Tópicos de Robótica, Seminario de investigación Universidad politécnica de Bicentenario
RESUMEN Este Este trab trabaj ajo o pres presen enta ta el dise diseño ño y desa desarr rrol ollo lo de un prot protot otip ipo o de robo robott manipulador para la gestión de inventarios en una bodega. ada la complejidad !ue representa para distintos almacenes y "#bricas el manejo y la locali$ación de productos en bodegas de almacenamiento, se creó un prototipo automati$ado capa$ de identi"icar y manipular los distintos productos almacenados y de esta manera tener un control de inventario reduciendo tiempos de traslado, as% como personal de operación innecesario. El prototipo consta de un bra$o manipulador de tres tres grados grados de libert libertad ad encar encargad gado o del acomod acomodo o de los produ producto ctos s para para su almacenamiento. & través de una inter"a$ gr#"ica '(U)* +atlab un operador ser# capa capa$ $ de reali reali$a $arr la oper operac ació ión n cont contra rari ria a es deci decirr soli solicit citar ar un prod produc ucto to en eistencia.
-alabras clave /ontrol de inventario, manipulador, manipulador, inter"a$ gr#"ica.
ABSTRACT T0e paper presents t0e design and development o" a prototype manipulator robot "or inventory management in a 1are0ouse. (iven t0e compleity involved in
3
di""erent stores and "actories "or management and location o" products in storage 1are0ouses, 1e propose an automated prototype able to identi"y and manipulate t0e various products stored allo1ing to 0ave an inventory control by reducing trave travell times times and and omitt omitting ing unnec unnecess essary ary operat operative ive person personne nel. l. T0e T0e protot prototyp ype e consists o" a manipulator arm o" t0ree degrees o" "reedom 10ic0 is in c0arge o" t0e arrangement arrangement o" t0e products products "or storage. storage. Using a grap0ica grap0icall user user inter"ace inter"ace '(U)* based in +atlab, +atlab , an operator 1ill be able to per"orm t0e opposite operation 10ic0 is re!uesting a product in eistence.
2ey1ords )nventory control, manipulator, grap0ical inter"ace.
JUSTIFICACION
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di""erent stores and "actories "or management and location o" products in storage 1are0ouses, 1e propose an automated prototype able to identi"y and manipulate t0e various products stored allo1ing to 0ave an inventory control by reducing trave travell times times and and omitt omitting ing unnec unnecess essary ary operat operative ive person personne nel. l. T0e T0e protot prototyp ype e consists o" a manipulator arm o" t0ree degrees o" "reedom 10ic0 is in c0arge o" t0e arrangement arrangement o" t0e products products "or storage. storage. Using a grap0ica grap0icall user user inter"ace inter"ace '(U)* based in +atlab, +atlab , an operator 1ill be able to per"orm t0e opposite operation 10ic0 is re!uesting a product in eistence.
2ey1ords )nventory control, manipulator, grap0ical inter"ace.
JUSTIFICACION
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/omo se 0a visto en la industria es de gran importancia importancia tener un sistema de control de almacenamiento y disposición de los materiales y dispositivos con los !ue !ue cuent cuenta a la empr empresa esa,, esto esto implic implica a el emple empleo o de varias varias perso personas nas !ue se encar encargue guen n del del invent inventari ariado ado.. &parte parte de !ue esto esto impli implicar car%a %a un lapso lapso largo largo de tiempo en el proceso e incluso un descontrol en el mismo.
Teniendo en cuenta el crecimiento continuo de las grandes empresas y las necesidades de estas de tener un buen control de inventario para su óptimo "uncionamiento se consideran nuevas alternativas para reducir costos y tiempos de operación y traslado en sus productos. productos. Recientemente se est#n implementado implementado sistemas autom#ticos encargados de reali$ar tareas de vital importancia como la toma de inventarios !ue pueden considerarse costosos, pero con el paso del tiempo resulta conveniente, por!ue se reducen tiempos de operación y minimi$a el re!uerimiento de personal para reali$ar dic0a tarea.
OBJETIVOS
7
esarrollar un sistema de inventariado autom#tico, aplicado a las empresas y5o plantas manu"actureras con volumen de rotación de stoc6s medio5bajo, comprobando tanto su viabilidad técnica como económica. -ara ello, se reali$an las siguientes tareas •
etectar necesidades actuales a cubrir, las tendencias en gestión de empresas y5o plantas manu"actureras, y el an#lisis comparativo de las di"erentes opciones de almacenamiento !ue se 0allan en el mercado.
