Robot cartesiano con 3 grados de libertad

Tecnológico Tecnológi co de Estudios Superiores de Ecatepec TESE

Seminario de Mecatronica Robot cartesia cartesiano no

TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ECATEPEC EC ATEPEC

INGENIERÍA MECATRONICA.

MATERIA y

SEMINARIO DE MECATRONICA

ALUMNO

y

y

Martínez Cano Luis Alberto

y

Ronquillo Ocegueda Felipe

Zúñiga Basurto Manuel Salvador

GRUPO y

9851

PROFESOR y

Martin Salazar Pereyra

ROBOT CARTESIANO

1

Tecnológico Tecnológi co de Estudios Superiores de Ecatepec TESE

Seminario de Mecatronica Robot cartesia cartesiano no

INDICE

Desarrollo histórico.

4

Conceptos y definiciones.

5

Morfología del robot.

6

Modelo cinemático directo de los manipuladores.

11

Modelo cinemático inverso del robot

12

Robot cartesiano.

13

y

bjetivos. O bjetivos.

13

y

rados G rados

14

y

Determinación de grados de libertad.

14

y

so de U so

15

de libertad.

Motorreductores

Aplicación en la industria.

16

Características del diseño.

18

y

Diseño mecánico.

19

Diseño electrónico.

21

y

icaxe P icaxe

21

y

L293D

22

y

Diagrama del circuito de control.

22

18x

2

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec TESE

Seminario de Mecatronica Robot cartesiano

Fotos del robot cartesiano.

23

P rogramación.

24

y

Memoria de programación.

24

y

Interface computadora P icaxe.

25

y

Ejemplo de programación.

26

Conclusión.

27

Bibliografía.

28

3



DESARR OLLO HISTÓRIC O . La palabra robot se introdujo en la l eng ua ing le sa en 1921 c on el drama R.U.R. d e K ar el (R ossum

Univer sal R obot s). En est e trabajo, los robot s son máquinas que se aseme jan c on los ser es humanos, pero que trabajan sin d esc anso. Inici alment e, los robot s se f abr ic aron c omo ayuda s para sust it ui r a los o perar io s humanos, pero post er io rment e los robot s se v uel ven c ontra sus c re a r esponsabl e d e ador es, ani qui lando a toda raza humana. La obra d e C a pek es en g ran med id d e los robot s en nuestros t iem pos al g unas d e las c re enci as po pular es mant eni das acer ca inc luy endo la per fección d e los robot s c omo máquinas humanoi de s dotada s d e int el igenci a y per sonal id ad es ind ivi dual es. Esta i magen se r ef orz ó aún más c on la pelí cu la al emana d e robot s Metr ópol is, d e 1926 , c on e l robot andador eléc tr ic o y su perro "spar k o" , r epr esentada en 1939 en mund ia l d e N uev a Y or k , y más r ecient ement e por el robot C3PO, protag onista en la la fer ia pelí cu la d e 1927 , " La g uerra d e las g alax ia s". Ciertament e los robot s industr ia l es mod er nos par ecen pr im i t iv os c uando se c om paran c on las e x pec tat iv as c re s d e adas por los med io c omunic ación durant e las pasadas déc adas. eros trabajos que c onduj eron a los robot s in dustr ia l es d e hoy día se r emontan al per io do Los p r im tament e a la seg unda g uerra mund ia l . Durant e los años final es d e la déc ada d e que sig uió inmed ia nne N at io nal los c uar enta, c omenzaron prog ramas d e invest ig ación en O ak Ri dg e y Ar go Laborator ies para d esarrollar manipulador es mec ánic os c ontrolados d e f orma r emota para

l es rad ia c t iv os. Estos sist emas eran d el t ipo " maestro-esc lav o" , d iseñados para mane jar mat er ia ados por un o perar io humano. E l r eproduci r finalment e los movi mientos d e la mano y brazos r eal iz a trav és d e una sec uenci a d e movi mientos, manipulador maestro era g ui ado por el usuar io mientras que el manipulador esc lav o du pl ic aba a la uni dad maestra tan fi d ed ignament e tal y c omo

rment e se añad ió la r eal im entación d e f uerza ac o plando mec ánic ament e el l e era posi bl e. P ost er io movi miento d e las uni dad es maestro-esc lav o d e f orma que el o perador podía sent ir las f uerzas

dos d e los cinc uentas, el que se d esarrollaban entr e el manipulador esc lav o y su entor no. A med ia ac o plo mec ánic o se sust it uyo por sist emas eléc tr ic os e hi drául ic os.

