Sistema de Control de Inventario

 

Tópicos de Robótica, Seminario de investigación Universidad politécnica de Bicentenario

RESUMEN Este Es te 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# ca capa pa$ $ de reali reali$a $arr la oper operac ació ión n cont contra rari ria a es deci decirr so soli licit citar ar un prod produc ucto to en eistencia. -alabras clave /ontrol de inventario, manipulador, manipulador, inter"a$ gr#"ica.

ABSTRACT T0e paper presents t0e design and development o" a prototype manipulator  robot "or inventory management in a 1are0ouse. (iven t0e compleity 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 tra vell 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 eistence.

2ey1ords )nventory control, manipulator, grap0ical inter"ace.

JUSTIFICACION

 

4

 

/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 !u e 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 en cargue guen n del del invent inventari ariado ado.. &parte parte de !ue es esto to 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 pl plan anta tas s manu manu"a "act ctur urer eras as con con volu volume men n de rota rotaci ción ón de stoc stoc6s 6s medi medio5 o5ba bajo jo,, comprobando tanto su viabilidad técnica como económica. -ara ello, se reali$an las siguientes tareas •

etec e tectar tar neces necesida idade des s ac actua tuales les a cubri cubrir, r, las tenden tendencia cias s en gesti gestión ón de empresa emp resas s y5o plantas plantas manu"ac manu"acture tureras, ras, y el an#lisis an#lisis compara comparativo tivo de las di"erentes opciones de almacenamiento almacenamiento !ue se 0allan en el mercado.

•

Buscar nuevas soluciones propias a las ya eistentes 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 m#im a "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 tecnológica9999 tecnológica99999999... 9999... :8< /ap%tulo 7. Elementos y materiales a utili$ar99..................... :3?< 7.8 &luminio9999999999999. &luminio9999999999999. :3?< 7.3 &cero inoidable999999999. :38< 7.4 &cr%lico9999999999999... :38< /ap%tulo C. Eperimentación ..99..99999999999.. :34< /ap%tulo ;. /onclusiones ..99..9999999 ..99..9999999.99999.. .99999.. :37<

CAPITULO 1: INTRODUCCION Un sist siste ema de inve invent ntar ario ios s es un conj conjun unto to de norm norma as, méto método dos s 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, eisten sistemas !ue permiten estimar  los costos de las l as 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 desc descon ontr trol ol se pres presta ta no sólo sólo a perd perdid idas as,, sino sino tamb tambié ién n a mer mermas mas y desperdicios, pudiendo causar un "uerte impacto sobre las utilidades.

Se puede preguntar por !ué es tan "actible la utili$ación e implementación de m#!uina m#! uinas, s, la respuest respuesta a es muy simpleD simpleD nos 0ace todo trabajo trabajo  m#s "#cil, una m#!uina puede desempeñar desempeñar una "unción espec%"ica por un tiempo inde"inido, con un re!uer re!uerimi imien ento to m%nim m%nimo o de insum insumos, os, Un robot robot nos brinda brinda la capac capacida idad d de reducir signi"icativamente el tiempo utili$ado para reali$ar una tarea y con una alta alt a pr preci ecisió sión, n, con con lo !ue !ue tambi también én se minimi minimi$a $an n despe desperdi rdicio cios s y maltra maltrato to 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 em pe$a $aron ron a implem implemen entar tar ana!u ana!uele eles s para para !ue sea el acom acomod odo o corre correcto cto de manera !ue todo tenga su lugar determinado. El inventariado se puede clasi"icar  por eje jemp mplo lo en el sector tor de manu"actu ctura en mat materi erias as pri primas mas,, prod product uctos os

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 cent centro ro de trab trabaj ajo o perm permit ite e !ue !ue se teng tenga a "le "leib ibil ilid idad ad en las 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 eacta.

•

Permititir Perm ir fle flexi xibi bililidad dad en la prog program ramació ación n de la prod producc ucción ión:: Fpe Fperaci ración ón de menor costo a través de la producción de lotes mas grandes.

•

Proveer una salvaguardia salvaguardia para la variaci variación ón en el tiemp tiempo o de entrega de las /uan ando do se solicit solicita a a un vende vendedor dor !ue !ue sumin suminist istre re un materi mat erias as prim primas: as: /u 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 cada art% art%cu culo lo de inve invent ntar ario io.. >os >os regi regist stro ros s mues muestr tran an el inve invent ntar ario io disponible todo el tiempo. Este tipo de sistema son Gtiles para preparar  los estados "inancieros.

