UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE-L
INGENIERÍA MECATRÓNICA Sistemas Flexibles de Manufactura
Nombres: Johnny Barreno Diego Garzón Leopoldo Loor Bladimir Pulloquinga
Curso: Séptimo “B”
Departamento: Energía y Mecánica
Docente: Ing. Fausto Acuña. Msc.
Período Académico: Octubre 2014- Febrero 2015
F.M.S. _____________ ______ ______________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ____________ _____
Contenido TEMA ................................................................................................................................ 6 OBJETIVOS OBJETIVOS ...................................................................................................................... 6 MATERIALES MATERIALES Y EQUIPOS................................................................................................ 6 MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 6 Robot kuka KR5 ............................................................................................................. 6 Componentes Componentes principales del sistema manipulador manipulador robótico .......................................... 6 Principales componentes del manipulador manipulador .................................................................. 7 Partes constructivas de manipulador manipulador .......................................................................... 7 Muñeca central ........................................................................................................... 8 Brazo .......................................................................................................................... 8 Brazo de oscilación..................................................................................................... 8 Columna giratoria ....................................................................................................... 9 Base del robot ............................................................................................................ 9 Unidad de control del sistema de manipulación. manipulación.............................................................. 9 Unidad de control de programación programación KCP ....................................................................... 9 Partes de la unidad de control manual ...................................................................... 10 Cables de unión ........................................................................................................... 10 Características Características técnicas ............................................................................................... 11 Denominación Denominación ........................................................................................................... 11 Alcance Horizontal Horizontal .................................................................................................... 12 Tamaño de la Pinza .................................................................................................. 12 Peso Manipulable ..................................................................................................... 12 Área de Trabajo Trabajo Barrida Barrida............................................................................................ 12 Resolución, Resolución, precisión y repetitividad repetitividad ......................................................................... 12 Capacidad de carga.................................................................................................. 13 SEGURIDADES SEGURIDADES DEL ROBOT KUKA ........................................................................... 13 2
F.M.S. _____________ ______ ______________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ____________ _____ Normas de seguridad................................................................................................ seguridad................................................................................................ 13 SEGURIDAD DEL ROBOT ....................................................................................... 14 PROTECCIÓN DEL OPERARIO. ............................................................................. 15 CAMPOS Y ZONAS DE TRABAJO, PROTECCIÓN Y DE PELIGRO.-
(GmbH, KR 5
arc HW, KR 5 arc HW-2, 2011) ................................................................................. 15 PULSADOR DE HOMBRE MUERTO. ...................................................................... 16 DISPOSITIVOS DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD SEGURIDAD EXTERNOS. ....................................................... 17 Accesorios ................................................................................................................... 17 DESARROLLO DESARROLLO ................................................................................................................ 27 KUKA KR5 ................................................................................................................... 34 Consideraciones Consideraciones ambientales ambientales ................................................................................... 35 Direcciones de los ejes ............................................................................................. 36 Cargas sobre el fundamento fundamento ..................................................................................... 39 SEGURIDADES DEL ROBOT KUKA EN LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ................................................................................................................... 40 ANÁLISIS DE RESULTADOS RESULTADOS.......................................................................................... 47 CONCLUSIONES CONCLUSIONES ............................................................................................................ 48 RECOMENDACIONES RECOMENDACIONES .................................................................................................... 49 BIBLIOGRAFÍA BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 50
3
F.M.S. _____________ ______ ______________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ____________ _____ Índice de ilustraciones Ilustración 1: Componentes principales del KUKA. ............................................................ 7 Ilustración 2. Brazo humano y brazo robótico. ................................................................... 7 Ilustración 3. Partes del brazo............................................................................................ 8 Ilustración 4. Armario de control. ....................................................................................... 9 Ilustración 5. KCP ............................................................................................................ 10 Ilustración 6. Partes vista frontal. ..................................................................................... 10 Ilustración 7. Partes vista posterior. ................................................................................. 10 Ilustración 8. Cables de unión .......................................................................................... 11 Ilustración 9: Resolución, Resolución, precisión y repetibilidad. repetibilidad. .......................................................... 12 Ilustración 10 Carga máxima ........................................................................................... 13 Ilustración 11: Área de seguridad seguridad .................................................................................... 14 Ilustración 12: Zonas de trabajo y seguridad seguridad .................................................................... 16 Ilustración 13: pulsadores del hombre muerto ................................................................. 16 Ilustración 14 Alimentación Alimentación de energía A1 hasta A3, manipulación manipulación ................................ 18 Ilustración 15 Comparador electrónico montaje sobre A4,A5 y A6 del KR 16 .................. 18 Ilustración 16 . Medidor de la tensión mecánica de la correa para la muñeca central. ..... 19 Ilustración 17: Unidad de accionamiento accionamiento modular ............................................................ 23 Ilustración 18 Unidad de accionamiento accionamiento modular ............................................................. 24 Ilustración 19 Posicionador Posicionador de viraje ................................................................................ 24 Ilustración 20 Posicionador Posicionador de viraje con contracojinete contracojinete .................................................. 