E l trabajo sobr e manipulador es maestro-esc lav o f ue seg ui do rá pi dament e por sist emas más sofist ic ados c a paces d e o peraci ones r epet it iv as aut ónomas. A med ia dos d e los años cinc uenta, Geor ge C. Dev ol d esarroll ó un d isposi t iv o d e transfer enci a art ic ulada, un manipulador c uya o peración podía ser prog ramada y que podía seg ui r una sec uenci a d e pasos y movi mientos

r es d esarrollos d e est e c oncepto d e d et erminados por las instrucci ones en e l prog rama. P ost er io

4



Dev ol y J oseph F. Enge lber ger c ondujo al pr im er robot industr ia l, introduci do por Uni mat io n Inc. en 1959. Aunque los robot s prog ramados of re c ían una herramienta d e f abr ic ación nuev a y pot ent e, aun podía me jorar se med ia nt e el uso d e una r eal im entación sensor ia l . Al c omienzo d e los años sesenta, H. A. E rn st ?1962A publ icó el d esarrollo d e una mano mec ánic a c ontrolada por c om putador c on sensor es tác t il e s. E l sist ema manipulat iv o c onsistía en un ertad, c ontrolado por una c om putadora TX -O. Est e manipulador AN L, mod elo 8 c on 6 g rados d e l ib prog rama d e invest ig ación post er io rment e ev oluci onó añad ié ndol e una c ámara d e t el evisión para c omenzar la invest ig ación sobr e la per cepción d e la máquina. A final es d e los set enta McC art hy y sus c ol eg as en el S tanf ord Art ifici al Int ell igence Laboratory publ ic aron el d esarrollo d e una c om putadora c on manos, ojos y oídos (es d eci r, manipulador es, c ámaras d e TV y mic ró f onos). Demostraron un sist ema que r ec onoc ía mensaj es h ablado s, "veía" ui dos s obr e una mesa y los manipulaba d e ac uerdo c on instrucci ones. Durant e los bloques d istr ib años set enta se centro un g ran esf uerzo d e invest ig ación sobr e el uso d e sensor es e xt er nos para

f aci li t ar las o peraci ones manipulat iv as. En S tanf ord, Boll es y P aul ?1973A ut il i z ando r eal im entación tanto visual c omo d e f uerza, d emostraron que un brazo S tanf ord c ontrolado por c om putadora

efec tuaba

el

montaj e

d e

bombas

d e

ag ua

d e

automóvi le s.

H oy en día se ve la robót ic a c omo un trabajo mucho más am pl io , que trata t emas ad emás d e la invest ig ación y el d esarrollo d e una ser ie d e ár eas in t erd iscipl inar ia s, c on la cinemát ic a, d inámic a, planific ación d e sist emas, c ontrol, sensor es, l eng uaj es d e prog ramación e int el igenci a d e máquina.

C O NCE PT OS Y DEFINICI O NES. ROBOT. La d efinición técnic a ado ptada por el Inst it uto N ort eamer ic ano d e R obót ic a y aceptada int er naci onalment e es la sig uient e: "Un robot es un manipulador mult if unci onal r eprog ramabl e, l es, piezas, herramientas o d isposi t iv os especi al es med ia nt e d iseñado para mover mat er ia bl es que pe rmi te ar d iver sas tar eas". S uel en t ener f orma movi mientos p rog ramados y v ar ia n r eal iz poran e l ementos d e s uj eción o herramientas. Real iz an d e brazo art ic ulado, en c uyo e xtr emo inc or s d e automoción, f abr ic ación mec ánic a o el ec tr ónic a, en las que se tar eas r epet it iv as en industr ia em pl ean para montar y mover piezas o c om ponent es, ajustarlos, soldar, pintar, et cé t era.

5



Una vez c om pr end id o el c oncepto d e robot pod emos av anzar haci a la d efinición d e la cienci a que estud ia est e t ipo d e d isposi t iv os, la c ual se d enomina "R obót ic a" y ha ev oluci onado rá pi dament e en estos últ im os años. P odríamos a prox im ar nos a una d efinición d e R obót ic a c omo: E l d iseño, f abr ic ación y ut il i z ación d e máquinas automát ic as prog ramabl es c on el fin d e r eal iz ar tar eas r epet it iv as c omo el ensambl e d e automóvi le s, a paratos, et c. y otras ac t ivi dad es.

Básic ament e, la robót ic a se oc u pa d e todo lo c oncer nient e a los robot s, lo c ual inc luy e e l c ontrol d e motor es, mec anismos automát ic os neumát ic os, sensor es, sist emas d e cóm putos, et c.