•

!istema !ist ema de "nvent "nventario ario Periódi Periódico: co: 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 ec econó onómic micas as y adem#s adem#s de reduc reducir ir tiempo tiempos s perdi perdidos dos en la bGs!u bGs!ued eda a al tener  tener 

 

K

también el conocimiento de lo !ue se tiene en inventario o eistencia. I por esto mismo se busca la automati$ación de proceso para !ue sea m#s productivo. Ho se 0a logr lograd ado o enco encont ntra rarr una una empr empres esa a !ue !ue im impl plem emen ente te un sist sistem ema a de inve invent ntar ario io robo roboti ti$a $ado do todo todo lo 0ace 0acen n a base base de pers person onal al !ue !ue mani manipu pula lan n montacargas montac argas para ponerlos en los ana!ueles. I a continuación se muestra !ue ya algunos implementan robótica móvil para su sistema de inventario. Timbe Timberla rland nd imple implemen menta tara ra el mane manejo jo de invent inventari ario o con con ay ayuda uda de un sistem sistema a 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 siste sistema ma robóti robótico co cuent cuenta a con una una gran gran varie variedad dad de 0erra 0erramie mient ntas as para para las necesidades necesidade s de Timberland 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$ación de productos mediante procesamiento de im#genes 4d y 3d y de igual manera la cantidad con la !ue se dispone y la inco in corr rrec ecta ta colo coloca caci ción ón de prod produc ucto to.. &dem# dem#s s de cont contar ar co con n un sist sistem ema a de identi"icación de códigos de barras y utili$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 #istria de $a r%&tica  -orr siglos -o siglos el ser 0uma 0umano no 0a constr construid uido o m#!u m#!uina inas s !ue !ue imitan imitan las partes partes del cuerpo 0umano. >os antiguos egipcios unieron bra$os mec#nicos a las estatuas de sus dioses. Estos bra$os "ueron operados por sacerdotes, !uienes clamaban !ue el movimiento de estos era inspiración de sus dioses igualmente, los griegos construy cons truyeron eron estatua estatuas s !ue operaban operaban con sistemas sistemas 0idr#ulicas 0idr#ulicas,, los cuales cuales se utili$aban para "ascinar "ascinar a los adoradores adoradores de los templos. templos. :;<

Una Un a obra obra c0ec c0ecos oslo lova vaca ca publ public icad ada a en 8=8 8=8 por por 2are 2arell 2ape 2ape6, 6, deno denomi mina nada da RossumLs Rossum Ls Universal Universal Robots, dio lugar al término robot. >a palabra c0eca MRobota MRobotaLL signi"ica servidumbre o trabajador "or$ado, en el momento en !ue se tradujo al inglés se convirtió en en el término NrobotO.

Entre los escritores escritores de 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 actGa de de acuerdo acuerdo con con tres tres principios. :;<

!"! Cine'(tica de$ %ra) 'ani*+$adr"  

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 etremo "inal del robot.

Tenemos dos problemas a resolver en cuanto a la cinem#tica del bra$o robótico •

/inem#tica /inem#tic a directa

•

/inem#tica /inem#tic a inversa

!"!"1 Cine'(tica directa El método usado en la cinem#tica directa, consiste en encontrar la matri$ de trans"ormación trans"orma ción a través del mapeo o tra$o !ue relacione el sistema de coordenadas coordenad as del elemento "inal, con el sistema de coordenadas de re"erencia o espacio de con"iguración del manipulador. El objetivo consiste en encontrar los l os valores !ue deben adoptar las coordenadas articulares del robot ! P' !8, !3,..., !n *ep 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 etremo etremo se posicione y oriente segGn una determinada 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$ada para el c#lculo de su cinem#tica directa. I una "orma de conocer conocer el movimiento movimiento !ue reali$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. enavit@Aartenberg.

 

84

Figura 2.2.1.3 Brazo Planar 3GDL

!"!"! AL,ORITMO DE DENAVIT- .ARTENBER, PARA LA OBTENCI/N DEL MODELO" DH1. Numerar  Numerar

los eslabone eslaboness comenzando con 1 (primer (primer eslabón eslabón móvil móvil dela dela cadena) y acabando con n (último eslabón móvil). Se numerara como eslabón 0 a la base fija del robot.  Numerar DH2. Numerar

cada articulación articulación comenzando comenzando por 1 (la correspondiente al primer 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 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. corte . Si fuesen paralelos paralelos (Si) (Si) se situar,a situar,a en la articulación 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. 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 coincid coincidiese iese 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 coincidiese totalmente con (Si). DH14.-btener

las matrices de transformación i$1i.