•
Buscar nuevas soluciones propias a las ya eistentes para conseguir un sistema de almacenamiento e"ica$ y de m#imo rendimiento.
•
eterminar los procesos y componentes m%nimos !ue ser%an necesarios, para llevar a cabo todas las tareas de almacenamiento autom#tico con la m#ima "iabilidad, seguridad y rendimiento.
I ND IC E
D E
C ONTE NI DO
C
/ap%tulo 8. )ntroducción9999999999999999.. :;< /ap%tulo 3. &ntecedentes de robots99999999999.. :=< 3.8 >a 0istoria de la robótica9999999. :=< 3.3 /inem#tica del bra$o manipulador99.... :=< 3.3.8 /inem#tica directa9999 :8?< 3.3.3 &lgoritmo de enavit@ Aartenberg para la obtención del modelo99999999999999 :88<
3.4 /inem#tica inversa9999. :87<
/ap%tulo 4. )mplementación tecnológica99999999... :8< /ap%tulo 7. Elementos y materiales a utili$ar99..................... :3?< 7.8 &luminio9999999999999. :3?< 7.3 &cero inoidable999999999. :38< 7.4 &cr%lico9999999999999... :38< /ap%tulo C. Eperimentación ..99..99999999999.. :34< /ap%tulo ;. /onclusiones ..99..9999999.99999.. :37<
CAPITULO 1: INTRODUCCION Un sistema de inventarios es un conjunto de normas, métodos y procedimientos aplicados de manera sistem#tica para plani"icar y controlar los
;
materiales y productos !ue se emplean en una organi$ación. Este sistema puede ser manual o automati$ado. -ara el control de los costos, elemento clave de la administración de cual!uier organi$ación, eisten sistemas !ue permiten estimar los costos de las mercanc%as !ue son ad!uiridas y luego procesadas o vendidas. :8<
En todos los giros resulta de vital importancia el control de inventarios, dado !ue su descontrol se presta no sólo a perdidas, sino también a mermas y desperdicios, pudiendo causar un "uerte impacto sobre las utilidades.
Se puede preguntar por !ué es tan "actible la utili$ación e implementación de m#!uinas, la respuesta es muy simpleD nos 0ace todo trabajo m#s "#cil, una m#!uina puede desempeñar una "unción espec%"ica por un tiempo inde"inido, con un re!uerimiento m%nimo de insumos, Un robot nos brinda la capacidad de reducir signi"icativamente el tiempo utili$ado para reali$ar una tarea y con una alta precisión, con lo !ue también se minimi$an desperdicios y maltrato del producto. :3<
Antecedentes de inventariad esde principio en la elaboración de productos se 0a tenido la necesidad de organi$arlo y para ello se reali$aban un cierto acomodo de "orma ordenada. Se empe$aron a implementar ana!ueles para !ue sea el acomodo correcto de manera !ue todo tenga su lugar determinado. El inventariado se puede clasi"icar por ejemplo en el sector de manu"actura en materias primas, productos
terminados, partes componentes, suministros y trabajo en proceso . El objetivo del b#sico y principal en el an#lisis de inventario es •
/uando se deben ordenar los art%culos
•
ue tan grande debe ser el pedido
Objetivos del inventario
•
Mantener independencia en las operaciones: El suministro de materiales en un centro de trabajo permite !ue se tenga "leibilidad en las operaciones. En las l%neas de ensamble sirve para !ue los tiempos m#s cortos de ejecución puedan compensarse con tiempos de ejecución m#s largos.
•
Ajustarse a la demanda de productos: Si se conoce la demanda !ue se tiene en los productos, ser# posible obtener una producción ideal y as% satis"acer la demanda de "orma mas eacta.
•
Permitir flexibilidad en la programación de la producción: Fperación de menor costo a través de la producción de lotes mas grandes.
•
Proveer una salvaguardia para la variación en el tiempo de entrega de las materias primas: /uando se solicita a un vendedor !ue suministre un material, pueden presentarse demoras como variación en el suministro del material, escases de material en planta y así se acumularan los pedidos pendientes, un pedido perdido o un suministro de material incorrecto o defectuoso. :4<
ipos de sistemas de inventario •
!istema de "nventario Perpetuo: Se mantiene el registro continuo por cada art%culo de inventario. >os registros muestran el inventario disponible todo el tiempo. Este tipo de sistema son Gtiles para preparar los estados "inancieros.
