UNIVERSIDAD ANDINA
NÉSTOR CÁCERES VELÁSQUEZ
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y CIENCIAS PURAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECATRÓNICA
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO PARA
FABRICACIÓN DE PIEZAS DE MADERA Y ALUMINIO
UTILIZANDO EL ROBOT SCARA ADEPT 550 CON
CORTE LASER
TESIS PRESENTADA POR:
Bach. CHRISTIAN ARTURO MONTESINOS
FERNÁNDEZ
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECATRÓNICO
PUNO – PERÚ
vii
TITULO
:‘‘DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MÓDULO PARA
FABRICACIÓN DE PIEZAS DE MADERA Y ALUMINIO
UTILIZANDO EL ROBOT SCARA ADEPT 550 CON CORTE
viii
DEDICATORIA
La presente tesis está dedicada a mi madre a mi hijo Andrien a mis abuelos por ser las personas
que me motivan a superarme, por su incondicional apoyo y es gracias a ellos culmine
este trabajo.
ix
AGRADECIMIENTO
Agradezco a mi familia, a mis abuelos Antonia Castillo y Harold Fernández, a mi madre Giovanna Fernández, porque me apoyan y
respaldan constantemente. Es gracias a ellos que puedo seguir adelante y superarme. A todos mis
x
ÍNDICE DE CONTENIDO
DEDICATORIA ... viii
AGRADECIMIENTO ... ix
ÍNDICE DE CONTENIDO... x
ÍNDICE DE FIGURAS ... xiv
ÍNDICE DE TABLAS ... xvii
RESUMEN ...xviii
ABSTRACT ... xix
INTRODUCCIÓN ... xx
CAPITULO I ASPECTOS GENERALES ... 1
1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. ... 2
1.1.1. PROBLEMA GENERAL. ... 2
1.1.2. PROBLEMA ESPECIFICO. ... 2
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ... 2
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN. ... 3
1.3.1. OBJETIVOS GENERALES. ... 3
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. ... 3
1.4. JUSTIFICACIÓN DE ESTUDIO. ... 3
1.5. LIMITACIONES DEL ESTUDIO. ... 4
1.6. HIPÓTESIS. ... 4
1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL. ... 4
1.6.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICA. ... 5
1.7. OPERACIONALIZACIÓN VARIABLES. ... 5
1.7.1 VARIABLES INDEPENDIENTES. ... 5
1.7.1 VARIABLES DEPENDIENTES. ... 5
CAPITULO II MARCO TEÓRICO ... 6
2.1. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO. ... 7
2.2. BASES TEÓRICAS ... 11
2.2.1. DEFINICIÓN DE ROBOT ... 11
2.2.1.1. ROBOTS INDUSTRIALES ... 11
2.2.1.1. TIPOS DE ROBOTS INDUSTRIALES ... 13
2.2.2. ROBOT SCARA (RRP) ... 14
2.2.2.1 APLICACIONES DEL ROBOT SCARA ... 17
2.2.2.2 BENEFICIOS DEL ROBOT SCARA ... 18
2.2.3. PARTES DE UN ROBOT INDUSTRIAL ... 19
2.2.3.1. ARTICULACIONES ... 19
2.2.3.2. ESLABONES ... 20
2.2.3.3. ACTUADORES ... 20
2.2.3.4. GRADOS DE LIBERTAD (GDL) ... 21
2.2.3.5. SENSORES... 21
xi
2.2.4. PROGRAMACIÓN DE ROBOTS INDUSTRIALES ... 23
2.2.4.1. PROGRAMACIÓN POR GUIADO ... 25
2.2.4.2. PROGRAMACIÓN TEXTUAL... 27
2.2.4.2.1. NIVEL ROBOT ... 28
2.2.4.2.2. NIVEL OBJETO ... 28
2.2.4.2.3. NIVEL TAREA ... 28
2.2.5. EL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN INDUSTRIAL V+ ... 29
2.2.6. ELEMENTOS TERMINALES DE ROBOTS INDUSTRIALES ... 31
2.2.6.1. ELEMENTOS TERMINALES DE CORTE POR LÁSER ... 32
2.2.6.1.1 PARTES DE UN CORTADOR LÁSER. ... 33
2.2.6.1.1.1. FUENTE LASER. ...34
2.2.6.1.1.2. CUERPO DE LA MAQUINA. ...34
2.2.6.1.1.3. CABLE DE FIBRA ÓPTICA. ...34
2.2.6.1.1.4. CABEZA DE CORTE LASER. ...35
2.2.7. DISEÑO DE UNA CÉLULA ROBOTIZADA. ... 35
2.2.7.1. DISPOSICIÓN DEL ROBOT EN LA CÉLULA DE TRABAJO. .. 36
2.2.7.1.1. ROBOT EN EL CENTRO. ... 36
2.2.7.1.2. ROBOT EN LÍNEA ... 37
2.2.7.1.3. ÁREA DE TRABAJO ... 38
2.2.7.2. MEDIDAS DE SEGURIDAD ... 39
2.2.7.2.1 BARRERAS MATERIALES. ... 40
2.2.7.2.2 BARRERAS INFRARROJAS ... 41
CAPITULO III METODOLOGÍA ...43
3.1. TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN... 44
3.2. DESCRIPCIÓN DEL ÁMBITO DE LA INVESTIGACIÓN. ... 44
3.4. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS PARA LA RECOLECCIÓN DE DATOS. ... 45
CAPITULO IV INGENIERÍA DEL PROYECTO ...46
4.1. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO ... 47
4.1.1. DISEÑO DEL MODULO ... 47
4.1.1.1. ÁREA DE TRABAJO DEL ROBOT ... 47
4.1.1.2. DISEÑO CAD DEL MODULO... 49
4.1.1.3 SIMULACIÓN CAD/CAM DEL MODULO ... 55
4.1.2. CONSTRUCCIÓN DEL MODULO ... 62
4.2. MONTAJE DEL ROBOT ... 69
4.2.1. CABLEADO DEL TABLERO DE CONTROL ... 69
4.2.1.1. ADEPT MV 8 ... 70
4.2.1.1.1 TARJETA 040 ... 71
4.2.1.1.1.1 CONEXIONES DEL EL PUERTO RS422 ... 72
4.2.1.1.1.2 CONEXIONES CON EL PUERTO RS 232 ... 72
4.2.1.1.2 TARJETA SIO ... 73
4.2.1.1.2.1 PANEL FRONTAL EXTERNO VFP ... 74
4.2.1.1.2.1.1 TEACH PENDANT MCP ... 76
xii
4.2.1.2. ADEPT PA 4 MÓDULO AMPLIFICADOR DE POTENCIA ... 78
4.2.1.2.1. TARJETA DUAL B5 AMP………..79
4.2.1.2.2 ESPECIFICACIONES ADEPT PA 4 CONTROLADOR DE POTENCIA ... 80
4.3. MONTAJE DEL CORTADOR LASER ... 80
4.3.1. CONEXIÓN DEL INTERCAMBIADOR DE HERRAMIENTAS MACHO ... 80
4.3.2 CONEXIÓN DE LA TARJETA DE CONTROL Y POTENCIA DEL LASER ... 82
4.3.3 MONTAJE DEL LASER EN EL INTERCAMBIADOR HEMBRA ... 83
4.4. PROGRAMACIÓN DEL ROBOT. ... 84
4.4.1. CÓDIGO V+ LÍNEA ... 84
4.4.2. CÓDIGO V+ CIRCULO ... 85
4.4.3. CÓDIGO V+ PROGRAMACIÓN POR GUIADO ... 87
4.4.4. CÓDIGO V+ INTERCAMBIADOR AUTOMÁTICO DE CORTADORA LASER ... 88
4.4.5 INSTRUCCIONES DEL LENGUAJE V+ ... 132
4.5. DISEÑO DE OBJETOS ... 138
4.6. OPERACIÓN MANUAL DEL ROBOT... 139
4.6.1. VERIFICAR LA INSTALACIÓN ... 139
4.6.2. CALIBRAR ROBOT ... 145
4.6.3. ENCIENDA EL ROBOT. ... 145
4.6.4. OPERACIÓN MANUAL ... 147
4.7. CONVERSIÓN A ALGORITMOS EN V+ ... 150
4.8. OPERACIÓN AUTOMÁTICA DEL ROBOT ... 159
4.8.1. VERIFICAR LA INSTALACIÓN ... 159
4.8.2. CALIBRAR ROBOT ... 165
4.8.3. ENCIENDA EL ROBOT. ... 166
4.8.4. OPERACIÓN AUTOMÁTICA DEL ROBOT ... 167
4.9. MANTENIMIENTO DEL ROBOT. ... 170
4.9.1. CRONOGRAMA DE MANTENIMIENTO. ... 170
4.9.2. COMPROBACIÓN DE LOS PERNOS DE MONTAJE Y NIVELACIÓN. ... 170
4.9.3. LUBRICAR EL 3 Y 4 GDL. ... 171
4.9.4. VERIFICAR LAS TRANSMISIONES DE 3 GDL Y EL 4GDL. ... 172
4.9.5. ADEPT PA4 CONTROL DE POTENCIA. ... 173
4.10. MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA TRABAJAR ROBOTS. ... 174
CAPITULO V PRUEBAS Y RESULTADOS ...176
5.1. PRUEBAS DEL ROBOT SCARA ADEPT 550 ... 177
5.2. PRUEBAS DE LA ANTORCHA LÁSER ... 178
5.2.1 PRUEBA CONEXIÓN E INTERCAMBIO AUTOMÁTICO ... 180
