79 CAPITULO IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos del trabajo de grado, referente al diseño de un robot con tracción de orugas para inspecciones en recipientes a presión. Se mostrará seguidamente la descripción de cada una de las fases realizadas durante la elaboración del prototipo, la demostración de los resultados de las pruebas, el análisis y validación de los mismos, respondiendo a cada uno de los objetivos establecidos anteriormente.
En la presente investigación se muestra un robot con tracción de orugas para inspecciones en fondo de recipientes industriales donde se describe el comportamiento que este adopta, sus requerimientos y parámetros de construcción estrictamente necesarios para la selección apropiada de sus componentes ayudando así a obtener un prototipo que pueda realizar tareas de inspección en forma eficiente.
1 Fase I. Descripción del comportamiento del robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales.
La mayoría de las orugas forman parte de un cinturón flexible con un conjunto de eslabones rígidos unidos unos a otros fuertemente. Los eslabones ayudan al vehículo a distribuir el peso en una superficie mayor que la que hubiera tenido con el empleo de ruedas, y esto hace que pueda moverse por un número mayor de superficies sin hundirse debido a su propio peso.
Asimismo, el mecanismo de tracción por ruedas ha sido el más utilizado por su elevada eficiencia cuando el robot se desplaza sobre terrenos planos y duros; además, permite desplazarse a grandes velocidades. Pero posee dos grandes desventajas: primero, se vuelve ineficiente cuando la rueda desliza sobre terrenos relativamente lisos o, por el contrario, cuando queda atascada en terrenos blandos como la arena. Además, resulta ineficiente para sobrepasar obstáculos mayores que el propio radio de la rueda.
El segundo mecanismo utilizado es la locomoción con patas, en semejanza a organismos biológicos. Estos mecanismos pueden funcionar donde un robot con ruedas es ineficiente, por ejemplo, para sobrepasar obstáculos de cierta altura. Pero esta ventaja está acompañada de algunos problemas: primero, la velocidad de desplazamiento es menor al compararse con los robots de ruedas; segundo, el consumo energético es mayor y, tercero, se requieren mecanismos altamente complejos con muchos grados de libertad (GDL) y control más complicados. Finalmente, el tercer mecanismo de tracción usado corresponde a la locomoción por orugas que es el descrito en la presente fase.
Finalmente, los robots con tracción de orugas para inspecciones están equipados con dispositivos como cámaras, linternas y equipos de ensayos no destructivos que permitan realizar inspecciones en condiciones que presentan alta dificultad para el acceso del ser humano, cada uno de estos varía según el fabricante y las condiciones en que se vaya a inspeccionar.
Particularmente para inspecciones en recipientes industriales, los robots deben tener la capacidad de sumergirse, actuando así diferentes fuerzas que influyan en el movimiento del mismo durante su funcionamiento.
1.1. Comportamiento estático
La estática estudia principalmente los cuerpos sobre los que actúan fuerzas y momentos cuyos resultados son nulos de manera que estas
permanecen en estado de reposo, por lo que el objeto principal de la estática es determinar la fuerza y el momento resultante de todas las fuerzas que actúan sobre un cuerpo para así establecer sus propias condiciones de equilibrio. El comportamiento estático del robot con tracción de orugas para la inspección de recipientes industriales, está relacionado con el análisis o estudio de cargas que actúan sobre el cuerpo del mismo.
Donde debe existir un equilibrio entre las fuerzas aplicadas, las cuales se conservan invariantes en el tiempo. Todas y cada una de las fuerzas presentes en el marco de referencia de fuerzas estáticas que afectan al robot con tracción de orugas están relacionadas a las especificaciones y parámetros de diseño, entre los que se pueden citar, masa, peso, dimensiones, centro de gravedad, entre otros.
Figura 17. Marco de referencia de fuerzas estáticas Fuente: OCETEK (2018)
En el robot con tracción de oruga la magnitud peso describe la relación que existe entre la masa y la gravedad, sabiendo que la masa representa la cantidad de materia que conforma el volumen total del robot, se obtiene mediante la sumatoria de todos los elementos que componen las diferentes
Peso
Normal
CentroÍde
Posición Y
X Z
partes del mismo. Asimismo, la gravedad muestra la interacción de la fuerza gravitatoria por la cual, el cuerpo o volumen del robot que es atraído a la superficie de la tierra y viceversa, con una aceleración constante, esta magnitud se expresa en metros por segundo al cuadrado.
En el marco de referencia de fuerzas dinámicas, estáticas se puede observar la posición aproximada del centro de gravedad correspondiente al cuerpo de dicho robot. Por otra parte, la posición muestra la localización de estos robot en el espacio representado en un sistema de referencia mediante coordenadas cartesianas (X, Y, Z), dicho método facilita la representación vectorial de las magnitudes físicas asociadas al diagrama de fuerzas dinámicas y estáticas, que afectan el comportamiento del mismo, dicha magnitud se expresa en metros.
1.2. Comportamiento dinámico
El análisis dinámico permite visualizar las fuerzas en forma vectorial que actúan sobre un objeto cuando se encuentra en movimiento, en este caso, se determinan aquellas fuerzas que actúan sobre el cuerpo de robot cuando este se mueve a través de superficies irregulares, entrando en juego la fuerza por fricción viscosa, la fuerza normal y la masa por la gravedad, es decir, el peso, que puede ser asociado con el centro de gravedad y como se ve afectado por el movimiento del robot.
El comportamiento dinámico es fundamental en el estudio del movimiento del robot con tracción de orugas. Para el análisis del mismo, se asume que se encuentra en un estado de reposo, con el fin de que el robot cambie su estado estático, es obligatorio vencer todas las fuerzas que actúan sobre él, es decir, las que se oponen al movimiento y para vencer las mismas, el robot debe contar con motores con la potencia necesaria y todo un sistema que permita cumplir con los parámetros y requerimientos de diseño.
Velocidad Aceleración
Momento de inercia
Figura. 18. Diagrama de cuerpo libre del robot con tracción de orugas escalando.
Fuente: Elaboración propia (2018)
En el diagrama de cuerpo libre se representan las fuerzas que inciden o afectan el comportamiento del movimiento del robot con tracción de orugas durante la inspección del fondo de un recipiente industrial al momento en que este se encuentre superando un obstáculo (Una tubería por ejemplo) que esté instalado en el suelo del tanque, se puede visualizar como incide de la fuerza de fricción, la fuerza normal y la fuerza de fricción viscosa sobre el robot, cuando se toca una superficie y se pone en contacto con un fluido, ya sea con el aire con un líquido dentro del recipiente donde se está ejecutando la inspección. Esta fuerza depende en gran medida de las dimensiones y geometría del robot con tracción de orugas.
