Fase 2 - Conceptualizar Aspectos Generales de Un Sistema Robótico - Pedro Baron

CONCEPTUALIZAR ASPECTOS GENERALES DE UN SISTEMA ROBÓTICO

Presentado por: PEDRO BARON

Tutora: SANDRA ISABEL VARGAS

Materia: ROBOTICA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA 2017

Introducción

Llevando a cabo lo estudiado en la primera unidad, hemos presenciado la utilidad y el desempeño que tienen los robots en las empresas, donde manejan estas máquinas hemos visto que. La robótica es un sinónimo de progreso y desarrollo tecnológico. Así como aprender las partes básicas que tiene un robot y específicamente se trabajará sobre la configuración mecánica adecuada para el robot a construir, incluyendo el efector final, las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de trabajo estimado y la capacidad de carga del robot según las medidas del producto a empacar y el traslado del mismo. Finalmente se determinará y justificará las especificaciones de los sensores y actuadores requeridos para cada una de las articulaciones. Así pues se pretende mostrar que la robótica tiene como intención final complementar o sustituir las funciones de los humanos en tareas tediosas o peligrosas, alcanzando, en algunos sectores, aplicaciones masivas. En el contexto industrial, donde se utilizan con notable éxito desde hace varias décadas.

Actividades a desarrollar

El estudiante debe estudiar las temáticas correspondientes a la Unidad 1, y realizar las siguientes actividades: 1. Identificar qué aspectos referentes a la morfología del robot sabe y cuales se desconocen. Seleccionar de los siguientes términos, los desconocidos y buscar su significado en las referencias del entorno de conocimiento. Escribir las definiciones en idioma español y en idioma inglés.

Grados de libertad

Articulación

Zona de trabajo

Volumen de trabajo

Sensores internos

Definición en español

Definición en Ingles

Las articulaciones de un brazo robótico suelen moverse mediante motores eléctricos. En la mayoría de los robots, la pinza se mueve de una posición a otra cambiando su orientación. Una computadora calcula los ángulos de articulación necesarios  para llevar la pinza a la posición deseada, un proceso conocido como cinemática inversa. El espacio de trabajo de un robot está definido como el grupo de  puntos que pueden ser alcanzados  por su efector-final.

The joints of a robotic arm are usually driven by electric motors. In most robots, the clamp moves from one position to another by changing its orientation. A computer calculates the articulation angles needed to bring the clamp to the desired position, a process known as inverse kinematics.

Dicho de otro modo, el espacio de trabajo de un robot es el espacio en el cual el mecanismo puede trabajar (simple y llanamente). A  pesar de que esta definición está muy extendida, diversos autores también se refieren al espacio de trabajo como volumen de trabajo y envolvente de trabajo. El volumen de trabajo se refiere al espacio máximo sobre el que  puede actuar el robot manipulador, es decir, la relación entre las dimensiones del robot y los límites que puede alcanzar en el espacio. La información relacionada con su estado (fundamentalmente la

he working space of a robot is defined as the group of points that can be reached by its end-effector. In other words, the working space of a robot is the space in which the mechanism can work (simply and plainly). Although this definition is very widespread, several authors also refer to the workspace as workload and work envelope. The volume of work refers to the maximum space on which the robot manipulator can act, that is to say, the relation between the dimensions of the robot and the limits that can reach in the space. Information related to their state (fundamentally the position of

Sensores externos

Actuadores

Eslabón

 posición de sus articulaciones) la consigue con estos Los sensores de estado interno operan con la detección de variables, tales como la posición de la articulación del  brazo, que se utilizan para el control del robot Dan información del entorno del robot: alcance, proximidad, contacto, fuerza etc. Se utilizan  para guiado de robots, para identificación y manipulación de objetos Los actuadores tienen como misión generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control. Se clasifican en tres grandes grupos, según la energía que utilizan:  Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Los actuadores neumáticos utilizan el aire comprimido como fuente de energía y son muy indicados en el control de movimientos rápidos, pero de  precisión limitada. Los motores hidráulicos son recomendables en los manipuladores que tienen una gran capacidad de carga, junto a una precisa regulación de velocidad. Los motores eléctricos son los más utilizados, por su fácil y preciso control, así como  por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica. Más tarde se  proporcionará una comparación detallada entre los diferentes tipos de actuadores utilizados en robótica. Un manipulador robótico consta

