Escu el a P ol ité cn ica Sup er ior d e Jaé n
Escuela Politécnica Superior de Jaén (EPS)Trabajo Fin de Grado
D ISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN ROBOT CARTESIANO
Alumno: Eva Montiel Araque
Tutor: Prof. D. Alejandro Sánchez García Dpto: Ingeniería Electrónica y Automática
Junio, 2019
Índice
1. Motivación y objetivos ...12
1.1. Motivación ...12
1.2. Objetivos ...12
1.2.1. Objetivo general ...12
1.2.2. Objetivos específicos ...12
2. Introducción ...14
3. Parte mecánica ...16
3.1. Selección de componentes ...16
3.1.1. Sistemas de guiado lineal ...16
3.1.1.1. Guías lineales ...16
3.1.1.2. Ejes lineales ...17
3.1.1.3. Elección del sistema de guiado lineal ...18
3.1.2. Sistemas de transformación de movimiento circular en rectilíneo...19
3.1.2.1. Piñón-cremallera ...19
3.1.2.2. Tornillo-tuerca ...20
3.1.2.3. Elección del sistema de transformación del movimiento ...21
4. Parte eléctrica ...24
4.1. Selección de componentes ...24
4.1.1. Sensores ...24
4.1.1.1. Final de carrera mecánico ...24
4.1.1.2. Sensor de proximidad inductivo ...25
4.1.1.3. Sensor de proximidad capacitivo ...26
4.1.1.4. Elección de sensores ...27
4.1.2. Actuadores, motores eléctricos ...28
4.1.2.1. Motores paso a paso ...28
4.1.2.2. Servomotores ...29
4.1.2.3. Elección de actuadores ...30
4.1.3. Controladora ...31
4.1.3.1. Driver TB6560 4 axis ...31
4.1.3.2. Stepping Driver DM9082 ...32
4.1.3.3. Elección de la controladora ...33
4.2. Configuración de las controladoras ...34
4.3. Conexionado motores y controladoras ...38
4.4. Conexionado controladora-tarjeta interfaz ...41
4.5. Conexionado finales de carrera ...46
5. Software ...50
5.1. Selección de Software ...50
5.1.1. Mach3 ...50
5.1.2. LinuxCNC ...51
5.1.3. GRBL ...52
5.1.4. Elección del Software ...53
5.2. Instalación de Mach3 ...54
5.2.1. Requisitos de instalación ...54
5.2.2. Proceso de instalación ...55
5.3. Configuración de Mach3 ...61
5.3.1. Configuración inicial ...61
5.3.2. Configuración de los pines del puerto paralelo ...64
5.3.2.1. Configuración de las señales de salida ...68
5.3.2.2. Configuración de las señales de entrada ...70
5.3.3. Configuración del eje esclavo ...72
5.3.4. Configuración de los motores ...74
5.3.4.1. Cálculo del número de pasos por unidad ...75
5.3.4.2. Configuración de la velocidad máxima del motor y la aceleración ...78
5.3.5. Configuración de referenciado (homing) y límites virtuales...81
5.3.6. Configurar atajos de teclado (Hotkeys) ...83
6. Presupuesto ...86
6.1. Definición de las partidas o unidades de obra ...86
6.1.1. Parte mecánica ...86
6.1.1.1. Estructura ...86
6.1.1.2. Sistemas de guiado lineal ...86
6.1.1.3. Sistemas de transformación del movimiento circular en rectilíneo ...86
6.1.1.4. Tornillos y tuercas ...87
6.1.2. Parte eléctrica ...88
6.1.2.1. Sensores y actuadores ...88
6.1.2.2. Controladores e interfaces ...88
6.1.2.3. Fuentes de alimentación y cableado ...89
6.2. Medición y presupuesto ...89
7. Anexos ...94
7.1. Anexo I: Documentación técnica ...94
7.2. Anexo II: Imágenes del sistema ... 104
7.3. Anexo III: Planos ... 108
Bibliografía ... 113
Índice de figuras
Figura 3.1: Guía lineal con patín [3] Figura 3.2: Guía lineal sin patín [4] ...16
Figura 3.3: Eje lineal con rodamiento a bolas [5] ...17
Figura 3.4: Mecanismo piñón-cremallera [7] ...19
Figura 3.5: Mecanismo tornillo-tuerca [8] ...20
Figura 4.1: Final de carrera mecánico de palanca [9] ...25
Figura 4.2: Sensor de proximidad inductivo [10] ...25
Figura 4.3: Sensor de proximidad capacitivo [11] ...26
Figura 4.4: Motor paso a paso [13] ...29
Figura 4.5: Servomotor [14] ...29
Figura 4.6: Driver TB6560 4 ejes [15] ...32
Figura 4.7: Stepping Driver DM9082 [16] ...33
Figura 4.8: Diagrama del cableado del motor del eje X [18] ...38
Figura 4.9: Diagrama de conexión del cableado del motor del eje X [18] ...39
Figura 4.10: Diagrama del cableado de los motores de los ejes Z e Y [19]...39
Figura 4.11: Esquema de conexión motor-controladora ...41
Figura 4.12: Funcionalidad de los pines de la tarjeta interfaz LTP [20] ...42
Figura 4.13: Esquema de conexión de la tarjeta LPT [20] ...43
Figura 4.14: Esquema de conexión controladoras-tarjeta interfaz LPT ...45
Figura 4.15: Contactos final de carrera ...46
Figura 4.16: Esquema de conexión de los finales de carrera...48
Figura 5.1: Software Mach3 [22] ...51
Figura 5.2: Software LinuxCNC [23] ...52
Figura 5.3: Software GRBL [24] ...52
Figura 5.4: Descargar el programa Mach3 [21] ...55
Figura 5.5: Ventana inicial de instalación de Mach3 ...56
Figura 5.6: Ventana de aceptación de la licencia...56
Figura 5.7: Ventana de ubicación de la carpeta de instalación ...57
Figura 5.8: Ventana de selección de características del programa que se quieren instalar ..57
Figura 5.9: Ventana de creación de perfiles ...58
Figura 5.10: Ventana informativa “Listo para instalar” ...59
Figura 5.11: Ventana de instalación ...59
Figura 5.12: Instalación del driver del puerto paralelo ...60
Figura 5.13: Ventana de finalización de la instalación ...60
Figura 5.14: Diver Test ...61
Figura 5.15: Creación de un perfil de Mach3Mill ...62
Figura 5.16: Pantalla principal de la interfaz de Mach3...63
Figura 5.17: Ruta hacia la configuración general ...63
Figura 5.18: Configuración general-Pantalla completa ...64
Figura 5.19: Puerto paralelo ...65
Figura 5.20: Ruta de configuración de puertos y pines ...65
Figura 5.21: Ventana de configuración del puerto paralelo ...66
Figura 5.22: Ventana Administrador de dispositivos ...67
Figura 5.23: Ventana de Recursos ...67
Figura 5.24: Configuración de las señales de los motores paso a paso ...69
Figura 5.25: Configuración de las señales de salida ...70
Figura 5.26: Configuración de las señales de entrada (Home X, Y, Z) ...71
Figura 5.27: Configuración de las señales de entrada (Home A) ...71
Figura 5.28: Configuración de las señales de entrada (EStop) ...72
Figura 5.29: Ruta de configuración de ejes esclavos ...73
Figura 5.30: Ventana de selección de ejes esclavos ...73
Figura 5.31: Configuración general-Eje A lineal ...74
Figura 5.32: Ruta hacia la selección de las unidades de trabajo ...75
Figura 5.33: Selección de las unidades de trabajo ...75
Figura 5.34: Herramienta de cálculo automático de pasos por unidad ...78
Figura 5.35: Ruta de configuración de los motores paso a paso ...79
Figura 5.36: Configuración del motor del eje X ...80
Figura 5.37: Configuración del motor del eje Y ...80