25 Ilustración 21: Mesa giratoria vertical ............................................................................... 25 Ilustración 22 Posicionador Posicionador de giro y vuelco .................................................................... 26 Ilustración 23 Posicionador giratorio doble horizontal ...................................................... 27 Ilustración 24. Partes del sistema. ................................................................................... 27 Ilustración 25. Unidad central de control. ......................................................................... 28 Ilustración 26. KCP. ......................................................................................................... 28 Ilustración 27. Partes de brazo. ....................................................................................... 29 Ilustración 28. Unidades de accionamiento. accionamiento. ..................................................................... 29 Ilustración 29. Ejes principales. principales......................................................................................... 30 Ilustración 30. A3 ............................................................................................................. 30 Ilustración 31.Unidad central de conexión. conexión........................................................................ 32 Ilustración 32. Unidad central de conexión....................................................................... 32 4
F.M.S. _____________ ______ ______________ _____________ _____________ ______________ _____________ _____________ ______________ ______________ ____________ _____ Ilustración 33. KCP parte frontal. ..................................................................................... 33 Ilustración 34. KCP parte posterior. ................................................................................. 34 Ilustración 35 Ejes de un brazo robótico .......................................................................... 36 Ilustración 36 Dimensiones Dimensiones del KUKA KR5 ...................................................................... 37 Ilustración 37 Ángulos de trabajo del KUKA KR5 ............................................................. 37 Ilustración 38 Carga útil en el robot .................................................................................. 38 Ilustración 39 Diagrama de cargas útiles ......................................................................... 39 Ilustración 40 Cargas sobre el fundamento ...................................................................... 39 Ilustración 41 Ángulos Pared-Piso ................................................................................... 40 Ilustración 42: Zona de seguridad. ................................................................................... 40 Ilustración 43: Motores..................................................................................................... 41 Ilustración 44: Simbología reglamentarias ....................................................................... 41 Ilustración 45: Simbología Simbología de prevención prevención......................................................................... 41 Ilustración 46: Valla de seguridad .................................................................................... 42 Ilustración 47: puerta de seguridad .................................................................................. 42 Ilustración 48: Paro de emergencia externo ..................................................................... 42 Ilustración 49: Pulsadores de emergencia del KCP ......................................................... 43 Ilustración 50: Zonas de seguridad robot r obot KUKA............................................................... 43 Ilustración 51: pulsadores del hombre muerto ................................................................. 44 Ilustración 52 Cabezal fresador ....................................................................................... 44 Ilustración 53 Pinza de dos dedos ................................................................................... 45 Ilustración 54 Pinza ventosa GSW-V ............................................................................... 46 Ilustración 55: Tetra pack / Botellas ................................................................................. 48 Ilustración 56: Manipulación Manipulación de cajas vacías llenas de verduras ..................................... 48 Ilustración 57: Manipulación de barriles de cerveza ......................................................... 48 Ilustración 58: Carga de horno de croissan...................................................................... 48
5
F.M.S. ________________________________________________________________________
TEMA Partes principales, características técnicas, accesorios y seguridades del brazo robótico KUKA KR5
OBJETIVOS 1. Conocer y analizar las características técnicas del brazo robótico KUKA a través del uso de manuales o folletos a fin de predeterminar los parámetros máximos y mínimos de trabajo para el brazo robótico. 2. Conocer las partes constructivas que conforman el sistema de manipulador Robotizado KUKA KR5 ARC. 3. Conocer las normas y los dispositivos de seguridad tanto para el operario como para el robot KUKA con los cuales se podrá realizar varios procesos de forma segura. 4. Describir los principales accesorios y conocer las principales aplicaciones de estos en los Robots Kuka.
MATERIALES Y EQUIPOS 1. Brazo robótico KUKA KR5 2. Manual de Operación y herramientas.
MARCO TEÓRICO Robot kuka KR5 Es un robot de brazo articulado con 6 ejes fabricado en fundición de metal ligero. Todas las unidades de accionamiento y cables conductores de corriente se encuentran dispuestos debajo de cubiertas atornilladas para protección contra entrada de suciedades y humedad. (GmbH, KR 5 arc HW, KR 5 arc HW-2, 2011)
Componentes principales del sistema manipulador robótico El sistema del robot está formado por los siguientes componentes: Manipulador
Unidad de control del robot
Unidad manual de programación KCP 6
F.M.S. ________________________________________________________________________
Cables de unión
Software
Opciones, accesorios.
Principales componentes del manipulador
1 Robot 2 Cables de unión 3 Unidad de control del robot 4 Unidad manual de programación KCP
Ilustración 1: Componentes principales del KUKA.
Partes constructivas de manipulador (GmbH, KR 5 arc HW, KR 5 arc HW-2, 2011)
Ilustración 2. Brazo humano y brazo robótico.
7
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 3. Partes del brazo.
1 Muñeca central
4 Base del robot
2 Brazo
5 Columna giratoria
3 Instalación eléctrica
6 Brazo de oscilación
Muñeca central El robot está equipado con una muñeca central de tres ejes. Esta es accionada por los motores en el brazo y en la muñeca central. La muñeca central ejecuta su movimiento alrededor de los ejes 4, 5 y 6. En la muñeca central se encuentran 3 válvulas de impulso de 5/2 vías, que pueden ser utilizadas para el mando de útiles. Brazo
El brazo es el elemento de unión entre la muñeca central y el brazo de oscilación. En él se encuentra también montado el motor del eje 4 de la muñeca. Brazo de oscilación
Entre el brazo y la columna giratoria se encuentra montado el brazo de oscilación. En él se encuentran montados los motores y los reductores de los ejes 2 y 3. En el brazo de oscilación se encuentran guiados los cables de alimentación de energía y del mazo de cables para los ejes 2 hasta 6.
8
F.M.S. ________________________________________________________________________ Columna giratoria
Los movimientos de giro del eje 1 son realizados por la columna giratoria. Está atornillada a la base del robot a través del reductor del eje 1 y es accionado por un motor montado en la base del robot. En la columna giratoria se encuentran las baterías tampón para asegurar los datos de los ejes del sistema de medición de la carrera. Base del robot
La base del robot está formada por el bastidor. Forma la interfaz para los cables y tuberías de unión entre la mecánica del robot y la unidad de control y la alimentación de energía. Todos los cables y tuberías de unión se encuentran en la parte trasera de la base del robot.
Unidad de control del sistema de manipulación. Los armarios de control contienen la electrónica de potencia y la electrónica de control del robot. Salvo el interruptor principal, todos los elementos de mando de la unidad de control están alojados en la unidad manual de programación VKCP (VW —KUKA Control Panel). (GmbH, Contenido del manual de operación., 2007)
Ilustración 4. Armario de control.