•
!istema de "nventario Periódico: Ho se mantiene el registro continuo, m#s bien al "inal del periodo la empresa 0ace un conteo "%sico del inventario en disposición y aplica costos unitarios para as% determinar el costo del inventario "inal. Se utili$a también para calcular el costo de los productos vendidos. I es utili$ado para contabili$ar los productos !ue tienen un costo unitario bajo. :7<
I de esta manera se "acilita la organi$ación del inventario para no tener perdidas económicas y adem#s de reducir tiempos perdidos en la bGs!ueda al tener
K
también el conocimiento de lo !ue se tiene en inventario o eistencia. I por esto mismo se busca la automati$ación de proceso para !ue sea m#s productivo. Ho se 0a logrado encontrar una empresa !ue implemente un sistema de inventario roboti$ado todo lo 0acen a base de personal !ue manipulan montacargas para ponerlos en los ana!ueles. I a continuación se muestra !ue ya algunos implementan robótica móvil para su sistema de inventario. Timberland implementara el manejo de inventario con ayuda de un sistema robótico 2iva 'Jigura 8.8* y esto est# planeado !ue se disponga en la sede de Timberland !ue es conocida como /entro de istribución Europeo con ubicación en &lmelo, -a%ses Bajos. El sistema robótico cuenta con una gran variedad de 0erramientas para las necesidades de Timberland para el "lujo di"erente de trabajo, siendo vers#til en el manejo de varios productos. >a "unción principal es el transporte del inventario en las estanter%as móviles para los trabajadores y de esta manera ser# m#s "#cil el manejo. :4<
Figura. 1.1 Robot móvil Timberland
s
En la Universidad /arnegie +ellon '/+U, en Estados Unidos* se implementó un sistema de inventario utili$ando un robot 'Jigura 8.3* el cual genera un mapa
=
interactivo !ue ayudara a la locali$ación de productos mediante procesamiento de im#genes 4d y 3d y de igual manera la cantidad con la !ue se dispone y la incorrecta colocación de producto. &dem#s de contar con un sistema de identi"icación de códigos de barras y utili$a la in"ormación de su "orma, tamaño y color para conocer la identidad del producto. :7<
Figura. 1.2 Robot utilizado en la Universidad Carnegie Mellon
>os problemas m#s "recuentes con el inventariado es !ue no coincidan con los reportes de "altantes y5o dañados lo cual generara perdidas económicas a la empresa. e igual manera tener inventario con sobrecupo lo cual genera tener los almana!ues llenos y generando gastos innecesarios. :C<
8?
CAPITULO !: ANTECEDENTES DE ROBOTS !"1 La #istria de $a r%&tica -or siglos el ser 0umano 0a construido m#!uinas !ue imitan las partes del cuerpo 0umano. >os antiguos egipcios unieron bra$os mec#nicos a las estatuas de sus dioses. Estos bra$os "ueron operados por sacerdotes, !uienes clamaban !ue el movimiento de estos era inspiración de sus dioses igualmente, los griegos construyeron estatuas !ue operaban con sistemas 0idr#ulicas, los cuales se utili$aban para "ascinar a los adoradores de los templos. :;<
Una obra c0ecoslovaca publicada en 8=8 por 2arel 2ape6, denominada RossumLs Universal Robots, dio lugar al término robot. >a palabra c0eca MRobotaL signi"ica servidumbre o trabajador "or$ado, en el momento en !ue se tradujo al inglés se convirtió en el término NrobotO.
Entre los escritores de ciencia "icción,
88
)saac &simov contribuyó con varias narraciones relativas a robots, comen$ó en 8=4=, a él se atribuye el acuña miento del término Robótica. >a imagen de robot !ue aparece en su obra es el de una m#!uina bien diseñada y con una seguridad garanti$ada !ue actGa de acuerdo con tres principios. :;<
!"! Cine'(tica de$ %ra) 'ani*+$adr" En este apartado anali$aremos el movimiento del robot con respecto a un sistema de re"erencia situado en la base. Fbtendremos una descripción anal%tica del movimiento espacial y, en particular, de la posición y orientación del etremo "inal del robot.