M O RF OLOGÍ A DE L R O BO T. Las c arac te rí st ic as básic as d e la estruc tura d e los robot s están f ormada s por los t ipos d e

l es. Los robot s art ic ulaci ones y c onfig uraci ones c lásic as d e brazos d e robot s industr ia manipulador es son esenci alment e, brazos art ic ulados. De f orma más pr ecisa, un manipulador

industr ia l c onvenci onal es una c ad ena cinemát ic a abierta f ormada por un c on junto d e eslabones o el ementos d e la c ad ena int err elaci onados med ia nt e art ic ulaci ones o par es cinemát ic as c omo lo esquemat iz a la fig ura 2. Las art ic ulaci ones permi t en el movi miento r elat iv o entr e los sucesiv os eslabones.

Fig. 2 C ad ena cinemát ic a abierta.

Tipos d e art ic ulaci ones. E x ist en d ifer ent es t ipos d e art ic ulaci ones. Las más ut il i z adas en robót ic a son las que se in d ic an en la fig ura 3.

6



Fig. 3 Tipos d e art ic ulaci ones robót ic as.

ertad c onsist ent e en una rotación alr ed edor La art ic ulación d e rotación suministra un g rado d e l ib d el e j e d e la art ic ulación. Está art ic ulación es, c on d ifer enci a, la más em pl eada.

7



En la art ic ulación pr ismát ic a el g rado d e l ib ertad c onsist e en una traslación a lo lar go d el e j e d e la art ic ulación.

En la art ic ulación ci lí ndr ic a e x ist en dos g rados d e l ib ertad : una rotación y una traslación. ada por el movi miento d e d esplazamiento en un plano, La art ic ulación planar está c arac te r iz e x ist iendo por lo tanto, dos g rados d e l ib ertad . P or últ im o, la art ic ulación esf ér ic a c ombina tr es gi ros en tr es d ir e pend ic ular es en el cci ones per espaci o. ertad son el número d e parámetros ind epend ient es que fi jan la si tuación d el Los g rados d e l ib ór g ano t erminal . E l número d e g rados d e l ib ertad suel e c oinci d ir c on el número d e eslabones d e la c ad ena cinemát ic a. Estruc turas básic as. pic a d e un manipulador c onsist e en un brazo c om puesto por el ementos c on La estruc tura tí o enlace se c oloc a un ór ga no t erminal o efec tor final tal c omo art ic ulaci ones entr e ellos. En e l últ im ar o peraci ones. una pinza o un d isposi t iv o especi al para r eal iz Se c onsi de er lug ar, las estruc turas más ut il i z adas c omo brazo d e un robot ran, en pr im manipulador . Estas estruc turas t ienen d ifer ent es pro piedad es en c uanto a espaci o d e trabajo y

ad a posici ones d et erminadas. En la fig ura 4 se muestran c uatro c onfig uraci ones accesi bi li d básic as.

8



Fig. 4 Es truc turas básic as d e manipulador es.

9



E l espaci o d e trabajo es el c on junto d e puntos en los que pued e si tuar se el efec tor final d el manipulador . C orr espond e al v olumen encerrado por las s u per ficies que d et erminan los p untos a

a y totalment e pl eg ada. los que acced e el manipulador c on su estruc tura totalment e e xt end id P or otra part e, todos los puntos d el espaci o d e trabajo no t ienen la misma accesi bi li d ad . Los puntos d e accesi bi li d ad mí ni ma son los que las s u per ficies que d el im i tan e l espaci o d e trabajo ya que a ellos solo pued e ll eg ar se c on una únic a or ientación.

Configuración cartesiana. La c onfig uración t iene tr es art ic ulaci ones pr ismát ic as (3D o estruc tura PPP). Esta

c onfig uración es bastant e usual en estruc turas in dustr ia l es, tal es c omo pórt ic os, em pl eadas p ara el transport e d e c ar ga s v oluminosas. La especific ación d e posición d e un punto se efec túa nt e las c oord enadas c art esi anas med ia

 x y z . ,

,

bl es Los v alor es que d eben tomar las v ar ia

art ic ular es c orr espond en d ir e c tament e a las c oord enadas que toma el e xtr emo d el brazo. Esta

c onfig uración no r esulta ad ec uada para acced er a puntos si tuados en espaci os r elat iv ament e cerrados y su v olumen d e trabajo es pequeño c uando se c om para c on el que pued e obt ener se c on otras c onfig uraci ones.