Por otra lado la aceleración otorga la fuerza necesaria que aplicada en el mismo sentido o al contrario de la trayectoria del robot, tendrá como resultado la variación de la velocidad, dicha fuerza tiene la propiedad de hacer que el vehículo salga del estado de reposo, varié la velocidad en un momento dado o se detenga. La velocidad posee el mismo sentido que la aceleración puesto que una es consecuencia de la otra.
Así mismo se observa como el centro de gravedad se desplaza a medida que el robot escale algún objeto. Cabe destacar que la fuerza gravitatoria no varía significativamente. Se visualiza el momento de inercia siendo esta una medida de la resistencia de un objeto rígido, a cambios en
β
Z
Y
su movimiento rotacional tomando en cuenta a un eje de rotación. En el robot de oruga la inercia es mínima ya el giro del mismo es proporcionado por la sincronía de los motores en cada oruga.
1.3. Comportamiento cinemático
A través del diagrama de velocidades planteado en la siguiente figura, se puede observar que la tracción de este tipo de robot se encuentra en la parte delantera, donde se muestra la magnitud, el módulo de la velocidad resultante y su respectivo ángulo. La mayoría de los robots con tracción de orugas para inspecciones en los recipientes industriales utilizan una velocidad en un rango de 0-4 kph.
Figura 19. Diagrama de velocidades sobre el robot con tracción de orugas Fuente: Elaboración propia (2018)
Dónde:
: Magnitud de Velocidad de rotación β: ángulo de dirección
: Magnitud de velocidad de traslación : Modulo de velocidad resultante : Velocidad angular.
Es importante mencionar que el movimiento general de un sólido, es la composición de un movimiento de traslación del centro de masa y de un movimiento de rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de masa, es decir que, en el movimiento de traslación todos los puntos del solido se mueven en trayectorias paralelas donde la velocidad en un punto es la misma que en el centro de masa. Por su parte, en el movimiento de rotación, la velocidad es proporcional al radio de la circunferencia que se describe y su dirección es tangente a la misma.
2. Fase II. Determinación de los requerimientos y parámetros del robot con tracción de orugas
En la presente fase, se muestra una lista de requerimientos y parámetros del robot con tracción de orugas para inspecciones en recipientes industriales, tomando en consideración variables como la capacidad de carga, dimensiones, masa de estructura y la velocidad de desplazamiento de dicho robot. Así mismo se describen cada uno de los requerimientos que el robot con tracción de orugas debe, todo esto en función de los recipientes a inspeccionar, a las condiciones de presión, temperatura y fluidos que será expuesto el robot.
2.1. Requerimientos del robot con tracción de orugas
Los robot con tracción de orugas son capaces de moverse gracias a los diferentes sistemas, componentes, partes que lo integran uno de los principales sistemas es el eléctrico, electrónico, dedicados a brindar energía, motricidad y potencia a todo el robot es importante conocer el consumo energético de cada uno de los elementos de dichos sistemas para así, determinar el tipo, tamaño, capacidad del acumulador de energía para cumplir con los requerimientos de autonomía del mismo.
2.1.1. Masa
Debido a que el robot se sumergirá en recipientes que pueden contener líquidos a un nivel considerable, es necesario recurrir al principio de Arquímedes para evitar que el robot flote ya que lo que se desea es que se sumerja hasta el fondo de dicho recipiente, es por esto que se calcula la fuerza de empuje que ejerce el fluido por debajo del robot, para efectos prácticos se tomó la densidad del agua y se utiliza el volumen total del robot (Según las dimensiones especificadas en los parámetros) ya que se asume que está totalmente sumergido:
= 1000 0.00896 9.8 = 87.808 (2.11)
A partir de esta fuerza, se calcula la masa que debe tener el robot para que flote:
= . . /
. / = 8.96 (2.10)
2.1.2. Replicable
El diseño debe ser aplicable, de tal forma que utilice componentes comercialmente disponibles o cuya fabricación facilite su producción en serie de manera económica, segura y precisa. Esto se logra cuando todas las fases del diseño referente a los requerimientos concurren para obtener un modelo óptimo que permita su fácil producción en serie dentro de un proceso determinado, es decir, que la estructura pueda ser fácil de fabricar, al igual que los soportes de cada uno de las herramientas de inspección y que su diseño de electrónica sea sencillo de comprender.
2.1.3. Alcance de inspección
Los recipientes industriales en los cuales el robot con tracción de orugas puede acceder deben estar establecidos ya que existen innumerables tipos y dimensiones de recipientes, ya que son utilizados en cualquier tipo de industria, y de acuerdo al producto que contenga o al proceso en que participa su tamaño, material y forma cambian. Para efectos de esta investigación se tomaran en cuenta los recipientes industriales destinados a la industria petrolera y petroquímica, las condiciones y dimensiones establecidas serán las siguientes:
Tabla 3
Límites en dimensiones de recipientes y condiciones de los líquidos contenidos en ellos para la inspección del robot
Especificaciones del recipiente
Diámetro Hasta 50 m
Nivel de líquido Hasta 50 m
Espesor de lámina de fondo Máximo 4 mm
Manhole (Pasahombres) Mayor a 30 cm de diámetro
Presión Máximo 3 atm
Condiciones del líquido contenido en el recipiente Viscosidad, /( . ) 0.0005 – 0.0760
Visibilidad Visual de 0.5 m para inspecciones visuales.
Temperatura 0-50 ºC
Fuente: Elaboración Propia (2018)
Se aprecia que el robot con tracción de orugas estará diseñado para operar a una profundidad máxima de 50 m y en recipientes industriales cuyo diámetro no exceda los 40 m, así mismo se aprecia que las estructuras a inspeccionar no deben poseer un espesor mayor de 4 mm, puesto que la
lectura con ultrasonido resultaría errónea, se observan también las condiciones del fluido, el cual puede tener casi cualquier viscosidad, sin afectar el funcionamiento del robot.