DH15.-btener

la matriz de transformación 'ue relaciona el sistema de la base con el del e+tremo del robot 2 3 0i! 14... n$1n. 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 Aartemberg es posible 0acer una tabla la cual se llena con los siguientes par#metros 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 coordenad as '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 $i, medido en un plano perpendicular al eje perpendicular perpendicular al eje i, utili$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 coniguracion robot planar 3 GDL >levando a cabo la reali$a$ion del algoritmo de enavit Aanterberg obtubimos los siguientes parametros 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 Tabla 3.3.3.8 y multiplicar todas para obtener la mati$ "inal de trans"ormacion 0omogenea. 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 epresara epresara la orientacion y posicion del etremo del del robot en "uncion de sus coordenadas coordenad as articulares con lo!ue !ueda resuelto el problema cinematico. cinematico. I de esta manera se ontine de la ecuacion '7* de la 7 columna de la matri$ de trans"ormacion trans"orma cion 0omogenea 'Jigura 3.3.3.;* y asi obtener la orientacion y posicion del e"ector "inal del robot en las coordenadas coordenadas NO , OyO y NO

 

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 encon en contra trarr su relaci relación ón con con la articu articulac lación ión a travé través s de un mape mapeo o invers inverso. o. El problema de la cinem#tica inversa es un poco m#s complicado debido a !ue pued pu eden en eis eisti tirr dive divers rsas as solu soluci cion ones es para para sati satis" s"ac acer er un mi mism smo o espa espaci cio o 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 lo s #ngu #ngulo los s !ue !ue debe deben n posi posici cion onar arse se los los esla eslabo bone nes s y esto esto es a part partir ir del 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 geométricas y trigonométricas trigonométricas 'Jigura 3.4.3*. •

Se utili$a para las l as primeras variables articuladas.

•

Uso Us o

de

rela relaci cion ones es

geom geomét étri rica cas s

y

trig trigon ono ométr métric icas as

'res 'resol oluc ució ión n

de

tri#ngulos*.

Figura 2.3.2 $%emplo m&todo geom&trico brazo planar 2GDL -orr matri -o matrices ces de trans trans"or "ormac mación ión 0omog 0omogén énea ea Se repre represen sentan tan a partir partir de las coordena coor denadas das 0omogén 0omogéneas eas de la locali$aci locali$ación ón en un espacio espacio dimensio dimensional nal y se re real ali$ i$a a a trav través és de co coor orde dena nada das s de un espa espaci cio o dime dimens nsio iona nal. l. I el cu cual al se encuentra representado en coordenadas 0omogéneas por 'nV8* dimensiones. >a cual est# "ormada por matrices de rotación y translación de esta madera ser# aplicada en cada matri$ de trans"ormación 0omogenea de los eslabones !ue componen compon en al robot y as% aplicarlo a los paramentos @A 'Jigura 3.4.4*.

 

8=

Figura 2.3.3 $%emplo m&todo matices por transormación 'omogenea esacoplamiento cinem#tico En robots de ;(> es complicado determinar todos los par# los par#me metr tros os nece necesa sari rios os para para co cono noce cerr de mane manera ra prec precis isa a cu cu#l #l ser# ser# su movimiento movimie nto y5o trayectoria, y de tal "orma se separan en conjunto de eslabones o individuales para "acilitar el an#lisis del posicionamiento en los 4 ejes de cada eslabón para el posicionamiento espacial, de esta manera se puede observar el movi mo vimi mien ento to real real !ue !ue real reali$ i$a a ca cada da arti articu cula laci ción ón al real reali$ i$ar ar una una tray trayec ecto tori ria a observando los l%mites y el alcance de movimiento !ue tiene con el conjunto de eslabones del bra$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, continuación, se mostrar el procedimiento !ue se reali$ó para encontrar dic0os valores mencionados anteriormente. En la pr pró óim ima a ecua ecuaci ción ón de obti obtien ene e el #ngu #ngulo lo resu result ltan ante te al desi design gnar ar las las coordenadas coordenad as '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 -a ra

la

impl implem emen enta taci ción ón

mani ma nipu pula lado dorr,

por por

obvi obvias as

tecn tecnol ológ ógic ica a ra$o ra$one nes s

"ue "ue se

nece necesa sari rio o busc buscar aron on

cons constr trui uirr

mate materi rial ales es

un

bra$ bra$o o

resi resist sten ente tes s

relativ rel ativame ament nte e para para las "uer$ "uer$as as a las !ue !ue ser# ser# somet sometido ido el manip manipula ulado dor, r, los materiales de los !ue est# construido principalmente el bra$o son aluminio y ac acr% r%li lico co otro otro mate materi rial al utili utili$a $ado do en la cons constr truc ucci ción ón del del prot protot otip ipo o es acer acero o inoidable.  &!u% se muestra muestra en la 'Jigura 4.8.8* el diseño preliminar del bra$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 sus artic articula ulacio ciones nes,, y se utili$ utili$ó ó el mode modelo lo del serv servomo omoto torr '+(= '+(==C* =C*  y a continuación se muestra la tabla con las especi"icaciones especi"icaciones de este y otros.