Configuración cilíndrica. Esta c onfig uración t iene dos art ic ulaci ones pr ismát ic as y una d e rotación (2D, 1G). La pr im era art ic ulación es normalment e d e rotación (estruc tura RPP). La posición se especific a d e f orma

natural en c oord enadas ci lí ndr ic as. Esta c onfig uración pued es ser d e int erés en una c élula f le l e, x ib c on el robot si tuado en el centro d e la c élula si rv iendo a d iver sas máquinas lment e a su alr ed edor . E l v olumen d e trabajo d e esta estruc tura rad ia

d ispuestas

RPP ( o d e la PRP),

su poniendo un rad io d e gi ro d e 360 g rados y un rang o d e d esplazamiento d e L, es el d e un toro d e sección c uadrada d e rad io int er io r L y rad io e xt er io r 2 L. Se d emuestra que el v olumen r esultant e 3

es: 3T L .

Configuración polar o esférica. Está c onfig uración se c arac t er iz a por dos art ic ulaci ones d e rotación y una pr ismát ic a (2G, 1D o estruc tura RRP). En est e c aso las v ar ia bl es art ic ular es e x pr esan la posición d el e xtr emo d el t er cer enlace en c oord enadas polar es.

10



En un manipulador c on tr es enlaces d e longi tud L, el v olumen d e trabajo d e esta estruc tura, su poniendo un rad io d e gi ro d e 360 g rados y un rang o d e d esplazamiento d e L, es e l que e x ist e entr e una esfera d e rad io

2 L y otra c onc éntr ic a d e rad io L. P or c onsig uient e el v olumen es

28 / 3 L . T

3

Configuración angular. Esta c onfig uración es una estruc tura c on tr es art ic ulaci ones d e rotación (3G o RRR). La posición d el e xtr emo final se especific a d e f orma natural en c oord enadas ang ular es. La estruc tura t iene un me jor acceso a espaci os cerrados y es f áci l d esd e el punto d e vista

c onstruc t iv o. Es muy em pl eada en robot s manipulador es industr ia l es, especi alment e en tar eas d e ad . La c onfig uración ang ular es la más ut il i z ada en manipulación que t eng an una cierta c om pl e j id educ ación y ac t ivi dad es d e invest ig ación y d esarrollo. En es ta estruc tura es p osi bl e c onseg ui r un g ran v olumen d e trabajo. Si la longi tud d e sus tr es enlaces es d e L, su poniendo un rad io d e gi ro 2 L, es d eci r 32 / 3T L . d e 360 g rados, el v olumen d e trabajo sería el d e una esfera d e rad io 3

Configuración SCARA. Esta c onfig uración está especi alment e d iseñada para r eal iz ar tar eas d e montaj e en un plano. Está c onst it ui da por dos art ic ulaci ones d e rotación c on r espec to a dos e j es paral elos, y una d e o per pend ic ular al plano. E l v olumen d e trabajo d e est e robot, d esplazamiento en sent id su poniendo

seg mentos d e longi tud L, un rad io d e gi ro d e 360 g rados y un rang o d e 3

d esplazamiento d e L es d e 4T L .

P ara ll ev ar a c abo los c ál cu los y d e es ta f orma aseg urar su c orr ec to f unci onamiento d el robot en c uanto a la cinemát ic a y d inámic a se r efier e, se toma en c onsi de ración la sig uient e t eoría que t iene por obj eto c re ar las bases d e un mod elo mat emát ic o d el sist ema.

M O DE LO CINEMÁTIC O DIRECT O DE LO S MANI PUL ADO RES. La cinemát ic a es la cienci a d el movi miento que trata a ést e sin i m portarl e las f uerzas que lo

c ausan. Dentro d e la cinemát ic a se estud ia la posición , la veloci dad, acel eración y todas las bl es d e posición d e mayor ord en c on r espec to al t iem po o c ualquier otra d er iv adas d e las v ar ia v ar ia bl e. E l estud io d e la cinemát ic a d e los manipulador es se r efier e a todas las pro piedad es geométr ic as y basadas en el t iem po d el movi miento. 11



nt e art ic ulaci ones que Los robot s c onsist en en un c on junto d e eslabones c onec tados med ia permi t en e l movi miento r elat iv o entr e los eslabones vecinos. E l número d e g rados d e l ib ertad que bl es d e posición un robot posee es e l número d e v ar ia