Tenemos dos problemas a resolver en cuanto a la cinem#tica del bra$o robótico •
/inem#tica directa
•
/inem#tica inversa
!"!"1 Cine'(tica directa El método usado en la cinem#tica directa, consiste en encontrar la matri$ de trans"ormación a través del mapeo o tra$o !ue relacione el sistema de coordenadas del elemento "inal, con el sistema de coordenadas de re"erencia o espacio de con"iguración del manipulador. El objetivo consiste en encontrar los valores !ue deben adoptar las coordenadas articulares del robot ! P' !8, !3,..., !n *ep T Figura 2.2.1.1
83
donde '!* Particulaciones del robot desde uno 0asta n 'n* Pultima articulación del robot, vinculada al e"ector "inal para !ue su etremo se posicione y oriente segGn una determinada locali$ación espacial. El procedimiento de obtención de las ecuaciones es dependiente de la con"iguración del robot. >a con"iguración del robot utili$ada para esta aplicación es la de un robot planar de tres grados de libertad y con un despla$amiento lineal en la base sobre el eje perpendicular al movimiento angular de los eslabones del robot.
Figura 2.2.1.2 Brazo Planar 2GDL con deslizamiento >a ra$ón por la cual se omite el movimiento prism#tico de la cinem#tica del robot es por!ue las posiciones !ue tomara al operar son posiciones predeterminadas esto 0ace posible !ue dic0o despla$amiento sea despreciable. & continuación, se muestra la con"iguración gra"ica del robot 'Jigura 3.3.8.4* y la metodolog%a utili$ada para el c#lculo de su cinem#tica directa. I una "orma de conocer el movimiento !ue reali$ara el bra$o robótico, se lleva a cabo mediante la implementación de una serie de pasos y esto es a través de un previo conocimiento sobre sistemas coordenados. &l cual se determina algoritmo de enavit@Aartenberg.
84
Figura 2.2.1.3 Brazo Planar 3GDL
!"!"! AL,ORITMO DE DENAVIT- .ARTENBER, PARA LA OBTENCI/N DEL MODELO" DH1. Numerar
los eslabones comenzando con 1 (primer eslabón móvil dela cadena) y acabando con n (último eslabón móvil). Se numerara como eslabón 0 a la base fija del robot. DH2. Numerar
cada articulación comenzando por 1 (la correspondiente al primer grado de libertad y acabando en n). DH3.ocalizar
el eje de cada articulación. Si esta es rotativa! el eje ser" su propio eje de giro. Si es prism"tica! ser" el eje a lo largo del cual se produce el desplazamiento. DH4.#ara
i de 0 a n$1! situar el eje %i! sobre el eje de la articulación i&1.
DH5.Situar
el origen del sistema de la base (S0) en cual'uier punto del eje %0. os ejes 0 e 0 se situaran d* modo 'ue formen un sistema de+trógiro con %0. DH6.#ara
i de 1 a n$1! situar el sistema (Si) (solidario al eslabón i) en la intersección del eje %i con la l,nea normal común a %i$1 y %i. Si ambos ejes se cortasen se situar,a (Si) en el punto de corte. Si fuesen paralelos (Si) se situar,a en la articulación i&1. DH7.Situar
i en la l,nea normal común a %i$1 y %i.
DH8.Situar
i de modo 'ue forme un sistema de+trógiro con i y %i.
DH9.Situar
el sistema (Sn) en el e+tremo del robot de modo 'ue %n coincida con la dirección de %n$1 y n sea normal a %n$1 y %n. DH10. -btener
i como el "ngulo 'ue /ay 'ue girar en torno a %i$1 para 'ue i$1 y i 'ueden paralelos.
87
DH11. -btener
i como la distancia! medida a lo largo de %i$1! 'ue /abr,a 'ue desplazar (Si$1) para 'ue i y i$1 'uedasen alineados. DH12. -btener
i como la distancia medida a lo largo de i ('ue a/ora coincidir,a con i$ 1) 'ue /abr,a 'ue desplazar el nuevo (Si$1) para 'ue su origen coincidiese con (Si). DH13. -btener
ai como el "ngulo 'ue /abr,a 'ue girar entorno a i ('ue a/ora coincidir,a con i$1)! para 'ue el nuevo (Si$1) coincidiese totalmente con (Si). DH14. -btener
las matrices de transformación i$1i.
DH15. -btener
la matriz de transformación 'ue relaciona el sistema de la base con el del e+tremo del robot 2 3 0i! 14... n$1n. DH16. a
matriz 2 define la orientación (submatriz de rotación) y posición (submatriz de traslación) del e+tremo referido a la base en función de las n coordenadas articulares.
