13)


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Paso 9.- Todos los pistones estan conectados con mangueras y aseguradas con abrazaderas que van a las válvulas reguladoras y se formaron unas “T” con tubos de cobre para que funcionaran como entradas y salidas del liquido, una vez conectadas a las “T” se diseño una peineta que las para que funcionara como la entrada y el regreso del liquido. Las entradas y salidas estan conectadas a una bomba hidráulica. (Figura 5 y 6) Los brazos hidráulicos estan diseñados para simular los brazos de los humanos solo que se usa liquido los pistones podíamos decir que son los tendones y nuestros posibles tipos de movimientos como son el hombro, codo y manos, los elementos terminales serian las manos ser muñeca y dedos.

SIMULACIÓN EN EL SOFTWARE SolidWorks ®

A continuación se presentan algunas de las imágenes del diseño por separado y en la última imagen el ensamble completo del prototipo de las piezas del brazo hidráulico (Pieza), diseñadas en el software SolidWorks ® para su mejor apreciación.

3.2 Pieza 1

3.3 Pieza 2

3.4 Pieza 3


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3.5 Pieza 4

3.8 Pieza 7

3.11 Pieza 10

3.6 Pieza 5

3.9 Pieza 8

3.12 Pieza 11

3.7 Pieza 6

3.10 Pieza 9

3.13 Pieza 12


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3.14 Pieza 13

3.15 Pieza 14

3.16 Pieza 15

3.17 Pieza 12. Ensamble del brazo terminado (prototipo)

FICHA TECNICA

El diseño del robot ha sido realizado por cada integrante del equipo, cada uno dando su mejor idea, pero como los materiales a utilizar han sido reciclados el diseño se tuvo que adaptar al material que se tenía en ese momento. Que no por eso fue un mal resultado, al contrario, el diseño y prototipo final ha sido mejor de lo que pudimos haber pensado.

Morfología: Antropomórfica o Angular Actuadores: Pistones Neumáticos Control: Manual (Válvulas de Compuerta) Grados de Libertad: 5 Numero de eslabones: 3 ROBÓTICA INDUSTRIAL “BRAZO NEUMÁTICO”

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Efector final: Pinza Peso del Prototipo: 40kg Carga Máxima: 1.5kg Material Eslabones: Acero PTR 4.5” Material Base: Placa 7/16” Presión de Trabajo: 120 libras

3.18 brazo con las especificaciones (vista lateral)

AREA DE TRABAJO

Espacio que el robot puede acceder al moverse. Debido a la estructura de las articulaciones y al número de ellas existente, el brazo del robot puede llegar a alcanzar ciertos puntos del espacio, pero nunca todos. Al conjunto de los puntos del espacio que el robot puede alcanzar con su herramienta se le denomina campo de acción, y es una característica propia de cada robot. El área de trabajo de nuestro robot está indicada en las siguientes figuras:


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3.19 longitud del brazo (vista arriba)

Un diámetro de 1.70 mts.

3.20 Longitud del brazo (vista lateral)

Un radio de 1 m.

ENTRADAS Y SALIDAS

Como sabemos el brazo robótico funciona por medio de cilindros neumáticos los cuales son de simple efecto, así que el regreso de embolo se da a través del peso de los mismos eslabones ayudados por unos muelles externo que se colocaron en cada articulación. Toda la presión fue suministrada por un riel de válvulas, con las cuales se controlaba el flujo de aire a través de la manguera de conexión, la presión total de trabajo fue de 120 libras, pero cada grado de libertad funcionaba a diferentes fuerzas.


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3.21 Primer grado de libertad

La presión de entrada para mover el primer grado de libertad fue de 413 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 1380 libras fuerza.

3.22 Primero y segundo grado de libertad

La presión de entrada para mover el segundo y primer grado de libertad fue de 551 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 3,173 libras fuerza.


48

3.23 Primero, segundo y tercer grado de libertad

La presión de entrada para mover el tercero, segundo y primer grado de libertad fue de 689 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 5500 libras fuerza.