ind epend ient es que d eberían ser

especific adas para loc al iz ar todas las part es d el mec anismo. En el c aso d e los robot s industr ia l es el número d e g rados d e l ib ertad suel e equiv al er al número d e art ic ulaci ones siem pr e y c uando c ada art ic ulación t eng a un solo g rado d e l ib ertad . Al final d e la c ad ena d e es labones d el robot se enc uentra el ór ga no t erminal . Depend iendo d e la a pl ic ación d el robot, el ór ga no t erminal pued e ser una pinza, un soldador, un el ec troi mán o un g ri pper c omo en est e c aso. Gene ralment e se d esc ri b e la posición d el robot dando una d esc ri pción d el mar c o d e la herramienta, la c ual esta uni da al ór ga no t erminal, r elat iv o al mar c o d e la base, el c ual está a su vez uni do a la base fi ja d el robot . E l mod elo cinemát ic o d ir e lar la posición y or ientación c to es el probl ema geométr ic o que c al cu d el efec tor final d el robot . Dados una ser ie d e áng ulos entr e las art ic ulaci ones, el probl ema

cinemát ic a d ir e d e r efer enci a d el efec tor final c on c to c al c ula la posición y or ientación d el mar co d e la base. r espec to al mar co

M O DE LO CINEMÁTIC O INVERS O DE L R OB O T. Dada la posición y or ientación d el efec tor final d el robot, el probl ema cinemát ic o inver so c onsist e en c al cu lar todos los posi bl es c on juntos d e áng ulos entr e las art ic ulaci ones que podrían usar se para obt ener la posición y or ientación d eseada. E l probl ema cinemát ic o inver so es más c om pl ic ado que la cinemát ic a d ir e c ta ya que las ec uaci ones no son l ineal es, sus soluci ones no son siem pr e f áci le s o inc luso posi bl es en una f orma cerrada. T ambi én sur ge la e x ist enci a d e una o d e d iver sas s oluci ones. La e x ist enci a o no d e la solución lo d efine el espaci o d e trabajo d e un robot dado. La ausenci a d e una solución signific a nzar la posición y or ientación d eseada porque se enc uentra f uera d el que el robot no pued e al ca espaci o d e trabajo d el robot o f uera d e los rang os permisi bl es d e c ada una d e sus art ic ulaci ones.

12



R OB O T CARTESIAN O El

robot cartesiano que se realizo se hizo con la finalidad de broquelar piezas de baquelita, este

prototipo de robot cartesiano el cual se desplaza en un los planos x, y, z tiene el actuador final en la posición z el cual efectúa el broquelado. El

prototipo fue realizado con 3 GDL los cuales se encuentran determinados matemáticamente por

las ecuaciones de Gruebler y kutzbach. Posee tres movimientos lineales, es decir, tiene tres grados de libertad, los cuales corresponden a los movimientos localizados en los ejes X, Y, Z.

Los movimientos que realiza este robot entre un punto y otro son con base en interpolaciones lineales. Interpolación, en este caso, significa el tipo de trayectoria que realiza el manipulador cuando se desplaza entre un punto y otro.

A la trayectoria realizada en línea recta se le conoce como interpolación lineal y a la trayectoria hecha de acuerdo con el tipo de movimientos que tienen sus articulaciones se le llama interpolación por articulación.

OBJETIVOS: Los objetivos del trabajo son: y

Proporcionar al alumno la familiaridad imprescindible con hojas de características de robots y manipuladores.

y

Adquirir un manejo fluido, así como la exploración de posibilidades de un entorno de trabajo como el Matlab en áreas específicas, como es la robótica.

y

Utilizar la programación del picaxe

y

Calcular y emplear la cinemática tanto directa como inversa para resolver problemas de cálculo de trayectorias en entornos de trabajo de manipulación.

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G RADO S


DE LIBERTAD

Más concretamente, los grados de libertad son el número mínimo de velocidades generalizadas independientes necesarias para definir el estado cinemático de un mecanismo o sistema mecánico. El número de grados de libertad coincide con el número de ecuaciones necesarias para describir el movimiento. En

la descripción del movimiento de las estructuras, o de los objetos, un grado de libertad es uno

de los varios componentes ortogonales que se pueden usar para caracterizar completamente el movimiento. Por ejemplo, un objeto libre en el espacio tiene seis grados de libertad diferentes: sé puede trasladar en tres direcciones mutuamente perpendiculares. Cualquier movimiento del objeto, no importa que tan complejo sea, sé puede resolver en esos 6 movimientos básicos.

DETERMINACI O N DE L G RADO DE LIBERTAD Mecanismo cerrado: No tendrá nodos con apertura y puede tener uno o más grados de libertad. Mecanismo abierto con más de un eslabón: Tendrá siempre más de un grado de libertad y con esto

necesitará

tantos

actuadores

(motores)

como

GDL

tenga.