Figura 5.38: Configuración del motor del eje Z ...81
Figura 5.39: Configuración del motor del eje A ...81
Figura 5.40: Ruta hacia la configuración de referenciado y límites virtuales ...82
Figura 5.41: Configuración de referenciado y límites virtuales ...83
Figura 5.42: Ruta hacia la configuración de los atajos de teclado ...84
Figura 5.43: Ventana de configuración de los atajos de teclado ...84
Figura 7.1: Soporte eje Y ... 104
Figura 7.2: Soporte eje Y ... 104
Figura 7.3: Soporte eje X ... 104
Figura 7.4: Eje Z ... 105
Figura 7.5: Eje Z ... 105
Figura 7.6: Fuente de alimentación y tarjeta interfaz LPT ... 106
Figura 7.7: Controladoras ... 106
Figura 7.8: Alzado del sistema ... 107
Figura 7.9: Perfil del sistema ... 107
Índice de tablas
Tabla 3.1: Ventajas e inconvenientes de las guías lineales ...17
Tabla 3.2: Ventajas e inconvenientes de los ejes lineales ...17
Tabla 3.3: Matriz de Pugh – Sistemas de guiado lineal ...19
Tabla 3.4: Ventajas e inconvenientes del mecanismo piñón-cremallera ...20
Tabla 3.5: Ventajas e inconvenientes del mecanismo tornillo-tuerca ...20
Tabla 3.6: Matriz de Pugh – Mecanismo de transformación del movimiento ...21
Tabla 4.1: Ventajas e inconvenientes de los finales de carrera mecánicos...25
Tabla 4.2: Ventajas e inconvenientes de los sensores de proximidad inductivos...26
Tabla 4.3: Ventajas e inconvenientes de los sensores de proximidad capacitivos ...27
Tabla 4.4: Matriz de Pugh –Sensores ...28
Tabla 4.5: Ventajas e inconvenientes de los motores paso a paso ...29
Tabla 4.6: Ventajas e inconvenientes de los servomotores ...30
Tabla 4.7: Matriz de Pugh – Actuadores ...30
Tabla 4.8: Ventajas e inconvenientes de el driver TB6560 4 ejes ...32
Tabla 4.9: Ventajas e inconvenientes del driver DM9082 ...33
Tabla 4.10: Matriz de Pugh – Controladora ...34
Tabla 4.11: Configuración de la corriente de salida Dirver DM9082 [17] ...35
Tabla 4.12: Configuración de los micropasos Driver DM9082 [17] ...35
Tabla 4.13: Configuración de los drivers del eje X ...36
Tabla 4.14: Configuración del driver del eje Y ...37
Tabla 4.15: Configuración del driver del eje Z ...38
Tabla 4.16: Colores de los conductores de los motores ...40
Tabla 4.17: Conexión de las señales pulso y dirección del driver con los pines de la tarjeta LPT ...44
Tabla 4.18: Conexión de las señales pulso y dirección del quinto motor con los pines de la tarjeta ...44
Tabla 4.19: Asignación de pines de entrada a los finales de carrera ...47
Tabla 5.1: Ventajas e inconvenientes de Mach3...51
Tabla 5.2: Ventajas e inconvenientes de Linux CNC ...52
Tabla 5.3: Ventajas e inconvenientes de GRBL ...52
Tabla 5.4: Matriz de Pugh – Software ...53
Tabla 5.5: Configuración de los pines del puerto paralelo ...65
Tabla 6.1: Presupuesto ...92
1. Motivación y objetivos
1.1. MotivaciónLa principal motivación por la que se ha realizado el presente trabajo es que en el mundo actual la automática y la robótica están en auge, esto puede verse de forma que los procesos dentro de cualquier industria cada vez están más automatizados y controlados mediante diferentes tipos de robots, por lo que desde las mismas cada vez se demanda más personal formado en este ámbito.
Con este Trabajo de Fin de Grado lo que se pretende es tener una experiencia más cercana al campo de la robótica y la automática para ampliar y complementar los conocimientos y la experiencia adquiridos en el Grado de Ingeniería Electrónica Industrial.
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo general
Construir un robot cartesiano de tres grados de libertad de propósito general, que sea controlado mediante código G.
1.2.2. Objetivos específicos
Selección de componentes mecánicos
Selección de componentes eléctricos
Montaje eléctrico
Diseño de soportes para los finales de carrera
Selección de Software de control
Configuración del Software
2. Introducción
Con este trabajo se pretende construir un robot cartesiano de propósito general que puede ser usado como una máquina CNC para corte por láser, corte por plasma o mecanizado, en función de la herramienta final que se coloque en el eje Z.
Los movimientos del robot, es decir, los desplazamientos en los ejes X, Y, Z, están controlados por un Software, de manera que a partir de código G este Software interpreta los comandos y los convierte en pulsos y señales que a través del puerto paralelo del ordenador son enviados a la tarjeta interfaz LPT, la cual los remite a las controladoras de los motores. Del mismo modo las señales de entrada procedentes de los sensores son transmitidas por el puerto paralelo e interpretadas por el Software.
El trabajo está estructurado en tres grandes bloques: parte mecánica, parte eléctrica y Software. Al final se incluye un presupuesto del robot para dar una idea del gasto económico que ha supuesto su construcción.
En la parte mecánica se realiza una selección de los componentes mecánicos que van a formar parte del robot.
En la parte eléctrica además de realizar una selección de componentes eléctricos, se explica cómo deben configurarse las controladoras y cómo debe hacerse el conexionado de todos los componentes electrónicos.
Por último en la parte del Software, en primer lugar se selecciona el programa que va a ser empleado en el control del robot, de entre las distintas opciones; en segundo lugar se explica el proceso de instalación del mismo y finalmente se explica muy detalladamente la configuración que debe realizarse en el Software para que todo funcione correctamente y marche según lo previsto.
3. Parte mecánica
Como se ha mencionado en la Introducción, en este capítulo se determinan cuáles son los componentes mecánicos que forman parte del sistema. Para ello hay que realizar una selección entre las distintas alternativas que se plantean.
3.1. Selección de componentes
El sistema mecánico del robot se compone de una estructura, un sistema de guiado lineal, un mecanismo de transmisión y un mecanismo de transformación del movimiento circular en rectilíneo. La estructura del robot es tipo pórtico y no posee mecanismo de transmisión, para el resto de componentes se ha realizado un proceso de selección.
3.1.1. Sistemas de guiado lineal
El guiado del movimiento lineal se puede realizar de dos formas, a través de guías lineales o mediante ejes lineales. A continuación se expone en qué consiste cada una de ellas, los diferentes tipos y sus ventajas e inconvenientes.