 

33

!abla 3.1.1 $speciicaciones 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,,- 

 

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-ara -a ra contr controla olarr el bra$o bra$o robóti robótico co se estab establec leció ió un enlace enlace de comu comunic nicac ación ión arduino@+ ardu ino@+atlab atlab donde la tarjeta tarjeta de ad!uisició ad!uisición n &r &rduin duino o se utili$a utili$a Gnicamen Gnicamente te como peri"érico para suministrar las señales eléctricas a los motores. motores. El modelo !ue se utili$o "ue el &rduino Hano &T+ &T+E>43K E>43K 'Jigura 4.8.4* por!ue se encontró adecuado adecuado para la aplicación !ue se iba i ba a dar. Este cuenta con entradas anal an alóg ógic icas as y sali salida das s digi digita tale les s las las cual cuales es la apli aplica caci ción ón se ser# r# cont contro rola larr los los  servomot serv omotores ores,, los cuales cuales 3 se designaro designaron n para las ruedas ruedas 'servomo 'servomotore tores s sin tope* !ue se ocuparon '? a *.

Figura 3.1.3 rduino /ano !+$L !+$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*, '>3=4*, el cual su "unción principal es reali$ar el cabio de giro de los motores, adem#s de generarles generarles la corriente necesaria para el óptimo "uncionamiento, de "orma !ue lo podemos llamar también como la etapa de potencia para los l os servomotores servomotores aislando cual!uier sobrecarga sobre el arduino el cual podr%a dañarlo 'Jigura 4.8.7*.

Figura 3.1.( Puente H L2,3D

 

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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 mo do !ue !ue siga siga una traye trayecto ctoria ria espec espec%"i %"ica, ca, de esta esta manera manera se genera generan n las trayectorias !ue el robot ejecutara como rutinas al reali$ar el inventariado.

Figura 3.2.1 G4 +atlab control del robot 

" A$0rit' "2 Materia$es -ara -a ra la reali$ reali$aci ación ón del proto prototip tipo o del bra$o bra$o robóti robótico co aplica aplicado do a la "unci "unción ón de invent inv entari ario o se oc ocupa uparon ron los siguie siguiente ntes s mate materia riales les !ue !ue se mencio mencionan nan en los siguientes puntos !ue se mencionaran a continuación '4.7.8, 4.7.3, y 4.7.4* los cuale cuales s "u "uero eron n alumin aluminio, io, acero acero inoid inoidabl able e y acr%li acr%lico. co. Se decid decido o utili$a utili$arr es estos tos materiales por ser económicos y "#cil manipulación manipulación y5o ma!uinado. ma!uinado.

"2"1 A$+'ini

 

3C

 >a densidad de este metal es de aproimadamente aproimadamente 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 aproimadamente =? +-a '84 6psi*, pero se puede mejorar muc0o mediante el trabajo en "r%o y también al alearl ale arlo o con con otros otros mate materia riales les.. Su módu módulo lo de elasti elasticid cidad, ad, as% como como los de sus aleaci ale acione ones, s, es de 8. 8. (-a (-a '8?.7 '8?.7 +psi*, +psi*, lo !ue sign signi"ic i"ica a !ue su rigide rigide$ $ es aproimadamente 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$, trabajo en caliente o en "r%o, o etrusión. Sus aleaciones se pueden ma!uinar, trabajar en prensa, soldar en "orma directa, al bronce o al estaño. El aluminio puro se "unde a ;;?Y/ '8 38CYJ*, lo !ue lo 0ace muy deseable para producir "undiciones permanentes o en arena. Est# comercialmente comercialmente disponible en "orma de placa, barra, l#mina, 0oja, varilla y tubo y en per"iles estructurales y e etr truid uidos. os. eben eben tomar tomarse se cierta ciertas s preca precauci ucione ones s al unir unir alumin aluminio io media mediante nte soldadura directa al bronce o al estañoD los anteriores métodos de unión no se recomiendan recomiend an para todas las aleaciones. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con aluminio "ueron )/, /0/, /1/, $/, $$/, $)/ y 

/$*/  'Tabla  'Tabla 4.;.8*.