2.1.4. Resistencia Mecánica de la Estructura
El robot con tracción de orugas para inspecciones en fondo de recipientes estará expuesto a ambientes corrosivos y a superficies irregulares, aunado al movimiento que producen los motores y los dispositivos al activarse, es por ello que la estructura y las sujeciones deben estar diseñadas para responder a las condiciones antes mencionadas. Así mismo, debe soportar caídas desde 50 m en recipientes o tanques llenos de líquidos (considerando esta altura como la del recipiente más alto a inspeccionar), Para cuantificar la velocidad de caída que debe soportar el robot, los cálculos se basaron en la ley de Stokes como sigue:
Haciendo una preselección de Acero inoxidable AISI 304 cuya densidad es de 8 / , infiriendo que el robot se asemeja a una esfera construida de dicho material con un radio de 7 cm resultando en una masa de 11.5 kg y se asume que se sumerge en un recipiente con agua, entonces:
● Aceleración gravitacional inicial:
= 9.8 [1 −
] = 8.5925 / (2.13)
● La velocidad terminal o límite:
= , . /
. . /( . )= 74889,03 / (2.14)
● Tiempo característico:
= . , . /( . )= 8715,63 (2.15) Con estos parámetros se procede a calcular la velocidad y la distancia que habría alcanzado la esfera en un tiempo X, para resumir el cálculo se empieza cuando el tiempo sea igual a 2 segundos, La velocidad sería igual a:
= 74889.03 [1 −
, ] = 17.1848 / (2.16) Y la distancia recorrida a:
= 74889.03 2 − 74889.03 8715.63 [1 −
, ] = 17.2 (2.17)
Realizando el mismo ejercicio para t=4 s la velocidad sería igual a 34.29 m/s y la distancia recorrida sería de 68.6 m. Para obtener la velocidad y el tiempo en que tardaría en caer la esfera a una profundidad de 50 m se procedió a realizar una proceso de tanteo y se obtuvo que el tiempo sería igual a 3.42 s y la velocidad a 29 m/s aproximadamente, es decir, 104 km/h.
Conociendo este valor, el robot debe ser capaz de soportar caídas desde un estado de reposo a 50 m a través de un líquido.
En este caso se usó el agua ya que es el líquido con menor viscosidad, mientras que los derivados del petróleo poseen un valor más alto de viscosidad lo que reduce significativamente la velocidad de caída del robot.
Todo esto con el fin de que este será introducido por los pasahombre ubicados en el tope del tanque. Esto con el fin de que si el equipo de izamiento falla, el robot pueda hundirse hasta el fondo sin romperse.
Otro punto importante a considerar es que la estructura y las sujeciones con los equipos de inspección sobre el cuerpo de robot con tracción de orugas estarán inmersos en el líquido del tanque, y tomando nuevamente como referencia los 50 m de profundidad, se estaría operando bajo la siguiente presión hidrostática:
ℎ = 1000 9.8 50 = 490000 = 0.49 (2.18)
Debido a que la geometría y la longitud del robot es relativamente corta, la diferencia entre la carga por la hidrostática será insignificante mientras el robot este en movimiento. Al igual que el cálculo anterior, se escoge el agua ya que es el líquido más pesado, por lo que si el robot es sumergido en aceite, la densidad será menor y por ende la presión hidrostática disminuye.
2.1.5. Fácil Acceso a componentes internos
Con el fin de tener un control riguroso de la calibración o reemplazo de cada uno de los componentes internos antes y después que el robot con tracción de orugas realice una inspección en algún tipo de recipiente industrial, se debe y es de suma importancia acceder a cada componente con relativa facilidad, disminuyendo así el tiempo de mantenimiento y calibración de los mismos. Es decir, el cuerpo del robot debe tener fijaciones que puedan retirarse y colocarse sin ningún tipo de problemas para realizar ajustes en la circuitería del robot.
2.1.6. Simplicidad Mecánica
El objetivo es buscar un sistema mecánico cuya estructura posea los componentes y entidades mínimas para su funcionamiento y cuyo mantenimiento y calibración sean fáciles de ejecutar al mismo costo. Estas características permiten obtener un sistema más pragmático. Además de, convertir el robot con tracción de orugas más amigable a los operadores disminuyendo el tiempo para capacitar a los usuarios o al futuro cliente, en caso de que requiera, y esto permitirá beneficiar los resultados de la inspección.
2.1.7. Apto para ambientes contaminantes y peligrosos
Es de suma importancia que la estructura del robot pueda soportar o tolerar mezclas de gases con elementos corrosivos como el CO2 ó H2S, debido a que estos pueden estar presentes en el interior de los recipientes al momento de realizar la inspección, adicional a ello debe estar protegido ante explosiones (Explosionproof) ya que a raíz de altas concentraciones de O2 ó
de mezclas de gases, existen altas posibilidades de ocurrir una explosión. Es decir, el robot debe contar con protección IP68.
2.1.8. Facilidades para montaje
El robot con tracción de orugas debe contar con puntos de izamiento que permitan introducirlo de forma sencilla y rápida en los recipientes industriales por lo que deben poseer bases y aperturas para introducir las eslingas, ganchos o grilletes con el fin de llevar el robot a recipientes con alturas considerables a través de grúas o brazos hidráulicos. Se debe considerar que el robot debe llegar al fondo del tanque, por lo que se tiene que tener en cuenta la altura del tanque.
2.1.9. Repetibilidad de movimientos
Es importante que el error de repetibilidad sea mínimo ya que durante la inspección pueden existir puntos o zonas que deben ser revisadas varias veces, con el fin de comprobar las lecturas que arrojan los dispositivos que realizan los ensayos no destructivos, si existe alguna zona con una alta criticidad, se debe determina el grado de deterioro estructural con el fin de evitar pérdidas a futuro.
Tabla 4
Resumen de requerimientos del Robot con tracción de orugas para inspecciones en recipientes industriales
ITEM REQUERIMIENTO DESCRIPCIÓN
1 Masa Mayor a 9 kg
2 Alcance de
inspección
Recipientes de hasta 50 m de profundidad y un diámetro de 40m, entre otros.
3 Replicable Aplica elementos comerciales disponibles 4 Resistencia
mecánica de la estructura
Resistente a velocidades en caída de 104 kph y a una presión hidrostática de casi 0.5 MPa.
5 Fácil acceso a componentes internos
Acceso rápido al sistema de control del robot
Tabla 4
Resumen de requerimientos del Robot con tracción de orugas para inspecciones en recipientes industriales
(Cont…)
ITEM REQUERIMIENTO DESCRIPCIÓN
6 Simplicidad mecánica
Robot más amigable a los operadores, disminuyendo el tiempo y costo de mantenimiento.
7 Apto para
ambientes
contaminantes y peligrosos
Tolerar mezclas de gases con elementos corrosivos como el CO2 ó H2S y debe estar protegido ante explosiones (Explosionproof). Protección IP68
8 Facilidades para montajes
Contemplar puntos de izamiento resistentes.
9 Repetibilidad de movimientos
Error de repetibilidad mínimo para zonas de alta criticidad.
Fuente: Elaboración propia (2018)
Así mismo se observa en la tabla anterior un resumen de las pautas más importantes para cada requerimiento, destacando que la masa debe ser mayor de 9 kg para que el robot no flote, soportar una presión hidrostática de casi 0.5 MPa, si la profundidad a la que este sumergido es de 50 m, contar con protección IP68 para la protección ante CO2 ó H2S, entre otros requerimientos que fueron explicados previamente.
2.2. Parámetros del robot con tracción de orugas
Cabe destacar, que los robot con tracción de orugas utilizados para los procesos de inspección en recipientes industriales presentan características, tales como, dimensión, masa, capacidad, velocidad entre otros aspectos, dichas magnitudes desempeñan un rol importante en referencia al comportamiento del robot y las mismas dependen de la cantidad de trabajo que realice el equipo para lograr de esta manera un eficiente funcionamiento del mismo en las actividades de inspección.