Unidad de control de programación KCP Todos los elementos de programación y manejo del sistema de robot, con excepción del interruptor principal, se encuentran directamente ubicados en el KCP. El display de cristal líquido visualiza las operaciones de manejo y programación. (GmbH, Contenido del manual de operación., 2007)
9
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 5. KCP
Partes de la unidad de control manual
Ilustración 6. Partes vista frontal.
Ilustración 7. Partes vista posterior.
Cables de unión Los cables de unión contienen los cables para m otor / datos y también el cable de E/S de l a muñeca. Las longitudes de cables pueden ser: 4 m, 6 m, 12 m
10
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 8. Cables de unión
Características técnicas Denominación
Tabla 1: Denominación
Pos.
Descripción
KR
Robot KUKA
1
Identificación de carga en Kg
2
Prolongación del brazo con nueva identificación de carga.
3
Serie
4
Generación: 2000 compact, integrated devices, scara, sixx
5
Forma constructiva: Arc welding, covered, High accuracy, jet, robot de consola, consola estrecha, press to press, pelletizing, pórtico, stainless Steel, sport welding.
6
Tipo de montaje: Ceiling, Floor, Wall.
7
Versión: Arctic, Clean room, Explosion protection, Foundry, Speed, water proof. 11
F.M.S. ________________________________________________________________________ 8
Apodo (opcional)
Alcance Horizontal
Mide la distancia (fija) de alcance horizontal entre la base del robot y el extremo del brazo. Tamaño de la Pinza Mide el ancho máximo de los “dedos” o mandíbulas cuando están completamente abiertas
Peso Manipulable
Utiliza una serie de pesos pequeños para determinar cuál es el peso máximo aproximado que es capaz de manejar el brazo sin quedar bloqueado Área de Trabajo Barrida
El área barrida por el brazo manipulador cuando trabaja puede ser de tres tipos: Rectangular, Esférica (semiesférica) y Cilíndrica. Resolución, precisión y repetitividad
Si se compara la manipulación de piezas de trabajo con la manipulación de herramientas por el robot industrial, se puede observar generalmente que la manipulación de piezas es relativamente más simple.
Ilustración 9: Resolución, precisión y repetibilidad.
12
F.M.S. ________________________________________________________________________ Capacidad de carga
La herramienta o la pinza con las piezas de trabajo, constituyen la carga a manipular por el robot. La carga nominal, también llamada peso de manipulación, es por ejemplo de 15 kg en el robot VKR15 de KUKA. La carga nominal de un robot que manipula herramientas se compone solamente de lo que pese dicha herramienta. En manipulación de piezas sin embargo, la carga nominal está compuesta por el peso de la pinza más el peso de la pieza. Se les pueden colocar una carga adicional encima del antebrazo.
Ilustración 10 Carga máxima
SEGURIDADES DEL ROBOT KUKA (GmbH, KR 5 arc HW, KR 5 arc HW-2, 2011) Es fundamental que las personas que van a trabajar con el sistema de Robot KUKA, se instruyan sobre las posibles fuentes de peligros antes de asumir la responsabilidad del robot. Normas de seguridad
El sistema del robot cumple las normativas de construcción de máquinas, certificación CE y normas de instalación de baja tensión. Para evitar accidentes se debe tener en cuenta las siguientes normas:
Trabajar a una distancia de 2 metros del robot.
Se debe vestir indumentaria de protección, especialmente, zapatos protectores y vestimenta ajustada al cuerpo. 13
F.M.S. ________________________________________________________________________
Se debe evitar el contacto con los motores porque alcanzan temperaturas altas durante el servicio y esto puede provocar quemaduras a la piel.
Revisar que el override (velocidad del programa que este en un valor bajo (el máximo es 100%), especialmente cuando cambia de una subrutina a otra.
Se debe iniciar un programa en T1 (velocidad reducida), después de haberlo probado cambiar a otro modo de servicio.
Para realizar trabajos de reempleo, ajuste, mantenimiento, reparación, conexión del módulo WAGO se debe colocar el interruptor general en la posición de desconectado.
La desconexión, de los cables de alimentación del circuito intermedio dura hasta 5 minutos.
Prestar atención a los textos y/o símbolos que se muestran en la ventana de mensajes.
SEGURIDAD DEL ROBOT
Un sistema robótico debe contar con las características de seguridad pertinentes. Las celdas de los sistemas de seguridad están constituidas por:
Valla de protección
Topes finales mecánicos o limitaciones de los campos de los ejes 1,2y 3.
Puerta de protección con contacto de la función de cierre.
Pulsadores de parada de emergencia en un panel externo
Pulsadores de parada de emergencia, interruptores de confirmación interruptores de llave para abrir el gestor de conexiones
Ilustración 11: Área de seguridad
14
F.M.S. ________________________________________________________________________ PROTECCIÓN DEL OPERARIO.
La entrada de protección del operario sirve para enclavar los dispositivos seccionadores de protección. En la entrada bi canal pueden conectarse dispositivos de protección tales como puertas de protección. Si a esta entrada no se conecta nada, no puede ejecutarse el modo de servicio automático. Para los modos de servicio de test Manual velocidad reducida (T1) y Manual velocidad alta (T2), la protección del operario no se encuentra activada. En caso de pérdida de señal durante el modo de servicio automático (ejemplo: se abrió la puerta de protección) el manipulador y los ejes adicionales se detienen con un STOP 1. Cuando la señal se encuentra nuevamente presente en la entrada, puede reanudarse el modo de servicio automático. CAMPOS Y ZONAS DE TRABAJO, PROTECCIÓN Y DE PELIGRO.- (GmbH, KR 5 arc HW, KR 5 arc HW-2, 2011)
Los campos de trabajo se deben reducir a la medida mínima posible necesaria. Un campo de trabajo debe protegerse con dispositivos de seguridad. 1. Campo de trabajo. El campo de trabajo es la zona en la que se puede mover el manipulador. El campo de trabajo se obtiene de la suma de los campos de cada uno de los ejes 2. Manipulador. La mecánica del robot o la instalación eléctrica pertinente 3. Carrera de detención. Carrera de detención = carrera de reacción + carrera de frenado La carrera de detención forma parte de la zona de peligro. 4. Zona de seguridad. La zona de seguridad se encuentra fuera de la zona de peligro.