Figura 2.2.2.1 Parámetros DH para un eslabón giratorio -or medio del algoritmo enavit, Aartemberg es posible 0acer una tabla la cual se llena con los siguientes par#metros Qi P Es el #ngulo !ue "orman los ejes i@8 y i medido en un plano perpendicular al eje $i@8, utili$ando la regla de la mano derec0a. Se trata de una variable en articulaciones giratorias.
8C
di P Es la distancia a lo largo del eje $i@8 desde el origen de sistema de coordenadas 'i@8*@esimo 0asta la intersección del eje $i@8 con el eje 8. Se trata de un par#metro variable en articulaciones prism#ticas. ai P Es la distancia a lo largo del eje i !ue va desde la intersección $i@8 con el eje i 0asta el origen del sistema i@esimo, en el caso de articulaciones giratorias. En el caso de articulaciones prism#ticas, se calcula como la distancia m#s corta entre los ejes $i@8 y $i. i P Es el #ngulo de separación del eje $i@8 y el eje $i, medido en un plano perpendicular al eje perpendicular al eje i, utili$ando la regla de la mano derec0a. -ara conocer los par#metros de A de la cinem#tica directa se comen$ó a reali$ar a partir de la 'Jigura 3.3.3.3*.
Figura 2.2.2.2 coniguracion robot planar 3 GDL >levando a cabo la reali$a$ion del algoritmo de enavit Aanterberg obtubimos los siguientes parametros !ue se muestran en la siguiente tabla.
8;
!abla 2.2.2.1 parametros DH. I despues se obtubieron las matrices de trans"ormacion 0omogenea de cada eslabon apartir de los datos obtenidos de la Tabla 3.3.3.8 y multiplicar todas para obtener la mati$ "inal de trans"ormacion 0omogenea.
Fi0+ra !"!"!" Submatri$ ?&8
Fi0+ra !"!"!"2 Submatri$ 8&3
Fi0+ra !"!"!"3 Submatri$ 3&4
Fi0+ra !"!"!"4 +atri$ "inal de trans"ormacion 0omogenea >a matri$ T se obtiene como producto de matrices &.Una ve$ obtenida la matri$ T, esta epresara la orientacion y posicion del etremo del robot en "uncion de sus coordenadas articulares con lo!ue !ueda resuelto el problema cinematico. I de esta manera se ontine de la ecuacion '7* de la 7 columna de la matri$ de trans"ormacion 0omogenea 'Jigura 3.3.3.;* y asi obtener la orientacion y posicion del e"ector "inal del robot en las coordenadas NO , OyO y NO
8
x# l$%cos& ϴ$'(l)%cos& ϴ$, ϴ)'(l*%cos& ϴ$, ϴ), ϴ*' y# l$%sen& ϴ$'(l)%sen& ϴ1+ ϴ2 '(l*%sen& ϴ1, ϴ2, ϴ3 ' +#
!" Cine'(tica inversa >a metodolog%a usada en la cinem#tica inversa, consiste en !ue dado el espacio de con"iguración del manipulador tanto la posición como la orientación se debe encontrar su relación con la articulación a través de un mapeo inverso. El problema de la cinem#tica inversa es un poco m#s complicado debido a !ue pueden eistir diversas soluciones para satis"acer un mismo espacio de con"iguración del manipulador. &dem#s de ello, un robot puede !ue presente soluciones !ue no se encuentren en el rango de con"iguración de su manipulador y de la estructura de su bra$o 'Jigura 3.4.8*.
Figura 2.3.1 "inemática in#ersa robot planar El objetivo principal en el uso de la cinem#tica inversa es obtener los valores de los #ngulos !ue deben posicionarse los eslabones y esto es a partir del conocimiento de nuestro punto en el posicionamiento "inal del Gltimo eslabón o gripper.
Ti*s de s$+ci&n:
8K
M-todos geom-tricos: Se suele utili$ar para las primeras variables articulares, uso de relaciones geométricas y trigonométricas 'Jigura 3.4.3*. •
Se utili$a para las primeras variables articuladas.
•
Uso
de
relaciones
geométricas
y
trigonométricas
'resolución
de
tri#ngulos*.
Figura 2.3.2 $%emplo m&todo geom&trico brazo planar 2GDL -or matrices de trans"ormación 0omogénea Se representan a partir de las coordenadas 0omogéneas de la locali$ación en un espacio dimensional y se reali$a a través de coordenadas de un espacio dimensional. I el cual se encuentra representado en coordenadas 0omogéneas por 'nV8* dimensiones. >a cual est# "ormada por matrices de rotación y translación de esta madera ser# aplicada en cada matri$ de trans"ormación 0omogenea de los eslabones !ue componen al robot y as% aplicarlo a los paramentos @A 'Jigura 3.4.4*.