3.24 Primero, segundo, tercer, cuarto y quinto grado de libertad

La presión de entrada para mover todos los grados de libertad fue de 827 pascales y la fuerza que se obtuvo fue de 9471 libras fuerza.


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MOVIMIENTO DE TRAYECTORIAS

3.25 Trayectoria continua.

3.26 Trayectoria punto a punto.


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CAPITULO IV: RESULTADOS DEL PROYECTO CONCLUSIÓN La finalidad de realizar el brazo es el conocer la tecnología con respecto a la neumática aplicada y todo lo que tenga que ver con los métodos disponibles que existen en el área de robótica, ya que se hizo una investigación previa a la construcción, para así tratar de de cubrir todos los aspectos que se pretenden explicar.

El modelo se adapta a las características de las tecnologías neumáticas aplicadas en la industria. Las pruebas que se pretendían realizar en el brazo se eran con hidráulica (liquido para frenos) pero posteriormente se modifico el diseño y se realizo con neumática (aire) ya que la bomba hidráulica que teníamos no era competente para estas primeras pruebas realizadas, desde la perspectiva de un cuadro de mando integral, y constituye una herramienta útil de soporte de las decisiones gerenciales para el desarrollo de una estrategia orientada dicho proceso. El modelo neumatico contribuye en la generación de conocimiento en esta área y realiza un aporte social importante en el sentido de que sirve para la mejora de las capacidades de innovación en las tecnologías, las cuales representan un gran avance de aplicaciones, lo cual fortalece para sobrevivir en la reñida competencia que les toca enfrentar.

Además de sus características propias y la diferencia entre los diversos tipos de tecnologías neumáticas investigadas que siguen para la acreditación de aplicación, ya que cuando hablamos de la palabra tecnología nos referimos a la ciencia o el estudio que busca siempre innovar en diversas áreas.


51

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GLOSARIO

Algoritmo

Juego de reglas secuenciales preestablecidas para la resolución de un problema.

Autómata

Es una maquina o sistema mecánico que tiene la propiedad de realizar operaciones automáticamente

Bípedo

Persona, animal o robot de dos pies

Capacidad sensorial

En robótica, capacidad que puede tener un robot de percibir algún tipo de señal (mecánica, acústica, luminosa, etc.)

Ciencia- ficción

Género narrativo cuyos argumentos se desarrollan de presuntos logros científicos, técnicos, biológicos, etc.

cinemático

Algo que tiene propiedades de poderse mover en el espacio y el tiempo

Lenguaje de programación

Sistema de signos y símbolos que permiten construir o desarrollar programas o software con los que la computadora puede operar

Multípedos

Animal o robot de varios pies

Reprogramable

Se refiere a los robots que se pueden programar de distintas formas, para que ejecuten ciertas acciones.

Teleoperación

Manejo de objetos a larga distancia, por medio de un control remoto también es conocido como telequeríca.

Trayectoria Recorrido de un cuerpo que se mueve en un espacio de dos o tres dimensiones Software

Conjunto de programas que se pueden ejecutar en una computadora

Sistema de locomoción

Sistema que utiliza los cuerpos para trasladarse de un punto a otro


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SIMBOLOGÍA DE COMPONENTES NEUMÁTICOS EN EL SOFTWARE FluitSim® PARA SIMULACIÓN DE APLICACIONES DE LA NEUMATICA

4.1 Simbología de componentes neumáticos.


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4.2 Simbología de componentes neumáticos (continuación).


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ANEXOS

4.3 Figura 1.- (Evidencia 1).







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4011 Figura 9.- (Evidencia 9).


4.12 Figura 10.- (Evidencia10).

Figura 11.- (Evidencia 12).






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MAQUINARIA UTILIZADA

4.17 Taladro de banco.

4.18 Esmeril.

4.19 Tornillo.

4.20 Soldadora de arco.

4.21 Cortadora de disco.

4.22 Compresor.


59

BRAZO Neumatico

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