Grupo 24 Informe Final Robótica UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA

Materia ROBÓTICA Código 299011 2012_II

ROBÓTICA 299011

PROYECTO FINAL

TUTOR FREDDY VALDERRAMA

PRESENTADO POR ALBERTO MEJÍA COD 91234713 JULIO CESAR HERNANDEZ ARIAS COD 93401434 MARINO ARAGON JULIO CESAR OLMOS

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Diciembre/2012

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍAS E INGENIERÍA Materia ROBÓTICA Código 299011 2012_II

Contenido

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 4 OBJETIVO ............................................................................................................................ 6 A. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el robot a construir, incluyendo el efector final. ................................................................................. 7 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. .............................................................................................. 8 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 (resaltados en verde en la parte inferior). ........................................................................ 9 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? ................. 10 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. ......................................................................................................................... 11 F. Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicará con el software de control instalado en un PC (el PC estará a 30 metros del robot, considere un ambiente contaminado de ruido electromagnético debido a la presencia de motores de alta potencia en el área de trabajo). Especificar y justificar la selección. ........................................................................................................ 11 G. Determinar el tipo o tipos de programación que se incluirán en el robot, justificando la selección de acuerdo a los requerimientos del problema. ................. 13 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. ................................................................ 14

CONCLUSIONES .............................................................................................................. 15 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 16


TABLA DE FIGURAS Figura 1 Brazo robot............................................................................................................... 7 Figura 2. Viga soldada con TIG. ......................................................................................... 7 Figura 3 ................................................................................................................................... 8 Figura 4 ................................................................................................................................... 8 Figura 5 Alcanzando la posición B......................................................................................... 9 Figura 6 Alcanzando la posición A......................................................................................... 9 Figura 7 Volumen de trabajo................................................................................................. 10 Figura 8 Alcanzando la posición C....................................................................................... 10 Figura 9 Diagrama de bloques del robot .............................................................................. 11 Figura 10 ............................................................................................................................... 12 Figura 11 Trenzado de cables ............................................................................................... 12 Figura 12 ............................................................................................................................... 13 Figura 13 Conexión del apantallamiento.............................................................................. 13


INTRODUCCIÓN

Una celda robotizada de soldadura implica una inversión de miles de dólares. No sólo es necesario invertir en el robot, sino en dispositivos de sujeción de la pieza (más sofisticados que para soldadura manual), sistemas de seguridad y otros periféricos. La ventaja de la producción robotizada es que el costo directo de producción de cada pieza será inferior que en una celda de soldadura manual. También se logra mayor capacidad productiva, mejor calidad del producto final y se mejora la calidad del trabajo del operario. En general es conveniente soldar con robots cuando la cantidad de piezas iguales a soldar a lo largo del tiempo es muy grande (miles de piezas). En esos casos el ahorro en el costo directo de producción supera el mayor gasto de inversión inicial. La soldadura robotizada es el uso de herramientas programables mecanizadas (robots), con las que se lleva a cabo un proceso de Soldadura completamente automático, tanto en la operación de soldeo como sosteniendo la pieza.

La soldadura robotizada es una aplicación relativamente nueva de la Robótica, aunque los robots se introdujeron primero en la industria estadounidense en la década de los 1960. El uso de robots en soldadura no despuntó hasta la década de los 1980, cuando la industria del automóvil comenzó a usar robots masivamente para la soldadura por puntos.

La soldadura robotizada al arco ha empezado a crecer con rapidez sólo en período más reciente, y ya domina en torno al 20% de las aplicaciones industriales


con robots. Los principales componentes de los robots de soldadura al arco son: el manipulador o la unidad mecánica y el controlador, que actúa como "cerebro" del robot. El manipulador es lo que hace que el robot se mueva, y el diseño de estos sistemas pueden catalogarse en varias clases, tales como el SCARA y el robot de coordenadas cartesianas, que usan diversos sistemas de coordenadas para dirigir los brazos de la máquina.


OBJETIVO

Diseñar y sustentar el diseño de un robot industrial que permita realizar el ensamble de dos piezas metálicas de medidas estándar, usando los conceptos, definiciones, y herramientas descritas en los contenidos del curso de robótica, y mediante el aprendizaje colaborativo como metodología para realizar la labor mencionada.


DESARROLLO

A. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el robot a construir, incluyendo el efector final.

La configuración mecánica aconsejada es la que se muestra a continuación: Como la base del robot estará ubicada de tal forma que el brazo forma un ángulo recto respecto al eje de la viga a soldar no será necesario incluir articulaciones que giren en el eje perpendicular a la viga, solo articulaciones de tipo R que permitan que el efector del robot pueda aplicar la soldadura Figura 1 Brazo robot

sobre

el

cordón.