Díada: Cadena cinemática abierta de dos eslabones binarios y una junta.

Ecuación

de Gruebler

GDL = 3L ± 2J ± 3G Donde: GDL: número de grados de libertad L: número de eslabones J: número de juntas G: número de eslabones fijados GDL = 3(4)± 2(3) ± 3(1)= 3 GDL Ecuación

de Kutzbach

GDL = 3(L ± 1) ± 2J 1 ± J2 14



Donde: L: número de eslabones J1: número de juntas completas J2: número de semijuntas GDL = 3(4 ± 1) ± 2(3) ± (0)= 3 GDL USO DE MOTORREDUCTORES Los Motorreductores que son nuestros efectores de movimiento han sido escogidos para poder mover una estructura de aproximadamente unos 6kg de peso, los Motorreductores son apropiados para el accionamiento de toda clase de máquinas y aparatos de uso industrial, que necesitan reducir su velocidad en una forma segura y eficiente. Las transmisiones de fuerza por correa, cadena o trenes de engranajes que aún se usan para la reducción de velocidad presentan ciertos inconvenientes. Al emplear REDUCTORES O MOTORREDUCTORES se obtiene una serie de beneficios sobre estas otras formas de reducción. Algunos de estos beneficios son: y

Una regularidad perfecta tanto en la velocidad como en la potencia transmitida.

y

Una mayor eficiencia en la transmisión de la potencia suministrada por el motor.

y

Mayor seguridad en la transmisión, reduciendo los costos en el mantenimiento.

y

Menor espacio requerido y mayor rigidez en el montaje.

y

Menor tiempo requerido para su instalación.

Los reductores, por motivos de diseño, tienen una velocidad máxima de entrada admisible, que como regla general aumenta a medida que disminuye el tamaño del motor. También existe una limitación con respecto al par de salida nominal permisible (T 2) que depende de par de entrada (T1) y de la relación de transmisión a través de la relación: T2 = T1 1 / 2 Donde el rendimiento () puede llegar a ser cerca del 100 % y la relación de reducción de velocidades (1= velocidad de entrada;  2 = velocidad de salida) varía entre 50 y 300. 15



Puesto que los robots trabajan en ciclos cortos que implican continuos arranques y paradas, es de gran importancia que el reductor sea capaz de soportar pares elevados puntales. También se busca que el juego angular o backlash sea lo menor posible. Éste se define como el ángulo que gira el eje de salida cuando cambia su sentido de giro sin que llegue a girar el eje de entrada. Por último, es importante que los reductores para robótica posean una alta rigidez torsional, definida como el par que hay que aplicar sobre el eje de salida para que, manteniendo bloqueado el de entrada, aquél gire un ángulo unitario. APLICACIONES EN LA INDUSTRIA Utilizados para trabajos de colocación de piezas, aplicación de sellador, operaciones de manufactura, manejo de herramientas y soldadura de arco.

Es

un robot el cual tiene tres

articulaciones prismáticas y sus ejes coinciden con el plano cartesiano. La automatización básica: ER-robots eliminación USP bebedero La eliminación del bebedero y la separación son fundamentales para el proceso de automatización. Bajo la denominación del producto USP (Universal Selector de velocidad),

Engel

ofrece una alta velocidad robot universal para máquinas de inyección con fuerzas de sujeción que van a partir de 250 kN a 2.200 kN.

Robot cartesiano para máquina de inyección ARBURG

16



ARBURG OFRECE A sus clientes las máquinas y los sistemas robóticos de una sola fuente. La máquina se programa y se CONTROLA vía El Sistema Central de Control de SELOGICA. Un alto nivel de conveniencia se garantiza aquí ambos En virtud del principio de funcionamiento con la programación esquemática de la secuencia y de la opción de ahorrar el expediente de datos integrado MULTILIFTs respectivo junto con el del

molde.

Los apretones de MULTILIFT H en el molde horizontalmente de la parte posterior de la máquina, saliendo del espacio sobre la unidad de fijación con abrazadera Libremente. Otra Ventaja Importante es la Reducción en el número de hachas, dando por resultado movimientos más cortos y más rápidos, por el que las

duraciones

de

ciclo

cortas

PUEDAN

ser

alcanzadas.

El MULTILIFT V se arregla sobre la máquina y quita las piezas moldeadas verticalmente del molde. Tres hachas servo-eléctricas Pueden También para realizar el complejo fijaron-abajo tareas Rápidamente y exacto. Su campo del uso miente principalmente en el área de la inserción alto-Compleja, Retiro Fijo-tareas abajo. Está apenas como fácil llenar los envases Qué tienen una alta densidad de empaquetado pues es apilar

piezas

moldeadas

o

insertar

capas

intermedias.