15
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 12: Zonas de trabajo y seguridad
En la zona de protección deben hallarse los dispositivos de protección (ejemplo.- puerta de protección). En una parada el manipulador y los ejes adicionales (opcional) frenan y se detienen en la zona de peligro. La zona de peligro está compuesta por el campo de trabajo y las carreras de detención del manipulador y de los ejes adicionales (opcionales). PULSADOR DE HOMBRE MUERTO.
Los interruptores de confirmación del robot industrial se encuentran en el KCP. En la KCP se encuentran instalados 3 interruptores de confirmación. Los interruptores de confirmación tienen 3 posiciones:
No pulsado Posición intermedia Pulsado a fondo
En los modos de test, el manipulador sólo puede ser desplazado cuando el interruptor de confirmación se encuentra en la posición intermedia. Al soltar o pulsar completamente (posición de pánico) el interruptor de confirmación, los accionamientos se desconectan de inmediato y el manipulador se detiene con STOP 0.
Ilustración 13: pulsadores del hombre muerto
16
F.M.S. ________________________________________________________________________ DISPOSITIVOS DE SEGURIDAD EXTERNOS.
Los dispositivos de seguridad externos se encargan de impedir el acceso de personas a la zona de peligro del manipulador. Los dispositivos de seguridad seccionadores deben cumplir los siguientes requisitos:
Deben cumplir los requisitos de la norma EN 953.
Impiden el acceso de personas en la zona de peligro y no pueden salvarse fácilmente.
Están bien fijados y resisten las fuerzas mecánicas previsibles provenientes del servicio y del entorno.
No suponen ellos mismos ningún peligro por ellos mismos ni pueden causar ninguno.
Respetar la distancia mínima prescrita a la zona de peligro.
El número de puertas se limita al mínimo necesario.
Los enclavamientos (p. ej. los interruptores de las puertas) están unidos a la entrada de protección del usuario de la unidad de control del robot por medio de los dispositivos de conmutación de la puerta o de la SPS de seguridad.
Los dispositivos de conmutación, los interruptores y el tipo de circuito cumplen los requisitos de la categoría 3 de la norma EN 954-1.
En función del peligro, la puerta de seguridad además se debe asegurar con un cierre que sólo permita abrir la puerta cuando el manipulador esté parado por completo.
Accesorios Eje de desplazamiento adicional Con ayuda de este accesorio, una unidad lineal como eje de traslación adicional, basado en los tipos constructivos de la serie KL, puede desplazarse al robot con un movimiento de traslación, libremente programable. Alimentación de energías integrada en el eje 1 hasta el eje 3 Se dispone de distintas alime ntaciones de energía, por ej. Para la aplicación “Manipulación” , los correspondientes cables y conductores se encuentran instalados desde el panel de 17
F.M.S. ________________________________________________________________________ conectores en el interior de la base del robot, y a continuación contra la parte exterior de la columna giratoria y el brazo de oscilación, hasta un punto de conexión en el brazo.
Ilustración 14 Alimentación de energía A1 hasta A3, manipulación
Limitación del campo de trabajo. Los rangos de movimiento de los ejes 1 hasta 3 pueden ser delimitados con topes mecánicos adicionales, dependiendo de la aplicación, en pasos de 22,5°. Juego de ajuste KTL Para realizar el ajuste necesario del punto cero para todos los ejes, puede utilizarse un comparador electrónico perteneciente al juego de ajuste KTL.
Ilustración 15 Comparador electrónico montaje sobre A4,A5 y A6 del KR 16
18
F.M.S. ________________________________________________________________________ Medidor de la tensión mecánica de la correa para la muñeca central. Este aparato de medición con equipamiento electrónico con microcontrolador, permite en forma sencilla y segura, la determinación de la tensión en las correas dentadas por la medición de frecuencia.
Ilustración 16 . Medidor de la tensión mecánica de la correa para la muñeca central.
Dispositivo de liberación para los ejes del robot. Con este dispositivo, en caso de fallos, el robot puede ser desplazado de forma mecánica a través de los motores de accionamiento de los ejes principales. Sólo debe ser utilizado en casos de emergencia. Dispositivos Para La Manipulación Y Transporte De Materiales Grippers: Tabla 2 Pinzas de dos dedos
MÓDULOS DE SUJECIÓN NEUMÁTICAS Pinza de 2 Dedos Paralela
Pinza Miniatura Paralela MPG-Plus Se utiliza para la automatización del montaje de componentes de las pequeñas y medianas empresas, en entornos de escasa contaminación, como en el sector de montajes y los ensayos, en laboratorios o en el sector farmacéutico.
19
F.M.S. ________________________________________________________________________
Pinza para Componentes Pequeños KGG Es una pinza fina con guía T robusta. Aplicación universal en entornos limpios para piezas ligeras y de peso medio y margen amplio de elevación
Pinza Universal PGN- Plus Orientación de dientes múltiples robustos con altos momentos máximos posibles.
Pinza Universal JPG- Plus Pinza de la clase compacta con ranura en T orientación y la mejor relación costorendimiento.
Tabla 3 Pinzas de tres dedos
Pinza de 3 Dedos Céntrica Pinza para Piezas Pequeñas MPZ Para los componentes de las pequeñas y medianas empresas para la automatización del montaje
20
F.M.S. ________________________________________________________________________
Pinza de Sellado DPZ-plus IP67 Orientación de dientes múltiples robusto con alta momentos máximos.