5.2.2 PRUEBA DE CORTE EN MADERA ... 181
5.2.3 PRUEBA DE CORTE EN ALUMINIO ... 182
xiii
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...184
CONCLUSIONES ... 184
RECOMENDACIONES ... 186
BIBLIOGRAFÍA ...187
xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Analogía Entre Brazo Industrial Y Brazo Humano ... 12
Figura 2 Robot Tipo SCARA Adept OMROM ... 17
Figura 3 Tipos De Articulaciones ... 19
Figura 4 Diferencia Entre Eslabones y Articulaciones ... 20
Figura 5 Actuador Eléctrico Servomotor Ukava ... 20
Figura 6 Representación de Grado de Libertar (GDL) ... 21
Figura 7 Sensor Encoger de Posición ... 22
Figura 8 Tablero de Control KRC2 de un Robot Industrial KUKA ... 23
Figura 9 Robot Cortando Acero con una Antorcha Láser ... 33
Figura 10 Célula Robotizada para Soldadura ... 35
Figura 11 Disposición del Robot en el Centro ... 36
Figura 12 Disposición del Robot en Línea ... 38
Figura 13 Área de Trabajo de un Robot Antropomórfico ABB ... 39
Figura 14 Seguridad de la Célula Robotizada ... 41
Figura 15 Barreras de Seguridad ... 42
Figura 16 Ubicación de la UANCV de la Sub Sede Puno ... 45
Figura 17 Medida de los Eslabones del Robot Adept 550 ... 47
Figura 18 Angulo Máximo de Desplazamiento de los Eslabones ... 48
Figura 19 Distancia considerada para el diseño del área de trabajo ... 49
Figura 20 Diseño columna y base del módulo ... 50
Figura 21 Estructura Y Mesa De Trabajo Del Módulo Diseño CAD ... 51
Figura 22 Gabinete Eléctrico Diseño CAD ... 52
Figura 23 Interior Gabinete Eléctrico Diseño CAD ... 52
Figura 24 Célula Robotizada Diseño CAD ... 52
Figura 25 Modulo Concluida Vista Dimétrica CAD ... 53
Figura 26 Modulo Concluida Vista Frontal ... 54
Figura 27 Estructura CAD Para Simulación Estática ... 55
Figura 28 Estructura CAD Con Cargas ... 56
Figura 29 Base y Columna ... 62
Figura 30 Estructura ... 63
Figura 31 Gabinete Eléctrico y Estructura ... 63
Figura 32 Base, Estructura y Gabinete ... 64
Figura 33 Mesa de trabajo ... 64
Figura 34 Montaje del Robot ... 65
Figura 35 Barreras y Cerco de Seguridad ... 65
Figura 36 Gabinete Eléctrico ... 66
Figura 37 Célula Robotizada ... 67
Figura 38 Modulo Concluido ... 68
Figura 39 Cableado del control ... 69
Figura 40 Adept MV 8 ... 70
Figura 41 Tarjeta 040 ... 71
Figura 42Tarjeta SIO ... 73
Figura 43 Panel Frontal VFP ... 74
xv
Figura 45 Tarjeta VJI ... 77
Figura 46 Controlador de Potencia Adept PA 4 ... 78
Figura 47 Tarjeta DUAL B5 AMP ... 79
Figura 48 Conexiones Intercambiador Macho... 81
Figura 49 Tarjeta De Control Y Potencia Del Laser CLC ... 82
Figura 50 Cortador Laser Montado ... 83
Figura 51 Captura De Pantalla Instrucción HERE ... 88
Figura 52 Conexión Adaptador RS232 ... 140
Figura 53 Instrucción DEVMGMT.MSC ... 141
Figura 54 Administrador de dispositivos ... 141
Figura 55 Hyperterminal ... 142
Figura 56 Descripción De Conexión Adept ... 142
Figura 57 Selección De Puerto COM ... 143
Figura 58 Inicio De Hyperterminal Enlazado ... 144
Figura 59 Tablero Frontal de Encendido Del Robot ... 145
Figura 60 Funcionamiento Correcto De Mv8 Y Pa4 ... 146
Figura 61 Hyperterminal enlazado vía USB ... 147
Figura 62 Botón COMP PWR... 147
Figura 63 Barras de Velocidad ... 148
Figura 64 Cambio De Los Modos De Referencia ... 149
Figura 65 Botón SLOW ... 149
Figura 66 Activamos Casilla De SOLIDWORKS CAM ... 150
Figura 67 SolidWorks CAM CommandManager ... 151
Figura 68 Parámetros Máquina ... 151
Figura 69 Maquina y torreta ... 152
Figura 70 Postprocesado ... 152
Figura 71 Maquina ... 153
Figura 72 Stock Manage ... 153
Figura 73 sistema de coordenadas ... 154
Figura 74 Rasgos Mecanizables ... 154
Figura 75 Reconstruir Como Se Muestra ... 155
Figura 76 Rasgos, Operaciones Y Trayectorias ... 155
Figura 77 Generar Plan de Operaciones ... 156
Figura 78 Árbol De Operaciones ... 156
Figura 79 Generación de Trayectoria de Herramienta ... 157
Figura 80 Simular trayectoria de herramienta ... 157
Figura 81 Establecemos la Velocidad ... 158
Figura 82 postproceso de las trayectorias ... 159
Figura 83 Conexión Adaptador RS232 ... 160
Figura 84 Instrucción DEVMGMT.MSC ... 161
Figura 85 Administrador de dispositivos ... 162
Figura 86 Hyperterminal ... 163
Figura 87 Descripción De Conexión Adept ... 163
Figura 88 Selección De Puerto Com ... 164
Figura 89 Inicio De Hyperterminal Enlazado ... 164
xvi
Figura 91 Funcionamiento Correcto De Mv8 Y Pa4 ... 166
Figura 92 Botón COMP PWR... 167
Figura 93 Barras de Velocidad ... 167
Figura 94 Cambio De Los Modos De Referencia ... 168
Figura 95 Comando STATUS ... 169
Figura 96 Transferencia De Programa ... 169
Figura 97 3 y 4 GDL ... 171
Figura 98 Vista de la parte inferior de Adept 550 eslabón exterior ... 173
Figura 101 Cortador Laser Operativo ... 177
Figura 102 Calibración De Óptica ... 178
Figura 103 Corte Fallido ... 179
Figura 104 Corte Imperfecto ... 179
Figura 105 corte Deslucido ... 179
Figura 106 Corte optimo ... 179
Figura 107 Corte En Madera 5mm 40mm x 40mm ... 182
Figura 108 Corte En Madera 5mm 40mm x 40mm ... 182
xvii
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Operacionalización De Variables Independientes ... 5
Tabla 2 Operacionalización De Variable Dependiente ... 5
Tabla 3 Tipos de Robots Industriales ... 13
Tabla 4 Técnicas E Instrumentos ... 45
Tabla 5 Pines Y Conexiones Del Puerto RS422 ... 72
Tabla 6 Pines Y Conexiones Del Puerto Rs 232 ... 72
Tabla 7 Especificaciones Adept Pa 4 Controlador De Potencia ... 80
Tabla 8 Conexionado Del Intercambiador Macho ... 80
Tabla 9 Conexionado Del Intercambiador Macho. ... 83
Tabla 10 Instrucciones Principales Del Lenguaje V+ ... 132
Tabla 11 Inspección y mantenimiento ... 170
Tabla 12 Calibración De Inicio ... 177
Tabla 13 Pruebas De Calibrado De Antorcha Laser Sobre Madera ... 179
Tabla 14 Prueba De Conexión ... 180
Tabla 15 Prueba De Intercambio Automático... 180
Tabla 16 Prueba De Corte En Madera Con Laser ... 181
xviii
RESUMEN
El presente proyecto consiste en diseñar e implementar un módulo para fabricación de piezas de madera y aluminio utilizando el robot SCARA Adept 550 con corte láser.