El modelo de entrada MULTILIFT V SELECTO es un sistema robótico barato, servo-eléctrico con las características predefinidas, que cubre muchas tareas de sistema robóticas estándar.

17

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec TESE El


robot cartesiano como en los 2 ejemplos anteriores de utilización en la industria también es

utilizado para la industria de manufactura como el barrenado y desatornillado de piezas las cuales utilicen precisión en posición, pueden ser utilizados para el acomodamiento de almacenamiento del producto, dibujo de planos con ayuda de interfaz con la computadora. Otras Operaciones de proceso Además de la soldadura por punto, la soldadura por arco, y el acomodo de piezas existe una serie de otras aplicaciones de robots que utilizan alguna forma de herramienta especializada como efector final. Operaciones que están en ésta categoría incluyen: Taladro, acanalado, y otras aplicaciones de mecanizado. Rectificado, pulido, desbarbado, cepillado y operaciones similares. Remachado, Corte por chorro de agua. Taladro y corte por láser.

CARACTERISTICAS DEL DISEÑO El

prototipo de un robot cartesiano de aplicación industrial, que está diseñado para cumplir

funciones de localización de puntos para barrenado de objetos. Posteriormente, durante el escalamiento productivo del proyecto será adaptado para abarcar otras aplicaciones industriales tales como movimiento y traslado de piezas en un almacén. Presenta una vista general del prototipo está compuesto por los siguientes módulos o subsistemas: estructura mecánica, actuadores, elementos de transmisión, unidad de control de movimiento y efector. Mecánicamente, el robot está formado por una estructura modular tipo g antry , cuya cadena cinemática posee 3 grados de libertad lineales asociados a los ejes X, Y, Z respectivamente.

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Los elementos de transmisión permiten, por una parte, guiar el movimiento de los eslabones móviles, y por otra, transmitir el movimiento desde los actuadores a las articulaciones, adaptando la fuerza y la velocidad a los valores requeridos por el movimiento. Los elementos de transmisión son: reductores sinfín corona, cremalleras y piñones de dientes rectos, guías de sección prismática y elementos rodantes. Tanto los actuadores como los elementos de transmisión han sido seleccionados de modo tal que el prototipo sea suficientemente robusto para desempeñarse en un ambiente industrial, con elevada confiabilidad, disponibilidad y seguridad. DISEÑO MECANICO. PLANOS DE AUTOCAD

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DISEÑO ELECTRONICO En

el diseño del sistema de control del prototipo se seleccionó equipos de última generación, que

integran funciones de control de posición, control de velocidad, accionamiento y protecciones dentro de un mismo equipo.

Entre

las alternativas disponibles en el mercado se escogió el

microcontrolador PICAXE el cual es de serie 18X. PICAXE 18X El

PICAXE 18X es un microcontrolador PIC16F88 cargado con un sello Programable básicos de

estilo de interpretación de código. La funcionalidad del chip y el entorno de desarrollo son muy similares a un Basic Stamp 2's. La calidad de la documentación es buena. El chip se programa usando una versión mínima de BASIC o un sistema de diagramas de flujo único. Sólo tiene 16 bytes de espacio variable. Sin embargo, tiene otra de 256 bytes de memoria "datos" para el almacenamiento temporal. El chip tiene el espacio Suficiente para que el programa de aproximadamente 600 comandos básicos. No tiene incorporado un regulador de tensión -, pero puede funcionar en cualquier parte de 2V a 5.5V (He estado corriendo uno alrededor de 7,2 voltios durante unos 2 meses consecutivos hasta ahora no hay problema ...). Hay muchas otras variaciones de la PICAX E - 18X, pero el junto con el 28X (28-pin) son los más poderosos. Esta

alternativa permite el control de los Motorreductores con interacción con los drivers L293D

que internamente son la base de un puente H el cual nos permite invertir el giro de un motor lo cual es controlado con la señal del PICAX E hacia los mismos drivers es un sistema de control pequeño pero de igual forma es de fácil programación y utilidad para la función requerida para el prototipo.