3.1.1.1. Guías lineales
Una guía lineal es un componente longitudinal ranurado que permite el movimiento lineal mediante un elemento rodante, como pueden ser bolas, rodillos, rodamientos de aguja o jaulas de aguja, y otro componente que puede ser un patín, otra guía lineal complementaria o ruedas. [1] y [2]
Figura 3.1: Guía lineal con patín [3] Figura 3.2: Guía lineal sin patín [4]
Ventajas Inconvenientes
Pueden soportar cargas altas
Funcionamiento silencioso
Fácil montaje
Fácil lubricación
Pueden conseguir elevadas velocidades de traslación con poca potencia del motor
Larga vida de funcionamiento
Alto coste
Peso elevado
Tabla 3.1: Ventajas e inconvenientes de las guías lineales
3.1.1.2. Ejes lineales
Un eje lineal es un componente longitudinal de perfil cilíndrico que consigue el movimiento lineal a través de rodamientos, casquillos o bujes lineales. [5]
Figura 3.3: Eje lineal con rodamiento a bolas [5]
Ventajas Inconvenientes
Funcionamiento silencioso
Fácil montaje
Larga vida de funcionamiento
Peso ligero
Bajo coste
Capacidad de carga más baja
Lubricación manual
Necesidad de soporte
Tabla 3.2: Ventajas e inconvenientes de los ejes lineales
3.1.1.3. Elección del sistema de guiado lineal
Para realizar la elección entre las diferentes alternativas de diseño se ha utilizado el método de Pugh. Este método permite comparar varias opciones mediante la elaboración de una matriz, donde los criterios de evaluación se colocan en las filas y los conceptos, diseños o ideas se colocan en las columnas. El primer paso es plantear las soluciones (ideas, diseños o conceptos) que se van a analizar (columnas), a continuación se definen los criterios de evaluación en función de las necesidades requeridas (filas), se selecciona una de las soluciones como referencia y el resto de soluciones se comparan con la referencia asignando a cada criterio un “+” si es mejor, un “=” si es igual y un “-” si es peor, finalmente se realiza la suma para todas las soluciones y la que obtenga un mayor resultado es la mejor solución. [6]
De manera que utilizando este método se puede determinar la mejor alternativa como sistema de guiado lineal.
Alternativas de diseño:
Guías lineales (Referencia)
Ejes lineales
Criterios evaluados:
Capacidad de soportar altas cargas
Funcionamiento silencioso
Fácil montaje
Fácil lubricación
Larga vida de funcionamiento
Bajo coste
Guías lineales Ejes lineales Capacidad de soportar
altas cargas
R E F E R E N C I A
- Funcionamiento
silencioso =
Fácil montaje +
Fácil lubricación -
Larga vida de
funcionamiento -
Bajo coste +
TOTAL 1-
Tabla 3.3: Matriz de Pugh – Sistemas de guiado lineal
De la Tabla 3.3 se deduce que el sistema de guiado lineal más idóneo para esta aplicación es el de referencia, las guías lineales.
3.1.2. Sistemas de transformación de movimiento circular en rectilíneo
Puesto que la transmisión del movimiento es directa, es decir no se han utilizado ni engranajes, ni correas dentadas, ni ningún otro elemento de transmisión, el siguiente componente a determinar es el mecanismo que transforma el movimiento circular del motor en el movimiento lineal del eje.
3.1.2.1. Piñón-cremallera
El piñón es una rueda dentada que se acopla al eje del motor de forma que cuando este gira, el piñón al estar engranado sobre una barra dentada (cremallera), se desplaza sobre la misma linealmente.
Figura 3.4: Mecanismo piñón-cremallera [7]
Ventajas Inconvenientes
Precisión
Larga vida de funcionamiento
Transmite potencias elevadas
Fácil montaje
Necesita lubricación
Peso elevado
Funcionamiento ruidoso
Tabla 3.4: Ventajas e inconvenientes del mecanismo piñón-cremallera
3.1.2.2. Tornillo-tuerca
En este mecanismo es el tronillo, o varilla roscada, el que se acopla al eje del motor a través de un acoplamiento, de manera que cuando el motor gira transmite el movimiento a la varilla y, al estar fija la tuerca, se produce un desplazamiento lineal del tornillo.
Figura 3.5: Mecanismo tornillo-tuerca [8]
Ventajas Inconvenientes
Precisión
Peso ligero
Fácil montaje
Necesita lubricación
Riesgo de desgaste por fricción
Menor capacidad de transmitir potencia elevadas
Tabla 3.5: Ventajas e inconvenientes del mecanismo tornillo-tuerca
3.1.2.3. Elección del sistema de transformación del movimiento
Se realiza la elección entre las distintas alternativas mediante el método de Pugh explicado anteriormente.
Alternativas de diseño:
Mecanismo piñón-cremallera (Referencia)
Mecanismo tornillo-tuerca
Criterios evaluados:
Precisión
Funcionamiento silencioso
Facilidad de montaje
Facilidad de lubricación
Larga vida de funcionamiento
Bajo coste
Capacidad de transmitir potencias elevadas (Fuerza)
Velocidad
Piñón-cremallera Tornillo-tuerca Precisión
R E F E R E N C I A
= Funcionamiento
silencioso +
Facilidad de montaje =
Facilidad de
lubricación =
Larga vida de
funcionamiento -
Bajo coste +
Fuerza -
Velocidad -
TOTAL 1-
Tabla 3.6: Matriz de Pugh – Mecanismo de transformación del movimiento
A partir de la Tabla 3.6 se puede determinar que el mejor mecanismo de transformación del movimiento, para este caso concreto, es el mecanismo piñón- cremallera.
Para el eje Z al ser un eje vertical, no se necesita que la velocidad sea alta, por lo que para este eje se ha decido utilizar un husillo de bolas, que emplea el mecanismo tornillo-tuerca.
4. Parte eléctrica
En este capítulo se explica la parte eléctrica y electrónica de la máquina. Como en el capítulo anterior el primer paso es determinar los componentes que conforman el robot, plantear un conjunto de posibles soluciones y seleccionar la que finalmente se ha utilizado. Una vez que se han elegido los distintos componentes eléctricos se explica paso a paso como se deben interconectar y configurar cada uno de ellos.
4.1. Selección de componentes
Los componentes eléctricos y electrónicos que conforman el robot son: los sensores, los actuadores (motores eléctricos) y la controladora de los motores. De cada uno de ellos hay que elegir el más adecuado para el sistema.
4.1.1. Sensores
Entre los posibles tipos de sensores a utilizar se encuentran los finales de carrera mecánicos, los detectores de proximidad inductivos y los detectores de proximidad capacitivos. Estos sensores pueden ser empleados para establecer los límites de los ejes, o bien, para hacer el homing de la máquina, es decir, para referenciar los ejes a la posición inicial también llamada posición cero.
4.1.1.1. Final de carrera mecánico
Un final de carrera mecánico es un interruptor que permite detectar la posición de un elemento móvil mediante accionamiento mecánico. Cuando el elemento móvil llega a una posición determinada donde está colocado el final de carrera, se produce un accionamiento del mismo por contacto, que genera, dependiendo de si está conectado en modo NA o NC, la activación o desactivación de una señal que es enviada a la tarjeta de control.