2.2.1. Dimensiones
Los modelos de robot con tracción de orugas para realizar inspecciones en recipientes industriales existentes en el Mercado utilizados como
referencia presentan dimensiones similares las cuales permiten contener de manera eficiente todos los componentes, equipos, partes que lo integran, teniendo en cuenta características principales como tamaño, geometría, peso, entre otros.
Las dimensiones del robot con tracción de orugas para la inspección de recipientes industriales tomadas para los fines de esta investigación fueron establecidas de acuerdo al tamaño de los componentes, equipos, partes sistemas de tracción, transmisión, sistemas electrónicos, electromecánicos, eléctricos, entre otros, que son posible de encontrar en el mercado, contemplando el tamaño de las escotillas en que será introducido el robot para la inspección, y comparándolos como se mencionó anteriormente con modelos comerciales. De esta manera se designaron las siguientes dimensiones:
Tabla 5.
Dimensiones de los robots con tracción de orugas Descripción Medidas (mm)
Largo 400
Ancho 280
Alto 80
Diámetro de rueda de oruga
127
Fuente: Elaboración propia (2018)
Las dimensiones mostradas en la tabla anterior, permiten que el robot pueda ser practico y viable para cumplir con los objetivos por los cuales está diseñado, así mismo permiten el acomodo de los motores, la electrónica y las herramientas de inspección que serán instaladas dentro y sobre la estructura del robot. Así mismo, se muestra el diámetro de la rueda, factor importante para el cálculo de potencia, entre otros requerimientos.
2.2.2. Capacidad de carga
La estructura debe ser capaz de soportar el peso de cada uno de los elementos mecánicos, electrónicos y equipos de inspección que estarán
fijados sobre su base, así mismo el robot tiene que soportar presiones hidrostáticas e hidrodinámicas cuando este sumergido en un recipiente lleno de líquido o gases que fue calculada en los requerimientos de la presente investigación. Los equipos y elementos de mayor relevancia en peso que serán utilizados durante la inspección y reposan sobre la estructura del robot son los siguientes:
Tabla 6.
Equipos de mayor peso que debe soportar el robot con tracción de orugas
Equipo Peso promedio
Cámara 265 gr
Medidor de espesores 600 gr
Motores (4) 400 gr
Baterías 1600 gr
Fuente: Elaboración propia (2018)
En total el robot debe soportar una carga con un peso alrededor de 3 kg, aunado a ello debe considerarse la presión hidrostática, calculada previamente a una profundidad de 50 m, siendo el caso más extremo a considerar en el diseño. Debido a que el robot cuenta con tracción de orugas, la carga sobre el mismo puede distribuirse de una manera eficiente, lo cual permitiría el soporte sin problema de dicho peso o carga.
2.2.3. Velocidad
La velocidad en un robot con tracción de orugas para realizar actividades de inspección en recipientes industriales está determinada por la configuración de los sistemas de potencia y tracción que lo componen, esta debe poseer una velocidad en régimen de operación normal que permita obtener una máxima autonomía de las baterías, así como, distancia recorrida
por el mismo y viene en función, además, de los equipos de ensayos no destructivos, en este caso, para equipos medir espesores que permiten realizar la inspección en el fondo de los tanques con mediciones aceptables.
A continuación, se muestran los valores de referencia extraída de los estándares comerciales.
Tabla 7.
Velocidades de los robots con tracción de orugas fabricados por diferentes empresas para inspecciones en recipientes Tipos de robots Velocidades máximas (m/s)
regulables
Rov (Empresa Ocetek) 1.1111
Versatrax 100 (Empresa Micromag)
0.166 Fuente: Elaboración propia. (2018)
Para los fines de la presente investigación la velocidad del robot con tracción de orugas para la inspección de recipientes industriales se estableció en un rango con valores desde 0.01 hasta los 1.1111 . Esto con el fin de adaptarse al tipo de inspección que se desee ejecutar, ya que si solo se requiere una inspección visual, el robot puede desplazarse a mayor velocidad, mientras que para medir el grado de corrosión, los movimientos deben ser lentos. Para fines comerciales es necesario conocer la velocidad angular que debe tener la oruga a su máxima velocidad lineal por lo que se determina de la siguiente forma:
= . /
. = 8.74 = 83.46 (2.19)
2.2.4. Potencia motriz
La potencia mecánica o potencia motriz, se define como magnitud de fuerza necesaria para conseguir que el robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales cambiado su estado desde
Y
Z X
el reposo, es decir, comience a moverse o a desplazarse. Esta magnitud se haya por medio del estudio del equilibrio de fuerzas, que será analizado desde la siguiente figura.
Figura 20. Diagrama de cuerpo libre para la potencia mecánica Fuente: Elaboración propia (2018)
Para que el equilibro de fuerza quede en ∑ ⃗ = 0 y despejando la Fmec, es necesario realizar el siguiente balance y despeje:
= − − = 0 (2.20) Despejando Fmec.
= +
Recordando que la fuerza de fricción Fr se calcula por medio de la siguiente formula:
= 0.3 ( ) 9.8 = 6.37 (2.21)
Donde es el coeficiente de fricción dinámico correspondiente al contacto entre goma o cuero en metal seco, mientras que es la fuerza normal que se obtiene por medio del cociente entre la masa del robot con tracción de orugas y entre los puntos de apoyo, en este caso serán 6 (3 de cada lado) donde la oruga haga su mayor presión contra el suelo y es multiplicado por la aceleración de la gravedad.
Cabe destacar que la masa es la suma del peso mínimo que debe tener el robot según el principio de Arquímedes para no flotar, y la suma de los componentes más pesados que estarán instalados sobre él. Por otro lado, para obtener la fuerza de fricción viscosa se utiliza la siguiente ecuación:
= 1.05 1 (1.111 ) 0.0224 = 0.01452 (2.22)
Donde es el coeficiente de arrastre o fricción viscosa de un objeto en forma de cubo cuando este a traviesa un fluido, se estima en 1.05; se considera que el robot está sumergido en agua y la densidad es 1 /
@35ºC, es la máxima velocidad de operación que es igual 1.111 m/s, mientras que A es el área que se encuentra en contacto con el fluido siendo el frontal del robot, es decir, 0.08 m x 0.28 m.