Tabla 4 Accesorios varios
ACCESORIO
IMAGEN
DESCRIPCIÓN
APLICACIÓN Para aplicaciones
Par de agarre de 2 Nm a 295 Nm Radial Gripper PRG
con secuencias de movimiento
Ángulo de apertura 30 ° / 60 °/
extremadamente cortos
90
Sellado Gripper DRG IP67
Sujeción momentos de 8 a 143
mecánica
Nm
completamente
Ángulo de apertura 10 ° a
sellados
180 ° Cierres de vacío GSW-V
Para la carga y descarga automática de centros de la máquina
Unidad de Compensación Flexible GSW-BAGE
Compensación de tolerancias y posición Imprecisiones
21
F.M.S. ________________________________________________________________________
Módulo giratoria con Parallel Gripper GSM-P
módulo compacto La fuerza de sujeción de 25
para la
bis
automatización de
270 N
Inteligente Gripper EGP
Inteligente
Fuerza de amarre de hasta 140 N Carrera por dedo 3 mm a 6 mm Tamaños de 25 a 40 Fuerza de amarre de hasta 120 N Carrera por dedo hasta 55 mm
Gripper WSG 50
Inteligente Gripper EZN
Swivel Módulo de SFL
Swivel Head SRH-plus
Tamaño 50
montaje
Concepto de unidad eléctrica, la fuerza de agarre es ajustable en hasta cuatro pasos Electrónica están integrados en los dedos de la pinza, el uso de un sensor para la medición de la fuerza directa
Fuerza de agarre de 500 N y 800N
Capacidad de Pre-
Carrera por garra 6 mm a 10 mm
para reducir los
2 tamaños de 64 a 100
tiempos de ciclo
posicionamiento
Fuerza axial de 10 N y 50 N
Módulo compacto
Alto par de 0,1 Nm a 3,6 Nm
para tareas fáciles
3 tamaños de 25 bis 64 El par de 3 Nm a 69,9 Nm 7 TAMAÑOS de 20 a 60 estafadores Angulo De Giro de
giratorias hasta 180 ° Suministro de Medios de Comunicación Integrados y la POSIBILIDAD DE transmitir Señales Digitales
°
22
F.M.S. ________________________________________________________________________ Fuerza axial de 330 N a 3300 GFS Finger giratoria
Ejes lineales con accionamiento directo LDx
N El par de 0,64 Nm a 10 Nm 4 tamaños de 16 a 40 Seis tipos diferentes
Para aplicaciones altamente Golpes útiles de hasta 3.800 mm dinámicas con una Fuerza de impulsión hasta 1200 alta precisión de N Opcionalmente con sistema de medición de encoder absolut
Quick-Change
Manejo de peso 350 kg
Módulo NSR-A
Opciones eléctricas y neumáticas colector
160
Para girar las piezas de trabajo
repetición Diseño muy compacto para cargar muy cerca a la mesa de la máquina y en espacios confinados
POSICIONADORES DE UN EJE Unidad De Accionamiento Modular Sin Contracojinete Este paquete de posicionador comprende el paquete de eje adicional fabricado en técnica segura así como una unidad de accionamiento modular. Estos paquetes están disponibles en las 4 cargas útiles diversas 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1000 kg y 2000 kg. Los posicionadores pueden combinarse con cualquier robot KUKA. Junto al robot y a la unidad de control KR C4 solamente se necesitan los cables de motor y de resolver en la longitud deseada.
Ilustración 17: Unidad de accionamiento modular
Unidad De Accionamiento Modular Con Contracojinete 23
F.M.S. ________________________________________________________________________ Este paquete de posicionador comprende el paquete de eje adicional fabricado en técnica segura así como una unidad de accionamiento modular con contracojinete. Estes paquetes están disponibles en las 6 cargas útiles diversas 250 kg, 500 kg, 750 kg, 1000 kg, 2000 kg y 4000 kg. Los posicionadores pueden combinarse con cualquier robot KUKA. Junto al robot y a la unidad de control KR C4 solamente se necesitan los cables de motor y de resolver en la longitud deseada.
Ilustración 18 Unidad de accionamiento modular
Posicionador De Viraje Sin Contracojinete Posicionador monoeje que coloca las piezas de forma óptima para su mecanizado. Este posicionador está disponible para cargas de 250, 500, 750 y 1000 kg. El posicionador puede combinarse con cualquier robot KUKA que funcione con el sistema de control KR C4.
Ilustración 19 Posicionador de viraje
Posicionador De Viraje Con Contracojinete Posicionador monoeje que coloca las piezas de forma óptima para su mecanizado. Este posicionador está disponible para cargas de 250, 500, 750, 1000, 2000 y 4000 kg. El
24
F.M.S. ________________________________________________________________________ posicionador puede combinarse con cualquier robot KUKA que funcione con el sistema de control KR C
Ilustración 20 Posicionador de viraje con contracojinete
Mesa Giratoria Vertical PF1-V significa 'Sistemas Posiflex KUKA de un eje' de la familia de productos Mesa giratoria vertical.
Ilustración 21: Mesa giratoria vertical
Variantes
KPF1-V500 Variante 1: Mesa giratoria vertical con tubo, incl. Paquete de accionamiento, datos de la máquina y documentación, altura de carga 900 mm.
KPF1-V500 Variante 2: Mesa giratoria vertical con concha en T, incl. Paquete de accionamiento, datos de la máquina y documentación, altura de carga 800 mm.
KPF1-V500 Variante 3: Mesa giratoria vertical con concha en I, incl. Paquete de accionamiento, datos de la máquina y documentación, altura de carga 600 mm.
25
F.M.S. ________________________________________________________________________
POSICIONADOR DE DOS EJES Dreh - Kipp – Positionierer (Posicionador De Giro Y Vuelco) Este paquete del posicionador comprende el paquete de eje adicional fabricado en técnica segura y el armario suplementario necesario así como un posicionador de giro y vuelco. El posicionador puede combinarse con cualquier robot KUKA. Junto al robot y a la unidad de control KR C2 solamente se necesitan los cables de motor y de resolver en la longitud deseada.