their joints) is achieved with these. Internal state sensors operate with the detection of variables, such as the position of the arm joint, which are used for robot control They give information about the environment of the robot: scope,  proximity, contact, force, etc. They are used for robot guidance, for identification and manipulation of objects The function of the actuators is to generate the movement of the robot elements according to the commands given by the control unit. They are classified into three large groups, depending on the energy they use: Tires Hydraulic Electrical Pneumatic actuators use compressed air as a power source and are well suited for fast movement control, but with limited accuracy. The hydraulic motors are recommended in the manipulators that have a great capacity of load, next to an  precise regulation of speed. Electric motors are the most used, for their easy and precise control, as well as for other advantageous  properties that establish their operation, as a consequence of the use of electric energy. A detailed comparison between the different types of actuators used in robotics will be provided later.

A robotic manipulator consists of

de una secuencia de elementos estructurales rígidos, denominados enlaces o eslabones, conectados entre sí mediante  juntas o articulaciones, que  permiten el movimiento relativo de cada dos eslabones consecutivos.

Efector final

Un efector final es la parte con que el robot manipula los objetos, estos suelen ser neumáticos, hidráulicos, electro neumáticos y electrónicos (servocontrolados)

Estructura mecánica de Mecánicamente, un robot está un robot formado por una serie de elementos o eslabones unidos mediante articulaciones que  permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. La constitución física de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatomía del  brazo humano, por lo que en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan términos como cuerpo, brazo, codo y muñeca.

a sequence of rigid structural elements, called links or links, connected together by joints or  joints, which allow the relative movement of each two consecutive links.

An end effector is the part with which the robot manipulates the objects, these are usually  pneumatic, hydraulic, electro  pneumatic and electronic. Mechanically, a robot is formed  by a series of elements or links united by joints that allow a relative movement between each two consecutive links. The  physical constitution of most industrial robots has some similarity with the anatomy of the human arm, so that sometimes, to refer to the different elements that make up the robot, terms such as  body, arm, elbow and wrist .

Proyecto:

 Diseñar un robot industrial que permita el empacado de un producto terminado de una empresa de alimentos, usando los conceptos, definiciones, y herramientas descritas en los contenidos del curso de robótica. El brazo robótico debe tomar el producto terminado y colocarlo en un recipiente de empacado (ver figura 1). Los productos deben ubicarse en un recipiente cuya capacidad es de 12 productos distribuidos en 3 filas 4 columnas. Una vez  se hayan completado 6 recipientes, el brazo debe cambiar su función y tomar cada recipiente y colocarlo en una banda transportadora ubicada a la derecha del brazo.

 Figura 1. Robot en la industria alimentaria. Fuente http://www.interempresas.net/Robotica/Articulos/100711-Aplicaciones-y-tendencias-enrobotica-para-la-industria-de-la-alimentacion.html

 Las medidas del producto son de 5cm x5 cmx 5cm. Las medidas del producto pueden variar +-5% del valor presentado en el bosquejo, pero debe procurarse minimizar estas variaciones, ya que se pueden presentar inconvenientes con el recipiente donde se coloca el producto. Actualmente el trabajo se hace manualmente con dos operarios, presentando inconvenientes en la manipulación del producto y discontinuidad en el proceso en las horas no laborables y en los tiempos de descanso.

2. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el robot a construir, incluyendo el efector final Elñ robot debe tener dos configuraciones iniciales las cuales son:

El Robót cartesiano para la parte superior ya que este tendrá que moverse de un lado de la cinta transportadora a otra.

Luego pondríamos Una articulación cilíndrica con 2 grados de libertad

Esto para el montaje del brazo Robótico tipo PUMA

Finalmente la Pinza para la manipulación de los alimentos debe ser más grande que el  producto

3. Determinar las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de trabajo estimado y la capacidad de carga del robot según las medidas del producto a empacar y el traslado del mismo.