Por lo tanto sumando los valores de la fuerza por fricción viscosa y de la fuerza por fricción se obtiene que la potencia motriz (Fmec) es igual a:
= 6.37 + 0.01452 = 6.38452
Con este valor de fuerza mecánica o potencia motriz es posible calcular la potencia necesaria para obtener una velocidad constante de 1.11 m/s al multiplicar esta velocidad por la Fmec, como sigue en la siguiente formula:
= 6.38452 1.111 = 7.0938
Con el fin de seleccionar el motor o los motores de forma correcta, se debe obtener el torque requerido para que el robot pueda moverse a la máxima velocidad:
= 6.38452 × 0.127 = 0.8108 N.m
Tabla 8. Resumen de parámetros del Robot con tracción de orugas para inspecciones en recipientes industriales
ITEM PARÁMETRO DESCRIPCIÓN
1 Dimensiones 400 mm de largo x 280 mm de ancho x 80 mm de alto
2 Capacidad de carga
˃ 3 kg
3 Velocidad Rango de velocidad entre 0.1 hasta los 1.1111 .
4 Potencia Motriz 7.1 W ; Torque 0.81 N.m Fuente: Elaboración propia (2018)
Así mismo, se observa en la tabla anterior un resumen de las pautas más importantes para cada parámetro, haciendo hincapié en la potencia y torque que deben desarrollar los motores para lograr el desplazamiento del robot cuando este se encuentre ejecutando una inspección, además se evidencia que el rango de velocidad a la cual se debe mover el robot. La capacidad de carga viene en función de los equipos de inspección que se instalaran sobre el robot.
3. Fase III. Diseñar un robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales
En el diseño de un producto o prototipo, existen multitud de etapas, pero claramente se pueden diferenciar dos principales, el diseño conceptual y el diseño industrial. Cuando se piensa en desarrollar un producto una vez encontrada la necesidad se empieza con un diseño conceptual del producto. En estos diseños se sientan las bases de cómo va a ser el producto, esta es la parte más creativa del desarrollo, porque un problema se puede resolver de muchas maneras y aquí es donde la mente creativa piensa en distintas soluciones, y se plantean múltiples propuestas.
Para efectos prácticos, el diseño del robot con tracción de orugas para inspecciones en el fondo de los recipientes se basa en dos aspectos, el
diseño mecánico en el cual se dan las dimensiones, materiales, y funcionamiento del robot para que cumpla unas determinadas funciones o necesidades y en el diseño lógico se establece el lenguaje de programación, control remoto software, hardware y la forma transmisión de datos hasta el servidor que emitirá los resultados y el análisis del desempeño de la actividad que ejecute el robot.
3.1. Diseño mecánico
El diseño mecánico está relacionado con la producción, procesamiento, herramientas, técnicas de producción y técnicas de automatización. Las bases de su capacidad y conocimiento son extensas, además, involucra todas las áreas que componen esta disciplina siendo los problemas reales la base de esta especialización por lo que la construcción debe respetar el medio ambiente, es decir, la producción del mismo no debe perjudicar al ambiente.
En referencia al diseño de un robot con tracción de orugas es evidente el uso del diseño conceptual, detallado y básico relacionado con las diferentes fases que caracterizan el proyecto de ingeniería, garantizando de esta manera el uso de un robot con tracción de orugas para las actividades de inspección en recipientes industriales. El proceso completo comienza con un inicio, planificación, ejecución, seguimiento y cierre logrando de esta manera cumplir con la necesidad planteada de la investigación.
Para la concepción de un robot con tracción de orugas usado en actividades de inspección para los recipientes industriales se deben especificar diversos pasos considerados en el proceso de diseño, lo primordial seria plantear una necesidad existente en el proceso para luego desarrollar las fases del diseño mecánico a considerar mediante el uso de un diagrama de operaciones.
Figura 21. Diagrama de operaciones en el diseño mecánico de un robot de tracción de orugas
Fuente: Elaboración propia (2018)
En la actualidad vivimos en la que ha sido llamada la era de la información, donde ésta se genera a un ritmo sorprendente. Es difícil, pero extremadamente importante, mantenerse al corriente de los desarrollos recientes y actuales de cualquier campo de estudio y ocupación por lo que algunas veces la resistencia que requiere un elemento de un sistema significa un factor importante para determinar su geometría y dimensiones.
Algunas veces, se deben considerar muchas características en una situación de diseño dada dependiendo de la necesidad planteada por el usuario ya que, la principal estrategia de diseño mecánico será ubicar la mejor relación costo/tiempo a efectuar por el diseñador o investigador. A continuación se muestra el diagrama de operaciones del diseñador en proyectos mecánicos.
Ingeniería de diseño
Proceso de diseño
Fundamentos
Prevención
de fallas Componentes
Herramientas de análisis
Síntesis Prototipo de
pruebas Análisis
Selección Diseño de elementos
mecánicos Producción
Diseño detallado
Figura 22. Diagrama de operaciones del diseñador en proyectos mecánicos
Fuente: Elaboración propia (2018)
La utilización de tamaños estándar o corrientes es el principio fundamental de la reducción del costo para asegurar que se especifiquen tamaños estándar o recomendables, el diseñador debe tener acceso a las listas de existencia de los materiales que se emplean. Algunas de estas propiedades se relacionan de manera directa con las dimensiones, el material, el procesamiento y la unión de los elementos del sistema.
Cabe destacar, que las características pueden estar interrelacionadas, lo que afecta la configuración del sistema total. Las decisiones del diseño del proceso para producir un producto, interactúan en cada una de las cuatro
Fricción
Estilo
Manufacturabili dad
Confiabili dad
Segurida d
Comercia lización
Ruido Manteni Peso
miento Condiciones de
diseño Funciona
bilidad Resistenc ia/esfuer
zo Propieda
des
Control
Costo
Aspectos a
considerar
áreas de decisión de la función de operaciones. Las decisiones de capacidad afectan el tipo de proceso seleccionado. El tipo de diseño del proceso a su vez afecta los trabajos disponibles y el tipo de fuerza de trabajo empleada. El proceso también afecta la calidad del producto, debido a que algunos procesos se controlan más fácilmente que otros.
La consideración del costo tiene una función tan importante en el proceso de la decisión de diseño que fácilmente podría emplearse el mismo tiempo para estudiar el factor del costo que para realizar el estudio de todo el tema de diseño. La calidad, los tiempos de entrega y la flexibilidad de las operaciones además, de los tipos principales de clasificación de los procesos importantes a la hora de realizar el diseño del mismo.
Como se estableció antes, todos los procesos de diseño son interactivos e iterativos. Por lo tanto, puede ser necesario repetir algunos o todos los pasos anteriores más de una vez si se obtienen resultados que no sean satisfactorios. A continuación se presenta el diagrama de flujo propuesto para el diseño del robot con tracción de orugas para inspección de fondo en recipientes industriales.