Ilustración 22 Posicionador de giro y vuelco
POSICIONADOR DE TRES EJES Posicionador Giratorio Doble Vertical Este posicionador con tres ejes adicionales ofrece dos estaciones de trabajo para las piezas, garantizando así la producción continuada. Mientras que en un lado el operario retira las piezas y coloca nuevas, en la otra estación el robot puede ocuparse simultáneamente de su mecanizado. La distancia máxima entre platos es de 3.000 mm, el radio de útil máximo es de 1.000 mm. Estos modelos están disponibles para las cuatro clases de carga: 250 kg, 500 kg, 750 kg y 1000 kg. El posicionador puede combinarse con cualquier robot KUKA que funcione con el sistema de control KR C4
26
F.M.S. ________________________________________________________________________ Posicionador Giratorio Doble Horizontal Este paquete del posicionador comprende el paquete de eje adicional fabricado en técnica segura, el armario suplementario necesario, un posicionador giratorio doble horizontal así como los cables de motor y de resolver necesarios. La distancia entre platos máx. es de 4500 mm, el radio de útil máx. es de 800 mm. Estes paquetes están disponibles en las 4 cargas útiles diversas 250 kg, 500 kg, 750 kg y 1000 kg. El posicionador puede combinarse con cualquier robot KUKA
Ilustración 23 Posicionador giratorio doble horizontal
DESARROLLO Partes del sistema de manipulador de manipulador Robotizado KUKA KR5 ARC a) Reconocer todas las partes principales que conforman el sistema de manipulación. 1 - Manipulador 2 - Cables de conexión 3 - Unidad central de control. 4 - Unidad de control de programación.
Ilustración 24. Partes del sistema.
27
F.M.S. ________________________________________________________________________ 3.- Unidad central de control
Ilustración 25. Unidad central de control.
4.- Unidad de control de programación KCP.
Ilustración 26. KCP.
b) Identificar las partes de cada componente del sistema.
Manipulador Numero
Nombre
1
Muñeca central
2
Brazo
3
Brazo oscilante
4
Columna giratoria
5
Base del robot
6
Cables de conexión
28
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 27. Partes de brazo.
Accionamiento de los ejes de la muñeca Numero
Nombre
1
Unidad de accionamiento A5
2
Unidad de accionamiento A6
3
Unidad de accionamiento A4
4
Brazo
5
Eje
Ilustración 28. Unidades de accionamiento.
Accionamiento ejes principales. Parte exterior 29
F.M.S. ________________________________________________________________________ Numero
Nombre
1
Accionamiento principal eje A1
2
Accionamiento principal eje A2
3
Unidad de accionamiento A3
Ilustración 29. Ejes principales.
Ilustración 30. A3
Unidad central de control Numero
Nombre
1
Interruptor principal
2
Armario
3
Cerradura del armario
4
Puerta del armario.
5
Pantalla
30
F.M.S. ________________________________________________________________________
Parte interior Numero
Nombre
1
Sección de potencia.
2
Drivers
3
Panel de conexión
4
Pc de control
5
Entradas y salidas
6
Baterías
7
Mainboard
8
Espacio de montaje
31
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 31.Unidad central de conexión.
Ilustración 32. Unidad central de conexión.
32
F.M.S. ________________________________________________________________________
Puertos del CPU
KCP unidad de control de programación. Numero
Nombre
1
Parte frontal
2
Parte posterior
3
Hombre muerto.
4
Start
5
Palca de características
6
Space mouse
Parte frontal.
Ilustración 33. KCP parte frontal.
33
F.M.S. ________________________________________________________________________ Partes posterior
Ilustración 34. KCP parte posterior.
KUKA KR5 Tabla 5 Características básicas del robot KUKA KR5
Modelo
KR 5 sixx R650 KR5 sixx R850
Cantidad de ejes
6
Volumen del trabajo de campo
KR 5 sixx R650 1,0 KR5 sixx R850 2,3
Repetibilidad
KR 5 sixx R650 ±0,02 KR5 sixx R850 ±0,03
Punto de referencia del espacio de Punto de intersección de los ejes 4 y 5. trabajo. Peso
KR 5 sixx R650 aprox. 28Kg KR5 sixx R850 aprox. 29Kg
Cargas dinámicas principales
Ver cargas sobre el fundamento
Tipo de protección del robot
IP 40, listo para el servicio, con cables de unión conectados (según EN 60529)
Tipo de protección de la muñeca central IP 65 Nivel de ruido
<75 dB (A) fuera del campo de trabajo
Posición de montaje
Piso y techo
Superficie, pintura
Material sintético blanco, pintura blanca, base del robot negra. 34
F.M.S. ________________________________________________________________________
Tabla 6 Cargas por oscilación
Servicio
No se permite una carga con oscilación permanente por corto tiempo, una sola vez 0,5g.
Almacenamiento
y No se permite una carga con oscilación permanente por
transporte
corto tiempo, una sola vez 3g.
Tabla 7 Temperatura ambiental
Servicio
0°C hasta +40°C (273K hasta 313K) Humedad relativa ambiental ≤ % No se permite la formación de agua por condensación.
Almacenamiento
y -10°C hasta +60°C (273K hasta 333K)
transporte
Humedad relativa ambiental ≤ 75% No se permite la formación de agua por condensación .
Tabla 8 Cables de unión
Denominación
de
los Denominación
del Unidad de control del
cables
conector
robot
Cable de motor/datos
X20-CN22
Conector Harting - Conector redondo.
Cable de E/S de la muñeca X32-CN20
Conector Sub-D – Conector redondo.
Cable de puesta a tierra
PE
Terminal para cables M5 ambos lados.
