automatizacion de un proceso de reciclaje, mediante robot kuka y elementos festo

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRICA

Automatizaci on de un proceso de Reciclaje,mediante Robot KUKA y elementos FESTO

Trabajo de Titulacion presentado en conformidad a los requisitos para obtener el

Tıtulo de Ingeniero Civil Electricista, en Control de Procesos Industriales

Profesor guıa: Dr. Claudio Urrea Onate

Alumno: Elıas Urrejola Davanzo

Fecha: 4 de octubre de 2007

Resumen

El siguiente trabajo fue realizado en el Instituto de Automatizacion IRT (Institut

fur Regelungstechnik) de la Universidad de Aquisgran en Alemania RWTH-Aachen

(Rheinisch-Westfalische Technische Hochschule Aachen) desde Agosto 2006 hasta

Febrero 2007. Se realizara la Automatizacion de un Proceso de Reciclaje mediante

un Robot Industrial de KUKA y dispositivos de FESTO.

II

Agradecimientos

La realizacion de esta memoria, fue para mi en todo momento una aventura. El

desarrollo de una solucion para un problema practico es siempre una tarea difıcil,

pero enriquecedora. Escribir este trabajo en Aleman y en la RWTH-Aachen, presen-

ta la mayor experiencia que he logrado hasta aquı en mi carrera. Me gustarıa agrade-

cer a mi tutor el Senor Msc. Rainer Gasper por la asistencia durante la realizacion

de mi trabajo. Por la posibilidad de obtener el tema de esta memoria, agradezco

al Director del Instituto IRT Senor Prof. Ing.- Dirk Abel y al Ingeniero Jefe Senor

Dr. Manfred Ening, por el apoyo y buena disposicion durante mi periodo de Tesis,

ası como tambien, a todos los companeros memoristas y profesores tutores, por la

atmosfera amigable durante los dias de trabajo en el Instituto. Este trabajo no podrıa

haber sido realizado sin la utilizacion del Robot Industrial KUKA y la fabrica modelo

FESTO, donados al Instituto.

Agradezco especialmente a mi Novia, quien me ayudo a ordenar mis ideas para

poder expresarlas mejor. Durante dos anos en Alemania mi Familia chilena y ale-

mana fueron muy importantes. Para ellos, para mi novia, para mi futuro proximo

como ingeniero, para los futuros estudiantes del Control Automatico del Mundo y

para quienes mi trabajo pueda serles util, fue lograda la siguiente memoria.

Aachen, Febrero 2007

III

Indice general

Indice general IV

1. Introducci on 1

1.1. La Fabrica Modelo como ejemplo de la tecnica de Automatizacion . . 4

1.2. Proceso de embotellamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.3. Planteamiento de las Tareas del Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.4. Resumen de los capıtulos constituidos en este trabajo . . . . . . . . . 12

2. Automatizaci on 13

2.1. Sistema de Comunicacion PROFIBUS DP y elementos de campo

Maestro/Esclavo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1.1. Robot KUKA PROFIBUS Maestro/Esclavo . . . . . . . . . . . . 14

2.1.2. ET200 SIEMENS PROFIBUS Esclavo . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2. La Solucion de la Comunicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.3. Aplicacion del Robot en el Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3.1. Tarea 1: Separar las Tapas de las Botellas . . . . . . . . . . . 21

2.3.2. Tarea 2: Separar los chips de las Tapas . . . . . . . . . . . . . 23

IV

INDICE GENERAL

2.4. Posible Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.1. Solucion 1: Empleo de una cinta transportadora . . . . . . . . 26

2.4.2. Solucion 2: Uso de dos cilindros pistones . . . . . . . . . . . . 28

2.4.3. Solucion 3: Reciclaje de seis botellas con un actuador . . . . . 30

2.4.4. Eleccion de la Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3. Implementaci on de la Planta de Reciclaje 35

3.1. La Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.1.1. El Actuador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.1.2. Construccion de la Planta de reciclaje . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.3. Funcionamiento de la Planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3.1.4. La Planta de Reciclaje construida . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.2. Configuracion de la comunicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.3. Senales binarias y control del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.4. Programacion del Robot KUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3.4.1. Sistemas de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.4.2. Movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.4.3. Configuracion de los sistemas de coordenadas . . . . . . . . . 57

3.4.4. El programa principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.4.5. Explicacion de la Programacion KUKA . . . . . . . . . . . . . . 59

4. Conclusiones 67

Capıtulo 1

Introducci on

Una de las tareas de la tecnica de Automatizacion es la busqueda de una solu-

cion para un problema de Proceso. Luego de la aplicacion de esta solucion el pro-

ceso en cuestion deberıa funcionar en marcha automatica o con una mınima ayuda

del ser humano. Si esto ocurre, se habla de un proceso automatizado. La tecnica

de automatizacion de un proceso garantiza en la produccion un resultado continuo

y tiene como meta entre otras, el ahorro de mano de obra, la minimizacion de los

errores, la optimizacion del tiempo requerido, el aumento de la calidad y cantidad

del producto.

En el Instituto de Automatizacion IRT de la Universidad RWTH-Aachen, una

Fabrica Modelo sirve de ejemplo de automatizacion desde Mayo del 2006. Se tra-

ta de una instalacion dimensionada de un laboratorio a escala, la cual ejemplifica

el Proceso de produccion de un reactivo a un fluido final, su proceso de embotel-

lamiento y empaquetamiento, almacenamiento y distribucion. Esta fabrica modelo

fue puesta a disposicion del Instituto IRT para trabajos de investigacion por la fir-

ma FESTO DIDACTIC1 (Procesos discreto y continuo), SIEMENS Automation and

1FESTO: Empresa de Automatizacion y Accionamiento, distribuidora de actuadores, sensores y

elementos automaticos, fundada por Grunder Albert Fezer und Gottlieb Stoll.

1

CAPITULO 1. INTRODUCCION 2

Drivers (parte de Control) y KUKA2 Roboter (Robot de seis grados de libertad y cel-

da de aprendizaje). Esta fabrica presenta en la actualidad una buena posibilidad de

poner a prueba los conocimientos de automatizacion e Ingenierıa, al tiempo que se

realiza un trabajo de Tesis, como lo demuestran los siguientes capıtulos.

Figura 1.1: Fabrica Modelo, Planta de Produccion Continua

En la fabrica modelo se distinguen diversas areas de la Ingenierıa: Ingenierıa

de procesos: en las estaciones donde tıpicos procesos de la ingenierıa son realiza-

dos, con medidas como Presion, Temperatura, concentracion en grandes escalas

de tiempo. La vigilancia se desarrolla con la ayuda de un sistema de control de

procesos. Tecnicas de produccion: en las estaciones donde tıpicos procesos de la

industria de automatizacion son realizados, y donde los niveles pequenos de tiempo

juegan un rol importante. Logıstica: utilizada en la distribucion entre la Produccion,

Almacenaje y entrega de producto.

2KUKA : Empresa de Robotica Industrial y sistemas de automatizacion fundada en 1898 en Aus-

burgo, Alemania por Keller y (und) Knappich Augsburg.


La fabrica Modelo se compone de dos grandes partes, una planta de produccion

continua y una planta de produccion discreta, a la cual se le anade una estacion de

Robotica. En la planta de produccion continua de la fabrica (vease Figura 1.1) se

aplican los conceptos de la Ingenierıa de Procesos para la produccion del lıquido

desde un reactivo (tanto el nivel de la produccion del lıquido, como la entrega de

este son controlados y se encuentran automatizados). Para el proceso de embote-

llamiento, el lıquido usado es el agua, la cual simulara el producto final entregado por

la planta continua de la fabrica, a partir de un reactivo determinado. Este proceso

se encuentra automatizado. El producto que entrega esta parte de la fabrica es

transportado hacia la planta de produccion discreta (vease Figura 1.2), donde es

almacenado en un recipiente de rociado, para el proceso de embotellamiento.

Figura 1.2: Fabrica Modelo, Planta de Produccion Continua

En el sector discreto se aplican los conceptos de la Tecnica de Manufacturacion.

Esta parte del proceso esta compuesta por nueve estaciones que permiten realizar

el proceso de embotellamiento y distribucion de botellas de vidrio con el lıquido

producido. Cada botella sera tapada y cada tapa contendra un Chip. Estos Chips son

identificadores de radio frecuencia (RFID, del ingles: Radio Frequency Identification),

los cuales contienen informacion del proceso tanto: fecha de llenado del lıquido,


color de este, tipo de lıquido de proceso, etc.

1.1. La Fabrica Modelo como ejemplo de la t ecnica

de Automatizaci on

La siguiente Memoria ha sido pensada como una aplicacion de la Automatizacion

a la Fabrica Modelo hasta aquı explicada. La completa aplicacion y puesta en mar-

cha de las ideas presentadas en este trabajo, desarrolladas en el instituto IRT de

Aachen, permitira el funcionamiento totalmente automatizado de la fabrica modelo.

Antes de pasar a las Aplicaciones de la Automatizacion de este trabajo, se debe

dar a conocer el funcionamiento de manera mas detallada que hasta aquı posee

la fabrica modelo actual, planta discreta. Para esto se describira primero el trabajo

que realiza cada una de las nueve estaciones en el proceso de embotellamiento y

empaque, y luego se explicara el funcionamiento completo de la planta discreta.

Estaci on 1 Cambiar de sentido: En esta estacion se procede a girar las tapas

que llegan hasta ella en posicion inversa para el posicionamiento de un Chip. Un

sensor optico indica si la posicion de la tapa es la correcta. Si es verdadero, la tapa

sera transportada hacia la siguiente estacion 2, si es en cambio falso, la tapa es

detenida por un actuador y girada por las pinzas paralelas, las cuales la dejan sobre

la cinta transportadora, esta vez en correcta posicion (vease Figura 1.3).

Estaci on 2 Separar: Esta estacion tiene como funcion separar las tapas que

llegan desde la estacion 1 y de la estacion 5. Las tapas de la estacion 1 no contienen

Chip-RFID alguno y las tapas que llegan de la estacion 5 si contienen, por lo que

deben ser separadas (vease Figura 1.4).

Estaci on 3 Posicionar Chips: En esta estacion se procede a agregarle a cada

tapa un Chip-RFID. Para esto un actuador que funciona por aire a presion succiona


un Chip y lo deposita sobre la tapa, el cual sera en la siguiente estacion presionado

(vease Figura 1.5).

Estaci on 4 Prensar: Esta Estacion posee un plato giratorio circular y un dispos-

itivo que lee y escribe sobre los Chips-RFID la informacion requerida. La tapa que

se acerque al dispositivo sera registrada y su Chip sera presionado de tal manera

que este se encuentre bien posicionado y presionado en la tapa (vease Figura 1.6).

Figura 1.3: Estacion 1 Figura 1.4: Estacion 2

Figura 1.5: Estacion 3Figura 1.6: Estacion 4

Estaci on 5 Retirar: En esta estacion unas pinzas paralelas toman la tapa del pla-

to giratorio y segun su posicionamiento las llevan a distintas estaciones: hacia ”llena-

do y tapado”(si es que el Chip fue correctamente presionado) para tapar una botella

llenada, o hacia una cinta transportadora anexa que retira la tapa de la estacion,

si es que el Chip no fue posicionado correctamente. La tapa con el Chip incorrecto


vuelve a ingresar a la estacion de presionado por medio de la estacion 2 (vease

Figura 1.7).