Existen muchos tipos de finales de carrera: de palanca, de varilla, de rodillo, de pulsador, etc.
Figura 4.1: Final de carrera mecánico de palanca [9]
Ventajas Inconvenientes
Bajo coste
Fácil instalación
Robustez
Requieren contacto con el elemento móvil
Posibilidad de rebotes en los contactos
Velocidad de detección potencia elevadas
Tabla 4.1: Ventajas e inconvenientes de los finales de carrera mecánicos
4.1.1.2. Sensor de proximidad inductivo
Los sensores de proximidad inductivos permiten detectar la aproximación de un objeto metálico. Estos sensores están compuestos por un oscilador LC cuya bobina genera un campo magnético, de forma que al acercarse el objeto se genera una corriente de inducción sobre el mismo, esto hace que la amplitud de oscilación cambie, este cambio es captado por un circuito de detección y conmuta la señal de salida.
Figura 4.2: Sensor de proximidad inductivo [10]
Ventajas Inconvenientes
No requiere contacto con el elemento móvil
Precisión en la detección
Los objetos a detectar deben tener un tamaño mínimo
Corta distancia de detección
Coste elevado
Tabla 4.2: Ventajas e inconvenientes de los sensores de proximidad inductivos
4.1.1.3. Sensor de proximidad capacitivo
Los sensores de proximidad capacitivos permiten detectar la aproximación de objetos tanto metálicos, como no metálicos. Aunque la apariencia física de estos sensores es la misma que la de los inductivos, el principio de funcionamiento es distinto. Los sensores capacitivos están compuestos por un condensador que genera un campo eléctrico, de manera que al aproximarse el objeto se produce un cambio en la capacitancia y por tanto un aumento de la amplificación, que hace entrar en oscilación al oscilador LC, esta amplitud es detectada por un circuito disparador y cuando alcanza un determinado nivel se produce un cambio en la señal de salida del sensor.
Figura 4.3: Sensor de proximidad capacitivo [11]
Ventajas Inconvenientes
No requiere contacto con el elemento móvil
Precisión en la detección
Mayor alcance
Detecta todo tipo de materiales
Los objetos a detectar deben tener un tamaño mínimo
Corta distancia de detección
Coste elevado
No es adecuado en máquinas que generan viruta
Tabla 4.3: Ventajas e inconvenientes de los sensores de proximidad capacitivos
4.1.1.4. Elección de sensores
Al igual que en la parte mecánica, en la parte eléctrica se ha utilizado el método de Pugh como método de selección de alternativas.
Alternativas de diseño:
Final de carrera mecánico (Referencia)
Sensor de proximidad inductivo
Sensor de proximidad capacitivo
Criterios evaluados:
Facilidad de instalación
Bajo coste
Sin necesidad de contacto
Sin tamaño mínimo de objeto a detectar
Detección de objetos metálicos y no metálicos
Adecuado en máquinas que generan viruta
Precisión
Final de carrera
Sensor inductivo
Sensor capacitivo Adecuado en máquinas que
generan viruta
R E F E R E N C I A
= -
Facilidad de instalación - -
Bajo coste - -
Sin necesidad de contacto + +
Sin tamaño mínimo - -
Detección objetos metálicos
y no metálicos = -
Precisión + +
TOTAL 1- 3-
Tabla 4.4: Matriz de Pugh –Sensores
Mediante la Tabla 4.4 se obtiene que la mejor solución es utilizar finales de carrera mecánicos como sensores.
4.1.2. Actuadores, motores eléctricos
Como actuadores del robot se utilizan motores eléctricos. Hay que elegir entre los motores paso a paso y los servomotores, ya que son los dos tipos de motores eléctricos más convenientes para este caso.
4.1.2.1. Motores paso a paso
Un motor paso a paso es un dispositivo electromagnético que convierte los pulsos o impulsos que recibe en movimiento de rotación, de manera que por cada pulso recibido mueve un paso. Estos pasos pueden ser desde un máximo de 90º a un mínimo de 1.8º, determinando los grados por paso el número de pasos necesarios para completar una vuelta. [12]
Existen tres tipos de motores paso a paso: de reluctancia variable, de imán permanente e híbridos. Los motores paso a paso pueden ser unipolares o bipolares.
Figura 4.4: Motor paso a paso [13]
Ventajas Inconvenientes
Precisión
Bajo coste
Larga vida de funcionamiento
Pueden quedar fijos en una posición (enclavamiento)
Fácil de controlar
Baja eficiencia
No tiene realimentación
Sobrecalentamiento a velocidades elevadas
Tabla 4.5: Ventajas e inconvenientes de los motores paso a paso
4.1.2.2. Servomotores
Un servomotor es un motor eléctrico semejante a un motor de corriente continua que incorpora elementos de realimentación que le permiten conocer la posición en la que se encuentra. Se caracteriza porque es capaz de ubicarse en cualquier posición angular dentro de un rango y puede mantenerse en dicha posición.
Figura 4.5: Servomotor [14]
Ventajas Inconvenientes
Máxima precisión
Mayor eficiencia
Torque elevado
Mayor coste
Mayor dificultad de control
Rango de operación limitado
Tabla 4.6: Ventajas e inconvenientes de los servomotores
4.1.2.3. Elección de actuadores
De nuevo se ha empleado el método de Pugh para determinar la mejor solución como actuadores eléctricos.
Alternativas de diseño:
Motores paso a paso (Referencia)
Servomotores
Criterios evaluados:
Bajo coste
Facilidad de control
Precisión
Motor paso a paso Servomotor
Bajo coste
R E F E R E N C I A
-
Facilidad de control -
Precisión +
TOTAL 1-
Tabla 4.7: Matriz de Pugh – Actuadores
Observando la Tabla 4.7 se puede determinar como mejor solución los motores paso a paso.
4.1.3. Controladora
Como se han utilizado motores paso a paso para este proyecto, se necesita un circuito electrónico que permita controlarlos. Dicho circuito se denomina driver y es el encargado de generar la secuencia de conmutación de cada una de las bobinas del motor para avanzar un paso.
En este caso, para controlar los cuatro motores paso a paso, se va a utilizar un driver comercial de los dos que se presentan a continuación.
4.1.3.1. Driver TB6560 4 axis
Este driver permite controlar los cuatro motores paso a paso que se requieren.
Algunas de las características de este controlador son: necesita ser alimentado con una fuente de continua de 12-36V, se puede ajustar la corriente de accionamiento de cada motor al 25%, 50%, 75% o 100% de la corriente total, la corriente máxima de salida es de 3A para cada motor, es adecuado para motores paso a paso unipolares y bipolares, es compatible con motores paso a paso de dos o cuatro fases y de cuatro, seis u ocho hilos, posee una interfaz de cuatro canales de entrada que puede ser utilizada para los límites de final de carrera, contiene una interfaz de puerto paralelo y una interfaz de husillo de relé, este driver está optoacoplado protegiendo de esta forma al ordenador y al resto de equipos conectados y permite controlar los motores paso a paso desde un paso entero hasta 1/16 micropasos.