Consideraciones ambientales
Libre de polvos inflamables, gases y líquidos.
Libre de gases y líquidos agresivos y corrosivos.
Libre de piezas y partes que puedan volar en el espacio de trabajo.
Libre de salpicaduras por líquidos.
Libre de cargas electromagnéticas por ejemplo: equipos de soldadura o convertidores de frecuencia. 35
F.M.S. ________________________________________________________________________ Direcciones de los ejes
Ilustración 35 Ejes de un brazo robótico
Los ejes A1, A2 y A3 son los ejes principales, mientras que el eje A4 es el eje de desviación, A5 es el eje de elevación y A6 es el eje de rotación. Tabla 9 Datos de los ejes
Eje 1
Rango de desplazamiento Velocidad
con
limitado por software
nominal 5Kg
+/- 170°
375 °/s en el R650
carga
250 °/s en el R850 2
+45° hasta -190°
300 °/s en el R650 250 °/s en el R850
3
+165° hasta -119°
375 °/s en el R650 270°/s en el R850
4
+/- 190°
410 °/s
5
+/- 120°
410 °/s
6
+/- 358°
660 °/s
36
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 36 Dimensiones del KUKA KR5
Ilustración 37 Ángulos de trabajo del KUKA KR5
37
F.M.S. ________________________________________________________________________ Tabla 10 Cargas
Robots
KR 5sixx
Muñeca central
MC 5
Carga nominal
5 kg
Distancia al centro de gravedad de la carga
80 mm
Distancia al centro de gravedad de la carga
0 mm
Distancia al centro de gravedad de la carga
150 mm
Carga máx. total
5 kg
Centro de gravedad de la carga P El centro de gravedad para todas las cargas está referido a la distancia a la brida de acople sobre el eje 6. Las distancias nominales deben consultarse en el diagrama de cargas. Tetra pack / Botellas
Ilustración 38 Carga útil en el robot
1. Sistema de coordenadas FLANGE. 2. Centro de gravedad de la carga. 3. Robot 38
F.M.S. ________________________________________________________________________ 4. Distancias , , del centro de gravedad de carga.
Diagrama de cargas La inercia de masa permitida en el punto de aplicación ( , , ) es de 0,045 kgm².
Ilustración 39 Diagrama de cargas útiles
Cargas sobre el fundamento
Los momentos y las fuerzas indicadas contienen ya la carga y la fuerza de masa (peso) del robot.
Ilustración 40 Cargas sobre el fundamento
39
F.M.S. ________________________________________________________________________ Tabla 11 Fuerza, momento y masa
Tipo de carga
Fuerza/Momento/Masa
= Fuerza vertical = Fuerza horizontal
= 1000 ℎ = 1050 en R650 ℎ = 850 en R850
= Momento de vuelco
= 1000 en el R650 = 1100 en el R850
= Momento
de giro
= 1100
Masa total para las cargas sobre el fundamento 33 kg en el R650 34 kg en el R850 Robot
28 kg en el R650 29 kg en el R850
Carga total (carga adicional + carga útil 5 kg nominal)
Ilustración 41 Ángulos Pared-Piso
SEGURIDADES DEL ROBOT KUKA EN LA UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS
Trabajar fuera de la zona de seguridad del robot.
Ilustración 42: Zona de seguridad.
40
F.M.S. ________________________________________________________________________
Se debe evitar el contacto con los motores porque alcanzan temperaturas altas durante el servicio y esto puede provocar quemaduras a la piel.
Ilustración 43: Motores
Prestar atención a los textos y/o símbolos que se muestran en la ventana o pared del laboratorio.
Ilustración 44: Simbología reglamentarias
Marcas y señales preventivas que no se deben retirar del robot KUKA.
Ilustración 45: Simbología de prevención
41
F.M.S. ________________________________________________________________________
Valla de protección
Ilustración 46: Valla de seguridad
Puerta de protección con contacto de la función de cierre.
Ilustración 47: puerta de seguridad
Pulsadores de parada de emergencia en un panel externo
Ilustración 48: Paro de emergencia externo
42
F.M.S. ________________________________________________________________________
Pulsadores de parada de emergencia, interruptores de confirmación interruptores de llave para abrir el gestor de conexiones
Ilustración 49: Pulsadores de emergencia del KCP
Los campos de trabajo se deben reducir a la medida mínima posible necesaria. Un campo de trabajo debe protegerse con dispositivos de seguridad.
Ilustración 50: Zonas de seguridad robot KUKA
Los interruptores de confirmación del robot industrial se encuentran en el KCP. En la KCP se encuentran instalados 3 interruptores de confirmación. Los interruptores de confirmación tienen 3 posiciones:
No pulsado Posición intermedia Pulsado a fondo
43
F.M.S. ________________________________________________________________________
Ilustración 51: pulsadores del hombre muerto
Accesorios Herramientas de cambio para robot kuka KR16 Cabezal fresador
Ilustración 52 Cabezal fresador Tabla 12 Datos técnicos cabezal fresador
Descripciones tecnicas Cojinetes de bola de acero (piezas)
2
Tiempo de la vida del lubricado
Mantenimiento libre
Potencia nominal
4.1 Kw
Voltaje
200V
Corriente
7A
Frecuencia
500 Hz
Polos del motor
1
Velocidad nominal del rotor
300000min
Protección del motor
PTC
Motor
AC motor
Diámetro de la carcaza
100 mm 44
F.M.S. ________________________________________________________________________ Ranuras en T
DIN 650-8
Sistema de refrigeración
Aire frio
Sellado de aire
Si
Cambio de herramienta
Manual
Sujeción hasta
10 mm
Pinzas de dos dedos
Ilustración 53 Pinza de dos dedos Tabla 13 datos técnicos de pinza de dos dedos
Datos técnicos Carrera por garra
30 mm
Fuerza de cierre
630 N
Fuerza de apertura
570 N
Fuerza de agarre mínima por resorte
40 N
Peso propio
2.65 Kg
Peso recomendado de la pieza
3.15 Kg
Consumo de fluido por carrera doble
95 cm3
Presión nominal
6 bar
Presión mínima
2 bar
Presión máxima
8 bar
45
F.M.S. ________________________________________________________________________ Tiempo de cierre
0.3 seg
Tiempo de apertura
0.3 seg
Tiempo de cierre / apertura solo con
0.4 seg
resorte Longitud máxima admisible de las
150 mm
garras Mas máxima admisible por la garra
2 Kg
Grado de estanqueidad
41
Temperatura ambiente mínima
-10 °c
Temperatura ambiente máxima
90°c
Repetibilidad
0.05 mm
Pinza Ventosa GSW-V Ideal para manejar relativamente componentes planos.