8=
Figura 2.3.3 $%emplo m&todo matices por transormación 'omogenea esacoplamiento cinem#tico En robots de ;(> es complicado determinar todos los par#metros necesarios para conocer de manera precisa cu#l ser# su movimiento y5o trayectoria, y de tal "orma se separan en conjunto de eslabones o individuales para "acilitar el an#lisis del posicionamiento en los 4 ejes de cada eslabón para el posicionamiento espacial, de esta manera se puede observar el movimiento real !ue reali$a cada articulación al reali$ar una trayectoria observando los l%mites y el alcance de movimiento !ue tiene con el conjunto de eslabones del bra$o robótico. I de tal manera se pueden generar cadenas de eslabones para su mejor an#lisis como de muestra en la 'Jigura 3.4.7*.
Figura 2.3.( $%emplo de desacoplo de ) eslabones en 2 partes
El método !ue se usó para llegar a ello "ue el método geométrico, en el cual se van obteniendo los valores de los #ngulos '!8, !3, !4, p0i, y W* tomando en cuenta !ue ser#n obtenidos a partir del posicionamiento "inal del Gltimo eslabón o gripper. & continuación, se mostrar el procedimiento !ue se reali$ó para encontrar dic0os valores mencionados anteriormente. En la próima ecuación de obtiene el #ngulo resultante al designar las coordenadas 'p, py* en el plano coordenado y "inales del gripper
Fi0+ra !""2 Fbtención de 1 y 1y
Fi0+ra !""3
3?
Fi0+ra !""4 Se obtiene !3 con los datos anteriores
Fi0+ra !""5 Se obtiene alp0a !ue es el resultado de la proyección entre p0i y !8
Fi0+ra !""6 Se obtiene beta !ue es el resultado de la proyección entre p0i y !3
Fi0+ra !""7 Se obtiene !8 !ue es el resultado de la proyección entre el eje y el eslabón 8. F la resta de alp0a menos Beta.
Fi0+ra !""18 Se obtiene !4 !ue es el resultado de la resta de p0i menos !8 y !3.
Fi0+ra !""11
38
Ca*9t+$ " IMPREMENTACION TECNOLO,ICA" "1 E$ctrica ; E$ectr&nica -ara
la
implementación
manipulador,
por
obvias
tecnológica ra$ones
"ue se
necesario buscaron
construir
materiales
un
bra$o
resistentes
relativamente para las "uer$as a las !ue ser# sometido el manipulador, los materiales de los !ue est# construido principalmente el bra$o son aluminio y acr%lico otro material utili$ado en la construcción del prototipo es acero inoidable. &!u% se muestra en la 'Jigura 4.8.8* el diseño preliminar del bra$o desarrollado en Solid Xor6s !ue es un so"t1are de dibujo 4, adem#s la numeración de las pie$as !ue lo componen las cuales son descritas en la 'Tabla 4.8.8*.
Figura 3.1.1 $nsamble de las piezas del prototipo. Jueron añadidos mec#nicamente servomotores para el "uncionamiento motri$ de cada articulación, en total se implementaron cinco servomotores para el control de sus articulaciones, y se utili$ó el modelo del servomotor '+(==C* y a continuación se muestra la tabla con las especi"icaciones de este y otros.
33
!abla 3.1.1 $speciicaciones de ser#o motores
e esta tabla se muestran las especi"icaciones diseño, eléctricas y dimensiones y as% decidir el servo m#s adecuado para el diseño del bra$o el cual "ue el +(==C 'Jigura 4.8.3*.
Figura 3.1.2 *er#omotor +G,,-
34
-ara controlar el bra$o robótico se estableció un enlace de comunicación arduino@+atlab donde la tarjeta de ad!uisición &rduino se utili$a Gnicamente como peri"érico para suministrar las señales eléctricas a los motores. El modelo !ue se utili$o "ue el &rduino Hano &T+E>43K 'Jigura 4.8.4* por!ue se encontró adecuado para la aplicación !ue se iba a dar. Este cuenta con entradas analógicas y salidas digitales las cuales la aplicación ser# controlar los servomotores, los cuales 3 se designaron para las ruedas 'servomotores sin tope* !ue se ocuparon '? a *.