Figura 4.6: Driver TB6560 4 ejes [15]
Ventajas Inconvenientes
Permite controlar los cuatro motores paso a paso
Ocupa poco espacio
Compatible con todo tipo de motores paso a paso
Bajo coste
Incluye puerto LPT
Corriente de salida para cada motor limitada a 3A
No incorpora tecnología anti-resonancia y de bajo nivel de ruido
Tabla 4.8: Ventajas e inconvenientes de el driver TB6560 4 ejes
4.1.3.2. Stepping Driver DM9082
Es un driver de bajo coste y de alto rendimiento, adecuado para una gran variedad de equipos automatizados, en especial para aquellos que requieren baja vibración, bajo nivel de ruido, alta precisión y alta velocidad.
Este driver se caracteriza por: la corriente máxima de salida es de 8.2A para cada motor, se alimenta con una fuente de continua de 24-90V, es adecuado para varios tipos de motores, permite controlar los motores desde 1/2 hasta 1/100 micropasos, utiliza tecnología PID adaptativa, incorpora protección contra sobreintensidades, sobretensiones y baja tensión y la señal para la entrada y la salida está aislada ópticamente.
Figura 4.7: Stepping Driver DM9082 [16]
Ventajas Inconvenientes
Incorpora tecnología anti- resonancia y de bajo nivel de ruido
Mayor cantidad de corriente de salida para cada motor
Bajo coste
Alta precisión
Se necesitan cuatro dirvers, uno para cada motor
Mayor volumen ocupado
Necesidad de una interfaz LPT
Tabla 4.9: Ventajas e inconvenientes del driver DM9082
4.1.3.3. Elección de la controladora
A partir del método de Pugh se selecciona la mejor alternativa para la elección de la controladora a emplear.
Alternativas de diseño:
Driver TB6560 4 ejes (Referencia)
Driver DM9082
Criterios evaluados:
Precisión
Bajo coste
Tecnología anti-resonancia
Tecnología bajo nivel de ruido
Interfaz LPT
Alta corriente de salida
Control 4 ejes
Driver TB6560 Driver DM9082
Precisión R
E F E R E N C I A
+
Bajo coste -
Tecnología anti-
resonancia +
Tecnología de bajo
nivel de ruido +
Interfaz LPT -
Alta corriente de salida +
Control 4 ejes -
TOTAL 1+
Tabla 4.10: Matriz de Pugh – Controladora
Mediante la Tabla 4.10 se determina que la mejor solución es utilizar el driver DM9082.
4.2. Configuración de las controladoras
Finalmente se va a usar el Driver DM9082, por lo que a continuación se va a explicar cómo se ha configurado para cada uno de los distintos ejes.
En primer lugar se va a detallar, de forma general, la función de cada uno de los interruptores que tiene la controladora y posteriormente se va a indicar la selección de la correcta posición de los mismos para cada eje.
Los tres primeros interruptores sirven para configurar la corriente de salida, así siguiendo la tabla dada por el fabricante (Tabla 4.11) se puede seleccionar la corriente adecuada para los motores.
PK current
(A) RMS(A) SW1 SW2 SW3
1.8 1.29 OFF OFF OFF
2.7 1.93 ON OFF OFF
3.6 2.57 OFF ON OFF
4.6 3.29 ON ON OFF
5.5 3.93 OFF OFF ON
6.4 4.57 ON OFF ON
7.3 5.21 OFF ON ON
8.2 5.86 ON ON ON
Tabla 4.11: Configuración de la corriente de salida Dirver DM9082 [17]
El cuarto interruptor es utilizado para configurar la corriente de parada. Si está en modo OFF significa que la corriente de parada es la mitad de la corriente dinámica.
Si está encendido significa que la corriente de parada es la misma que la corriente dinámica seleccionada. Normalmente este interruptor se configura en modo OFF para reducir el calor del motor y el del controlador.
Por último los interruptores restantes, es decir, los cuatro últimos, se utilizan en la configuración de los micropasos. De nuevo, a partir de una tabla proporcionada por el fabricante (Tabla 4.12), se posicionan los interruptores según el número de pasos que se quiere que el motor dé en una vuelta.
Microstep Subdivision SW5 SW6 SW7 SW8
1/2 400 ON ON ON ON
1/4 800 OFF OFF ON ON
1/8 1600 ON OFF OFF ON
1/16 3200 OFF ON ON OFF
1/32 6400 OFF ON OFF OFF
1/5 1000 ON ON ON OFF
1/20 4000 ON OFF ON OFF
1/25 5000 OFF OFF ON OFF
1/40 8000 ON ON OFF OFF
1/100 20000 ON OFF OFF OFF
Tabla 4.12: Configuración de los micropasos Driver DM9082 [17]
Configuración eje X:
Para desplazar el robot a lo largo del eje X se utilizan dos motores paso a paso idénticos, por lo que la configuración de sus drivers es la misma.
Primero se configura la corriente de salida, como estos motores tienen una corriente nominal de 4.2A hay que seleccionar una corriente de salida que sea cercana a la nominal pero no superior. Si se observa la Tabla 4.11 dicha corriente es 3.6A y, por tanto, los interruptores se posicionan de la siguiente forma: SW1=OFF, SW2=ON, SW3=OFF.
Para configurar el cuarto interruptor se siguen las recomendaciones del fabricante y se posiciona en modo OFF (SW4=OFF) para que la corriente de parada sea la mitad de la corriente dinámica, señalada anteriormente.
Para finalizar con este eje, se configura el número de pasos que el motor da en una vuelta. Sabiendo que se quiere que los micropasos sean 1/16, es decir, 3200 pasos por vuelta y a partir de la Tabla 4.12, la posición de los interruptores es: SW5=OFF, SW6=ON, SW7=ON, SW8=OFF.
De forma que los interruptores de los drivers del eje X quedan posicionados de la forma representada en Tabla 4.13.
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 SW8
OFF ON OFF OFF OFF ON ON OFF
Tabla 4.13: Configuración de los drivers del eje X
Configuración eje Y:
El motor empleado en este eje es distinto a los del anterior y por tanto la configuración del driver cambia. En este caso la corriente nominal del motor es de 3.5A, por lo que la corriente de salida de la Tabla 4.11 que se
aproxima por debajo a este valor es 2.7A, que se corresponde con la posición de los interruptores: SW1=ON, SW2=OFF, SW3=OFF.
En el caso del interruptor número cuatro, la configuración es la misma en todos los ejes → SW4=OFF.
Los cuatro últimos interruptores se configuran de la misma manera que en el eje X, ya que la transformación del movimiento en el eje Y también se realiza mediante el mecanismo de piñón-cremallera y con las mismas características que en dicho eje, por tanto al ser el número de pasos de 3200, los interruptores quedan posicionados: SW5=OFF, SW6=ON, SW7=ON, SW8=OFF.
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 SW8
ON OFF OFF OFF OFF ON ON OFF
Tabla 4.14: Configuración del driver del eje Y
Configuración eje Z:
La corriente de salida en el driver del eje Z se configura de la misma manera que en el eje Y, ya que el motor utilizado es el mismo, con una corriente nominal de 3.5A, por tanto la posición de los tres primeros interruptores es: SW1=ON, SW2=OFF, SW3=OFF.