Ilustración 54 Pinza ventosa GSW-V Tabla 14 Datos técnicos de pinza ventosa GSW-V
Datos técnicos Peso
0.28 Kg
Peso recomendado de la pieza
4.9 Kg
Tiempo de evacuación
1.2 seg
Tiempo para sofocar
0.7 seg
Fuerza de succion
980 N
Temperatura ambiente min/max
-10/90 °C
Max velocidad admisible
20 1/min
Presión nominal de funcionamiento
6 bar 46
F.M.S. ________________________________________________________________________ Presión nominal de aire comprimido
300 l/min
Caudal nominal de aire comprimido
4/8 bar
Presión operacional de aire comprimido
220 l/min
min/max Min caudal de aire comprimido
40 bar
Refrigerante nominal de
25 l/min
funcionamiento Caudal nominal de refrigerante
20/60 bar
Refrigerante de servicio min/max
-0.8 bar
Nivel de presión de ruido
90 DB
ANÁLISIS DE RESULTADOS
El brazo robótico KUKA KR5, tiene la libertad de moverse en sus 6 ejes disponibles, los cuales son accionados por los diferentes servo motores ubicados el en manipulador. Debido a que tiene 6 ejes la libertad de movimiento es muy amplia.
El KCP es nuestro controlador de programación, la función es la misma que la de un control remoto, con este elemento podemos enviar las señales a unidad central de control para realizar el proceso que se desee.
La unidad de control del sistema de manipulación, el cerebro de del brazo robótico, ya que es en donde están ubicada la tarjeta madre que es a encargada de procesar la información para realizar un determinado proceso con el manipulador.
El conocimiento de los parámetros máximos y mínimos en cuanto a las capacidades del brazo robótico KUKA evitará que se sobrepase los límites máximos permisibles al momento de realizar un trabajo con el mismo. Sin embargo, no hay que trabajar al máximo de los valores permitidos por el fabricante, pues se está reduciendo la vida útil del brazo robótico.
Cuando se quiere hacer una adecuación en el piso o en el techo, se debe tomar en cuenta la relación de ángulos que se debe cumplir entre estos dos parámetros; entonces de manera general, cuando se requiera hacer una acción o modificación de la máquina resulta de vital importancia analizar las tablas, curvas o gráficas que se presenta en el manual de la máquina
47
F.M.S. ________________________________________________________________________
Existen diferentes aplicaciones, actividades u operaciones que se pueden realizar con los brazos robóticos con los diferentes accesorios como por ejemplo en la industria agroalimentaria como las que se presentan a continuación.
Ilustración 55: Tetra pack / Botellas
Ilustración 56: Manipulación de cajas vacías llenas de verduras
Ilustración 58: Carga de horno de croissan Ilustración 57: Manipulación de barriles de cerveza
CONCLUSIONES
El manipulador KUKA está diseñado y construido en base a un brazo humano, y sus partes son similares a las partes que conforman el brazo humano.
Todas las partes del sistema de manipulación del brazo robótico están conectadas por medio de cable de unión.
En el diagrama de cargas útiles se tiene una curva característica de carga corresponde a la carga máxima admisible, mediante la cual se debe controlar siempre ambos valores (carga y momento de inercia de masa). Exceder esta capacidad de carga reduce la vida útil del robot, sobrecarga los motores y 48
F.M.S. ________________________________________________________________________ engranajes y para una mayor seguridad, es necesario una consulta con el fabricante.
Los valores permisibles determinados por el fabricante son necesarios para la planificación de la aplicación del robot o el área de trabajo en la cual se desenvolverá, entonces para la puesta en servicio del robot se debe, estar de acuerdo con las instrucciones de servicio y de programación del KUKA System Software y efectuar declaraciones adicionales de datos de ser el caso.
El desarrollo de esta práctica nos doto con partes teóricas sobre las mejores acciones que se deben realizar para utilizar el robot KUKA minimizando lo más posible los riesgos de trabajo.
Se identificó los distintos campos y zonas de seguridad y además las principales seguridades brazo robótico KUKA.
Los brazos robóticos KUKA son muy versátiles permitiendo una gran cantidad de movimientos lo cual le brinda estos robots un gran campo de aplicación en la industria.
El tipo de accesorio depende de las dimensiones de la pieza a trabajar y de la aplicación a la cual estará sometida.
Existen una gran variedad de pinzas, las cuales nos permiten una variedad de aplicaciones
Ciertas pinzas poseen la ventaja de protegerse ante elementos de manipulación que se encuentren sucios o en mal estado.
RECOMENDACIONES
Es indispensable conocer las partes que conforman el sistema de manipulación robot, para poder manipular el mismo.
Se debe predeterminar las necesidades o requerimiento a cumplir antes de la selección de un tipo de brazo robótico, y designar sus valores de trabajo normal al 70%, para evitar sobre-esfuerzos de la máquina y permitir un mejor rendimiento.
Al momento de trabajar con el robot KUKA se debe mantener la puerta de la valla de seguridad perfectamente cerrada o a su vez ubicarse en la zona de seguridad utilizando equipo vestimentas de seguridad sugeridos.
49