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L293D Este

componente consta de 4 drivers con señal de habilitacion por parejas, es ideal para la

amplificacion de señales procedentes de microcontroladores con poca potencia de salida. Las señales GND y Vcc son las alimentaciones siendo su tension nominal de 0 y 5V respectivamente, mientras que Vdd es la tension para las cargas y puede valer desde 5v a 36v. La corriente maxima de salida es de 600mA, mas que suficiente para activar leds, motores pequeños, microrreles... Otra importante caracteristica de este chip es que a sus salidas tiene un par de diodos en pushpull que llevan a masa cualquier sobretension espurea dañina que pudiesen enviar las cargas. DIAGRAMA DEL CIRCUITO DE CONTROL

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Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec TESE Este


diagrama es el circuito que se armo para poder controlar los motores de los ejes del robot

cartesiano es una etapa de control con el PICAX 18X y una etapa de potencia con el circuito integrado L293D juntos pueden hacer mover la estructura y asi hacer q funcione de forma que este haya sido programado. FOTOS DE ROBOT CARTESIANO

Fig. 1. Robot cartesiano barrenador

Fig. 2 Eje z y efector final taladro

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Fig. 3 Ejes x,y,z mas el circuito de control

PROGRAMACION Memoria de Programa. La memoria de programa es donde el programa es almacenado después de una nueva descarga. Esta

es una memoria FLASH re-escribible que puede ser reprogramada hasta ( típicamente)

100,000 veces. Generalmente no se requiere borrar un programa, ya que en cada descarga automáticamente se sobre escribe la totalidad del último programa. En

un chip PICAX E estándar se pude descargar alrededor de 40 lí neas d e có d ig o en B asic . En

partes revisión A o M se pueden descargar alrededor de 80 lí neas y en partes X alrededor de 600 lí neas.

La memoria de datos es un espacio adicional de almacén dentro del microcontrolador. el dato tampoco se pierde cuando se quita la energía. En

cada descarga se resetean todo los bytes de datos a 0, al menos que un comando

EEPROM

haya sido usado para ³precargar´el dato en memoria de datos. 24

Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec TESE En


el PICAXE-08/08M/18 la memoria de datos es ³compartida´ con la memoria de programa .

En

consecuencia, programas más largos producirá una memoria de datos más pequeña. En

todos los demás chips PICAX E la memoria de datos y de programa están completamente

separados. INTERFACE COMPUTADORA PICAXE

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EJEMPLOS DE PROGRAMACION

EJEMPLO

1: PRENDER Y APAGAR 1 L ED EN UN SEGUNDO SI EL PIN0=1

Usaremos el puerto de salida 0 del PICAXE-18X y el pin 0 de entrada ( ver imagen ) main: if pin0=1 then led µsi el pin0=1 ve a etiqueta led goto main µregresa a etiqueta main led: high 0 µenciende led pause 500 µespera 500 mili segundos low 0 µapaga led pause 500 µespera 500 mili segundos goto main µregresa a etiqueta main

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CONCLUSION El diseño deL robot es simple por lo cual decidimos ponerle acrílico en las bases y pernos largos en donde se deslizarán las otras placas de acrílico gracias a un tornillo sin fin el cual ira conectado a los motores por lo cual se debe tener un buen torque en los mismos para poder hacer que avance la estructura.

Así mismo decidimos el uso del PICAXE por su fácil manejo y costo bajo además de que al investigar sobre el vimos que podría realizar la función que queremos que tenga nuestro prototipo de robot cartesiano con este PICAXE tendremos un poco de limitaciones por que solo podremos controlar 4 motores.

Tambien se tendrá que aplicar una etapa de potencia la cual todavía se encuentra en diseño por lo cual para la inversión de giro lo haríamos con puente H pero al tener al alcanze chips que internamente tienen puentes H decidimos utilizar el L293D que es muy fácil de manejar.

En

el proyecto solo nos hacen falta cálculos de trayectoria del robot en los cuales trabajaremos

para poder hacer su análisis dinámico para tener una expectativa de cómo el ROBOT CARTECIANO se trasladara de un lado hacia otro.

La aplicación que le daremos será un robot de traslado de material de almacenes que se encuentren en lugares altos y por consecuente la persona no se pueda distraer en traer el material a la parte de manufactura.

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BIBLIOGRAFIA

y

PICAXE Manual www.picaxe.co.uk

y

Principios de electronicos

Albert Paul Malvino Mc graw hill

y

Robótica industrias

Introducciones al curso y

Eduardo Lebano Pérez "Determinación del estado de fl exibilidad de integración del FMS del CIM-2000 del Instituto Tecnológico de Puebla, 2002.Mexico.

y

Sánchez y Beltrán, J. P.; Sistemas Expertos. Una metodología de programación; Edit. Macrobit; 1990.

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Robot cartesiano con 3 grados de libertad

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