Estaci on 6 Llenar y Tapar: En esta estacion se procede a llenar las botellas que

llegan desde una cinta transportadora, con el lıquido producido en la parte continua

de la fabrica y que se encuentra contendido en un recipiente de rociado. Luego de

llenadas las botellas estas son tapadas y transportadas hacia la siguiente estacion

(vease Figura 1.8).

Figura 1.7: Estacion 5Figura 1.8: Estacion 6

Estaci on 7 Empacar: En esta estacion se procede a llenar un recipiente llamado

TRAY3, que posee capacidad para seis botellas, con las botellas llenas y tapadas.

Para el llenado de los TRAYS se utiliza unas pinzas paralelas, las cuales pueden

tomar hasta tres botellas a la vez, gracias al diseno realizado en el instituto. Las pin-

zas proceden a cerrarse cuando se encuentran en el nivel del cuello de las botellas

(vease Figura 1.9).

Estaci on 8 Transportar: Esta estacion transporta los TRAYS llenos y vacıos a

traves de toda la planta discreta. Estos son dirigidos hacia la estacion 9 Almacenar,

o hacia la estacion Robotica, o hacia la estacion 6 Llenar y Tapar (vease Figura

1.10).

3Tray, del ingles: batea, bandeja


Figura 1.9: Estacion 7 Figura 1.10: Estacion 8

Estaci on 9 Almacenar: Esta estacion contiene repisas automatizadas con ca-

pacidad para 16 TRAYS en las cuales se almacenaran los TRAYS del proceso por

medio de una bandeja robotica, para ser usados por la fabrica en algun momento

determinado (vease Figura 1.11).

Figura 1.11: Estacion 9

Para el funcionamiento de la parte discreta se requiere de la ayuda del Hom-

bre, el cual tiene acceso a tres cintas transportadoras para abastecer la fabrica con

los respectivos elementos ingresados: botellas vacıas, tapas vacıas y chips. El fun-

cionamiento visto desde estas tres cintas transportadoras marcha como sigue:


La primera cinta transporta las botellas vacıas a la estacion 6 Llenar y Tapar

La segunda cinta transporta las tapas de plastico a la estacion 1 Cambiar de

sentido y luego a la estacion 3 Posicionar Chips

La tercera cinta transporta los TRAYS a la estacion 7 Empacar

A un costado de la Banda de transporte (Estacion 8) se encuentra la estacion

ROBOTICA, hacia donde seran transportados algunos TRAYS llenos y desde donde

ingresan los TRAYS vacıos. Esta estacion esta compuesta, ademas del Robot Indus-

trial, por una Paleta (mesa con capacidad para 32 TRAYS) que simula el cliente de

la fabrica. El Robot, por su parte, proporciona el medio de contacto entre el cliente

y la fabrica modelo, planta discreta.

Figura 1.12: Botella llena y tapadaFigura 1.13: TRAY lleno con seis

botellas

El Robot de KUKA toma por un lado la tarea de paletear los TRAYS llenos con

seis botellas desde la Planta discreta hacia la Paleta y por otro lado la entrega

de TRAYS vacıos desde la Paleta a la Planta discreta, cuando el proceso discreto

ası lo ha requerido para el empaque de las botellas. Los TRAYS se encuentran

en un comienzo sobre la Paleta, separados por columnas: dieciseis TRAYS vacıos

se encuentran en la primera mitad de la mesa (primeras cuatro columnas, cuatro

TRAYS por columna) y dieciseis TRAYS llenos se encuentran en la segunda mitad


de la mesa (ultimas cuatro columnas, cuatro TRAYS por columna). Seis botellas

llenas y tapadas (vease Figura 1.12) seran empaquetadas en recipientes llamados

TRAYS, de tal forma que la Fabrica Modelo entrega como producto final un TRAY

lleno (Recipiente de seis botellas llenas y tapadas, vease Figura 1.13).

1.2. Proceso de embotellamiento

Los procesos descritos mas arriba deben funcionar de manera de no requerir el

trabajo del hombre. Para ello, se requiere realizar la necesaria automatizacion de

modo de unir los procesos entre sı. El Proceso total necesita del abastecimiento

continuo y paralelo de botellas vacıas, TRAYS vacıos, tapas y Chips. Este debe

ocurrir a una velocidad requerida tal, que el trabajo de cada estacion dentro de

la fabrica pueda ser logrado y por ende el proceso de embotellamiento se lleve

acabo. Hasta aquı, solamente el abastecimiento de los TRAYS vacıos se ha logrado

automatizar, trabajo que es realizado por el Robot desde la paleta hacia la fabrica.

Figura 1.14: Proceso de embotellamiento actual


Los otros elementos constituyentes del proceso son abastecidos con la ayuda

del Hombre (botellas vacıas, Chips y tapas son abastecidas manualmente, vease

Figura 1.14). Aparte de esto se requiere automatizar un proceso de Reciclaje de las

botellas llenas, de manera de separar las partes que constituyen el producto final

(TRAY lleno con seis botellas). Una vez realizado este proceso, se podran utilizar

nuevamente las partes recicladas en el proceso de embotellamiento de la fabrica

modelo, creando un proceso continuo y total automatizado.

1.3. Planteamiento de las Tareas del Reciclaje

El proceso de Reciclaje tiene la meta de separar la botella de sus componentes,

en otras palabras, el TRAY lleno debe ser vaciado de las seis botellas y las botellas

deben a su vez ser separadas de sus componentes (vease Figura 1.15). Ası, se

dispondra de Tapas, Chips y botellas vacıas para devolverlos de regreso al Proceso.

Se busca como meta la reincorporacion de botellas al proceso discreto, para lo cual

se disenara una Planta de Reciclaje, la cual debera encontrarse conjuntamente en

funcionamiento con el Robot Industrial KUKA. Este proceso de reciclaje debe ser

automatizado, en donde el Robot debe asumir tantas tareas del proceso como sea

posible. Para ello, se debe buscar una practica y al mismo tiempo ventajosa solu-

cion para la Estacion de Reciclaje (ampliacion de planta discreta), de manera que

el Robot pueda, mediante esta nueva estacion, realizar el proceso de reciclaje com-

pleto. Por lo tanto, mediante un Robot Industrial KUKA de seis grados de libertad,

elementos FESTO a adquirir y la estructura de la Planta de Reciclaje a construir,

sera logrado el Reciclaje de las botellas y su reincorporacion a la Planta discreta

y al Proceso de embotellamiento, para lograr un proceso automatizado. Para hacer

mas claro el proceso de reciclaje que se debe realizar, es preciso senalar las tareas

que contiene este trabajo. Para el reciclaje de las seis botellas contenidas en un

TRAY obtenido como producto final de la fabrica modelo, debera ser llevado a cabo


lo siguiente:

Con la ayuda de un Robot Industrial KUKA y de elementos FESTO, deberan

ser recicladas las botellas usadas para la el proceso de embotellamiento y ser

conducidas nuevamente a la planta discreta. El proceso de embotellamiento

de botellas funcionara de esta forma en modo automatico.

Reciclaje: el reciclaje de las botellas contiene la separacion de los RFID-Chips,

de las Tapas, de las botellas y su contenido. Cada TRAY lleno contiene seis

botellas (cada botella contiene agua, una tapa y un chip). En la primera fase

deberan ser separados los Chips RFID de las Tapas. En la segunda fase, de-

beran ser separadas las Tapas de las Botellas, y el contenido de las botellas

debera ser vaciado. Y en una tercera etapa, las botellas vacıas deberan ser

conducidas de vuelta a la fabrica modelo, sobre la cinta transportadora de la

parte discreta del proceso, para el embotellamiento del lıquido proveniente del

proceso continuo.

Figura 1.15: Automatizacion de un Proceso de Reciclaje

Parte del trabajo es tambien establecer la comunicacion entre el Robot y la

planta de Reciclaje.


1.4. Resumen de los capıtulos constituidos en este

trabajo

En los siguientes capıtulos se trataran los siguientes puntos:

Capitulo 2 Automatizaci on: En este capitulo se describira el sistema de comu-

nicacion para la conexion entre el Robot Industrial y la instalacion de Reciclaje. Se

presentaran y explicaran las ideas para la aplicacion del Robot en el Reciclaje de las

botellas. Se buscara entre estas ideas la mejor solucion a implementar para el Re-

ciclaje, comparandolas segun sus ventajas y desventajas, desarrollando un analisis

de la mejor opcion, tanto practica como economica. Finalmente se elegira la solu-

cion que cumpla con los requisitos de la Automatizacion, en base a ahorro de tiempo

y costos.

Capitulo 3 Implementaci on de la Instalaci on de Reciclaje: Este capitulo se

ocupa de describir detalladamente la solucion a implementar para el Reciclaje y su

construccion. Aquı, se procederan a elegir los elementos FESTO a adquirir para la

estacion de reciclaje y se construira la estructura de ella segun el diseno llevado

a cabo en este trabajo, en aluminio. Para la conexion entre la parte de control del

Robot y la Instalacion, se procedera a configurar la comunicacion. Una vez constru-

ida la estacion de reciclaje y obtenida la comunicacion Robot/Estacion, se proce-

dera a escribir el Programa en el lenguaje del Robot KUKA, para el accionamiento

del automatismo y el control de la planta de reciclaje.

Capitulo 4 Conclusiones: Para cerrar la memoria, se vera un resumen del tra-

bajo realizado en el IRT de la Universidad de Aachen, Alemania y se presentaran

posibles ampliaciones de la estacion de Reciclaje a realizar a futuro.

Capıtulo 2

Automatizaci on

2.1. Sistema de Comunicaci on PROFIBUS DP y ele-

mentos de campo Maestro/Esclavo

El PROFIBUS DP (Process Field Bus) es un Sistema de comunicacion, el cual

es empleado en la Automatizacion. Con PROFIBUS es posible conectar sensores

inteligentes a actuadores en las cercanıas de proceso en un nivel. Los sistemas de

buses de campo permiten el envıo multiple de informacion entre los elementos de

campo y los Controladores (SPS, PLC), en donde una conexion de Bus reemplaza

al convencional cableado unico de paso de informacion [?]. El Sistema PROFIBUS

DP mejora la calidad de la comunicacion entre emisor y receptor. Este sistema es

descrito por el modelo de referencia de la ISO/OSI, el cual estructura la comuni-

cacion en siete capas (Aplicacion, Presentacion, Sesion, Transporte, Red, Enlace,

Fısica) [?]. Un sistema PROFIBUS DP es usualmente mas usado para establecer

la conexion entre diferentes elementos de campo (Sensores), actuadores y man-

do con un elemento de control. Este sistema es tambien utilizado para conectar

una estacion PROFIBUS Maestro con una estacion PROFIBUS Esclavo (ver Figura

13

CAPITULO 2. AUTOMATIZACION 14

2.1). Un Maestro 1 es un dispositivo que entrega ordenes precisas a otro disposi-

tivo, para lograr generar una determinada actuacion. Como Maestro se representa

en una instalacion al dispositivo, el cual tiene el derecho de acceder a la comuni-

cacion compartida. El Esclavo en vez de ello, solo puede esperar que el Maestro le

de las instrucciones para comenzar la determinada accion. En este sentido, se trata

de un control de orden mayor, el cual intercambia informacion con los dispositivos

de campo de las periferias, en un ciclo de mensajes [?]. Este tipo de Maestro es el

llamado Clase 1. Un Esclavo 2 es un dispositivo de periferia, el cual recibe y lee In-

formacion de entrada y entrega informacion de salida. Existen tambien dispositivos

que solamente emplean informacion de entrada y de salida [?]. El Esclavo realiza

las acciones que provienen de las salidas del Maestro y que son entregadas al

sistema. Las salidas del Esclavo son las entradas al Maestro y son las senales que

provienen de la planta, entregadas por los sensores. Las entradas al Esclavo son las

salidas del Maestro y son las senales enviadas a la planta, hacia los actuadores. La

conexion Maestro/Esclavo es alcanzada solamente cuando ambas partes poseen

el mismo idioma. Para ello se debe configurar correctamente el sistema de comuni-

cacion. En otras palabras las reglas de la comunicacion que ocurren entre emisor y

receptor a traves de los mensajes debe ser igual. La comunicacion entre el Robot y

la Instalacion de Reciclaje sera lograda a traves del sistema de comunicacion hasta

aquı presentado. El Maestro debe conocer al Esclavo y su direccion de PROFIBUS

para poder comenzar el envio de Datos.