Este proyecto se inicia desde la construcción de una estructura a base de perfiles T-Slot que denominaremos la célula robotizada dentro de esta célula
ensamblaremos el robot SCARA Adept 550 realizando el cableado y montaje de 2 tableros uno que es el control de potencia MP4 y el control computacional que
es el tablero MV8 ambos montados dentro de un gabinete general donde se ha instalado las conexiones externas, el panel de control frontal la conexión del teach pendant para la operación manual del robot y la conexión de comunicación
del robot a la computadora RS232 así mismo realizaremos el montaje del efector final que consta de 2 partes la primera que es un intercambiador automático de herramientas que nos facilitara el cambio de efectores como son
el cortador laser, una pinza, un ruteador y una impresora 3D. La segunda es la instalación y calibración de la óptica de un cabezal laser para realizar cortes
sobre madera y aluminio y por último la conversión de imágenes o diseños CAD a algoritmos V+ para que el robot tenga rutinas de desplazamiento y pueda mecanizar el diseño presentado.
Expondremos la operación del robot y los diferentes algoritmos de programación ejecutable por el robot para realizar un maquinado con el cortador laser.
Palabras clave: Robot Scara, Algoritmos V+, Corte Laser, Rutinas De
xix
ABSTRACT
The present project consists of designing and implementing a module for manufacturing wood and aluminum parts using the SCARA Adept 550 robot with laser cutting.
This project starts from the construction of a structure based on T-Slot profiles that we will call the robotic cell inside this cell. We will assemble the SCARA
Adept 550 robot by wiring and assembling 2 boards, one that is the MP4 power control and the computational control that is the MV8 board both mounted inside
a general cabinet where external connections have been installed, the front control panel the teach pendant connection for manual operation of the robot and the communication connection of the robot to the RS232 computer as well same
we will make the assembly of the final effector that consists of 2 parts the first one that is an automatic tool exchanger that will facilitate the change of effectors such as the laser cutter, a clamp, a router and a 3D printer. The second is the
installation and calibration of the optics of a laser head to make cuts on wood and aluminum and finally the conversion of images or CAD designs to V +
algorithms so that the robot has routines of displacement and can mechanize the presented design.
We will expose the operation of the robot and the different programming
algorithms executable by the robot to perform a machining with the laser cutter.
Keywords: Robot Scara, V + Algorithms, Laser cutting, Displacement
xx
INTRODUCCIÓN
En la actualidad los avances tecnológicos a nivel mundial en el campo de la electrónica son cada vez mayores. Estos nuevos avances tecnológicos son aplicados en la vida cotidiana, utilizados de diferentes formas, mejorando de esa
manera el nivel de la vida de la sociedad en general. Sin embargo, de tras de cada una de estas tecnologías hay una gran parte de esfuerzo, tiempo y
recursos.
Los países más avanzados en la industrialización desarrollan equipos
totalmente avanzados y de costos muy elevados porque invierten muchos recursos en lo que es la investigación de nuevas tecnologías.
Lamentablemente, no sucede el mismo caso en nuestro país. A nivel nacional,
las empresas buscan soluciones en otros países más avanzados y solo se limitan a utilizar los equipos ya fabricados. Esto se debe a que no se fomentan las investigaciones de forma adecuada en nuestro país.
Esta falta de desarrollo también se aprecia en el campo de la robótica, ya que en nuestro país se encuentra muy limitado. En nuestra propia universidad no
hay laboratorios con respecto al tema de la robótica. Por esta misma razón se decidió diseñar e implementar de un módulo para fabricación de piezas de madera y aluminio utilizando el robot SCARA Adept 550 con corte láser.
El diseño y construcción de la célula robotizada se basan en las dimisiones del robot y la disposición que debe de tener un robot SCARA en la célula robotizada,
xxi también permitiría poner el robot en una cadena de procesos automatizados,
manufactura, mecanizado, pintura, soldadura, ensamblaje entre otros.
El corte laser nos permite hacer mecanizados limpios rápidos precisos optimizando tiempo, costos y mejorando la calidad. Este módulo permite que los
estudiantes, docentes, empresas y público en general puedan apreciar y verificar en persona los grandes beneficios que nos ofrece la automatización, las
1
CAPITULO I
2
1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
1.1.1. PROBLEMA GENERAL.
¿Cuál es la necesidad de diseñar e implementar un módulo para fabricación de piezas de madera y aluminio utilizando el robot SCARA
Adept 550 con corte láser?
1.1.2. PROBLEMA ESPECIFICO.
¿Cómo se podrá realizar el diseño del módulo?
¿Cómo el robot puede fabricar piezas de madera y aluminio?
¿Excesivo tiempo y costos en la manufactura de piezas de aluminio y
madera?
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
En la actualidad la importancia de la tecnología ha ido avanzando con los
años, para el desarrollo local es imprescindible adquirir nueva tecnología y a medida que las instituciones se van incrementando requieren módulos actualizados de acuerdo al avance tecnológico para un mejor e interactivo
aprendizaje y entrenamiento de los estudiantes del área de automatización industrial y robótica.
Actualmente las empresas tienen mayor demanda de automatización, y la gran mayoría no cuentan con los procesos automatizados. Es así que para efectos de productividad, eficiencia y calidad es necesaria la
automatización de los procesos industriales.
El corte láser es una tecnología que permite hacer mecanizados en
3
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.
1.3.1. OBJETIVOS GENERALES.
Diseñar e implementar un módulo para fabricación de piezas de madera y aluminio utilizando el robot SCARA Adept 550 con corte láser.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Diseñar un módulo para corte de piezas en madera y aluminio.
Convertir de algoritmos en 2D para que el robot pueda seguir y fabricar
piezas de madera y aluminio.
Reducir el tiempo de trabajo y costos de producción.
1.4. JUSTIFICACIÓN DE ESTUDIO.
Al Diseñar e implementar un módulo de corte fabricación de piezas de madera y aluminio.
se demuestra el beneficio tecnológico y educativo de los ciudadanos de
Puno y principalmente para los estudiantes de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecatrónica - UANCV en el área de automatización industrial
y robótica.
Se usará el robot SCARA Adept 550 ya que sus ciclos de trabajo son rápidos, seguros, exactos y sobre todo flexibles, excelente en
repetitividad, calidad final del producto.
4 Consigue una mejor calidad y expandir la idea de robótica y sus
aplicaciones en la industria y en el pequeño y mediano taller de manufactura.
El robot Adept 550 conjuntamente con una antorcha láser nos permite hacer trabajos de calidad y precisión pudiendo utilizarlos para creación
de mecanismos conjugando varias piezas realizadas.
1.5. LIMITACIONES DEL ESTUDIO.
En el desarrollo del presente proyecto de tesis se presentaron las
siguientes limitaciones:
El software de control que requiere es más complejo, aunque este
software viene integrado con el SCARA el lenguaje de programación es poco conocido.
La profundidad del corte está limitada a la potencia del láser de corte.