La corriente de parada, como se ha dicho anteriormente, se configura en todos los ejes a la mitad de la corriente dinámica, de manera que el cuarto interruptor se posiciona en modo OFF (SW4=OFF).
La configuración de los micropasos cambia en este eje ya que el mecanismo de transformación del movimiento utilizado es husillo de bolas (siguiendo el sistema tornillo-tuerca), además se ha utilizado el husillo que había disponible en el laboratorio y que al haber sido usado en otras aplicaciones no está completamente alineado, por lo que para compensar esta desalineación se ha incrementado el número de pasos por vuelta,
siendo estos de 8000, es decir 1/40 micropasos. Se busca este valor en la Tabla 4.12 y se deduce que la posición que les corresponde a los cuatro últimos interruptores es: SW5=ON, SW6=ON, SW7=OFF, SW8=OFF.
La configuración del driver del eje Z es por tanto la mostrada en la Tabla 4.15.
SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 SW8
ON OFF OFF OFF ON ON OFF OFF
Tabla 4.15: Configuración del driver del eje Z
4.3. Conexionado motores y controladoras
Una vez que ya se ha realizado la configuración de las controladoras el siguiente paso es conectar los motores a dichas controladoras.
Los motores del eje X son motores de cuatro fases por lo que en lugar de tener cuatro hilos, tienen ocho hilos. (Figura 4.8)
Figura 4.8: Diagrama del cableado del motor del eje X [18]
Por tanto hay que soldar las salidas de algunas bobinas para que la conexión del motor sea bipolar y tenga cuatro hilos, de forma que pueda ser conectado al driver.
Figura 4.9: Diagrama de conexión del cableado del motor del eje X [18]
Como se puede observar en la Figura 4.9 lo que hay que hacer es soldar el conductor de color amarillo con el conductor de color azul y el conductor de color naranja con el conductor de color marrón, de manera que se tiene el motor conectado en modo bipolar serie.
De esta forma quedan cuatro conductores para conectar al driver: el rojo, el negro, el blanco y el verde.
Si se observan los conductores de los motores de los ejes Z e Y (Figura 4.10), se puede comprobar que los colores de dichos conductores no coindicen con los de los motores del eje X y los que coinciden no pertenecen a la misma bobina.
Figura 4.10: Diagrama del cableado de los motores de los ejes Z e Y [19]
Por tanto, con el fin de eliminar la posible confusión que esto podría conllevar, se van a unificar los colores de los conductores para que sean los mismos en todos los motores.
La salida de la bobina nombrada como A+ se va a soldar a un conductor de color azul, la salida de la bobina nombrada como A- se va soldar a un conductor de color naranja, la salida de la bobina nombrada como B+ se va a soldar a un conductor de color blanco y la salida de la bobina nombrada como B- se va a soldar a un conductor de color amarillo.
Así se tienen unificados los colores de los conductores de salida de los motores, lo que va a facilitar la conexión de los mismos con las controladoras.
Bobina Color
A+ Azul
A- Naranja
B+ Blanco
B- Amarillo
Tabla 4.16: Colores de los conductores de los motores
Finalizados estos pasos, es posible realizar la conexión de los motores con su controladora correspondiente. Si se examina el driver se puede ver que los seis pines de abajo son los que hay que utilizar para este propósito. Los dos primeros pines de estos seis son GND y +V, donde se conectan el polo negativo y el polo positivo, respectivamente, de la fuente de alimentación, que en este caso es una fuente de 24V de continua. En los cuatro pines restantes: A+, A- , B+ y B- se conecta el motor siguiendo la Tabla 4.16.
En la Figura 4.11 se puede observar el conexionado del driver con el motor según lo explicado anteriormente.
Figura 4.11: Esquema de conexión motor-controladora
4.4. Conexionado controladora-tarjeta interfaz
Los seis pines superiores de la controladora son los que van a permitir controlar el movimiento del motor. Los pines PUL+ y PUL- son para la señal de pulsos negativa y positiva del motor, la señal de pulso controla el motor para que funcione, cada pulso hace que el motor avance un paso. Los pines DIR+ y DIR- son para la señal de dirección positiva y negativa, esta señal permite controlar la dirección del motor cuando está en marcha. Por último los pines ENA+ y ENA- sirven para la señal de habilitación del driver y por tanto del motor, el motor permanece desactivado sin corriente interna hasta que la señal de habilitación se activa.
Como se ha dicho en la Introducción el control de los motores se realiza a través de un Software instalado en un PC. Este Software es el que se encarga de mandar a las controladoras las señales de habilitación, pulsos y dirección a través del puerto paralelo del ordenador, como las controladoras no tienen una interfaz LPT es necesario conectarlas a una tarjeta interfaz LPT.
En la Figura 4.12 se puede ver la tarjeta interfaz LPT con la descripción de la función de cada uno de sus pines.
Figura 4.12: Funcionalidad de los pines de la tarjeta interfaz LTP [20]
Como se puede observar los pines de la izquierda sirven para conectar las entradas del sistema como pueden ser los límites de los ejes, la seta de emergencia, la referencia de los ejes, etc.; los pines situados en la parte inferior son los que se utilizan para la conexión con los motores; los de la parte derecha sirven para conectar accesorios y en la parte superior se pueden ver los puertos de conexión con el ordenador, a la izquierda la interfaz LPT y a la derecha la conexión USB a través de la cual se alimenta la tarjeta.
El fabricante proporciona un esquema de conexión de la tarjeta con los distintos componentes (Figura 4.13) que es el que se ha utilizado en este caso para realizar las distintas conexiones.
Figura 4.13: Esquema de conexión de la tarjeta LPT [20]
Siguiendo este esquema se realiza la conexión de la tarjeta LPT con las controladoras de los motores. En primer lugar la salida de la tarjeta de 5V procedentes del ordenador, nombrada como +5V, se conecta a todos los pines positivos de las controladoras, es decir: PUL+, DIR+ y ENA+. A continuación el pin ENA- de todos los drivers se conecta al pin 14 de la tarjeta, que es el pin de enable (activación o habilitación). Por último para cada uno de los drivers hay que conectar los pines PUL- y DIR- con los pines correspondientes de pulso y dirección de la tarjeta LPT en función del eje al que pertenece el driver, esto se ha resumido en la Tabla 4.17 para que sea más orientativo.
Eje Señal PIN
Eje X PUL 2
DIR 3
Eje Y PUL 4
DIR 5
Eje Z PUL 6
DIR 7
Eje A PUL 8
DIR 9
Tabla 4.17: Conexión de las señales pulso y dirección del driver con los pines de la tarjeta LPT
El eje nombrado como eje A en la tarjeta se utiliza para conectar el segundo motor del eje X.
Esta tarjeta está preparada para conectar 5 motores aunque en este caso solo se han conectado 4. Si en alguna aplicación futura se quisiera conectar un quinto motor, los pasos a seguir en su conexión serían los mismos que los seguidos con los otros cuatro y lo único que habría que tener en cuenta es que las señales de pulso y dirección del motor se conectarían de la forma indicada en Tabla 4.18.