Figura 23. Proceso de diseño mecánico para un robot con tracción de orugas Fuente: Elaboración propia (2018)
Reconocimiento de necesidad
Definición del problema
Síntesis
Análisis y optimización
Evaluación
Presentación
Actualmente existen numerosas aplicaciones comerciales enfocadas al trabajo en diseño conceptual sin embargo, los resultados de trabajos de evaluación de los diversos sistemas han concluido que aún no se pueden reemplazar los métodos de trabajo tradicionales en cuanto a tareas de diseño conceptual creativo se refiera por otra parte, la morfología del diseño robótico es un concepto importante por la forma y estructura de los robots que condicionan en gran manera su funcionamiento y usos así como su campo de aplicación.
Los dispositivos y mecanismos que pueden agruparse bajo la denominación genérica de robot, tal y como se ha indicado, son muy diversos y es por tanto difícil establecer una clasificación coherente de los mismo que resista un análisis crítico riguroso. A continuación se realizara la comparación del robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales y un vehiculó terrestre sobre ruedas para inspecciones de zonas.
Cuadro 2.
Selección de topologías a emplear en un robot de tracción
Condiciones de diseño
Vehículo terrestre sobre ruedas para inspecciones de
zona
Robot con tracción de orugas
Seguridad Fácil Fácil
Transmisión de señal Alámbrica e inalámbrica Alámbrica e inalámbrica
Capacidad de carga Moderada Gran capacidad
velocidad Variable Variable
Movimiento ruedas orugas
Complejidad No Varia
Precisión Si Si
Fuente: Elaboración propia (2018)
Se observa que para inspecciones, utilizando vehículos o robots con tracción de orugas se puede obtener una mayor capacidad de carga sacrificando un poco la velocidad. Para determinar qué tipo de locomoción se empleará, se desarrolla una tabla comparativa de los tres sistemas de locomoción para poder elegir el adecuado para el objetivo. A continuación se
muestra la tabla comparativa, donde se puede notar que dentro de los tres sistemas existe uno más adecuado para el propósito que se desea, en este caso la capacidad de carga y adaptabilidad se ha decidido emplear bandas de rodamiento, las cuales brindan la capacidad que se requiere según la actividad a realizar.
Cuadro 3.
Tipo de locomoción
Locomoción Agilidad Velocidad Control Construcción
Ruedas Tienden a
deslizarse mucho por lo que perdería toda la tracción en terrenos
desiguales.
En superficies lizas es muy veloz, pero en superficies desiguales pierde mucha tracción y no funcionaria.
Para el desarrollo del control es muy
simple de
implementar no existe un gran problema
Su construcción, requiere de un eje, 4 ruedas y dirección.
Orugas No hay mucho
deslizamiento en terrenos
desiguales, se tendría una buena tracción.
Posee una
velocidad de media a alta, ya sea en superficies
planas o
desiguales
El desarrollo del control para este sistema es de los más simples por solo contener dos simples motores
Su construcción es muy sencilla dos motores y dos bandas
Patas Es muy bueno en terrenos
desiguales, no existe casi deslizamiento
La velocidad está restringida por el número de patas y la secuencia de ellas, por lo general son muy lentos en cualquier tipo de superficie
El control es de
los más
complicados delos tres por tener varios servos y obtener una secuencia de control adecuada a cada articulación
El sistema posee muchas piezas para cada pata la construcción es más complicada.
Fuente: Elaboración propia (2018)
Como se observa en la tabla anterior la locomoción a través de orugas mejora significativamente la tracción, lo cual la hace especial para adaptarse a cualquier tipo de superficie, asimismo hace que el robot posee una velocidad moderada, la cual es suficiente para las tareas de inspección. De igual forma su sistema de control no es complejo y su construcción es más sencilla que el resto de las locomociones. Con base en lo anterior y con el fin de seguir los procedimientos de diseño antes mencionados, el realiza el
Tornillos de fijación de tapa
Tapa del circuito electrónico.
Frontal tipo cuña
diseño preliminar del robot con tracción de orugas para inspecciones en fondo de recipientes a través de herramientas CAD como lo es AUTOCAD mostrando en primera instancia los elementos de tracción del robot:
Figura 24. Estructura principal del robot con tracción de orugas
Fuente: Elaboración propia (2018)
Se observa que el cuerpo del robot, es decir, la estructura principal posee forma rectangular en casi toda su extensión, exceptuando la parte frontal que se distingue por tener forma de cuña, esto con el fin de hacer que el robot pueda superar un obstáculo de forma más práctica y eficiente.
El material en el que está diseñado es el AISI 304 y presenta una tapa fabricada del mismo material, ya que dentro de la estructura se instalara el montaje electrónico del robot con tracción de orugas, 14 elementos de sujeción aseguran dicha tapa, utilizando además una empacadura que evita el ingreso de fluidos alrededor de la tapa.
Protector de
Camara Protector de
linterna
Base giratoria horizontal 360º
Base giratoria vertical 120º
Figura 25. Soporte de cámara y linterna para inspección
Fuente: Elaboración propia (2018)
Se puede apreciar en la figura anterior que el soporte para la cámara y linterna de inspección consta de dos bases para movimiento, la primera (Ubicada en la parte inferior) se encarga de girar los dispositivos horizontalmente en 360º y sirve de apoyo para la segunda base, esta última permite mover en forma vertical la cámara y la linterna en unos 120º. Así mismo se muestra la adecuación que se tiene para los dispositivos anteriormente mencionados con el fin de protegerlos de la entrada de líquido y sólidos al momento en que el robot esté operando. El material de constricción debe ser igual al de la estructura.
Base de movimiento vertical Adecuación para
palpador de ultrasonido
Rueda de tracción
Rueda de tracción
Rueda de tensión
Banda de rodamein
Figura 26. Soporte de herramienta de ultrasonido para inspección Fuente: Elaboración propia (2018)
Se visualiza el soporte para una herramienta de ensayos no destructivo, siendo una parte vital, que permitirá cumplir el objetivo de inspección de fondo de recipientes industriales del robot en términos cuantitativos, por lo que se empleará un palpador (Transductor, en términos de inspección para equipos de ultrasonido) que produce emisiones acústicas a gran frecuencia para medir el espesor de una lámina de metal, realizando una comparación con el espesor original se puede tener una idea del grado de corrosión y de la vida útil que puede tener el fondo del recipiente. El soporte cuenta con una base que hacer girar en forma vertical al palpador y así mismo sirve de acople para la estructura. El material debe ser igual a la estructura principal.
Figura 27. Sistema de orugas Fuente: Elaboración propia (2018)
Soporte para cámara y linterna Soporte para
palpador de ultrasonido
Tapa del circuito electrónico.
Para que el robot pueda moverse de manera eficiente, se presenta en la figura anterior un sistema de orugas rectangulares, según su forma, ya que se caracterizan por presentar una distribución perfecta de la masa en toda la superficie de apoyo de la banda de rodamiento dándole una alta eficiencia tractiva, el sistema consta de tres ruedas siendo la del medio la rueda tensora a la correa, mientras que las otros dos estarán acopladas a los motores del robot con tracción de orugas, estas ruedas deben ser fabricadas de acero inoxidable AISI 304, mientras que la banda de rodamiento debe ser manufactura a base de polímeros resistentes para evitar la falla de la misma bajo las condiciones de operación del robot.