El área de trabajo es reducida esto hace que las piezas a mecanizar
tengan un largo máximo de 60 cm, ancho de 35.6 cm y altura de 10 cm.
1.6. HIPÓTESIS.
1.6.1 HIPÓTESIS GENERAL.
Se diseña e implementa un módulo para fabricación de piezas de madera y aluminio Adept 550 con corte láser mejorara la calidad de manufactura
5
1.6.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICA.
El diseño del módulo permite el trabajo óptimo del robot SCARA.
Al diseñar piezas el robot mecaniza las piezas eficientemente.
Se logra la reducción tiempo y costos de manufactura.
1.7. OPERACIONALIZACIÓN VARIABLES.
1.7.1 VARIABLES INDEPENDIENTES.
VARIABLES INDICADORES
INDEPENDIENTES
Diseño del modulo Software CAD
Precisión del
mecanizado Precisión del corte (mm)
Tabla 1 Operacionalización De Variables Independientes Fuente: elaboración propia
1.7.1 VARIABLES DEPENDIENTES.
DEPENDIENTES
Eficiencia de la
automatización Velocidad de corte (m/s)
Calidad del
mecanizado Profundidad de corte (mm)
6
7 2.1. ANTECEDENTES DEL ESTUDIO.
Para el desarrollo del siguiente proyecto de tesis se encontró los siguientes
antecedentes.
Tesis “diseño de una cortadora láser CNC de CO2 para acrílicos y madera en el
laboratorio de robótica de la pontificia universidad católica del Perú. De Pérez
Espinoza Alonso Ricardo. Perú en el 2015”
RESUMEN: “El presente proyecto de tesis tiene por objeto atender esta
necesidad puntual maquinado de piezas para maquetas de precisión de una
gran variedad de potenciales usuarios finales, así como responder a la solicitud
de los expertos en el tema. Se diseñará una cortadora láser CNC para el corte
de madera y acrílicos. En cuanto a los objetivos, el principal, es diseñar una
cortadora láser CNC de bajo costo, de tal manera que sea asequible para los
potenciales usuarios anteriormente mencionados. En cuanto a los objetivos
secundarios, se tiene la selección del sistema óptico a utilizarse y del láser,
determinar la potencia requerida y velocidad de corte. En cuanto a la electrónica
y el control, se seleccionará los sensores y actuadores, se diseñará los circuitos
para el control de estos y el procesamiento de los datos de entrada que
especifique el usuario (diseño a cortar) y se diseñará la lógica de control” De
Pérez Espinoza Alonso Ricardo. Perú en el 2015.
Tesis “desarrollo de software para modelado y fabricación de objetos de
madera usando un robot SCARA en la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. De Roberto Loaeza Valerio. México en el 2009”
RESUMEN: “Este proyecto está centrado en la investigación en los
8 para construir físicamente los modelos en madera, de forma que se
desarrolle tecnología propia que promueva una industria robótica y se generen diversas aplicaciones que tengan un importante impacto social y económico” De Roberto Loaeza Valerio. México en el 2009.
Tesis “Diseño, Simulación y Construcción Mediante Sistemas CAD/CAM
de un robot educativo en la Universidad Autónoma de Querétaro facultad de ingeniería. De Rubio Ramírez Juan Francisco, Sánchez Aguilar Saritalia. México en el 2011”
RESUMEN: “Este trabajo se desarrolló pensando en la mejora que los sistemas CAD/CAM ofrecen en el diseño de ingeniería, construyendo un
robot de cuatro grados de libertad usando las ventajas que ofrecen los sistemas CAD/CAM. la metodología en diseño del mismo utilizando
herramientas CAD y ensamblaje virtual utilizando herramientas CAM. Dicho proyecto es una aplicación de un brazo manipulador con fines didácticos” De Rubio Ramírez Juan Francisco, Sánchez Aguilar Saritalia.
México en el 2011.
Tesis ‘‘Modelación y Simulación Dinámica de un Brazo Robótico de 4
Grados de Libertad Para tareas Sobre un Plano Horizontal en la pontificia
universidad católica del Perú facultad de ciencias e ingeniería. De López Apostolovich Luis Felipe. Perú en el 2009’’
RESUMEN: “En el presente trabajo se realizó la modelación y simulación
9 su superficie de trabajo en un plano horizontal. Este trabajo es una parte
de un proyecto multidisciplinario desarrollado por tesistas de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Electrónica que busca desarrollar máquinas automáticas industriales para uso en nuestro país, y obtener las
herramientas y el conocimiento para poder mejorar nuestros propios procesos. El desarrollo de la Cinemática se enfocó principalmente en el
estudio geométrico del movimiento del brazo con respecto a un sistema de referencia fijo y tomó como fundamento teórico las matrices de
transformación del algoritmo de Denavit Hartenberg. Finalmente, con el modelo obtenido se procedió con la simulación numérica de la dinámica del brazo robot en MATLAB en donde se calcularon los valores que
deberían tener los torques a producirse en los actuadores eléctricos a fin de obtener el movimiento deseado” De López Apostolovich Luis Felipe.
Perú en el 2009.
Tesis ‘‘Diseño y Construcción de Prototipo de Robot SCARA de 3 grados
de libertad en la Universidad Industrial de Santander Facultad de Ingenierías Físico Mecánicas. De Martínez Castellanos Diego Alberto. Colombia En el 2012’’
RESUMEN: “El objetivo de este proyecto es diseñar y construir un prototipo experimental de robot SCARA de 3 grados de libertad
controlado por computadora. El diseño del prototipo se llevó a cabo abordando una metodología de aproximación al diseño mecatrónico en
10 requerimientos de funcionamiento planteados inicialmente se hizo una
revisión de la teoría de la robótica haciendo énfasis en los modelos de cinemática directa y cinemática inversa” De Martínez Castellanos Diego
Alberto. Colombia En el 2012.
Stäubli es un proveedor líder de robots automotrices en todo el mundo.
El robot Stäubli TX90 adaptado específicamente fue diseñado
originalmente para JENOPTIK con sede en Alemania con el fin de cortar con láser varios materiales en su línea de productos VOTAN ™ C BIM.
Cuenta con una estructura cerrada, alta velocidad y excelentes capacidades de rendimiento.
“La automatización industrial es el uso de elementos mecánicos,
eléctricos o electrónicos para controlar procesos industriales substituyendo el trabajo del ser humano. Provee a los operadores
humanos de mecanismos autónomos o semi autónomos para ayudarlos a extender sus capacidades físicas al realizar tareas conocidas por él de una manera más eficiente y segura reduciendo ampliamente la necesidad
sensorial y mental del hombre.
Una de las ramas más visible de esta automatización es la robótica.
11
2.2. BASES TEÓRICAS
2.2.1. DEFINICIÓN DE ROBOT
“Una de las definiciones de robot industrial más aceptadas es la brindada
por la RIA (siglas en inglés para Asociación de Industrias Robóticas), la
cual es:
Un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias,
piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según trayectorias variables, para realizar tareas diversas” (Reyes Cortes, Robótica Control
de robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
2.2.1.1. ROBOTS INDUSTRIALES
“Los robots industriales son el tipo de robots más populares debido a la
importancia que ocupan en el sector industrial como herramientas clave
para la modernización de las empresas. Hoy en día, la automatización de procesos industriales es realizada a través de robots y esto trae como
consecuencia competitividad, productividad, eficiencia y rentabilidad de las empresas” (Reyes Cortes, Robótica Control de robots manipuladores,
Primera Edición, 2011).