Eje Señal PIN
Eje B PUL 16
DIR 17
Tabla 4.18: Conexión de las señales pulso y dirección del quinto motor con los pines de la tarjeta
Figura 4.14: Esquema de conexión controladoras-tarjeta interfaz LPT
Para este trabajo, donde se han utilizado cuatro motores paso a paso, y siguiendo: el esquema de la Figura 4.13, los pasos descritos a continuación de la misma y la Tabla 4.17; el conexionado de las cuatro controladoras con la tarjeta interfaz LPT es el reflejado en Figura 4.14.
El color de los cables que aparecen en dicha figura es orientativo, es decir se ha utilizado para esclarecer las conexiones pero no se corresponde con los colores utilizados en la realidad, ya que en el montaje real se ha utilizado el color rojo para las conexiones a 5V y el color negro para el resto de conexiones.
4.5. Conexionado finales de carrera
Se han utilizado cuatro finales de carrera mecánicos, uno por cada eje (ya que hay dos ejes X, un eje Z y un eje Y), para referenciar la máquina a cero. Los límites de cada eje se establecen por Software, por lo que se va a explicar más adelante.
Cada interruptor final de carrera tiene tres contactos: el común (14), el normalmente abierto (12) y el normalmente cerrado (11), como se puede observar en la Figura 4.15.
Figura 4.15: Contactos final de carrera
Los interruptores se pueden conectar en modo normalmente abierto (NO), en este modo el interruptor está desconectado por defecto y cuando el elemento móvil lo acciona, se activa; o en modo normalmente cerrado (NC), en este modo el interruptor por defecto está activado y al establecer contacto con el elemento móvil se desactiva.
Para este caso los interruptores final de carrera se han conectado todos en modo normalmente cerrado como medida de seguridad ya que si algún cable se desconectase por cualquier motivo, la máquina lo detectaría y dejaría de funcionar.
Los finales de carrera se conectan en los pines de la placa interfaz situados a la izquierda, el contacto común (14) de todos los finales de carrera es conectado al pin denominado como GND y el contacto normalmente cerrado (11) se conecta al pin de entrada correspondiente. Como la placa tiene cinco pines de entrada se utiliza un pin para cada uno de los finales de carrera y el quinto, para la seta de emergencia. Hay que tener en cuenta que para que funcionen estos pines es necesario alimentar la tarjeta con una fuente de alimentación continua de 12-24V, por tanto se ha utilizado la fuente de alimentación de 24V que alimenta a los drivers de los motores.
A los finales de carrera de referencia de cada eje se les asigna un pin concreto, detallado en la Tabla 4.19.
Entrada Pin
Referencia eje X 10
Referencia eje Y 11
Referencia eje Z 12
Referencia eje A 13
Seta de emergencia 15
Tabla 4.19: Asignación de pines de entrada a los finales de carrera
El esquema de conexión de los finales de carrera se puede observar en la Figura 4.16.
Figura 4.16: Esquema de conexión de los finales de carrera
5. Software
En este apartado se explica todo lo relacionado con el Software que controla la máquina. Primero se elige el programa más adecuado para realizar el control del robot cartesiano, posteriormente se explica el proceso de instalación paso a paso y para finalizar con el capítulo se expone la configuración realizada en el programa indicando cómo configurar las entradas y salidas del sistema, cómo realizar el cálculo de los parámetros de configuración de los motores y cómo configurar los límites virtuales y las operaciones de referenciado.
5.1. Selección de Software
El Software de control, como se dijo en la introducción, a partir de la interpretación de código G envía señales de control a los motores que hacen que el sistema se desplace de la forma requerida. Por ello es importante que el Software que se elija acepte código G y sea capaz de interpretarlo, así que como posibles programas se han propuesto: Mach3, Linux CNC y GRBL.
5.1.1. Mach3
Mach3 es un Software que permite convertir un ordenador en un controlador de máquinas CNC. Es uno de los programas más utilizados en control numérico por ordenador debido a que proporciona una gran variedad de características. Este Software es compatible con el sistema operativo Windows y permite controlar el movimiento de los motores, ya sean motores paso a paso o servomotores, a través del procesamiento de código G. Es un programa avanzado que permite a los usuarios desarrollar funciones complejas, pero al mismo tiempo es un programa muy intuitivo, lo que posibilita que cualquier persona pueda utilizarlo. Además Mach3 se puede personalizar para adaptarlo a la aplicación que se quiera llevar a cabo con diferentes tipos de hardware. [21]
Figura 5.1: Software Mach3 [22]
Ventajas Inconvenientes
Intuitivo
Permite realizar funciones avanzadas
Compatible con el sistema operativo de Windows
Acepta código G
Gran variedad de aplicaiones
Requiere licencia
Limitaciones de sistema operativo
Tabla 5.1: Ventajas e inconvenientes de Mach3
5.1.2. LinuxCNC
LinuxCNC también llamado EMC2 es un programa que controla máquinas CNC como pueden ser fresadoras, tornos, cortadoras de plasma, cortadoras láser, impresoras 3D, etc. Este Software se ejecuta bajo el sistema operativo de Linux y acepta entrada de código G para el control de la máquina. Su instalación es sencilla, es un programa distribuido libremente, lo que significa que no tiene licencia. Permite realizar funciones de control avanzadas y dispone de varios tipos de interfaces de usuario. Al igual que Mach3 es compatible con muchas interfaces de hardware para el control de la máquina. [23]
Figura 5.2: Software LinuxCNC [23]
Ventajas Inconvenientes
Permite realizar funciones avanzadas
Acepta código G
Gran variedad de aplicaiones
No requiere licencia
Limitaciones de sistema opertativo
Tabla 5.2: Ventajas e inconvenientes de Linux CNC
5.1.3. GRBL
GRBL es un Software para controlar el movimiento de una máquina CNC a través de un Arduino. Es un programa gratuito, de código abierto, usado comúnmente para realizar el control de impresoras 3D, aunque puede ser utilizado en el control de otro tipo de máquina CNC. Este Software se caracteriza por su simplicidad y alto rendimiento.
Figura 5.3: Software GRBL [24]
Ventajas Inconvenientes
Acepta código G
Variedad de aplicaiones
No requiere licencia
Limitaciones de sistema opertativo
No posee funcionalidades tan avanzadas
Tabla 5.3: Ventajas e inconvenientes de GRBL
5.1.4. Elección del Software
El software empleado para controlar el robot también se ha elegido utilizando el método de Pugh.
Alternativas de diseño:
Mach3 (Referencia)
Linux CNC
GRBL
Criterios evaluados:
Compatible con Windows
Acepta código G
Permite realizar funciones avanzadas
Intuitivo
Bajo coste
Mach3 Linux CNC GRBL
Compatible con Windows
R E F E R E N C I A
- =
Acepta código G = =
Intuitivo - -
Permite realizar funciones avanzadas
= -
Bajo coste + +
TOTAL 1- 1-
Tabla 5.4: Matriz de Pugh – Software
Analizando la Tabla 5.4 se determina que el Software que se va a utilizar en este proyecto es Mach3.
5.2. Instalación de Mach3
Es importante antes de instalar un programa saber cuáles son los requisitos necesarios para poder instalarlo, ya que si estos no se cumplen lo más seguro es que el programa no funcione adecuadamente. Debido a esto se han expuesto los requisitos que recomiendan los desarrolladores y distribuidores del programa.