La

configuración se puede ver en la figura 1, un cuerpo de tipo TR y un brazo RR. La base se

eligió tipo T para poder alejar el robot de la viga y permitir el mantenimiento del mismo. ACTUADORES

Debido a que el robot no manipulará objetos pesados se recomienda el uso de actuadores eléctricos para las articulaciones del mismo. EFECTOR FINAL

Generalmente las vigas se sueldan utilizando EBW, LBW o TW sin embargo, en este caso supondremos

una

soldadura

utilizando

el

proceso MIG o TIG. Se elige este proceso porque al tener una alimentación continua de material de aporte no Figura 2. Viga soldada con TIG. Tomada de http://www.weldingtipsandtricks.com

será necesario detener el proceso para poner un


electrodo nuevo en el efector del robot con la pérdida de tiempo y dinero que esto conlleva sino que además se evita que se dañe el cordón de soldadura al tener que parar el proceso en caso de que el electrodo se acabara antes de finalizar el recorrido, lo que si puede pasar con electrodos normales. 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.

El primer actuador es el dispensador del electrodo o material de soldadura, este tiene un motor de inducción sencillo el cual gira a una velocidad constante para ir colocando el electrodo sobre la pieza. El segundo actuador corresponde al motor que controla la inclinación del porta electrodos, este es paso a paso No 2, que funciona con señales digitales y se puede controlar hasta centésimas de grado de giro, este motor ayudara y corregirá la distancia del porta electrodos a las piezas a soldar, para que la distancia sea apropiada y se produzca un arco perfecto; También corregirá la posición del porta Figura 3

electrodos cuando la este deba cambiar el ángulo de soldadura.

Servomotores y su Control. Físicamente los servos tienen un rango restringido de movimientos, el motor gira entre 0° y180°. Para controlar el movimiento se debe alimentar el servo motor con una señal modulada por un ancho de pulso (PWM), el ancho de pulso enviado a la entrada de control indica al motor la posición en la Figura 4


cual se desea colocar. HS-322HD Standard Heavy Duty Servo

Utiliza los revolucionarios piñones de Karbonite ™ que es cuatro veces más fuerte que los estándar de nylon blancos HS-322HD Rango:

180 grados

Speed:

0.19 / 0.15 sec. per 60 deg. (4.8V/6V)

Torque:

3.0 / 3.7 kg*cm (4.8V/6V)

Fabricante: HITEC Precio por unidad (Pieza): $40.000 Piñonería: Nylon Voltaje: 4.8V Velocidad: 0.21sec/60° sin carga Torque 42 oz/in. (3.3 kg.cm) Voltaje: 6V Velocidad: 0.20sec/60° sin carga Torque: 56.93 oz/in. (4.1 kg.cm)

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 (resaltados en verde en la parte inferior).

Figura 65 Alcanzando Posición A la posición A

Figura 56 Alcanzando Posición B la posición B


Figura 8 Volumen de trabajo

Figura 7 Alcanzando la posición C

Medidas de los Eslabones: Eslabón vertical: 55 cm. Eslabones del brazo: 38 cm= 30 cm+2X4cm Efector final: 15 cm. Volumen de trabajo aproximado: Desde 90 hasta 270 grados con un alcance mínimo de 60 cms a 90° y máximo de 91 cms a 270° 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?

Las señales se enviarán como pulsos de duración definida que los actuadores interpretarán y que dan lugar a la rotación relativa de los eslabones del robot. Los elementos necesarios serán: Un sistema de control basado en un PC industrial y un PMAC (Controlador multi ejes programable) y un medio de transmisión que en este caso se considera que


es un cableado. 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 lis tado de elementos básico y un diagrama de bloques,

lo más

importante es justificar de acuerdo a la selección de actuadores.

Figura 9 Diagrama de bloques del robot

La señal de entrada será la información que obtenemos de los sensores, por ejemplo, la medición de posiciones conjuntas. La señal de salida es la señal enviada a los actuadores del robot por ejemplo pares de motor. La tarea del programador es asignar a partir de los datos del sensor a la señal de actuador. F. Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicará con el software de control instalado en un PC (el PC estará a 30 metros del robot, considere un ambiente contaminado de ruido electromagnético


debido a la presencia de motores de alta potencia en el área de trabajo). Especificar y justificar la selección.