“Los robots industriales también son conocidos como brazos robots o
brazos mecánicos, por analogía con el brazo humano, y se componen de
la base la cual puede rotar 360 grados alrededor de su eje de giro, además de que poseen articulaciones para hombro y codo. En el extremo final del codo tiene una parte mecánica denominada muñeca que le
permite orientar a la herramienta final que es la que determina la aplicación a realizar” (Reyes Cortes, Robótica Control de robots
12
Figura 1 Analogía Entre Brazo Industrial Y Brazo Humano Fuente: https://goo.gl/wyR4yo
“En la figura se muestra un robot industrial de la compañía ABB para
aplicaciones de traslado de cajas o estivado. Un ejemplar de esta naturaleza tiene un peso aproximado de 3 toneladas pueden alcanzar una
altura de 4 metros y velocidad de movimiento de 3000 mm/seg. Dentro de las características de los robots industriales se encuentra el que trabaja sin descansar 24 horas de día, todos los días del año, por lo que
en aplicaciones industriales superan su desempeño a las personas ya que los robots no se fatigan ni se cansan y tiene la habilidad de repetir el proceso siempre con el mismo tiempo y la misma calidad (repetitividad)”
13
2.2.1.1. TIPOS DE ROBOTS INDUSTRIALES
“La estructura fundamental de los robots industriales es la cinemática
abierta la cual puede tener diferentes combinaciones de articulaciones rotacionales y primaticas dando origen a diversos tipos de robots.
A continuación, se presenta la clasificación de robots industriales con base en las tres primeras articulaciones del robot es decir sin incluir las muñeca o garra colocada en extremo final” (Reyes Cortes, Robótica
Control de robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
robot Características
Antropomórfico
(RRR)
3 articulaciones rotacionales
SCARA (RRP)
2 articulaciones rotacionales y 1 articulación prismática
Cartesiano (PPP) 3 articulación prismática
Tabla 3 Tipos de Robots Industriales
Fuente: http://www.etitudela.com/profesores/rpm/rpm/downloads/robotica.pdf.
“En relación con la nomenclatura presentada en la tabla anterior se tiene
que la letra R significa que es un tipo de articulación rotacional, mientras que la letra P representa una articulación prismática. El orden como son presentadas corresponde a las articulaciones base, hombro y codo. Por
ejemplo: la notación del robot cilíndrico (RRP) significa que la base es una articulación rotacional, mientras que el hombro y codo corresponden a articulaciones prismáticas” (Reyes Cortes, Robótica Control de robots
14 “La gran mayoría de los robots industriales tiene la configuración
antropomórfica (RRR) debido a que presentan mayor versatilidad en sus movimientos” (Reyes Cortes, Robótica Control de robots manipuladores,
Primera Edición, 2011).
2.2.2. ROBOT SCARA (RRP)
“El primer robot SCARA fue creado como un prototipo revolucionario en
1978 en el laboratorio del profesor Hiroshi Makino, en la Universidad Yamanashi en Japón. El SCARA de 4 ejes fue diseñado como ningún otro brazo robótico en ese tiempo. Su simplicidad era brillante ya que con menos movimientos podría lograr más, con mayor velocidad y precisión”
(Vinssa Industrial, s.f.).
“Estos robots pueden variar en forma y tamaño, pero todos los robots
SCARA consisten de 4 ejes. Estos robots sobresalen en la labor de pick and place con su habilidad única para tomar componentes industriales de
un lugar y colocarlos en otro con alta precisión, velocidad y un movimiento suave” (Vinssa Industrial, s.f.).
“El brazo SCARA se comporta algo similar al brazo humano ya que sus
articulaciones le permiten moverse tanto en un plano vertical como horizontalmente. Sin embargo, el brazo SCARA tiene un movimiento
limitado en la muñeca; puede rotar, pero no puede inclinarse. Esta limitante en la muñeca es una ventaja para algunos tipos de aplicaciones como el pick and place y embalaje” (Vinssa Industrial, s.f.).
“El robot SCARA fue introducido en líneas comerciales de producción en
el año 1981 y hasta ahora ofrece el mejor precio/desempeño en las
15 basado en el robot SCARA, genera un boom mundial en producciones de
electrónicos pequeños, creando productos que impulsaron la economía y cambiaron el mundo” (Vinssa Industrial, s.f.).
“Aunque en todo el mundo hay robots articulados de seis ejes, mismos
que se utilizan en aplicaciones de manejo de materiales en la manufactura, hay algunos que creen que el mejor robot para el manejo
de materiales, especialmente en los procesos de ensamblaje, es el robot SCARA” (Vinssa Industrial, s.f.).
“A diferencia de un robot de seis ejes, el robot SCARA es más limitado en
movimiento. Sin embargo, esta restricción les da una ventaja ya que pueden operar más rápido que otros robots que tienen mayor flexibilidad.
Este robot es el más utilizado para aplicaciones de ensamble y pick and place” (Vinssa Industrial, s.f.).
“Estos robots son ideales para una gran variedad de aplicaciones de uso
general que requieren movimientos rápidos, repetitivos y hacer movimientos articulados de un punto a otro. Debido al movimiento del “codo”, estos robots también son utilizados para aplicaciones que
necesitan aceleración constante en movimientos circulares, como aplicar una junta o adhesivo alrededor de una pieza que se va a unir” (Vinssa
Industrial, s.f.).
“Aunque este robot trabaja a un paso más rápido que otros robots de seis
ejes, sus limitaciones son las que hacen que algunos fabricantes se vayan por un sistema más flexible que el de cuatro ejes. Por su habilidad para ser más flexibles que los SCARA, los robots de seis ejes de compañías
16 populares en el mercado. Lo que pierden en velocidad contra un SCARA lo recuperan en versatilidad” (Vinssa Industrial, s.f.).
“El uso de robots cartesianos, seis ejes y SCARA (Selective Compliant
Articulated Robot Arm) está aumentando. Estos robots automatizan
tareas para acelerar el tiempo de ciclo, incrementar el rendimiento y eliminar los cuellos de botella. Los controles avanzados han ido
mejorando para que los robots sean cada vez más amigables con menores requerimientos de programación. En algunos casos las
herramientas en línea permiten al usuario y a las empresas escoger y configurar las características de un robot rápidamente” (Vinssa Industrial,
s.f.).
“De acuerdo a la Federación Internacional de Robótica (IFR), entre los
años 2010 y 2014 las ventas promedio globales han ido incrementando a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) de 17%. La mayoría
de estos robots están siendo utilizados en la industria automotriz. La IFR prevé que estas cifras sigan aumentando y que se instalen alrededor de 1.3 millones de robots entre los años 2015 a 2018” (Vinssa Industrial, s.f.).
“Estos robots permiten acelerar los ciclos, incrementar producción y
eliminar cuellos de botella. Los robots modernos cada vez son más
amigables lo que permite que sean operados de manera más fácil y también con mayor seguridad, lo que reduce los riesgos de los
17
Figura 2 Robot Tipo SCARA Adept OMROM
Fuente: https://goo.gl/PPdTx9
2.2.2.1 Aplicaciones del robot SCARA
“Los robots SCARA son capaces de maniobrar en los ejes X, Y y Z dentro
de un límite de 180° grados y cuentan con una sencilla pinza o chupón de succión pequeño a modo de dedos al final de la mano para realizar
diversas tareas. Cuentan con un software de programación que les permite adaptarse a diversas necesidades de producción” (Vinssa).
“Levantamiento y ensamble: De tamaño chico a mediano, dependiendo
del tamaño del brazo mismo” (Vinssa).
“Selección de objetos para su clasificación: Cuentan con sensores para
la identificación de objetos con base a la forma, color, tamaño, etc.”
18
“Contabilización: Se puede agregar un contador al brazo mecánico para
eliminar el error humano y prescindir de dobles conteos” (Vinssa).
“Su capacidad de programación les permite realizar una amplia variedad
de tareas” (Vinssa).
2.2.2.2 Beneficios del robot SCARA
“Operación rápida y precisa, respondiendo de forma eficaz a los requerimientos de la producción” (Vinssa).
“Gracias a su pedestal integrado son de fácil montaje en diversos tipos
de superficies” (Vinssa).
“Con un software de uso amigable y especializado para su programación”
(Vinssa).
“Permiten acelerar y automatizar los procesos de ensamble” (Vinssa).
“Muy requeridos en aplicaciones donde se necesita clasificar diversos
materiales de acuerdo a sus colores, material o tamaño” (Vinssa).
“Poseen la capacidad operativa de varios trabajadores” (Vinssa).
“Eliminan la posibilidad de errores por el cansancio de realizar el mismo
movimiento una y otra vez” (Vinssa).
“Pueden trabajar de forma indefinida mientras cuenten con un buen
suministro de energía” (Vinssa).