Para la parte cartesiana revisando que las cintas transportadoras Podrían ser de 40 cm cada una con una separación de 10 cm entre una y otra esto se deduce ya que los empaques tienen 3 filas 4 columnas y en las filas tienen el  producto de 5cm x 3 =15 cm De acuerdo a los requerimientos del trabajo que está destinado el robot a realizar y la precisión que debe tener, debemos tener los siguientes parámetros de diseño: Rotación de 150 º a -150 º 112 º / s Brazo vertical 75 º a -70 º 112 º / s Brazo horizontal 35 º a -60 º 112 º / s Rotación de muñeca ilimitada 465 º / s Doblan la muñeca ilimitada 350 º / s Rotación de la brida del pulso ilimitado * 535 º / s

Elementos terminales o efectores finales. Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales. Podríamos denominar a estos dispositivos como los periféricos del robot, incluyen el herramental que se une a la muñeca del robot robot y a los sistemas sensores que permiten al robot interactuar con su entorno. En la elección o diseño de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de manipulación a realizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objeto y la fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. Entre los parámetros de la pinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el equipo de accionamiento y la capacidad de control.

4. Determinar y justificar las especificaciones de los sensores y actuadores requeridos  para cada una de las articulaciones, adjuntar las referencias de los mismos, y si es  posible una cotización.

Lo más aconsejable sería utilizar un servomotor de modelismo para lograr un control de posición aún más exacto. Las características de este elementos serían: Un servomotor de modelismo, conocido generalmente como servo o servo de modelismo — 

Es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa. Los servos de modelismo se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. El componente principal de un servo es un motor de corriente continua, que realiza la función de actuador en el dispositivo: al aplicarse un voltaje entre sus dos terminales, el motor gira en un sentido a alta velocidad, pero produciendo un bajo  par. Para aumentar el par del dispositivo, se utiliza una caja reductora, que transforma gran parte de la velocidad de giro en torsión. Otra opción dentro de los servomotores sería utilizar equipos con principio de funcionamiento digital, pero antes de tomar una decisión

5. Investigar una aplicación de la robótica en la industria de alimentos, la cual este implementada en alguna empresa determinada. Esta investigación debe realizarla buscando un artículo científico en las bases de datos de la biblioteca virtual de la Universidad  Nacional abierta y a Distancia. Realizar un breve resumen del artículo (máximo una hoja).

Tal como si se adiestrara a un animal los seres humanos nos hemos encargado de traspasar a los robots todo el conocimiento en materia industrial y de fabricación para que ellos eleven la producción a una cualificación mucho más alta, con precisión y efectividad, aunque principalmente los robots dentro de esta industria comenzaron exclusivamente en el área de transporte y almacenamiento debido a que mediante los robots se podían manejar cargas más pesadas y empaquetar mayor cantidad de producto en menos tiempo, pero no obstante aunque siguen desempeñando principalmente estas labores también se han sumado a los procesos de producción de manera directa además de conformar la línea de ensamblaje. PROCESOS CON ROBOTS EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS Los robots en la industria de alimentos han entrado en la manipulación y elaboración de diversos productos altamente comercializados como las bebidas gaseosas, leche y derivados de la misma en donde inclusive han llegado a dominar el arte del ordeño mediante diseños específicos y avanzados para resultados óptimos, cortes de carne manipulados robóticamente que disminuyen la exposición de la misma a posibles agentes contaminantes y que proporcionan una mayor seguridad al consumidor ya que al minimizar el contacto humano se imposibilitan la posible transmisión de enfermedades. En la pesca los robots también han encontrado su lugar mediante el procesamiento y limpieza de los pescados y otros frutos del mar como los mariscos, el envasado de  productos al vacío, la selección de los más aptos para la venta al público y el descarte de los dañados o no adecuados para el consumo humano, la industria camaronera también se ha sumado a esta iniciativa en pro del desarrollo empresarial y los avances en esta materia.