"2"! Acer ina resistencia de estos aceros se mejora muc0o mediante el tr trab abaj ajo o en "r%o "r%o.. Ho so son n magn magnét étic icos os a meno menos s !ue !ue se trab trabaj ajen en en "r%o "r%o.. Sus Sus

 

3;

propie pro piedad dades es de endur endureci ecimie mient nto o media mediante nte traba trabajo jo tambi también én causan causan !ue !ue sean sean di"%ciles de ma!uinar. Todos los aceros al cromo@n%!uel se sueldan y muestran mayo ma yores res propie propiedad dades es de resist resisten encia cia a la corro corrosió sión n !ue !ue los aceros aceros al cro cromo mo simples. /uando se agrega m#s cromo para lograr una mayor resistencia a la co corr rros osió ión, n, tamb tambié ién n debe debe agre agrega gars rse e m#s m#s n%!u n%!uel el si se dese desea a mant manten ener er las las propiedades austen%ticas. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con acero "ueron $2/ y /$0/  'Tabla  'Tabla 4.;.8*.

"2" Acr Acr9$ic" 9$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$ación termina en una prensa de moldeo en caliente, donde el pl#stico se llicua icua bajo presión. >os pl#sticos termo "ijos no pueden volverse a molde. :K< >as pie$as !ue se reali$aron con acr%lico "ueron N4O, O7O, OO y OKO 'Tabla 'Tabla 4.;.8*.

"3 Inter=a)  

"4 Des*iece  & continuación, continuación, se muestra 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 ?! *ie)as@

1 ?De1rec#@

?I)+ierd@

3" Serv'tr 

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" Ba Base de de 0r 0ri**e **er

11" E En n0rane de 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" EPERIMENTACION 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$a una observación minuciosa también se cons co nsid ider eran an las las dime dimens nsio ione nes s del del obje objeto to a ser ser mani manipu pula lado do,, as% as% como como las las dimensiones de los ana!ueles donde ser# almacenado el producto el usuario ser# capa$ 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$o manipulador manipulador se le monto un c0asis con ruedas con servomotores servomot ores sin tope para !ue puedan dar la vuelta completa y continua 'Jigura 7.8* 8*,, el protot ototip ipo o estar tar# so sob bre un riel riel para reali eali$a $arr el movimien mientto de despla$amiento para pasar un objeto de un ana!uel al otro.

Fi0+ra 2"1 Bra) 'ani*+$adr Se tuvieron algunos problemas con las ruedas colocadas en el c0asis, causando un apriete lo cual no permit%a el movimiento libre y de tal "orma los servomotores no ten%an un movimiento libre lo cual aria !ue los servomotores se "or$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 movimie nto libre sobre el riel 'Jigura 7.3*.

 

3=

Fi0+ra 2"! Bra) 'ani*+$adr ; ana+e$ Todo el control del robot se reali$ó en una protoboard 'Jigura 7.4*, en el cual se conec conectar taron on el puent puente e A, arduin arduino o nano. nano. -ara la cone conei ión ón de los servo servos s "ue "ue necesari neces ario o utili$ utili$ar ar "uent "uentes es de ali alimen mentac tación ión USB USB indepe independ ndien ientes tes,, esto esto para para suministrar la corriente necesaria y !ue los motores no se vean "or$ados.

Figura (.3 "ontrol64nteraz 

 

4?

CAPITULO 3: CONCLUSIONES >a elaboración del presente trabajo surgió a partir de la necesidad de crear un sistema siste ma ro robót bótico ico el cual cual pue pueda da reali$ reali$ar ar el invent inventari ariado ado en las empr empresa esas s !ue !ue re!uieran de ese servicio y esto se llevó a cabo a partir del uso de un bra$o

 

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robótico 4(>. I lo principal la implementación de la cinem#tica directa e inversa para el control del bra$o manipulador. manipulador. El uso de so"t1are /& 'SolidXor6s* nos contribuyó para el diseño del prototipo del bra$o y llevarlo a cabo al prototipo "%sico.  &l reali$ar este trabajo se pudo dar un en"o!ue a una necesidad, con los cono co noci cimi mien ento tos s ad!u ad!uir irid idos os con con ante anteri rior orid idad ad para para el cont contro roll de un bra$ bra$o o manipulador y el uso de so"t1are de simulación '+atlab* aplicando un (U), para observar las trayectorias !ue reali$ara el bra$o manipulador sin llegar a alguna colisión.

REFERENCIAS :8! M>D?A="DAJ >="=>>3"= >="=>>3"= C>!"= &5$'. 7e Mcra64 Mcra64?ill ?ill Dompanies, "nc.