Figura 28. Diseño completo del robot con tracción de orugas
Fuente: Elaboración propia (2018)
Finalmente se presenta el diseño del robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales una vez acopladas todas las partes, se observa la ubicación de los soportes dentro de la estructura, es importante resaltar que gracias al sistema de tracción de orugas, el robot puede que ser conducido de retroceso sin ningún tipo de problemas, lo que quiere decir que la inspección con el equipo de ultrasonido puede dar sin complicaciones a pesar de estar ubicado en la parte trasera.
Así mismo se puede visualizar en mejor manera la parte frontal de robot que como se mencionó anteriormente, será utilizado para superar obstáculos como tuberías u otras facilidades que estén instaladas en el fondo del recipiente y tenga una altura proporcional a la del robot. Las ruedas que conforman la oruga estarán sujetas mediante los ejes de los motores exceptuando las ruedas centrales que sirven como tensor.
3.2. Diseño Electrónico
Para el diseño electrónico del robot con tracción de orugas se tendrá en cuenta sistemas embebidos, que deben controlar los motores de desplazamiento y los servos instalados para las herramientas de inspección, por lo cual esta electrónica y/o fuselaje deberá cubrir con ciertos parámetros de seguridad para no recibir el impacto directo de las condiciones que tenga en su interior el recipiente industrial a inspeccionar, es decir, deben cumplir cabalmente con los requerimientos mencionados en la fase II de la presente investigación.
Con el fin de lograr el correcto funcionamiento del robot con tracción de orugas, en términos de desplazamiento y maniobra del mismo, se elaborará una distribución en el tablero de los elementos principales como lo son: El protoboard (Donde será montado el puente en H), el sistema de control embebido, una unidad de acelerómetros y giroscopios, un módulo de sensores detección de obstáculos por Infrarrojos (IR) y un rack de baterías.
Los mismos pueden ser apreciados en la siguiente figura:
Figura 29. Tablero de distribución de principales componentes del sistema de control
Fuente: Elaboración propia (2018)
Un puente H es un tipo de circuito electrónico que permite a un motor eléctrico cambiar de sentido al girar, le permite ir en ambos sentidos, en el sentido horario y anti horario. Este tipo de puentes están disponibles en una presentación como circuitos integrados, pero pueden también ser construidos a partir de componentes discretos.
Se le denomina puente H porque la representación gráfica de este circuito es en forma de H donde los interruptores mecánicos van ubicados a los lados y en el centro se localiza el motor. Un puente H se puede elaborar a partir de 4 interruptores mecánicos o mediante transistores. Los interruptores se configuran de manera que al pasar la corriente por dos de ellos se genera un giro en sentido positivo y al invertir el voltaje se cierran los interruptores contrarios logrando así invertir el giro del motor.
Estos interruptores pueden ser de tipo mecánico o de estado sólido. Un puente H con elementos de estado sólido se construye básicamente usando BJTs, IGBTs, MOSFETs o Darlingtons, y con los dispositivos reversos de la polaridad; por ejemplo, se usa dos MOSFETs uno de canal n y otro de canal p a los extremos del motor para hacerlo girar en un sentido, pero si se requiere cambiar el giro se completa el puente colocando dos MOSFETs más de igual forma.
Los motores serán controlados por medio de modulación por ancho de pulso o PWM, como ya se conoce, es una técnica ampliamente utilizada en circuitos electrónicos de potencia y consiste en controlar la relación entre el Tiempo de Encendido (ton) y el periodo (T), también conocido como Ciclo útil (o Duty Cycle) de una onda cuadrada sin alterar su frecuencia.
Figura 30. Puente en H propuesto Fuente: Ingmecafenix (2017)
Como se mencionó anteriormente, el puente en H estará montado sobre el Protoboard, así como un adaptador de niveles lógicos y un DC-DC que permitirá bajar el voltaje, en que caso de que se requiera un menor voltaje de salida que el que entregan las beterías (entre 12v – 6v), aliviando la carga al regulador interno del sistema embebido. La unidad de acelerómetros y giroscopios de 5 ejes debe ir instalada en el centro geométrico del tablero (Centroide del robot), de modo que no sea necesaria realizar ajustes de software para compensar los errores por posición, el objetivo del dispositivo será la detección de pendientes para evitar vuelcos inesperados dentro del recipiente.
Así mismo, se instalaran sensores de detección de obstáculos por infrarrojos que estarán distribuidos en cada esquina del robot con tracción de orugas. De esta forma se logra detectar cualquier obstrucción (Una tubería, residuos, etc.) en la trayectoria del robot a tiempo de evitar colisiones, esto es de suma importancia debido a la poca visibilidad que se tiene dentro de los recipientes y por lo tanto al manejo que se debe tener para no quedar atrapado o bloqueado en alguna zona.
● Montaje del circuito
Figura 31. Montaje del circuito para el robot con tracción de orugas
Fuente: Elaboración propia (2018)
Como se observa en la figura, las baterías alimentan directamente al controlador embebido, a la etapa de potencia del puente en H y a la entrada del adaptador DC-DC. Este último distribuye menos voltaje al resto de los dispositivos. Para el puente en H los motores irán conectados directamente al circuito de control del motor en las tomas reservadas para cada motor (Serán en total 4 motores), el sentido de giro por defecto para cada motor dependerá de que se respeten las polaridades del montaje según se establezcan. Por su parte, las conexiones PWM permitirán el control de velocidad de cada motor mediante la señal de pulso ancho.
Así mismo, el sentido de giro del motor se determina por los pines asignados para cada motor en el puente H con los pines del controlador embebido como se explicó anteriormente. En el mismo orden de ideas, el conjunto de acelerómetros y giroscopios de 6 ejes se conectaran al pin disponible del controlador para los protocolos de comunicación elegidos (I2C, SDA y SCL). Además, este dispositivo generará interrupciones que serán detectadas por el controlador embebido por otro pin de conexión. Así mismo, el módulo de detección de obstáculos por infrarrojos derivará 4 señales, una por cada sensor ubicado en las esquinas, al controlador embebido por los pines correspondientes.
● Transmisión de datos
Es de suma importancia evaluar los sistemas de comunicación, protocolos y redes que son los responsables del envío y recepción de datos desde un punto a otro, los protocolos establecen la forma y codificación en que se transmiten los datos, el robot con tracción de orugas contará con diferentes protocolos para la transmisión de información y para el control del mismo con el fin de hacer más segura la comunicación entre cada dispositivo que forma parte del robot.
Cuadro 4.