Figura 3.1.3 rduino /ano !+$L 320 Se ocupó para el control de dirección en las ruedas para el desla$amiento del bra$o robótico un puente A '>3=4*, el cual su "unción principal es reali$ar el cabio de giro de los motores, adem#s de generarles la corriente necesaria para el óptimo "uncionamiento, de "orma !ue lo podemos llamar también como la etapa de potencia para los servomotores aislando cual!uier sobrecarga sobre el arduino el cual podr%a dañarlo 'Jigura 4.8.7*.
Figura 3.1.( Puente H L2,3D
37
3.2 *imulación >a programación para el control del dispositivo "ue desarrollada en plata"orma de +atlab por medio de un (U) 'inter"a$ gra"ica* la cual es capa$ de controlar el posicionamiento de cada articulación del robot, as% como guardar las posiciones de interés y posteriormente ejecutar estas posiciones de "orma secuencial de modo !ue siga una trayectoria espec%"ica, de esta manera se generan las trayectorias !ue el robot ejecutara como rutinas al reali$ar el inventariado.
Figura 3.2.1 G4 +atlab control del robot
" A$0rit' "2 Materia$es -ara la reali$ación del prototipo del bra$o robótico aplicado a la "unción de inventario se ocuparon los siguientes materiales !ue se mencionan en los siguientes puntos !ue se mencionaran a continuación '4.7.8, 4.7.3, y 4.7.4* los cuales "ueron aluminio, acero inoidable y acr%lico. Se decido utili$ar estos materiales por ser económicos y "#cil manipulación y5o ma!uinado.
"2"1 A$+'ini
3C
>a densidad de este metal es de aproimadamente 3 ? 6g5m4 '?.8? lb"5pulg4*, !ue se compara positivamente con la del acero, de C? 6g5m4 '?.3K lb"5pulg4*. El aluminio puro tiene una resistencia a la tensión de aproimadamente =? +-a '84 6psi*, pero se puede mejorar muc0o mediante el trabajo en "r%o y también al alearlo con otros materiales. Su módulo de elasticidad, as% como los de sus aleaciones, es de 8. (-a '8?.7 +psi*, lo !ue signi"ica !ue su rigide$ es aproimadamente un tercio de la del acero. El costo y la resistencia del aluminio y sus aleaciones los colocan entre los materiales m#s vers#tiles desde el punto de vista de la "abricación. El aluminio se procesa mediante la "undición en arena o en matri$, trabajo en caliente o en "r%o, o etrusión. Sus aleaciones se pueden ma!uinar, trabajar en prensa, soldar en "orma directa, al bronce o al estaño. El aluminio puro se "unde a ;;?Y/ '8 38CYJ*, lo !ue lo 0ace muy deseable para producir "undiciones permanentes o en arena. Est# comercialmente disponible en "orma de placa, barra, l#mina, 0oja, varilla y tubo y en per"iles estructurales y etruidos. eben tomarse ciertas precauciones al unir aluminio mediante soldadura directa al bronce o al estañoD los anteriores métodos de unión no se recomiendan para todas las aleaciones. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con aluminio "ueron )/, /0/, /1/, $/, $$/, $)/ y
/$*/ 'Tabla 4.;.8*.
"2"! Acer inas aleaciones con base de 0ierro !ue contienen al menos 83 por ciento de cromo se llaman aceros inoidables. >a caracter%stica m#s importante de estos aceros es su resistencia a mu@ c0as condiciones corrosivas, pero no a todas. >os cuatro tipos disponibles son los aceros al cromo "err%ticos, los aceros al cromo@ n%!uel austen%ticos, as% como los aceros inoidables martens%ticos y endurecibles por precipitación. >a resistencia de estos aceros se mejora muc0o mediante el trabajo en "r%o. Ho son magnéticos a menos !ue se trabajen en "r%o. Sus
3;
propiedades de endurecimiento mediante trabajo también causan !ue sean di"%ciles de ma!uinar. Todos los aceros al cromo@n%!uel se sueldan y muestran mayores propiedades de resistencia a la corrosión !ue los aceros al cromo simples. /uando se agrega m#s cromo para lograr una mayor resistencia a la corrosión, también debe agregarse m#s n%!uel si se desea mantener las propiedades austen%ticas. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con acero "ueron $2/ y /$0/ 'Tabla 4.;.8*.