La falta de rango, mala recepción, el movimiento errático y la respuesta lenta son algunos de los síntomas causados por la interferencia electromagnética. La mejor forma de enfrentar el problema de la interferencia no es solucionar los problemas causados por ella invirtiendo dinero y tiempo en medios necesarios para limitarla sino implementando medidas para evitarla: 

Asegurarse que todos los relés y solenoides tengan un diodo de protección fly-back contra chispas producidas por corrientes inductivas.



Asegurarse que los cables de envío y retorno de datos estén juntos:

Figura 10



Aunque para mejores resultados los cables deben trenzarse con el fin de que los flujos magnéticos adyacentes se cancelen entre sí.

Figura 11 Trenzado de cables 

No mezclar cables de entrada y salida de diferentes equipos al mismo nivel:


Figura 12



Asegurarse que los equipos tenga polo a tierra.



Asegurarse que se utilizan cables con apantallamiento y que este se conecta a tierra adecuadamente.

Figura 13 Conexión del apantallamiento

G. Determinar el tipo o tipos de programación que se incluirán en el robot, justificando la selección de acuerdo a los requerimientos del problema.

Debido a su tamaño, los requisitos de energía y la arquitectura hardware, CompactRIO y NI Single -Board RIO hacen excelentes plataformas de computación para aplicaciones de este tipo. Las capas de operador, plataforma, y algoritmo pueden ser distribuidas a través del procesador en tiempo real y la FPGA, y si es necesario, la capa de interfaz de usuario se puede ejecutar en un


PC anfitrión. La programación del equipo se puede hacer usando LABVIEW en el cual un nodo del FPGA convierte los datos de los sensores en datos interpretables por el usuario, por ejemplo la distancia a la viga a soldar. 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.

Debido a las variaciones del perfil de la viga en un proceso delicado como es la soldadura es necesario implementar una medida que permita contrarrestar tales variaciones. Si los requerimientos de hardware para procesar la información proveniente del sensor son insuficientes se requerirá distribuir las capas en varias plataformas.


CONCLUSIONES

La soldadura es uno de los procesos más exitosos de robotización en el mundo. Al menos un tercio de los robots industriales son utilizados para soldadura de arco o para soldadura de punto. La función del operario pasa a ser la carga de las subpartes y la descarga de la pieza ya soldada, no teniendo que realizar él la soldadura. El operario no es sometido entonces a la radiación de la soldadura ni a altas temperaturas, ni a los gases del proceso. La Robótica permite una producción más eficiente, reducción del desperdicio de material, y de costos, además de mejorar sustancialmente la calidad de los productos. Las empresas modernas utilizan robots industriales en aquellos centros de trabajo donde prevalezcan situaciones de peligro para los trabajadores por la naturaleza del proceso. El uso de robots en las empresas se va haciendo necesario a medida de que el mundo empresarial va a pasos agigantados en lo que a la tecnología se refiere. Por otra parte para poder ofrecer calidad y bajos precios hay que disminuir la mayoría de costos de la empresa, en donde los robots industriales juegan un papel importante, ya que tienen una gran capacidad de producción con un costo muy bajo.


BIBLIOGRAFÍA

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BRAZO ROBÓTICO. Extraído el 28 de noviembre de 2012 desde http://www.slideshare.net/elvisrichard/brazo-robtico-1775457#btnNext

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ROBÓTICA INDUSTRIAL. Extraído el 28 de noviembre de 2012 desde http://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&c d=9&ved=0CFYQFjAI&url=http%3A%2F%2Fwww.virtual.unal.edu.co%2Fcu rsos%2Fingenieria%2Fmecatronica%2Fdocs_curso%2FAnexos%2FTUTOR IALcnc%2FDOCUMENTOS%2FTEORIA%2FROBOTICA%2520INDUSTRI AL.pdf&ei=ZPDEUOqBYjs8wSNuICADw&usg=AFQjCNH6eGKEiBW9jI02bHNgrMaYbm6xzA&si g2=ENITXKibuDyO_4UOjNp7sw&cad=rja

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MANIPULACIÓN RÁPIDA DE ROBOT. Extraído el 1° de diciembre de 2012 desde http://www.slideshare.net/Cqje/manual-para-programar -brazo-roboticoindustrial-nachi#btnPrevious

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TARN, Tzyh-Jong. Robotic welding, intelligence and automation.

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ELECTRO-MAGNETIC INTERFERENCE IN ROBOTS AND HOW TO DEAL WITH IT! Disponible en: http://www.fightingrobots.co.uk/documents/EMIGuidelines.pdf

Grupo 24 Informe Final Robótica UNAD

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