2.1.1. Robot KUKA PROFIBUS Maestro/Esclavo

En el Robot KUKA se encuentra integrada una tarjeta PROFIBUS DP CP5613/14

de SIEMENS, la cual permite las entradas Maestro/Esclavo. El Maestro PROFIBUS

(Robot) configura la conexion entre el y el Esclavo. Se debe primero copiar la in-

1Proviene del ingles Master2Proviene del ingles Slave


formacion de configuracion adecuada del Esclavo dentro de los documentos del

Maestro. Cuando el Maestro obtenga este documento de configuracion en su sis-

tema podra iniciar la conexion con el Esclavo y su configuracion. Este documento

le indica al Maestro con cual de los Esclavo el se comunicara. Este documento es

un Dato LDB y debe ser generado mediante el programa SIMA-TIC MANAGER. El

Dato LDB debe ser copiado en C : \ROBOTER \ KRC \ INIT . Cada Esclavo

PROFIBUS tiene su propia configuracion para el envıo de la informacion. Para cada

tipo de Esclavo existe un determinado Archivo GDS3, el cual contiene la Informacion

para la configuracion del Esclavo a utilizar.

Figura 2.1: Sistema de comunicacion PROFIBUS: Robot KUKA Maestro - Et200

SIEMENS Esclavo

El Archivo GDS es una tabla de datos digital, donde seran grabadas las car-

acterısticas de comunicacion de un dispositivo PROFIBUS. Los Archivos GSD de-

scriben los datos que estaran a disposicion para el Maestro de clase 1 [?]. Has-

ta el momento el Robot trabaja como Esclavo de la fabrica Modelo de FESTO.

En este proyecto se le configurara ademas como Maestro de la Planta de Reci-

claje. Ası el Robot sera un sistema Maestro/Esclavo. En otras palabras, el Robot3en Aleman, Gerate-Stamm-Datei


tomara el Control del Proceso de Reciclaje, de la Paletizacion de los TRAYS llenos

y de el Abastecimiento de los TRAYS vacıos. Posteriormente se deben configu-

rar los Archivos iosys y pfbms pertenecientes a KUKA, los cuales activan la sali-

da PROFIBUS/Maestro del Robot para la conexion con el Esclavo y configuran las

nuevas PROFIBUS entradas y salidas respectivamente.

2.1.2. ET200 SIEMENS PROFIBUS Esclavo

El Et200 de SIEMENS (vease figura 2.2) es un dispositivo Esclavo de campo

que contiene dieciseis entradas y salidas digitales. Este dispositivo es configurado

en SIMATIC MANAGER, en donde un Archivo LDB es creado. En Simatic Manager

se realiza la simulacion de la conexion PROFIBUS entre el Maestro y el Esclavo,

creando el archivo LDB, el cual contiene la configuracion de esta conexion. El Es-

clavo et200 presenta la posibilidad de variar la direccion PROFIBUS para la comu-

nicacion, mediante el interruptor DIP (del Ingles, Dual in-line package) de ocho bits

de la Figura 2.3. El interruptor contiene 8 Pin´s de los cuales el primero es el de en-

cendido (ON) y los siguientes siete representan la direccion PROFIBUS en formato

binario. La direccion puede por tanto ir desde 0 hasta 127, en binario 0000000 y

1111111 respectivamente. Para la correcta comunicacion entre el Maestro y el Es-

clavo, la direccion PROFIBUS a utilizar debe ser la misma tanto en el DIP interruptor

perteneciente al Esclavo como en los archivos de configuracion del Robot KUKA.

Figura 2.2: Et200 de SIEMENS, dispositi-

vo de campo EsclavoFigura 2.3: Interruptores de 8 bits,

para setear direccion PROFIBUS


2.2. La Soluci on de la Comunicaci on

El Reciclaje de las botellas requiere de la comunicacion entre las partes involu-

cradas, esto es, entre el Robot industrial y la nueva instalacion de reciclaje y entre

el Robot industrial y la fabrica modelo. Esta ultima, ya se encuentra disponible. La

comunicacion a lograr entre el Maestro Robot Industrial y el Esclavo et200, junto con

la configuracion de sus entradas y salidas digitales es representada en la figura 2.4.

El Robot toma el control de Proceso a traves del sistema PROFIBUS, obteniendo

Datos por medio de las entradas desde el Esclavo y escribiendo Datos por medio

de las salidas hacia el Esclavo. El Esclavo, a su vez, acciona la Planta de Reciclaje

a traves de senales binarias simples que el envıa hacia los actuadores y obtiene

senales desde la Planta a traves de los sensores. Las salidas del Robot (Maestro)

son entradas para el et200 (Esclavo) y viceversa. Para detallar mas esta materia se

distinguen tres puntos fundamentales que la resumen:

Robot Industrial KUKA como Maestro Tomando el control de la Planta de Reci-

claje, el Robot procesara las botellas. Gracias a la Informacion obtenida desde

la Fabrica Modelo FESTO, el Robot trabajara como Esclavo de ella, esperando

junto a la estacion de transporte la llegada de un TRAY lleno con seis botellas

ya procesadas. Obtenido el TRAY, el Robot comenzara a trabajar como Mae-

stro de la Planta de Reciclaje, mientras procesa el TRAY lleno, para la sepa-

racion de las partes. En el lenguaje de programacion KUKA sera programado

el funcionamiento completo del proceso de reciclaje.

Et 200 de SIEMENS como Esclavo El Esclavo sera configurado por medio

del Robot, gracias al archivo LDB que fue creado y copiado en los Archivos

internos del Robot. La configuracion de la comunicacion sera lograda por el

Maestro, en el momento en que este sea puesto en marcha. Esta configuracion

dice cuales entradas y salidas digitales estan siendo usadas entre el Maestro y

el Esclavo, para su comunicacion. El Esclavo envıa cada senal obtenida desde


el Maestro hacia los actuadores respectivos en la Planta de Reciclaje, y guıa

las senales obtenidas desde los sensores de la planta hacia el Maestro.

PROFIBUS DP La conexion entre el Maestro y el Esclavo sera lograda por

medio del bus de campos PROFIBUS DP. Para ello se utilizara la salida Mae-

stro de la tarjeta CP5613/14, concertandola mediante un cable PROFIBUS a

la entrada disponible en el Esclavo. La configuracion dentro del archivo LDB

contiene tambien la direccion PROFIBUS de todo el sistema de comunicacion.

Figura 2.4: Entradas/Salidas Digitales para Maestro/Esclavo/Planta

2.3. Aplicaci on del Robot en el Reciclaje

Para aplicar el Robot de una manera racional en el reciclaje, se busca asociar su

trabajo a tantas tareas de proceso como sea posible. Para poder realizar trabajos

de pick and place (tomar y dejar) el Robot debe usar un Garfio que le facilite el

trabajo. Para la accion de Paletizar los TRAYS de la fabrica Modelo al Robot se le

ha construido un Garfio de aluminio (anterior al desarrollo de esta memoria), que ya

se encuentra en disposicion del Instituto IRT (vease Figura 2.5, 2.6). Gracias a la


geometrıa y diseno de este Garfio, el Robot puede tomar y transportar los TRAYS

sin peligro y a grandes velocidades. Para este trabajo se busca ampliar el Garfio

Paletizador (Figura 2.5).

Figura 2.5: Garfio paletizador de Aluminio

inicial

Figura 2.6: TRAY lleno con seis botellas,

Garfio tomando botella por el cuello

Figura 2.7: Meta: botella vacıa y separada

de sus elementos

Figura 2.8: Objetivo: separar Tapa de la

botella, y chip de la Tapa

Se disenara un nuevo Garfio de Aluminio que sea la continuacion del Garfio ya

dispuesto, que permita al Robot poder realizar tanto las tareas de paletizacion de

los TRAYS como las tareas del Reciclaje de las botellas. Esta solucion debera ser

practica y economica. Meta de esta memoria es que el Robot no cambie el Garfio

dentro del Trabajo, o de hacerlo, que lo haga en un numero mınimo de veces. El


Garfio que hasta aquı posee el Robot, fue desarrollado de modo que al ce-rrarse

pueda sostener igualmente una botella por el cuello o un TRAY (vease figura 2.6),

el cual contiene una superficie de agarre que posee el mismo diametro que el cuel-

lo de la botella. La figura 2.6 muestra el objeto del Reciclaje de esta memoria: el

TRAY lleno con seis botellas y el Garfio-Paletizador. En la foto realizada en el IRT

se puede ver el TRAY que ha sido patelizado por el Robot (dejado sobre una mesa)

y como posteriormente el Robot retira una botella de este recipiente. Mediante el

mismo Garfio el Robot sujeta la botella por el cuello y toma un TRAY desde la cinta

transportadora.

Nuevo Garfio-Reciclador para el Reciclaje y Paletizaci on

Para introducir al Robot en el Reciclaje se diseno un nuevo Garfio de aluminio,

el cual contiene en su geometrıa al Garfio-Paletizador y presenta una ampliacion de

este (vease Figura 2.9).

Figura 2.9: Garfio para el Proceso de Re-

ciclaje, dos niveles

Figura 2.10: Herramienta para chips, que

es tomada por Garfio, nivel inferior

Este Garfio esta compuesto por dos niveles. El primer nivel (inferior) presenta

la configuracion del Garfio antiguo, que sigue permitiendo al Robot poder tomar los

TRAYS y las botellas por el cuello. El segundo nivel (superior) fue pensado como


la ampliacion del Garfio antiguo y sera usado para separar las tapas. Este Garfio

fue disenado para esta memoria y construido por el personal del instituto IRT y pro-

ducido en Aluminio. Gracias a la geometrıa este nuevo Garfio, el Robot puede al

mismo tiempo resolver tantas tareas del Reciclaje como sea posible y seguir de-

sarrollando la Paletizacion. Se creo de tal forma de poder aplicar al Robot en cada

Tarea, sin que este tuviera que cambiar el garfio por otro, ya que por su geometrıa

contiene dos Garfios en su interior. Su construccion fue analizada, esto es, tanto

la posicion de el Garfio abierto como cerrado fue minuciosamente calculada, por

presentarse milımetros de diferencias entre una correcta posicion y una incorrecta.