Características de los protocolos de comunicación Protocolo HART Ethernet/
IP
ModBus Wireless I2C serial
Topología Maestro, Esclavo
Bus, estrella, malla- cadena
Línea, estrella, árbol, red con
segmentos
Anillo, estrella, esclavo, maestro, entre otras
Anillo, estrella, esclavo maestro entre otras
Comunicación Digital y Analógica
Digital;
maestro, esclavo, peer to peer
Maestro, esclavo
Inalámbric a
Digital y Analógica
Estándar Abierto S/I Abierto Abierto Abierto Compatibilidad Varias
marcas
Varias marcas
Varias Marcas
Varias marcas
Libre
Fuente: Elaboración propia (2018)
De acuerdo al cuadro comparativo anterior, se estable que el robot con tracción de orugas para inspecciones de fondo en recipientes industriales contará con el protocolo Wireless para el control de movimiento del mismo ya que dicho protocolo proporciona la capacidad de utilizar el robot de forma remota a una gran distancia permitiendo así operar el mismo desde un lugar seguro, sin la necesidad de utilizar cables para comunicarse con el centro de control o interface hombre maquina (HMI por sus siglas en ingles).
Los datos arrojados por los sensores (Acelerómetros, giroscopio e infrarrojos), procesados por el controlador, pueden ser observados por medio del software de entorno de desarrollo del controlador embebido a seleccionar. Esto se logra a través de un módulo de radio (Wifi shield) que será seleccionado en la fase posterior. Por su parte para la trasmisión de datos se utilizara el protocolo Ethernet ya que el mismo ofrece compatibilidad con las herramientas de inspección del robot y la posibilidad de optar por una topología bus, se escoge ya que el robot contara con un cable umbilical de
Operador (es)
Servidor
Cable umbilical
fibra óptica únicamente utilizado para la transmisión de data desde la herramientas de inspección hacia el o los servidores que se tenga en el área de control.
Esto con el fin de garantizar la transmisión de data sin interferencias y a mayor velocidad. El cordón umbilical contará aproximadamente con 200 m de longitud tomando en cuenta un recipiente de 40 de diámetro y 50 m de profundidad (Según los Parámetros en la fase II), el mismo estará contenido en un contenedor y se va desplegando a medida que el robot vaya desplazándose. En la siguiente figura se observa un esquema general de la comunicación y de la forma de opere ración del robot:
Figura 32. Esquema general del funcionamiento y comunicación del robot con tracción de orugas
Fuente: Elaboración propia (2018)
● Programación del controlador embebido.
Para la programación del mismo se especifican las tareas que el robot debe cumplir para obtener un movimiento optimo, es decir que, en el código o lenguaje de programación se desarrollan las tareas de gestionar periódicamente la lectura de los diferentes sensores instalados y la máquina de estados del sistema, siendo esta la que define el comportamiento del robot en función de las entradas recibidas por el operador y demás sensores.
Figura 33. Tareas periódicas y máquinas de estados
Fuente: Elaboración propia (2018)
Según la figura anterior, se pueden definir los siguientes estados:
● INICIO: Estado de iniciación del robot y durante esta fase no se atienden órdenes del operador.
● ESPERA: Estado corresponde al robot detenido. Se alcanza tras el estado de inicio o tras una orden de stop por parte del operador.
● AVANZA: estado de movimiento hacia delante. Se llega a aquél mediante una orden de avance por parte del operador.
● RETROCEDE: Estado de movimiento hacia atrás. Se llega a aquél mediante una orden de retroceso por parte del operador.
● GIRO A LA INZQUIERDA O DERECHA: Estado de giro a la izquierda o derecha mediante el movimiento de ambas orugas en sentido opuesto. Se llega a aquél con una orden de giro a la izquierda o la derecha según se desee por parte del operador.
● BLOQUEADO: Estado que implica la detección de un obstáculo en el sentido de avance o giro, en función de la combinación de sensores de infrarojos que notifican detección.
INICIO
GRAN PENDIENTE AVANZA /
RETROCEDE/GIR A IZQ./GIRA DER.
ESPERA
BLOQUEADO ORDEN MOV.
ORDEN STOP ORDEN STOP ORDEN STOP
PENDIENTE DETECTADA
SALIDA
FIN OBSTÁCULO
OBSTÁCULO ENCONTRADO
INCIO
Barrido de data y comprobar la transmisión
de datos
Barrido y trans.
completa do?
Inspección con equipos de
END?
Calibrar equipos de ensayo no destructivos (END) según espesores a
medir
Probar cámara y luces
Regular velocidad
según trayectoria Generar reporte
Ejecutar la inspección puntos
predefinidos
Se evaluaro n todos los puntos?
Diseñar trayectoria según puntos del fondo del recipiente
a inspeccionar
Arranque de motores
Apagar motores
FIN SI
NO
NO
SI
SI NO
● GRAN PENDIENTE: Estado que implica el alcance de una pendiente que puede implicar un vuelco del vehículo.
Diseño de sistema de control
Para el diseño de control se debe establecer en primera instancia un diagrama de flujo que representen la actividades y secuencias lógicas que el robot con tracción de orugas va a efectuar según el tipo de inspección al que se va a someter, y esto va en función de la geometría del recipiente a inspeccionar a los requerimientos del cliente. El diagrama de flujo se estableció de la siguiente forma:
Figura 34. Esquema de funcionamiento del robot de tracción de oruga Fuente: Elaboración propia (2018)
En el esquema se muestra el funcionamiento del robot para inspecciones de fondo en recipientes industriales, ya sea llenos de producto o fuera de servicio, donde si son requeridos los equipos de ensayos no
destructivos (el robot contará con corrientes Eddy y ultrasonido) es necesario hacer una calibración de los sensores o transductores de cada uno de ellos con espesores similares a las láminas del fondo de tanque o recipiente a inspeccionar.
Generalmente 4 mm, una vez obtenido esto se deberá definir la trayectoria del robot, es decir, La sección del fondo del tanque por donde se realizará la inspección, el cliente puede exigir que se inspeccione solo una sección si el tanque es muy grande por lo que se debe programar el robot para ir a la zona correspondiente una vez introducido en el recipiente.
El robot también contará con un sistema de navegación que permite detectar el tamaño de cada uno de las láminas del fondo del recipiente y trazar una trayectoria ya definida por el largo y ancho de la lámina a inspeccionar de forma automática. Como se observa en la siguiente figura, la mayoría de los fondos de los recipientes están construidas con láminas de una determina longitud, basándose en ello y estableciendo un tamaño de lámina promedio de 3x2 m, el robot debe inspeccionar por lo menos 18 puntos en cada lamina que se desee inspeccionar.
Figura 35. Estructura de construcción del fondo de un tanque o recipiente industrial
Fuente: Elaboración propia (2018)
Seguidamente el robot debe regular la velocidad, ya que para inspecciones con END los desplazamientos son lentos, en el orden de 0.2