"2" Acr9$ic" El término termopl#stico se usa para indicar cual!uier pl#stico !ue "luye o !ue se puede moldear cuando se le aplica calorD algunas veces también se aplica a los !ue se moldean bajo presión y !ue se pueden volver a moldear de nuevo cuando se calientan. Un termo "ijo es un pl#stico cuyo proceso de polimeri$ación termina en una prensa de moldeo en caliente, donde el pl#stico se licua bajo presión. >os pl#sticos termo "ijos no pueden volverse a molde. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con acr%lico "ueron N4O, O7O, OO y OKO 'Tabla 4.;.8*.
"3 Inter=a)
"4 Des*iece & continuación, se muestra la tabla de las pie$as necesarias para la elaboración de prototipo del bra$o robótico 4(>.
3
1"- Base
!" S+>eci&n Base-
" S*rte es$a%&n
2" S*rte es$a%&n 1
S*rte es$a%&n 1
1
?I)+ierd@
?! *ie)as@
?De1rec#@
3" Serv'tr
4" Es$a%&n 1
5" Es$a%&n !
6" Es$a%&n !
M,773
?! *ie)as@
?Derec#@
?I)+ierd@
7" S*rte Base
18" Base de 0ri**er
11" En0rane de
1!" Pie)a =ina$ de s+>eci&n
de 0ri**er-
'vi'ient
Es$a%&n
?! *ie)as@
1" Es$a%&n ?! *ie)as@
12" Rie$ ?! *ie)as@
13" R+eda ?2 *ie)as@
14" C#asis
!abla 3.).1 Despiece del 5obot
CAPITULO 2" EPERIMENTACION En esta etapa del proyecto se generan las trayectorias del robot ya en el espacio de trabajo donde va a reali$ar el control de inventario
3K
eben tomarse consideraciones de espacio y tiempos de trayectoria, siempre evitando una posible colisión se reali$a una observación minuciosa también se consideran las dimensiones del objeto a ser manipulado, as% como las dimensiones de los ana!ueles donde ser# almacenado el producto el usuario ser# capa$ de ad!uirir el objeto a almacenado y de "orma inversa añadir un nuevo producto al inventario. Se repetir# esta operación para cada uno de los productos distintos !ue se deseen almacenar. &l prototipo del bra$o manipulador se le monto un c0asis con ruedas con servomotores sin tope para !ue puedan dar la vuelta completa y continua 'Jigura 7.8*, el prototipo estar# sobre un riel para reali$ar el movimiento de despla$amiento para pasar un objeto de un ana!uel al otro.
Fi0+ra 2"1 Bra) 'ani*+$adr Se tuvieron algunos problemas con las ruedas colocadas en el c0asis, causando un apriete lo cual no permit%a el movimiento libre y de tal "orma los servomotores no ten%an un movimiento libre lo cual aria !ue los servomotores se "or$aran y se dañaran. I la "orma !ue se soluciono "ue rebajar en el centro del eje de las ruedas. Se reali$aron las pruebas del movimiento en el riel en las cuales se tuvo !ue ajustar el riel para !ue estén paralelas una de la otra, de tal "orma obtener un movimiento libre sobre el riel 'Jigura 7.3*.
3=
Fi0+ra 2"! Bra) 'ani*+$adr ; ana+e$ Todo el control del robot se reali$ó en una protoboard 'Jigura 7.4*, en el cual se conectaron el puente A, arduino nano. -ara la coneión de los servos "ue necesario utili$ar "uentes de alimentación USB independientes, esto para suministrar la corriente necesaria y !ue los motores no se vean "or$ados.
Figura (.3 "ontrol64nteraz
4?
CAPITULO 3: CONCLUSIONES >a elaboración del presente trabajo surgió a partir de la necesidad de crear un sistema robótico el cual pueda reali$ar el inventariado en las empresas !ue re!uieran de ese servicio y esto se llevó a cabo a partir del uso de un bra$o
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robótico 4(>. I lo principal la implementación de la cinem#tica directa e inversa para el control del bra$o manipulador. El uso de so"t1are /& 'SolidXor6s* nos contribuyó para el diseño del prototipo del bra$o y llevarlo a cabo al prototipo "%sico. &l reali$ar este trabajo se pudo dar un en"o!ue a una necesidad, con los conocimientos ad!uiridos con anterioridad para el control de un bra$o manipulador y el uso de so"t1are de simulación '+atlab* aplicando un (U), para observar las trayectorias !ue reali$ara el bra$o manipulador sin llegar a alguna colisión.
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