Para su desarrollo se midieron los diametros del cuello de las botellas, que es la

posicion permitida para tomarlas, el diametro del pasador del TRAY, donde este es

tomado, el tamano de las Tapas y chips. El Robot podra desarrollar las tareas sin

necesidad de cambiar el Garfio ya que este posee ambas configuraciones (Garfio

de Paletizacion y Garfio de Reciclaje). Sin cambiar el Garfio el Robot puede retirar

un TRAY desde la fabrica, retirar las seis botellas desde el TRAY, separar cada Tapa

de las botellas por medio del segundo nivel de la configuracion del Garfio y separar

los chips de las tapas. Para la tarea de separacion de los chips, se disenara una

herramienta especial, la cual puede ser tomada por medio del Garfio-Reciclador de

aluminio en el primer nivel de su configuracion (vease Figura 2.10).

2.3.1. Tarea 1: Separar las Tapas de las Botellas

Como el Robot toma cada botella por el cuello, se decidio que se utilizara el

mismo movimiento para separar cada tapa de su respectiva botella (ver Figura 2.11,

2.12, 2.13). El funcionamiento de esta tarea se penso como sigue: El Robot toma

desde un TRAY una botella por el cuello y la desplaza hacia el area de trabajo de

un actuador determinado. El elemento actuador es activado y actua sobre la botella

manteniendola sostenida. En ese momento deja el Robot la botella libre (ver figura


2.11) y desde esa posicion desplaza de manera descendente su Garfio hasta que el

nivel superior de este se encuentra en posicion para separar la tapa de la botella.

Figura 2.11: Garfio-Reciclaje dejando la

botella libre

Figura 2.12: Garfio en posicion para sep-

arar la tapa de la botella

En este momento el Robot detiene el descenso y cierra su garfio, apretando la

tapa contra las paredes de este, de manera que la tapa quede bien sostenida (ver

figura 2.12). Este movimiento de cierre es efectuado de manera precisa de no mover

la botella de su posicion. Como la botella sigue siendo sostenida por el actuador, el

Robot puede comenzar a desplazar su Garfio de manera ascendente, separando de

esta forma la tapa de la botella. Ventajas : Esta solucion es sencilla, efectiva (una

tarea ha sido lograda) y tambien economica. Fue desarrollada de manera que el

Robot solo necesitara un actuador, el cual sostiene las botellas para ser separadas

de sus tapas. Esto quiere decir que la solucion encontrada para el nuevo Garfio

minimiza los costos de la Planta de Reciclaje. El Garfio fue proyectado de tal forma

que el Robot pueda tomar la tapa por sus bordes, desplazar el Garfio en forma

ascendente y separar la tapa. El movimiento para solucionar esta tarea es para el

Robot facil de lograr (movimiento perpendicular, en el eje Z). En resumen con pocos

movimientos del Robot (menos Energıa requerida) las botellas seran separadas de

sus tapas (primera tarea solucionada).


2.3.2. Tarea 2: Separar los chips de las Tapas

Los chips presentan un agujero al medio de 3.5mm, un diametro de 3cm y un

espeso de 3mm. Los chips son colocados y presionados sobre las tapas en la planta

discreta de la fabrica modelo (vease figura 2.8). Para ello la fabrica requiere de una

completa estacion automatizada donde se presionan los chips y se prueba si estos

se encuentran bien posicionados en las tapas. Para el nuevo Garfio creado para

el Reciclaje se requiere de una herramienta (figura 2.10), la cual puede recoger el

Robot por medio del Garfio y usarla para la separacion de los chips de las tapas

(vease figura 2.14). Esta herramienta fue proyectada de tal forma que el Garfio la

tome solo una vez en proceso para solucionar la tarea. Para obtener un chip libre

de la tapa, la herramienta debe ser tomada por el Garfio y ser desplazada hacia una

tapa que se debe encontrar sujeta o aun sobre la botella respectiva. Luego de esto,

la herramienta debe ser ingresada de manera perpendicular pocos milımetros por el

orificio del chip.

Figura 2.13: Tapa separada de la botella,

Tarea 1 resuelta

Figura 2.14: Posicion de la herramienta

para separar el chip, Tarea 2 resuelta

Desde esta posicion, y con un determinado angulo, la herramienta debe ser gira-

da manteniendo la posicion de su punta fija dentro de la tapa. Con este movimien-

to la herramienta lograra liberar el chip de la tapa. El movimiento de separacion

debe ser como se representa en la figura 2.14. Ventajas : gracias a la geometrıa del


Garfio, el Robot puede resolver las tareas del Reciclaje. El toma la herramienta con

su Garfio sin necesidad de cambiarlo (el Garfio sera usado de manera practica). Con

una herramienta se resolvera la tarea de la separacion de los chips, sin necesidad

de requerir una estacion especial o dispositivos automaticos especiales (solucion

economica y practica). En la fabrica modelo los dispositivos requeridos para esta

tarea son poco economicos, como por ejemplo: elementos de presion, sensores de

posicionamiento, dispo-sitivos de succion para los chips, distintos sensores opto-

electronicos, etc. La solucion encontrada (Garfio y herramienta) es en comparacion

con cualquier dispositivo de automatizacion o estaciones completas automatizadas,

varias veces mas economica. El Robot realizara la entrega de los chips libres con la

misma herramienta. Para ello se dispondra de un paquete donde el Robot podra de-

jar los chips. Resumiendo, con el nuevo Garfio y la nueva chips-Herramienta, ambos

de aluminio, se necesita ahora solamente de un actuador que sostenga las botel-

las para desarrollar las tareas. Se deja decir, que gracias a la solucion presentada,

el Reciclaje sera desa-rrollado con los costos mınimos posibles. Con este Garfio

no solo se ha logrado solucionar un primer problema de esta memoria, si no que

tambien la realizacion de dos procesos por medio del Robot: la paletizacion de los

TRAYS y el abastecimiento de las partes del proceso a la planta discreta.

2.4. Posible Planta de Reciclaje

En la busqueda de la Planta de Reciclaje varias ideas distintas fueron desarro-

lladas, para definir una solucion economica pero practica para el proceso a automa-

tizar. Para lograr la automatizacion requerida de este proceso se debe realizar un

analisis de la fabrica modelo existente, para entender cual es la integracion adecua-

da que se le deba dar a la aplicacion que se busca. Luego de la construccion del

Garfio y la chips-Herramienta se ha llegado a concluir que el Robot solo requiere de

una estacion con un actuador que sostenga la botella mientras el realiza el Reciclaje.


Se busca una solucion para la nueva estacion Reciclaje de las botellas con una ayu-

da practica y a la vez economica de dispositivos FESTO, en donde el Robot realice

el maximo de acciones en cada lugar de la planta, sin recorrer distancias demasia-

do largas entre tarea y tarea y por ende, realizando movimientos cortos, rapidos y

precisos. Luego del analisis global de la fabrica modelo existente, se llego a resumir

varias Ideas distintas del proyecto a realizar, con sus propuestas de funcionamiento

y de estaciones a construir y elementos FESTO a adquirir. La busqueda de la solu-

cion estuvo basada en los metodos de desarrollo de proyectos presentados en [?].

En estos esbozos, el Robot fue integrado de distintas maneras en el Reciclaje, sien-

do a veces mas y menos ventajosa su funcion como principal agente automatizador.

Los esbozos que tenıan mas desventajas que ventajas fueron desechados. Estas

soluciones eran poco practicas para la implementacion del Robot en el reciclaje; el

Robot realizaba pocas tareas de proceso, debiendo adquirir mas elementos innece-

sarios de FESTO para su realizacion; algunas soluciones eran de reciclar solo una

botella a la vez, lo que las hacia lentas dentro del concepto de automatizar; muchas

ideas presentaban una aplicacion del Robot, en la cual este solo perderıa tiempo

en el trabajo y por ende energıa; las pocas tareas que se le entregaban al robot

tambien fueron un motivo de rechazo de estas soluciones. Meta de este trabajo es

que el Robot sea aplicado tanto como sea posible en el Reciclaje. Luego de esto, las

siguientes tres soluciones planteadas seran vistas como los pilares para la eleccion

de la solucion final y su desarrollo. El Robot adquiere en ellas mas tareas y cambia

la chips-Herramienta solo una vez dentro del reciclaje de un TRAY. Estas posibles

soluciones seran comparadas para elegir la Estaci on de Reciclaje adecuada. La

solucion numero uno y numero dos fueron pensadas para procesar una botella a la

vez y contienen dos estaciones. La solucion numero tres sera vista como la combi-

nacion de las primeras dos soluciones. En los siguientes puntos seran explicadas

las tres soluciones contempladas para la posible Estacion de Reciclaje:


2.4.1. Soluci on 1: Empleo de una cinta transportadora

En esta solucion el Robot realiza absolutamente todas las tareas del Reciclaje.

Esta Planta contiene tres estaciones. En la primera estacion seran separadas las

tapas de las botellas y en la segunda estacion seran separados los chips de las

tapas. El Robot requiere, en la primera estacion, de un actuador, el cual pueda su-

jetar firmemente la botella en proceso. En este caso, la estacion esta formada por

un cilindro piston frente a una pared, hacia donde sera presionada la botella para

la separacion de la tapa. Procedimiento: El Robot toma una botella desde el TRAY

y la desplaza hacia la primera estacion, donde la posiciona sobre una base, en el

area de trabajo del cilindro-piston. Cuando la botella se encuentra frente al piston,

este es accionado, desplazandose hacia adelante y presionando la botella contra la

pared. Cuando la botella se encuentra sujetada por el cilindro, el Robot la deja libre y

desde esa posicion desplaza su Garfio perpendicularmente a la base y hacia abajo.

Cuando el segundo nivel del Garfio se encuentra en posicion para separar la tapa, el

Robot cierra el Garfio (tapa queda sujeta) y desde esa posicion lo desplaza perpen-

dicularmente a la base y hacia arriba, separando con este movimiento, suavemente

la tapa de la botella. Ası, la botella es separada de su tapa y el Robot la desplaza

hacia la segunda estacion, dejandola libre sobre la cinta transportadora.

La segunda estacion esta formada por una cinta transportadora con actuadores

de separacion. En esta estacion son separadas las tapas de tal modo que unica-

mente una tapa por vez se encuentre en el area de separacion de chips. El Robot

deja cada tapa sobre la cinta transportadora, la cual los transporta a la estacion

de separacion de chips, donde son separados. Cuando el Robot ha separado seis

tapas de las botellas, quiere decir que seis tapas ya se encuentran sobre la cinta

transportadora. El Robot toma la Herramienta para chips y la desplaza hacia la se-

gunda estacion. Para lograr la separacion de los chips, se separara y sujetara una

tapa a la vez. Para ello se requiere de un cilindro-piston que sujete la tapa entre

los actuadores de separacion. El Robot separara desde arriba cada chip con el


movimiento determinado (ya explicado anteriormente) y los dejara en un deposito

de chips. Solo despues de la separacion de los seis chips, el Robot devolvera la

Herramienta a su posicion original. Cada tapa separada de su chip, sera dejada li-

bre por los actuadores de separacion y transportada, seguidamente, gracias a la

cinta transportadora, hacia el deposito de tapas. En la primera estacion se encuen-

tra ahora una botella separada de su tapa, pero aun con lıquido en su interior. Luego

de la separacion de la tapa, la botella sera dejada libre.