“Al tratarse de un instrumento mecánico, solo requieren de un
19
2.2.3. PARTES DE UN ROBOT INDUSTRIAL
En forma general un robot industrial está formado por los siguientes elementos:
2.2.3.1. ARTICULACIONES
“Articulaciones o uniones (joints) formadas por servomotores que
permiten la conexión y movimiento relativo entre dos eslabones
consecutivos del robot. Dependiendo del tipo de movimiento que producen las articulaciones del robot pueden ser de tipo rotacional o lineal. Las articulaciones del tipo lineal también son conocidas como
prismáticas las unidades de medición que se asocian a una articulación del tipo rotacional están dadas en radianes o grados, mientras que para una articulación del tipo lineal generalmente se encuentra en metros”
(Reyes Cortes, Robótica Control de robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
20
2.2.3.2. ESLABONES
“Un eslabón (link) está formado por una barra metálica acoplada mecánicamente al rotor y al estator de la siguiente articulación” (Reyes
Cortes, Robótica Control de robots manipuladores, Primera Edición,
2011).
Figura 4 Diferencia Entre Eslabones y Articulaciones Fuente: https://goo.gl/BhW379
2.2.3.3. ACTUADORES
“Suministran las señales necesarias a las articulaciones para producir
movimiento. Los actuadores empleados en robótica pueden ser servomotores, elementos neumáticos, eléctricos o hidráulicos” (Reyes
Cortes, Robótica Control de robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
21
2.2.3.4. GRADOS DE LIBERTAD (GDL)
“Se refiere al conjunto de movimientos de traslación en un espacio
tridimensional, combinados con la rotación sobre tres ejes perpendiculares, el número de grados libertad coincide con el número de
actuadores, entre mayor sea el número de grados de libertad de un robot manipulador mayor será la flexibilidad para posicionar una herramienta y ejecutar múltiples tareas” (Reyes Cortes, Robótica Control de robots
manipuladores, Primera Edición, 2011).
Figura 6 Representación de Grado de Libertar (GDL) Fuente: https://goo.gl/4RScR3
2.2.3.5. SENSORES
“Proporciona información del estado interno del robot. Posición y
velocidad articular son las variables más comunes en el sistema de sensores. En aplicaciones específicas, se emplean sensores de fuerza
para conocer la interacción don el medio ambiente, cámaras de video para localizar objetos en el espacio de trabajo. La capacidad de
22 le permite responder a su entorno de manera versátil y autónoma en
robótica son de particular interés los enconder ópticos, ya que estos proporcionan información del desplazamiento articular. En general los enconder ópticos consisten de una fuente de luz emisor que incide
directamente sobre el lado frontal de un disco o plato con ranuras trasparentes, colocado directamente en el rotor del motor que al girar
permite el paso de ciertos rayos de luz el detector de luz (receptor) registra los rayos infrarrojos que han pasado por las ranuras del disco,
esta seña l de luz es acoplada a un circuito electrónico para generar pulsos de salida proporcional al ángulo de rotación. En la práctica un arreglo de diodos LED son usados como fuente de luz infrarroja a través
de un disco con ranuras guiándola a un dispositivo fotosensible esta señal de luz es procesada por un comprador electrónico para obtener una onda rectangular estable la cual representa el desplazamiento proporcional que tiene las articulaciones del robot” (Reyes Cortes, Robótica Control de
robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
23
2.2.3.6. CONSOLA DE CONTROL
“Se compone de un sistema electrónico con la etapa de potencia encarga
de suministrar energía a el robot para su movimiento. Incluye un dispositivo portátil llamado teach pendant el cual brinda la interface
necesaria para que el usuario se comunique con el robot a través de instrucciones de programación. La consola de control también incluye los algoritmos de control programados en el sistema operativo del robot para
guiar al mismo. La capacidad del robot para llevar a cabo la tarea asignada con alto desempeño está dada por el algoritmo de control, el
cual puede decir la ejecución de la acción con respecto a las restricciones impuestas por el sistema mecánico y el medio ambiente” (Reyes Cortes,
Robótica Control de robots manipuladores, Primera Edición, 2011).
Figura 8 Tablero de Control KRC2 de un Robot Industrial KUKA Fuente: https://goo.gl/SCWKi7
2.2.4. PROGRAMACIÓN DE ROBOTS INDUSTRIALES
“Programar un robot consiste en indicar paso por paso las diferentes
24 la aplicación del robot y, por tanto, su utilidad dependerá en gran medida de las características de su sistema de programación” (Craig, 2006).
“En la actualidad no existe normalización alguna en cuanto a los
procedimientos de programación de robots. Por el contrario, cada
fabricante ha desarrollado su particular método, valido únicamente para sus propios robots. Sin embargo, existen algunos sistemas de
programación que han servido de modelo para el desarrollo de otros. Tal es el caso del lenguaje AL desarrollado por la universidad de Stanford en
los años setenta y que ha servido de referencia para muchos de los sistemas comerciales existentes” (Craig, 2006).
“Los escasos intentos de unificar en cierta medida los procedimientos de
programación de robots no han tenido hasta la fecha el reconocimiento la aceptación necesaria. De entre estos, tal vez el más destacable haya sido el denominado IR DATA (reconocido como estándar por la VDI de
Alemania), concebido por la universidad de Karlsruhe como un código intermedio entre el sistema de programación utilizado y el propio sistema de programación del robot” (Craig, 2006).
“Existen diversos criterios para realizar una clasificación de los modelos
de programación de robots. Algunas atienden a la potencia del método,
mientras que mientras que otras clasificaciones hacen referencia al sistema empleado para indicar la secuencia de acciones a realizar. Este
25 “Según este criterio, un robot puede ser programado mediante lo que se
denomina guiado o mediamente un procedimiento textual, existiendo robots que conjugan ambos tipos. Este primer nivel de diversión admite un segundo, atendiendo a la potencia y particularidades del método de
programación. Las características de cada procedimiento de programación serán más o menos ventajosas según la aplicación a que se destina el robot” (Craig, 2006).
2.2.4.1. PROGRAMACIÓN POR GUIADO
“La programación por guiado o aprendizaje consiste en hacer al robot, o
a una maqueta del mismo, la tarea (llevándolo manualmente) que se registran las configuraciones adoptadas, para su posterior repetición de manera automática” (Craig, 2006).
“Para guiar al robot por las trayectorias o puntos deseados se utilizan
diferentes soluciones. Si los actuadores del robot están desconectados y
es el programador quien debe aportar directamente la energía para mover al robot, se trata de un guiado pasivo. En este caso, el programador puede
tomar el extremo del robot y llevarlo hasta los puntos siguiendo las trayectorias más adecuadas. La unidad de control del robot registrara, de
manera automática, la señal de los sensores de posición de las articulaciones de todos los puntos recorridos. Este tipo de guiado se denomina guiado pasivo directo” (Craig, 2006).
“La dificultad física de mover toda la estructura del robot se resuelve con
la utilización del guiado pasivo por maniquí. Es este caso se dispone de
26 maniquí posee idéntica configuración que el robot real, pero es mucho
más ligero y fácil de mover. La programación se efectúa llevando de la mano a este doble, mientras que la unidad de control muestrea y almacena, con determinada frecuencia, los valores que toman los
sensores de posición de las articulaciones, para su posterior repetición por el robot” (Craig, 2006).
“Frente a estos sistemas pasivos, otra posibilidad permite emplear el
propio sistema de accionamiento del robot, controlado desde una
botonera o teach pendant que sea este el que mueva sus articulaciones. Se dirá entonces que se trata de un guiado activo. En este caso, lo habitual es que la unidad de control únicamente registre aquellas configuraciones del robot que el programador indique expresamente”
(Craig, 2006).