Posteriormente se explica paso a paso el proceso que hay que seguir para instalar Mach3 en el ordenador.
5.2.1. Requisitos de instalación
Requisitos mínimos recomendados para instalar Mach3 si se utiliza el puerto paralelo para controlar la máquina [21]:
Utilizar un PC de escritorio que contenga al menos un puerto paralelo. No es compatible con ordenadores portátiles.
Versión de 32 bits de Windows 2000, Windows XP, Windows Vista o Windows 7. No funciona en una versión de 64 bits.
CPU de 1GHz.
512MB de RAM.
Tarjeta de video de 32MB de RAM.
Para instalar Mach3 es necesario tener una licencia aunque existe una versión de demostración gratuita con algunas limitaciones enumeradas a continuación [21]:
Límite de 500 líneas de código para los modos Mill y Plasma
Límite de 50 líneas de código para el modo Turn
Frecuencia bloqueada a 25kHz
Deshabilitada la función Next Line
Deshabilitada la función Run from here
Deshabilitadas las funciones THC en el modo Plasma
Si la aplicación para la que va a ser utilizado el Software no supera estas limitaciones puede ejecutarse sin licencia, en modo demostración. Dado que se ha construido un robot cartesiano de propósito general con fines educativos, esta aplicación no sobrepasa las limitaciones y la máquina puede ser controlada con la versión de demostración.
5.2.2. Proceso de instalación
El primer paso es descargar el Software, para ello hay que dirigirse a la página del fabricante y hacer clic en el botón “Download Mach3” señalado en rojo en la Figura 5.4.
Figura 5.4: Descargar el programa Mach3 [21]
A continuación, se accede a la carpeta en la que se ha descargado el programa y se hace doble clic en el archivo “Mach3Version3.043” o se pulsa el botón derecho del ratón y se selecciona la opción de ejecutar. Aparece una ventana como la que se muestra en la Figura 5.5.
En esta ventana se recomienda que se cierren todos los programas de Windows que estén ejecutándose antes de continuar con la instalación. Si hay algún programa abierto hay que darle a cancelar, cerrar el programa que está en ejecución y después se vuelve al proceso de instalación, en caso contrario se presiona el botón “Next”.
Figura 5.5: Ventana inicial de instalación de Mach3
En la siguiente ventana aparecen los términos y condiciones de licencia, se marca la casilla en la que el usuario da su consentimiento y acepta dichos términos como se ve en la Figura 5.6 y de nuevo se cicla el botón “Next”.
Figura 5.6: Ventana de aceptación de la licencia
Posteriormente en una nueva ventana se elige el directorio donde se quiere guardar la carpeta de instalación y se pulsa el botón “Next” (Figura 5.7).
Figura 5.7: Ventana de ubicación de la carpeta de instalación
La siguiente ventana (Figura 5.8) permite seleccionar las características del programa que se quieren instalar, se dejan marcadas las casillas que aparecen por defecto y se pulsa nuevamente el botón “Next” para continuar con la instalación.
Figura 5.8: Ventana de selección de características del programa que se quieren instalar
La última ventana de configuración (Figura 5.9) es para crear un perfil en uno de los tres modos de Mach3: Mill, Turn y Plasma. La creación de un perfil sirve para que la configuración que el usuario haga en el modo en el que esté trabajando permanezca invariante ante actualizaciones o cambios en los perfiles generales. Este paso también se puede realizar una vez que esté instalado el programa.
Figura 5.9: Ventana de creación de perfiles
Por último aparece una ventana informando que todo está listo para la instalación del programa (Figura 5.10). Al clicar el botón “Next” comienza la instalación.
Figura 5.10: Ventana informativa “Listo para instalar”
La Figura 5.11 muestra el asistente de instalación del programa y hay que esperar unos pocos minutos a que finalice.
Figura 5.11: Ventana de instalación
A continuación, en la ventana de la Figura 5.12 se pulsa el botón “Next” para proceder a la instalación del driver del puerto paralelo.
Figura 5.12: Instalación del driver del puerto paralelo
Finalmente la Figura 5.13 muestra la ventana de que todo se ha instalado correctamente y el proceso ha finalizado.
Figura 5.13: Ventana de finalización de la instalación
5.3. Configuración de Mach3
Uno de los aspectos más importantes del trabajo es la configuración del programa, ya que este es el que va a actuar como elemento de control del sistema permitiendo que el robot se desplace siguiendo las instrucciones del código G. Por eso en este apartado se han explicado muy detalladamente todas las configuraciones que deben llevarse a cabo para conseguir que el robot funcione correctamente.
5.3.1. Configuración inicial
Una vez que se ha instalado el Software es recomendable que lo primero que se haga sea comprobar que funciona correctamente. Para ello hay que dirigirse a la carpeta donde se ha instalado Mach3, en el directorio que se señaló en la Figura 5.7, y ejecutar el archivo llamado “DiverTest”, se muestra una ventana como la que se ve en la Figura 5.14. En esta pantalla hay que fijarse en la caja nombrada como frecuencia de pulso, debe aparecer un valor similar a 25000Hz y dicho valor debe mantenerse constante, aunque esto también se puede observar en la gráfica. Si cuando se realiza la prueba sucede lo comentado anteriormente, el programa funciona adecuadamente.
Figura 5.14: Diver Test
El siguiente paso que se recomienda llevar a cabo es cambiar la configuración del puerto paralelo en la BIOS del ordenador ya que por defecto está en modo SSP (puerto paralelo estándar) y esto, en algunos casos, puede ocasionar que los datos no se transmitan correctamente por el puerto paralelo. Por tanto se debe cambiar del modo SSP al modo EPP+ECP.
Al instalar el programa se crean una serie de accesos directos en el escritorio, para esta aplicación se va a crear un perfil de Mach3Mill llamado “TFG”, para ello hay que hacer clic en el acceso directo “Mach3 Loader”, se selecciona el botón “Create Profile” y en la nueva ventana se escribe el nombre del perfil, se selecciona clonar desde Mach3Mill y se marca la casilla de valores por defecto. Este proceso se resume en la Figura 5.15.
Figura 5.15: Creación de un perfil de Mach3Mill
Cuando se abre dicho perfil aparece la pantalla mostrada en la Figura 5.16, esta es la pantalla principal del programa que permite controlar los aspectos más importantes de la máquina. Como se puede ver en la Figura 5.16, se han marcado varias zonas: en la parte superior está la barra de herramientas, en naranja se ha resaltado el botón de paro de emergencia, en verde se muestra la ventana donde se puede ver la trayectoria que sigue la herramienta, en azul la ventana de lectura del código G importado, en marrón la posición de cada eje a través de coordenadas y en negro el botón de inicio.
Figura 5.16: Pantalla principal de la interfaz de Mach3
Como se observa en la Figura 5.16 por defecto la interfaz no aparece en pantalla completa, para cambiar la pantalla se selecciona en la barra de herramientas Config>General Config…, como se indica en la Figura 5.17, aparece una ventana (Figura 5.18) y en el apartado “Screen Control” se marca la casilla “Auto Screen Enlarge”, se cierra el programa y cuando se vuelve a abrir aparece la pantalla completa.
Figura 5.17: Ruta hacia la configuración general