Figura 2.15: Posible solucion 1: 4 Actuadores, 1 Cinta transportadora

El Robot, luego de haber dejado la tapa en la segunda estacion, regresa y toma

la botella libre por el medio. Con la botella bien sujetada, el Robot la desplaza hacia

la tercera estacion, que esta formada por un deposito de lıquido, donde la vacıa de

su contenido. Para ello el Robot mueve sus eslabones de tal forma que el Agua se

desplace desde la botella hacia el deposito de lıquido. Esta solucion tiene la ventaja

que el Robot toma el mando de todas las tareas del reciclaje y las realiza el mismo.

Existe en este caso la desventaja que el Robot, en el vaciado de las botellas, pueda

ver sus elementos electricos involucrados por la posibilidad de caıda de agua sobre

sus partes. Una solucion favorable serıa el caso, en el cual el Robot no realizara

el vaciado de las botellas, si no que fuera reemplazado por un actuador, el cual al

mismo tiempo sujetara la botella para la separacion de la tapa y posteriormente la


hiciera girar para su vaciado. De esta manera el Robot ahorrarıa tiempo para realizar

paralelamente otras tareas dentro del proceso. Existe otra desventaja: los chips no

pueden ser separados todos al mismo tiempo. El Robot debe primero entregar el

chip separado al deposito, antes de comenzar la separacion del siguiente (vease

figura 2.15).

2.4.2. Soluci on 2: Uso de dos cilindros pistones

Esta solucion presenta una mejora a la solucion anterior y esta compuesta de

dos estaciones. En la primera estacion seran separadas las tapas de las botellas y la

botella vaciada de su contenido. Para ello se penso en un actuador Lineal y giratorio

a la vez, el cual permite movimiento lineal hacia adelante y atras (como un cilindro-

piston normal) y al mismo tiempo giro en el sentido Horario o Antihorario. A este

actuador cilindrico se acoplara un actuador de pinzas paralelas, el cual sujetara la

botella. El actuador sera firmemente instalado sobre una base. Frente a la estacion

se posicionara un recipiente para el lıquido, hacia donde caera el agua proveniente

de las botellas. Las pinzas paralelas sostienen la botella para que el Robot separe la

tapa de ella, de la misma manera que se explico en la solucion 1. Cuando la tapa ha

sido separada, el Robot la desplaza hacia la segunda estacion. Paralelamente, en la

primera estacion, el actuador giratorio es activado, desplazando la botella destapada

hacia adelante y dejandola sobre el recipiente de lıquido. En otras palabras, las

pinzas paralelas son desplazadas hacia adelante con la botella sostenida. En este

momento, la botella destapada puede ser girada por el actuador, vaciando el agua

de la botella hacia el recipiente que se encuentra debajo. Esto funciona gracias a

que el cilindro giratorio hace girar las pinzas paralelas que sostienen la botella. Una

vez vaciada la botella (se espera un tiempo) el actuador vuelve a girar, esta vez en

sentido contrario. Una vez que la botella ha sido vaciada, la parte lineal del actuador

es accionada, desplazandose hacia atras, de vuelta a su posicion original. Cuando


el actuador ha terminado la tarea de vaciar la botella y se encuentra recogido, deja

la botella libre sobre la base, donde el robot la recogera y llevara de regreso a la

fabrica modelo, planta discreta, cumpliendo ası el abastecimiento de una botella

para un proceso de embotellamiento continuo.

Figura 2.16: Posible solucion 2, Estacion 1

La segunda estacion esta compuesta de dos cilindro-pistones. Estos trabajan en

conjunto para mantener las tapas firmes y presionadas unas contra otras, para la

separacion de los chips.

Figura 2.17: Posible solucion 2, Estacion 2

El Robot deja una tapa a la vez sobre la base a la entrada de la estacion, de


manera que el primer cilindro la empuja hacia la superficie donde seran sujetadas.

Para ello el cilindro 1 se desplaza hacia adelante, empuja a la tapa y regresa a su

posicion original. Cuando el Robot ha dejado la sexta tapa sobre la base, el cilindro

1 viaja hacia adelante, pero esta vez se queda ahı, manteniendo presionadas las

seis tapas. Para ello se encuentra un cilindro al final de la base y dos paredes a

cada lado de la base, de manera que las seis tapas estan sujetas. Seguidamente

toma el Robot la Herramienta de chips y comienza el proceso de separacion de los

chips desde arriba, separando un chip por vez y dejandolo en el recipiente de chips.

Luego de la separacion y entrega del sexto chip, el Robot regresa la Herramien-

ta a su posicion de reposo y paralelamente, el cilindro 1 se desplaza hacia atras,

dejando las seis tapas vacıas, libres sobre la base. Luego de esto el cilindro 2 es

accionado, empujando desde la base y hacia un recipiente, las seis tapas vacıas,

terminando ası la tarea de separacion de chips y tapas y entrega de estas. La ven-

taja de esta solucion, es que el Robot no toma contacto alguno con el agua como

en la primera solucion y que la segunda estacion soluciona de manera mas practica

y economica la separacion de los chips que en la primera solucion. Esta solucion

es mas economica que la primera, por no poseer dispositivos separadores ni cinta

transportadora, pero aun ası no es lo suficientemente practica. El Robot separa nue-

vamente los chips desde arriba, teniendo que entregar cada uno antes de separar

el siguiente, lo que podrıa ser mejorado para ahorrar tiempo.

2.4.3. Soluci on 3: Reciclaje de seis botellas con un actuador

Esta solucion fue proyectada para seis botellas, contiene solo una estacion for-

mada por un actuador y permite al mismo tiempo sostener seis botellas mediante

las pinzas paralelas y rotarlas mediante la unidad giratoria. Con la integracion de es-

ta estacion, el Robot podra realizar las tareas de separacion de chips y separacion

de tapas una vez para un conjunto de seis botellas (las Tareas seran resueltas mas


rapidamente). Como las botellas se encuentran sobre la estacion practicamente muy

juntas, el Robot podra realizar el mismo proceso sin necesidad de desplazarse de

manera inutil como en las otras soluciones. Segun la figura 2.18 el robot separa

ahora los chips desde abajo, estando las botellas invertidas.

Figura 2.18: Unidad giratoria con pinzas paralelas para seis botellas

Esto simplifica la tarea de separacion de chips, ya que los chips se mantendran

en la herramienta, sin caer, por lo que el Robot no tendra que entregar cada chip por


separado, sino una vez que haya separado los seis. La separacion de chips sera de

manera mas rapida. Luego de la separacion, el robot dejara los seis chips juntos

en el deposito de chips, sin necesidad de hacer movimientos repetitivos. Solo se

necesita un Actuador que cumpla las funciones de pinzas paralelas y que contenga

una unidad giratoria. Luego se deberan construir el Garfio que permita sostener las

seis botellas juntas. Con esta solucion, el Reciclaje de cada Tray sera logrado mas

rapidamente. Como la estacion es muy compacta, se requiere de menor cantidad

de movimientos por parte del Robot, que implica menor programacion y ahorro de

energıa y tiempo. De esta manera la integracion del Robot en el proceso sera practi-

camente aplicada. Las botellas se encontraran seguramente posicionadas sobre la

estacion gracias a la base y apoyos que se planean construir.

Vaciado del Agua

Todas las botellas deben ser vaciadas de su contenido (agua). Esta tarea con-

tiene para el Robot el peligro de que sus partes puedan entrar en contacto con el

lıquido. En la presente solucion, el Robot no toma contacto con el Agua, ya que el va-

ciado de las botellas se genera por medio del giro de la estacion, cuando las botellas

se encuentran destapadas. El actuador permite que el vaciado de las botellas sea

realizado sin movimientos complejos del robot. Esta solucion es muy practica y sen-

cilla, en donde solo se requiere de un contenedor de lıquido debajo de la estacion,

que reciba el lıquido en la caıda. El vaciado de las botellas (tercera tarea de esta

tesis) sera logrado para las seis botellas juntas y en un mınimo de tiempo.

2.4.4. Elecci on de la Planta de Reciclaje

Para la eleccion de la Planta de Reciclaje se compararon las ventajas y desven-

tajas de las tres soluciones planteadas. La siguiente Tabla muestra la comparacion

de las soluciones dependientes de los costos. En la primera solucion posible, el

Robot desarrolla todas las tareas del Reciclaje, pero la solucion para el vaciado del


lıquido es poco practica y el Reciclaje esta proyectado solo para una botella a la vez.

Aparte de eso, la solucion es cara y requiere de dispositivos FESTO como una cinta

transportadora y separadores y sensores que encarecen el resultado.

La segunda solucion posible es mas economica que la primera, pero aun ası poco

practica. Ambas soluciones fueron proyectadas solo para una botella a la vez, es

decir el Robot realizara para cada botella todas las tareas del Reciclaje, lo cual no

minimiza el tiempo del proceso ni los movimientos que el Robot debe desarrollar

dentro de el. La separacion de los chips es efectuada por arriba, lo cual implica di-

ficultades para la operacion del Robot, no pudiendo iniciar la separacion del chip

siguiente sin haber entregado el anterior.

La tercera solucion no es solo mas practica que las dos primeras, si no que

tambien mas economica y compacta. Su diseno planeado para seis botellas, per-

mite un trabajo rapido y practico del Robot en un area mınima de operacion. Con

solo un actuador las tareas del Reciclaje quedaran resueltas, ocupando menor en-

ergıa para accionar la planta, menos recursos y menos programacion que en las

otras dos soluciones. Para esta solucion se debera construir una base de apoyo que

soporte el movimiento del actuador y las seis botellas llenas, construccion que no

estara contemplada dentro de los costos, por ser parte del trabajo del personal del

taller del IRT. Los garfios paralelos seran disenados para seis cuellos de botellas.

Con la ayuda de la construccion de apoyo, el trabajo del actuador se vera simplifica-

do. La comparacion de las soluciones segun sus ventajas y desventajas y costos se

ve resumida en la Tabla 2.14).