“Los métodos de programación por guiado son muy útiles e incluso
imprescindibles en muchas ocasiones. Además, presentan ventajas, como que son fáciles de aprender y que requieren un espacio de memoria
relativamente pequeña para almacenar la información. Sin embargo, presentan inconvenientes, de los que el más destacable es la necesidad de utilizar al propio robot y su entorno para realizar la programación,
obligando a sacar de la línea de producción e interrumpiendo esta y la dificultad de realizar modificaciones en el mismo. Inconvenientes ambos que conducen a una difícil depuración y puesta punto de las aplicaciones”
27
2.2.4.2. PROGRAMACIÓN TEXTUAL
“Como alternativa a la programación por guiado, el método de
programación textual permite indicar la tarea al robot mediante el uso de un lenguaje de programación especifico. Un programa que corresponde
ahora, como en el caso de un programa general, con una serie de órdenes que son editadas y posteriormente ejecutadas. Existe, por lo tanto, un texto para el programa” (Craig, 2006).
“La programación textual puede ser la clasificada en tres niveles robot,
objeto y tarea, dependiendo de que las ordenes se refieran a los
movimientos a realizar por el robot, al estado en que deben de ir quedando los objetos manipulados o al objetivo a conseguir.
En el estado actual, la programación de robots se queda materialmente
en el primero de ellos (nivel robot), existiendo una gran cantidad de lenguajes de programación textual a este nivel de entre los que se pueden destacar por orden cronológico” (Craig, 2006):
AL (Assembly Lenguaje universidad e Stamford 1974)
AML (IBM 1979)
VAL II (Unimation STAUBLI 1983)
V+ (Adept 1989)
“Se han realizado diversos intentos de desarrollar lenguajes a nivel
objeto, pero las dificultades con que se han encontrado los investigadores han impedido una implementación eficiente del lenguaje. Como ejemplos pueden citarse” (Craig, 2006):
28
2.2.4.2.1. NIVEL ROBOT
“Es necesario especificar cada uno de los movimientos que ha de
realizar el robot, así como la velocidad, direcciones de aproximación y salida, apertura y cierre de pinza, etc.
Será necesario también descomponer la tarea global en varias sub tareas, como por ejemplo quitar B de A, Introducir A en d, poner B sobre C, etc.
Existiendo una gran cantidad de lenguajes de programación textual a este nivel de entre los que se pueden destacar por orden cronológico”
(Craig, 2006).
2.2.4.2.2. NIVEL OBJETO
“Disminuye la complejidad del programa. La programación se realiza de
manera más cómoda ya que las instrucciones se dan en función de los
objetos a manejar. Un planificador de la tarea se encargará de consultar una base de datos y generar las instrucciones a nivel de robot. Como por ejemplo situar B sobre C haciendo coincidir. LADO_B1 con
LADO_C1 y LADO_B2 con LADO_C2
Se han realizado diversos intentos de desarrollar lenguajes a nivel
objeto, pero las dificultades con que se han encontrado los investigadores han impedido una implementación eficiente del lenguaje. Como ejemplos pueden citarse” (Craig, 2006):
2.2.4.2.3. NIVEL TAREA
“El programa se reduce a una sola sentencia ya que se especifica que
29
2.2.5. EL LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN INDUSTRIAL V+
“El lenguaje V+ es un lenguaje de programación textual de alto nivel,
desarrollado en 1989 por Adept Technology. Es una evolución del VAL II. Actualmente, se utiliza principalmente en las marcas de robots industriales Adept y en algunos robots STAUBLI” (Craig, 2006).
El lenguaje V+ proporciona una gran interacción entre el hombre y el
robot. Presenta las siguientes aportaciones más relevantes:
Inteligibilidad: Nos puede proporcionar una buena documentación,
además de un diseño ordenado y coherente del programa.
Fiabilidad: Sobre todo en sistemas que deben responder a situaciones
imprevistas.
Adaptabilidad: Se pueden mejorar, ampliar y modificar los programas con
poco esfuerzo.
Transpirabilidad: Los programas se pueden desarrollar en
computadoras (ej.: un PC) para poder introducirlos, posteriormente, en el controlador del sistema a través de un
disquete.
Para una programación más elaborada, el V+ lenguaje interpretado
y estructurado de alto nivel, ofrece al programador entre otras, las siguientes posibilidades:
Programas de aplicación accesibles al operador mediante mouse,
30
Acceso a comunicación con el BUS.
Construcción estructurada.
Movimientos continuos.
Gestión de ejes suplementarios y de enconder externos
Matrices de hasta 3 dimensiones.
Variables numéricas de 32 bits, coma flotante, simple y doble precisión.
Manipulación de cadenas de caracteres. Herramientas de
detección de errores.
Los programas pueden ser escritos off-line en otros ordenadores y
transferidos mediante disquetes en formato PC.
Subrutinas recursivas y reentrantes con paso de parámetros
El lenguaje V+ se puede usar diferentes variables, dependiendo de la forma en la que se acceden a ellas. Se pueden clasificar de tres
maneras:
Globales. “Todos los programas en memoria tienen acceso a estas
variables. Su mal uso puede provocar que el valor que tiene la variable
sea modificado por una subrutina u otro programa. Para que no sucedan estas modificaciones indeseables, se utilizan variables locales y automáticas” (Craig, 2006).
Locales. “Las variables pueden ser locales con el uso de la instrucción
31 y mantiene su valor entre llamadas de programas (mantiene su valor,
aunque salgamos fuera del programa, hasta la siguiente vez que entramos en el programa). Para que no ocurran conflictos al usar diferentes tareas con esas variables se crean las variables automáticas.
La desventaja de estas variables es que ocupan espacio en memoria, aunque no se ejecute el programa” (Craig, 2006).
“El lenguaje de programación V+ permite la ejecución de diferentes
programas al mismo tiempo. Un ejemplo de esto, es la posibilidad de ejecutarse a la vez, un programa de control y otros programas adicionales (por ejemplo, controlar el robot y la cinta transportadora
simultáneamente). El sistema de V+ ejecuta cada programa como una tarea independiente y cuenta con siete tareas disponibles. Dependiendo del tipo de programa a realizar o de la tarea que se desee ejecutar, ser
ejecutará de diversas maneras. La tarea con más alta prioridad y más significativa es la número 0, ya que es la que utilizamos, generalmente, para la ejecución del programa de control del robot” (Craig, 2006).
2.2.6. ELEMENTOS TERMINALES DE ROBOTS INDUSTRIALES
“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. En robótica,
el término de actuador final se utiliza para describir la mano o herramienta que está unida a la muñeca” (Reyes Cortes, Control De Robots
32 “El actuador final representa la herramienta especial que permite al robot
de uso general realizar una aplicación particular, y debe diseñarse específicamente para dicha aplicación. Los actuadores finales se coincidieran herramientas” (Reyes Cortes, Control De Robots
Manipuladores, 2013).
2.2.6.1. ELEMENTOS TERMINALES DE CORTE POR LÁSER
“La palabra láser proviene de las iniciales L.A.S.E.R. cuyo
significado es la frase inglesa "Light Amplification By Stimulated Emission Of Radiation" o sea amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. La salida de un láser puede ser un has pulsado o continuo con
diferente longitud de onda; con potencias menores de 1 mili-vatio hasta potencias que alcanzan los millones de vatios. Pese a todas estas diferencias todos los láseres presentan características en común” (Aguilar
Velasco, y otros, 2007).
“La tecnología del mecanizado con láser se basa en la generación de un
haz láser de elevada potencia que es dirigido hasta a la pieza a mecanizar mediante un sistema de espejos de reflexión de alta precisión y una lente de enfoque convergente. En la zona de incidencia del rayo se consigue
33
Figura 9 Robot Cortando Acero con una Antorcha Láser Fuente: https://goo.gl/qoPKD4
“La tasa de eliminación del material no es masiva, y se produce una zona
afectada por el calor que puede alterar la estructura cristalina,
perjudicando así las propiedades resistentes del material. Una de las ventajas que aporta este proceso es la de poder mecanizar micro orificios con relaciones de profundidad-diámetro de 20:1 a 10:1, siendo el diámetro mínimo alcanzable de unos 0,1 milímetros” (Aguilar Velasco, y
otros, 2007).
“Otra característica de esta tecnología es que al ser una fuente de energía
la que incide sobre el material a mecanizar, no se producen desgastes, roturas ni colisiones de la herramienta de corte” (Aguilar Velasco, y otros,
2007).