4Precios en euros, obtenidos del catalogo 2005/2006 de FESTO


Soluci on Dispositivo Precio Ventajas Desventajas

Soluci on 1 2 Cilindros 107.40 - Robot - Solucion poco

2 Estacio- 2 Separadores 680.68 realiza practica y cara

nes 2 Sensores opticos 170.40 todas - Muchos dispositivos

proyectadas 2 Sensores posicion 74.00 las Tareas - Robot peligro de

para 1 1 Cinta transport. 900 contacto con el agua

botella 4 Valvulas mononoest. 217.60 - Solo para una botella

Accesorios 288.37

TOTAL 1 13 Dispositivos 2438.45

Soluci on 2 1 Pinzas paralelas 190 - Robot sin - Solo para una botella

2 Estacio- 2 Cilindros 107.40 contacto con - Poco practica

nes 1 Cilindor DSL 900 el agua separacion de chips

proyectada 4 Sensores posicion 148 - Una estacion - Difıcil conexion

para 1 Accesorios 400 soluciona dos entre separacion de

botella tareas tapas y fabrica modelo


Soluci on 3 1 Pinzas HGDS 980 - Practica y

1 Estacion 2 Sensores posicion 74 economica

proyectada 2 Valvulas mononoest. 108.80 - Solo 1

para 6 1 Valvulas biestable 74.90 estacion

botellas 1 Sensores opticos 85.20 compacta y

Accesorios 288.37 robusta


Tabla 2.1: Eleccion de la Planta de Reciclaje: ventajas, desventajas y costos

Capıtulo 3

Implementaci on de la Planta de

Reciclaje

3.1. La Planta de Reciclaje

La solucion escogida para la Planta de Reciclaje a implementar fue disenada

y construida en el instituto IRT. La construccion de la estacion constituye el desa-

rrollo de una estructura de apoyo para las seis botellas en la estacion. Cada parte

de la construccion fue desarrollada de tal forma, que la Planta de Reciclaje pueda

facilitar las tareas del robot en el reciclaje. Los dibujos tecnicos fueron probados y

entregados al personal de Taller del Instituto IRT para la construccion completa de

la estacion. La estacion es simulada y representada por la figura 3.4. Para poder

poner en funcionamiento el Proceso de Reciclaje, se deben adquirir los dispositivos

res-pectivos para su accionamiento, los cuales ya fueron presentados por la Tabla

2.1. Se analizaron los catalogos FESTO para encontrar una aplicacion racional de

dispositivos FESTO en el reciclaje. Para el Proceso de embotellamiento se requiere

en la fabrica Modelo de variados y costosos dispositivos (actuadores, sensores, cin-

tas transportadoras, etc.). Con la tercera solucion aquı planteada se logra que el

35

CAPITULO 3. IMPLEMENTACION DE LA PLANTA DE RECICLAJE 36

Robot solo requiera de un Actuador para el desarrollo del Proceso de Reciclaje.

Para un proceso similar la fabrica FESTO requiere de costosas estaciones automa-

tizadas. Con la Planta de Reciclaje aquı planteada, las Tareas del Reciclaje seran

solucionadas con los costos mınimos.

3.1.1. El Actuador

Para la Planta de Reciclaje se requiere de un dispositivo actuador, el cual desarro-

lle las acciones de sostener paralelamente y de girar al mismo tiempo. El elemento

elegido es el que representa la figura 3.1. Este elemento contiene una configuracion

tan robusta, que con el no es requerido ningun elemento mayor de actuacion en el

Reciclaje. Este dispositivo contiene tanto una unidad de pinzas paralelas como una

unidad de girado. Su configuracion permite movimiento precisos y rapidos en la suje-

cion de algun elemento y su rotacion. Es un elemento robusto y sobredimensionado

para las tareas que se presentan en esta memoria.

Figura 3.1: Unidad de pinzado, basculante HGDS FESTO para la implementacion

de la planta

La utilizacion de este actuador permite el requerimiento de un mınimo de valvu-

las y sensores para el accionamiento de la Planta (mınimo numero de elementos


de accionamiento). Se eligio este dispositivo para el trabajo con las seis botellas, el

cual es tambien usado en la planta discreta de la fabrica modelo, pudiendo compro-

bar su robustez y funcionamiento. La Unidad giratoria con unidad de pinzado HGDS

de FESTO es una combinacion de un actuador semigiratorio y una pinza paralela.

Alternando la aplicacion de presion entre las conexiones, el componente basculante

hace que la aleta bascule a uno y otro lado dentro del cuerpo. El movimiento bascu-

lante es transferido a la pinza que gira en 180◦. Las levas de tope regulables sirven

para limitar el angulo de giro con topes fijos ajustables con amortiguacion integrada

para permitir un ajuste de precision. La velocidad del componente basculante se

ajusta por medio de valvulas reguladoras de caudal de un solo sentido (reguladores

externos del caudal de escape). Alternando la aplicacion de presion entre las cone-

xiones del cilindro que acciona las pinzas, hace avanzar y retroceder el vastago del

cilindro. Un sistema mecanico de palancas transfiere el movimiento longitudinal del

vastago a las pinzas (vease [?]). Luego del analisis del catalogo del instrumento

HGDS y de las instrucciones de uso del fabricante se concluyo que se debe cons-

truir una estructura de apoyo para el dispositivo. La primera razon para construirlo

era que la unidad de pinzado no permite pinzas demasiado largas, por el peligro a

danar la parte mecanica de la pinza. La estructura proyectada debe facilitar el tra-

bajo de las pinzas paralelas tanto en el cierre como en la apertura de sus pinzas

y tambien en el momento del giro de la estacion. El funcionamiento de la estacion

completa sera desarrollado de manera exhaustiva en los siguientes capıtulos.

Figura 3.2: Valvula biestable 5/2 Figura 3.3: Valvula monoestable 5/2

Para accionar este instrumento se requiere de dos valvulas, una para la unidad

de pinzado del dispositivo y una para la unidad basculante. Las valvulas escogi-


das son una biestable y una monoestable (vease Figura 3.2 y 3.3). Una valvula

monoestable en funcionamiento requiere de una fuente de energıa constante para

su accionamiento. Una valvula biestable, por el contrario, requiere para conmutar,

de un impulso de voltaje por un instante pequeno de tiempo. Cuando la fuente de

energıa desaparece, la valvula biestable permanece en la ultima posicion donde

se encontraba y la valvula monoestable regresa a su posicion inicial o no conmu-

tada. La valvula monoestable sera usada para accionar la unidad basculante del

dispositivo. Cuando la fuente de energıa no se encuentre presente, la unidad gira-

toria permanecera en su posicion inicial o, si es que ya estaba accionada, volvera a

su posicion inicial girando con este movimiento la Estacion de Reciclaje a su posi-

cion de comienzo. La valvula biestable en cambio, sera empleada para accionar la

unidad de pinzado (Pinzas paralelas). Cuando la fuente de energıa no se encuentre

presente y en el caso que la estacion haya sido previamente invertida, las botellas

no caeran al suelo, por encontrarse las pinzas cerradas (valvula biestable conmu-

tada antes del giro). Los sensores a usar en el Reciclaje son los que pertenecen a

este instrumento y son dos detectores de proximidad, uno para cada unidad. Estos

detectores de proximidad son sensores que conmutan sin necesidad de contacto di-

recto. Son usados en procesos tecnicos para reconocimiento de posicion de piezas y

herramientas, como tambien para medidas de seguridad. Son acoplados en los dis-

positivos en pequenas ranuras, de manera que indiquen la posicion de este (unidad

de pinzado cerrada o abierta, unidad giratoria girada o en posicion inicial) (vease

[?]).

3.1.2. Construcci on de la Planta de reciclaje

Como el proyecto fue planteado para seis botellas, se debıa construir una estruc-

tura base lo suficientemente robusta para sostener las seis botellas llenas durante el

proceso de Reciclaje, facilitando el trabajo del Robot en las tareas que el realizara.


La Planta de reciclaje fue desarrollada en Aluminio y a partir de los dibujos tecnicos

en el apendice. Ella contiene una construccion robusta para el sostenimiento y giro

de las seis botellas durante el reciclaje. La base para la posicion de las seis bote-

llas, junto con el Instrumento de FESTO, mas las pinzas paralelas para seis botellas,

mas los respectivos elementos de la estructura de apoyo y el buje con los rodamien-

tos para el giro de la estacion, en conjunto seran llamados de aquı en adelante la

Estacion o Planta de Reciclaje (vease Figura 3.4, diseno en 3D).

Figura 3.4: Estacion: La Planta de Reciclaje

Cada elemento de la Estacion sera nombrado y su utilidad dentro de la Planta

de Reciclaje se describira completamente:

Para tomar las seis botellas por el cuello de manera firme se disenaron antes que

todo las Pinzas paralelas para la unidad de pinzado del instrumento (vease Figura

3.5). Estas pinzas deben cerrarse y sostener igualmente y al mismo tiempo las seis

botellas por el cuello. La distancia entre cada boquete de las pinzas para sostener

cada botella fue medida de manera precisa para que el Garfio del Robot pudiera


entrar en esa region a separar cada tapa sin rozar las botellas contiguas (vease

Figura 3.13). El inicio de las pinzas se acoplara al instrumento, unidad de pinzado

paralelo, segun las indicaciones del fabricante.

Figura 3.5: Pinzas para seis botellas, acopladas al dispositivo FESTO

El final de las pinzas sera sujeto por medio de un elemento de apoyo, que permite

el libre movimiento horizontal de las pinzas y que contiene un buje con rodamiento

en su interior (vease figura 3.8). Las Pinzas paralelas fueron construidas de tal for-

ma, que al cerrar pasen exactamente en cada cuello de cada botella, para sostener-

las lo suficientemente fuerte. Esto es tambien importante por motivos de seguridad

al momento de girar la Estacion. Las pinzas permiten la sujecion de las seis botel-

las al mismo tiempo. Cuando se encuentran abiertas deben estar separadas una

de la otra lo suficiente para que el Robot pueda depositar una botella sobre la base

de la Estacion (vease Figura 3.10). Las Pinzas fueron construidas en Forma de L

de modo que el punto del centro de masas de la parte movil se encontrara en la

linea del eje de giro de la unidad basculante del instrumento FESTO. Estas Pinzas

sostendran las seis botellas durante toda la realizacion de las tareas del proceso

de reciclaje. La unidad de pinzado presenta una pequena dife-rencia en milımetros

entre su estado cerrado y su estado abierto. Es por ello, que las Pinzas fueron con-

struidas de manera precisa para que su funcionamiento fuera el optimo en cada una

de las tareas descritas con anterioridad. En otras palabras, al abrir deben permitir

el posicionamiento de las botellas sobre la Base por medio del Robot, y al cerrar, la

sujecion de las seis botellas paralelamente.


Para la seguridad de la sujecion de las botellas durante el trabajo del robot, se

debe sujetar tambien el instrumento, no permitiendo movimiento en ningun sentido

mientras gira. Para lograr esto, se disenaron los elementos respectivos siguientes:

el Apoyo 1 donde ira montado el instrumento, el Apoyo 2 que permite el giro de la

estacion por medio de un pasador que se dirige al buje de rodamientos y el elemento

en cola de milano que sostiene el instrumento por su extremo final al apoyo 1 (vease

Figura 3.6).

Figura 3.6: Soportes

El Apoyo 1 fue disenado de manera tal, que el Instrumento pudiera ser acoplado

a el por medio de la cola de milano, no permitiendo movimientos durante el giro de

su unidad. El Apoyo 1 y 2 iran fuertemente acoplados a una mesa no permitiendo

el movimiento de la estacion. El apoyo 2 sostiene la estacion mediante un pasador.

Esta ultima pieza y el buje permiten que la estacion pueda ser basculada en 180◦

por medio del dispositivo FESTO. El punto medio del buje o el eje de giro de este


debe estar posicionado exactamente en el eje de giro del dispositivo FESTO. Luego

se diseno la Base para el posicionamiento de las seis botellas.

Figura 3.7: Base para seis botellas

Esta Base contiene una superficie con seis calados donde el Robot dejara las

botellas, las cuales no podran moverse mientras el Robot realiza la tarea de posi-

cionamiento de las demas botellas (vease Figura 3.7). Lo anterior permite que las

seis botellas se encuentren siempre sobre una posicion determinada y que no se

muevan antes de que las pinzas paralelas se hayan cerrado.

Figura 3.8: Elemento de apoyo para las pinzas y para el buje de rodamientos

El extremo A de la Base se acopla a un elemento que contiene un buje con

rodamientos (vease Figura 3.8). El extremo B de la Base se acopla por medio de dos

otros elementos al dispositivo FESTO por ambos lados de sus caras (vease Figura

3.9). Dos elementos reemplazaran las piezas de plastico que se encuentran en el

dispositivo de fabrica, para ir acoplados a el y a la Base (Figura 3.9). La Estacion

completa y las valvulas respectivas para el accionamiento de ella fueron puestas


sobre una mesa de modo de no permitir movimiento alguno. Exactamente abajo de

la estacion fue creado un agujero a la mesa, de modo que en el vaciado de las

botellas, el agua pueda caer hacia el deposito de lıquido y para que el Robot separe

los chips de las tapas sin complicaciones por debajo de la estacion.

Figura 3.9: Elemento acoplado a ambos lados del instrumento

3.1.3. Funcionamiento de la Planta

El Robot industrial toma una botella llena desde el Tray, la desplaza hacia la

Estacion y la deja sobre la base de ella en su posicion respectiva (vease Figura

3.10). Cuando el Robot acaba la tarea de vaciar un Tray de seis botellas llenas y de

posicionar las botellas sobre la base de la Estacion, acciona la unidad de pinzado

del dispositivo FESTO, cerrando con esta accion las pinzas paralelas, que desde

ese momento sostienen a las seis botellas conjuntamente. Una vez que las botellas


se encuentran sostenidas, el Robot acciona la unidad basculante del dispositivo,

haciendo girar la Estacion de Reciclaje en 180◦ en sentido horario. Con esta accion

las botellas se encontraran ahora invertidas con respecto a la posicion inicial. La

posicion invertida de las botellas ayuda al Robot a realizar la tarea de separar chips

(vease Figura 3.11).

Figura 3.10: Robot posiciona botellas so-

bre Base para el Reciclaje

Figura 3.11: Estacion gira, Robot toma

chips-Herramienta, separa chips

Mientras la Estacion gira el Robot recoge la Herramienta de chips y la dirige ha-

cia la estacion de Reciclaje. Luego mueve sus eslabones de manera de posicionar

su Garfio por debajo de la estacion, perpendicular a la primera botella y comienza

la separacion de los chips (vease Figura 3.11). El Robot separa los seis chips de

las tapas, realizando un movimiento especial de sus eslabones para lograrlo (vease

explicacion de los movimientos en seccion 3.4.2). Cuando un chip ha sido separa-

do, resbala por medio de la fuerza de la gravedad hacia la base de la herramienta,

quedando en ella prisionero. Cada chip siguiente que sea separado quedara en la

herramienta sobre el chip anterior. Esta tarea es realizada para las seis botellas,

donde los movimientos programados son repetidos seis veces. Cuando la tarea de

separacion de chips es lograda, el Robot desplaza la herramienta hacia el deposito

de chips, dejando caer los seis chips juntos y paralelamente desactiva la segunda

valvula de manera que la Estacion gire volviendo a su posicion inicial (esto es logra-

do con una valvula monoestable). Al mismo tiempo el Robot entrega la herramienta

dejandola en su posicion fija y espera cuando la Estacion haya girado para proceder


a separar las tapas. Una vez que la Estacion se encuentra en su posicion inicial, con

seis botellas tapadas y llenas sobre la base, comienza la separacion de las tapas.

El Robot desplaza su garfio hacia la primera botella posicionada y con movimientos

lineales separa una tapa, para posteriormente entregarla en el deposito respectivo.

Figura 3.12: Estacion gira, Robot deja

Herramienta y separa las tapas

Figura 3.13: Botella afirmada por el cuello,

Robot tira la tapa hacia arriba

Esta tarea sera realizada por el Robot para las seis botellas, teniendo que pro-

gramar una vez los movimientos que seran repetidos seis veces. Cuando las bote-

llas se encuentran destapadas y las seis tapas fueron entregadas, el Robot gira la

Estacion en 180◦ en sentido horario. En esta posicion sera llevado a cabo el vaciado

de las seis botellas, paralelamente. El agua fluye desde las botellas destapadas ha-

cia un deposito de lıquido. El programa espera un momento antes de volver a girar

la Estacion, para el vaciado completo de las botellas. Pasado este tiempo el Robot

gira nuevamente la Estacion (esta vez en sentido contrario) hacia su posicion origi-

nal, activa la valvula respectiva abriendo las pinzas paralelas y dejando las botellas

libres sobre la base. Cuando las botellas han sido separadas de sus elementos,

estan listas para ser entregadas a la Planta Discreta de la fabrica Modelo para el

proceso de embotellamiento y el funcionamiento continuo. Para la entrega de las

botellas se requiere de un Sensor sobre la entrada de la cinta transportadora, que

indique que esa posicion se encuentra libre para la accion de posicionar una botella

sobre ella. Con esta Estacion de Reciclaje a construir, las tareas requeridas seran

solucionadas rapidamente y para las seis botellas al mismo tiempo. El Robot po-


dra realizar los procesos de manera rapida para cada botella, finalizando cada tarea

con la ejecucion de la accion sobre las seis botellas. Con la correcta programacion

del Robot se podra optimizar aun mas el tiempo de trabajo de el, el cual ya se ve

favorecido por la eleccion de esta Estacion de Reciclaje, y en lo economico, por la

correcta y solo indispensable adquisicion de instrumentos FESTO, queriendo decir,

que el proceso de Reciclaje sera rapido, practico y economico.

3.1.4. La Planta de Reciclaje construida

Los esbozos de la tercera solucion para la Planta (dibujos tecnicos en el Apendice)

fueron analizados y aprobados por el IRT para su desarrollo completo como estruc-

tura de aluminio en el taller. La Figura 3.14 muestra la Planta de Reciclaje construida

a partir de los disenos 3D realizados.

Figura 3.14: La Planta de Reciclaje construida para el IRT, Aachen

La mejor ubicacion para la Estacion de Reciclaje es frente a la Estacion 9 de

Transporte, cerca de la cinta transportadora para el abastecimiento de botellas vacıas,


y de la cinta por donde llegan los Trays llenos. Esta posicion permite que el Robot

se mueva menos en el proceso, minimizando el gasto de energıa y aumentando las

ganancias de tiempo entre cada Tray reciclado. La cinta para el abastecimiento de

las botellas se encuentra cerca de la Estacion 9, y por ende, cerca de la Estacion

de Reciclaje, lo que permite que el Robot entregue cada botella rapidamente en el

abastecimiento de la Planta Discreta. En el proceso de Reciclaje solo las botellas po-

dran ser entregadas por el Robot de regreso a la Planta discreta, por la cercanıa del

Robot a la cinta transportadora para el abastecimiento de ellas. Las tapas y chips en

cambio, seran entregados a paquetes respectivos por la lejanıa de sus cintas trans-

portadoras de abastecimiento. El agua en tanto, sera entregada a un deposito de

lıquido. Se pretende a futuro lograr que los chips y tapas puedan ser entregados en

proceso tambien por el Robot, para ello se requiere una ampliacion de las entradas

de las cintas transportadoras, de modo que el Robot alcance, dentro de su area de

trabajo, la entrega de las partes. La Planta de Reciclaje fue probada offline, es decir,

conectada a las valvulas y al aire a presion, de manera de comprobar el correcto

funcionamiento del dispositivo FESTO (cierre de pinzas, y girado). Se probo si las

pinzas sujetaban correctamente las seis botellas paralelamente y se ajusto la ve-

locidad de girado de la Estacion. Los sensores de posicion en el dispositivo fueron

posicionados y probados, de manera que indicaran si las pinzas se encontraban

cerradas y si la estacion habıa girado en 180◦. Las pruebas fueron pasadas con

exito.

3.2. Configuraci on de la comunicaci on

La comunicacion sera configurada en la unidad de control del Robot. Para ello

se requiere de la definicion de ciertos datos en dos documentos dentro del Software

del Maestro Robot. Estos documentos son pfbms.ini e iosys.ini , los cuales deben

ser configurados antes de comenzar la comunicacion entre los dispositivos de cam-


po (Maestro-Esclavo). La Figura 3.15 muestra la estructura de la comunicacion a

realizar entre el Maestro, Robot Industrial KUKA, y el Esclavo, et-200 SIEMENS. La

unidad de control del Robot tomara el accionamiento de la Planta de Reciclaje y por

ende el control del Proceso. Estos datos (que deben ser configurados) proporcionan

la correcta comunicacion entre las partes. El dato pfbms.ini contiene la configu-

racion del Esclavo. Cuando la comunicacion Maestro/Esclavo comienza, la unidad

de control del Maestro reconoce, gracias al dato pfbms.ini , al Esclavo para confi-

gurarlo. El Robot ha sido integrado como Esclavo de la fabrica modelo y en este dato

se debe activar la parte Maestra del Robot que no se encuentra en funcionamiento.

Figura 3.15: Comunicacion de los elementos de campo y accionamiento de la Planta

pfbms.ini

En este dato se puede configurar el Robot como Maestro/Esclavo. En nuestro

trabajo se dejara la configuracion actual como esta y se agregara la configuracion

del Robot como Maestro. Para ello, se debe copiar el dato ldb del Esclavo en la

carpeta del Maestro bajo C : \ROBOTER \KRC \ INIT , de manera que la unidad

de control del Robot pueda leerlo. Este dato permite al Maestro configurar al Esclavo

y comenzar la conexion para el envıo de informacion. En este caso el dato ldb fue

creado en el Software Simatic Manager y se llamara kuka16.ldb. Las siguientes

lıneas muestran la configuracion del archivo:


[MASTER]

MASTER USED=1; activa la parte Maestra de la tarjeta

DATABASE PATH=init/kuka16.ldb; lee el dato ldb para configurar al esclavo

FIRMWARE PATH=drivers/fw 5613.bin;

WATCHDOG TIME=20

MAPPING USED=0

MAPPING PATH=init/

En el archivo iosys.ini se debe configurar las Entradas y Salidas digitales a usar

en proceso, para el correcto envıo y captura de informacion Maestro/Esclavo.

iosys.ini

Para el sistema PROFIBUS DP se realizara la siguiente configuracion de en-

tradas y salidas. La direccion escogida para el sistema PROFIBUS es la 5. Esta

direccion debe ser configurada en el archivo iosys y en el Esclavo. Para ello se debe

setear la direccion en el Esclavo mediante el interruptor DIP, de manera de obtener

la direccion del sistema PROFIBUS a utilizar, la cual debe ser la misma para to-

das las partes (vease subcapıtulo 2.1.2). Aquı se configura la Tarjeta PROFIBUS

Siemens Master/Slave CP5614:

[PBMASL]

;—-INPUTS——–; entradas

; Robot como Maestro (Entradas al Robot)

INB8=5,0,x2; $in[65-80]; configura las entradas al Robot

; Robot como Esclavo (Entradas a la fabrica)

INB6=127,0,x1 ; configura las entradas hacia la fabrica modelo


;—-OUTPUTS——-; salidas

; Robot como Maestro

OUTB8=5,0,x2 ; $out[65-80] ; configura las salidas del Robot

; Robot como Esclavo (Salidas a la fabrica)

OUTB6=127,0,x2 ; configura las salidas hacia la fabrica

Para explicar las lıneas de programa anteriores, se dara un ejemplo:

La lınea INB8=5,0,x2 significa:

INB8:

IN: Entrada

B: Byt

8: octavo byt

5: Direccion PROFIBUS

0: set point, cual Entrada en ese Byt esta siendo ocupada

x2: 16 bits se ocuparan (x1: 8 bits se ocuparan).