2.2.6.1.1 PARTES DE UN CORTADOR LÁSER.
“Una máquina de corte por láser te permite hacer diseños complejos
alcanzando una alta precisión, esto se debe a que el láser tiene la
34 cortar materiales diversos de mediana densidad. Estos equipos
actualmente tienen un funcionamiento automatizado gracias al CNC (control numérico por computadora) que permite, además de mantener una distancia constante entre la superficie del material y el
emisor de luz, programar instrucciones que controlan la velocidad y el diseño a seguir según las necesidades de cada corte y material”
(SIDECO, 2017).
2.2.6.1.1.1. FUENTE LASER.
“Se trata de un generador de laser de estado sólido con un alto
rendimiento energético, donde el haz de luz se genera mediante fibra óptica. Este sistema, elimina los conceptos tradicionales donde
la generación se realiza mediante gases, y, a su vez, conseguimos una gran fuente energética” (MXMETALWORLD, 2018).
2.2.6.1.1.2. CUERPO DE LA MAQUINA.
“Es el que se encarga de la realización de las partes mecánicas del
movimiento del eje X, Y, Z, incluida la plataforma de corte. Por lo
tanto, se usa para mover la pieza de trabajo con precisión de acuerdo con el programa de control. Por lo general, conduce un servomotor” (MXMETALWORLD, 2018).
2.2.6.1.1.3. CABLE DE FIBRA ÓPTICA.
“Es el encargado de transportar el haz desde la fuente hasta el
cabezal. Gracias a este cable de fibra óptica, se eliminan los antiguos sistemas de espejos y vías de vacío” (MXMETALWORLD,
35
2.2.6.1.1.4. CABEZA DE CORTE LASER.
“Es un programa de dispositivo de accionamiento de cabezal de
corte para mover la máquina de corte laser de fibra óptica a lo largo del eje Z, que, consta de servomotor y piezas de transmisión de
tornillo o engranaje. De esta forma, el haz llega por medio de la fibra óptica y es transformado a través de un conjunto de lentes para
ajustar el punto focal a cada material y espesor” (MXMETALWORLD, 2018).
2.2.7. DISEÑO DE UNA CÉLULA ROBOTIZADA.
“El robot es la aparte principal de la denominada célula de trabajo
robotizada, formando una estructura de fabricación eficiente. El primer
aspecto considerado es el diseño de la célula desde el punto de vista lay-out (esquema de disposición de equipos). Se trata de una cuestión importante para poder extraer las máximas prestaciones a un robot
industrial durante su explotación. La seguridad de la célula robotizada también es tratada de forma especial ya que implica la selección más adecuada del sistema de seguridad” (Spong, 2005).
36
2.2.7.1. DISPOSICIÓN DEL ROBOT EN LA CÉLULA DE TRABAJO.
A la hora de decidir la disposición del robot en la célula, cabe plantearse
cuatro situaciones básicas.
2.2.7.1.1. ROBOT EN EL CENTRO.
“En esta disposición el robot se sitúa de modo que quede rodeado por
el resto de elementos que intervienen en la célula. Se trata de una disposición típica para robots de estructura articular, polar, cilíndrica o SCARA, en la que se puede aprovechar al máximo su campo de
acción, la disposición del robot en el centro se usa frecuentemente en aquellas aplicaciones en las que un robot sirve a una o varias máquinas, así como en las aplicaciones de soldadura al arco,
palatización o ensamblado en las que el robot debe de alcanzar diversos puntos fijos dentro de su área de trabajo” (Spong, 2005).
37
2.2.7.1.2. ROBOT EN LÍNEA
“Cuando uno o varios robots trabajan sobre elementos que llegan en
un sistema de transporte, la disposición de robots en línea es la más adecuada. Un ejemplo representativo de esta disposición son las
líneas de soldadura de carrocerías de vehículos, en las que estos pasan secuencialmente frente a sucesivos robots alineados, cada uno de los cuales realiza una serie de puntos de soldadura” (Spong, 2005). “En este tipo de disposición cabe diferenciar que el transporte sea de
tipo intermitente o continuo. En el primer caso, en un momento
determinado cada robot tiene delante una pieza sobre la que realiza las tareas, para que entonces el sistema de transporte avance un puesto, o bien, si el sistema lo permite, da salida a la pieza que procederá, quedando disponible para recibir una nueva” (Spong,
2005).
“Si el transporte es continuo, esto es, si las piezas no se detienen
delante del robot, este deberá de trabajar sobre la pieza en movimiento, para lo que el transporte deberá limitar su velocidad de
38
Figura 12 Disposición del Robot en Línea Fuente: https://goo.gl/b7hfWs
2.2.7.1.3. ÁREA DE TRABAJO
“El área de trabajo o campo de acción es el volumen espacial al que
puede llegar el extremo del robot. Este volumen está determinado por el tamaño, formas y tipo de eslabones que integran el robot, así como
por las limitaciones de movimiento impuestas por el sistema de control nunca deberá utilizarse el efector colocado en la muñeca para la
obtención del espacio de trabajo, ya que se trata de un elemento añadido al robot” (Spong, 2005).
“La disposición optima de los elementos que compondrán la célula
junto al robot, es una delicada tarea por el gran número de variables
39 robot no colisione con ellos al efectuar sus movimientos” (Spong,
2005).
Figura 13 Área de Trabajo de un Robot Antropomórfico ABB Fuente: https://goo.gl/jeXQAs
2.2.7.2. MEDIDAS DE SEGURIDAD
“Para prevenir los posibles accidentes ocasionados por los robots, hay
que empezar detectando que tipos de accidentes se producen, para después analizar por qué se originan y determinar cómo pueden evitarse.
En principio, y dado lo similar de sus características, los riesgos de accidente en un entorno de trabajo con robots industriales deberían ser similares a los debidos al empleo de máquinas herramientas con control
numérico. Sim embargo, hay una serie de circunstancias que aumentan el nivel de riesgo en el caso de los robots. Estas causas se reflejan en el
40 “Los tipos de accidentes causados por robot industriales, además de los
ocasionados por causas tradicionales (electrocuciones al instalar o reparar los equipos, quemaduras, etc.), son debidos a” (Craig, 2006):
Colisión entre robots y hombre
Aplastamiento al quedar atrapado en hombre entre el robot y algún
elemento fijo
Proyección de una pieza o material (metal fundido, corrosivo)
transportada por el robot.
Un mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware,
sistema de potencia)
Acceso indebido al área de trabajo del robot
Liberación de energía almacenada (eléctrica, hidráulica, potencial, etc.)
Medio ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de agua,
oxicorte, etc.).
2.2.7.2.1 BARRERAS MATERIALES.
Estos elementos de seguridad estarían dentro de lo que se podría
llamar
seguridad positiva y consiste, en un diseño por el cual se trata de
proteger al trabajador de los riesgos, ocasionados por una disfunción del sistema de control del robot, y tratando de impedir que el trabajador acceda a la zona de peligro del robot. En el caso de que el
sistema sea violado, se desencadenaría la acción de otros dispositivos de seguridad, que provocaría la parada de la instalación.
41 instalado. El sistema de protección se basa en, la combinación de
altura y distancia, con el propósito de no acceder al punto peligroso.
Figura 14 Seguridad de la Célula Robotizada
Fuente: https://goo.gl/fyMZ4T
2.2.7.2.2 BARRERAS INFRARROJAS
“Son dispositivos cuya función de detección se realiza mediante
elementos optoelectrónicos emisores y receptores de tal manera
dispuestos que forman una cortina de radiaciones ópticas y que detectan la interrupción de estas dentro del dispositivo realizada por
un objeto opaco presente en la zona de detección especificada. Dependiendo del objeto que se quiera detectar deberá tener una resolución específica, por ejemplo, si se quiere detectar un dedo la
resolución o distancia entre los haces que forman la cortina de protección debe ser igual o menor que 14mm. y 40mm. para una mano
42 evalúa constantemente el circuito electrónico, la alineación y da aviso
de la suciedad de las lentes, las cuales parpadean tan pronto la señal de percepción es inferior al doble del umbral de respuesta” (Riesgos
Laborales, 2013).
Figura 15 Barreras de Seguridad
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CAPITULO III