Entonces, las Entradas tienen 16 bits libres. Es lo mismo que si se utilizara:

INB8=5,0,x1

INB9=5,1,x1,

Estas dos entradas son de 8 bits (x1). La direccion 127 es para la parte Esclava

de la tarjeta CP5614/13.


3.3. Senales binarias y control del proceso

Las entradas y salidas fueron configuradas, de modo que el Robot pueda tomar

el control del proceso de la Planta. Estas senales son enviadas hacia el Esclavo

por medio del sistema de comunicacion PROFIBUS. La configuracion de entradas y

salidas fue lograda como sigue a continuacion:

Senales binarias

OUT: Las salidas desde la unidad de control del Robot (Maestro) son entradas

para el et-200 (Esclavo).

IN: Las entradas hacia la unidad de control (Maestro) son salidas para el et-200

(Esclavo).

Salidas (OUT)

Las salidas para el accionamiento de los actuadores de la Estacion son tres y

actuan a traves del Esclavo. Estas salidas accionan las valvulas de control respecti-

vas. La primera salida es requerida para hacer girar la estacion. Esta salida acciona

una valvula 5/2 monoestable. Cuando la valvula es accionada, la unidad basculante

es activada, de tal manera que la estacion gira una vez en el sentido horario en 180◦.

La segunda y tercera salida accionan una valvula 5/2 biestable. La segunda salida

es requerida para abrir las pinzas paralelas del dispositivo; la tercera salida es re-

querida para cerrar las pinzas paralelas. Para cerrar o abrir las pinzas paralelas con

capacidad para 6 botellas, se requiere solo de un pulso en cada lado de la valvula.

Para girar la Estacion y para que se quede en esa posicion girada, se requiere de

constante accionamiento de la valvula monoestable.

Entradas (IN)

Las entradas que vienen desde la estacion de reciclaje, son dos. Estas senales

vienen desde los dos sensores de posicion y son enviadas por ellos hacia el Esclavo


et-200 Slave, desde donde son enviadas al Maestro. Estos sensores indican en que

posicion se encuentran los pistones dentro del dispositivo. Un sensor de posicion se

encuentra integrado a la unidad de pinzado y el otro a la unidad basculante.

Entrada Estado Pin, et200

OUT 68 1: Dispositivo girar en sentido horario PIN 50

true/false 0: Dispositivo hacia posicion inicial

OUT 69 1: abrir Pinzas paralelas PIN 53

PULSE

OUT 70 1: cerrar Pinzas paralelas PIN 54

PULSE

Entradas Estado Pin, et200

IN 68 1: Pinzas estan cerradas PIN 10

true/false 0: Pinzas estan abiertas

IN 69 1: Dispositivo esta girado en sentido horario PIN 13

true/false 0: Dispositivo en posicion inicial

Tabla 3.1: Entradas y Salidas desde el Robot, PIN de conexion en el et200

Ası se puede saber si es que el Dispositivo se encuentra accionado en una de

sus unidades. La Tabla 3.1 senala cual Bit sera usado para el Proceso de Reciclaje

y a que Pin representa en el dispositivo esclavo et-200. Esta Tabla permite conocer

lo que hasta ahora ha sido utilizado, para futuras ampliaciones de la planta.

3.4. Programaci on del Robot KUKA

En las siguientes lıneas se explicara el funcionamiento del programa escrito en

lenguaje KUKA para el Reciclaje, el cual contiene distintos subprogramas. Cada

subprograma realizara una tarea determinada dentro del Proceso. Los programas

son independientes entre sı.


3.4.1. Sistemas de coordenadas

El Robot se desplaza siempre dependiente de sistemas de coordenadas (vease

Figura 3.16), los cuales son elegidos y configurados para las tareas determinadas.

Para la programacion de un Robot es importante setear con anterioridad a la progra-

macion, los sistemas de coordenadas a utilizar dentro de los programas de movimien-

tos. De esta manera, cada punto elegido dentro de la trayectoria de sus seis es-

labones, pertenecera a un sistema de coordenadas BASE y aun sistema de co-

ordenadas Herramienta (TOOL). Los sistemas de coordenadas disponibles para

los movimientos del Robot Industrial KUKA de seis grados de libertad, son los si-

guientes, obtenidos desde el catalogo KUKA de programacion (vease [?]).

Figura 3.16: Sistemas de coordenadas del Robot

Sistema de Coordenadas Mundo WORLD : El sistema de coordenadas WORLD

(sistema de coordenadas universales) es un sistema de coordenadas cartesiano

situado en un punto fijo. Sirve como sistema de coordenadas de origen para los

sistemas de coordenadas BASE y ROBROOT.

Sistema de coordenadas del Robot : El origen del sistema de coordenadas

ROBROOT esta siempre en la base del Robot y esta referido al sistema de coor-

denadas WORLD. Ello permite definir un corrimiento del Robot hacia el sistema de


coordenadas WORLD.

Sistema de coordenadas especıfico de los ejes : En el sistema de coorde-

nadas especıfico de los ejes, se puede desplazar individualmente cada uno de los

ejes del Robot en la direccion axial positiva o negativa. Para ello se utilizan las teclas

de desplazamiento desde el joystik de KUKA, que permite desplazar simultanea-

mente 3 o 6 ejes.

Sistema de coordenadas BASE : El sistema de coordenadas BASE es un sis-

tema de coordenadas cartesiano. Este sistema se mide de tal modo que su origen

se encuentra en una pieza o en un dispositivo. Como el ser humano razona en coor-

denadas cartesianas, el Robot sera programado en este sistema de coordenadas,

por su sencilla manera de comprension. En el estado de suministro, el origen del

sistema de coordenadas BASE se encuentra en la base del Robot. El sistema de

coordenadas BASE esta referido al sistema de coordenadas WORLD.

Sistema de coordenadas de la Herramienta TOOL :

El sistema de coordenadas TOOL es un sistema de coordenadas cartesiano.

Este sistema esta posicionado de tal manera que su origen esta situado en la he-

rramienta. El sistema de coordenadas TOOL esta referido al sistema de coorde-

nadas BASE. El sistema de coordenadas TOOL de la herramienta es tambien un

sistema de coordenadas cartesiano. Su origen es posicionado en la herramienta

que se acopla al Robot, en este caso, sera ubicado en el garfio de reciclaje. Este

sistema se mueve con la herramienta, cuando el Robot la desplaza dentro del area

de trabajo. Este sistema de coordenadas esta referido al sistema de coordenadas

BASE. Para la programacion del Robot se deben programar mınimo dos sistemas de

coordenadas. En otras palabras, se requiere de un sistema de coordenadas BASE

configurado en la Estacion de reciclaje y un sistema de coordenadas TOOL confi-

gurado en la Herramienta, los cuales seran usados en Proceso.


3.4.2. Movimientos

Los movimientos para la programacion del Robot son Movimientos PTP y Movimien-

tos LIN (vease [?]).

Movimiento punto a punto (PTP) :

El movimiento punto a punto (PTP) es la manera mas rapida de mover la pun-

ta de la herramienta (Tool Center Point: TCP) desde la posicion actual hasta una

posicion de destino programada. La unidad de control calcula para ello las dife-

rencias de angulo necesarias para cada eje. Los movimientos en los distintos ejes

se sincronizan (PTP sincronico) de forma que todos los ejes comiencen y terminen

el movimiento al mismo tiempo. Esto significa que solo el eje con el recorrido mas

largo, el llamado eje directriz, se desplaza con el valor lımite de aceleracion y veloci-

dad programado. Todos los demas ejes se mueven solamente con las aceleraciones

y velocidades necesarias para alcanzar el punto final del movimiento. Este tipo de

movimiento permite alcanzar la aceleracion maxima de movimiento del Robot, en

donde la trayectoria no esta definida en el espacio, lo que puede ser peligroso para

efectos de colision con objetos.

Movimiento lineal (LIN) :

Para un movimiento lineal, la unidad de control del Robot calcula una recta des-

de la posicion actual (en el programa, este es el ultimo punto programado) hasta la

posicion que se indico en la instruccion de movimiento. Para movimientos lineales se

dara la posicion final de manera cartesiana. En un movimiento de este tipo el Robot

desplaza los eslabones mas lentamente que un un movimiento Punto a Punto, pero

con mayor precision. Se utilizara este movimiento cuando el Robot se encuentra en

un area de conflicto, en donde los movimientos rapidos pudieran presentar peligro.

En algunas tareas los movimientos deben ser precisos y lentos, pero se puede pro-

gramar en cortas distancias un movimiento PTP, ya que es poco probable que el

Robot no realize una trayectoria lineal entre dos puntos muy cercanos.


Movimiento circular (CIRC) : Movimiento de la Herramienta con definida acele-

racion a traves de un arco descrito en el espacio por el Robot. Este movimiento no

sera usado en la presente Tesis, porque no se precisa para las tareas que aquı se

realizaran.

Programaci on de un movimiento

Cuando se requiere guardar un punto del espacio, se puede seleccionar en el

menu de operacion, el tipo de movimiento que se va a realizar desde ese o hacia

ese punto, la aceleracion del movimiento y los respectivos sistemas de coordenadas

programar (BASE y TOOL). La siguiente Figura 3.17 representa el formulario en li-

nea para la entrega de informacion por parte del usuario, para los valores de progra-

macion de un movimiento (vease [?]). Cuando un punto fue seleccionado, aparece

el siguiente menu para la programacion del movimiento:

Figura 3.17: Programacion de un movimiento PTP

Al grabar un punto se tienen las siguientes ordenes de programa:

PTP X0 Vel= 100 % PDAT2 Tool[14]:Garfio Base[15]: Mesa


Esta linea de programa significa: el movimiento es de punto a punto (PTP), el

punto grabado se llama X0, la aceleracion del movimiento esta a 100 %, y los sis-

temas de coordenadas de este punto son uno de Herramienta TOOL: Garfio y uno

de BASE: Mesa.

3.4.3. Configuraci on de los sistemas de coordenadas

Para la programacion del Robot en la presente memoria, se utilizaran tres sis-

temas de coordenadas: dos BASE-SC y un TOOL-SC.

El primer sistema de coordenadas BASE (vease Figura 3.18) fue seteado sobre

la Estacion de Reciclaje. Este sistema permite que el Robot solo requiera el conocer

un punto donde se encuentra la primera botella a reciclar, y la distancia entre dos

botellas. Gracias al sistema de coordenadas se puede desplazar al Robot hacia el

punto siguiente donde se encuentra cada botella, sin necesidad de guardar los seis

puntos para las seis botellas. El programa completo es dependiente de este sistema

de coordenadas. Si se requiriese posicionar la Estacion de Reciclaje en otro lugar

dentro del laboratorio, se necesitarıa tan solo desplazar con ella tambien el sistema

de coordenadas, quedando el programa dependiente del sistema nuevo, con los

mismos movimientos.

Figura 3.18: Sistema de coordenadas BASE: Estacion

El segundo sistema de coordenadas BASE (vease Figura 3.19) fue posicionado


sobre la Paleta, donde se ubica el Tray lleno con seis botellas, posicionado por el

Robot. Con este sistema de coordenadas el Robot requiere solo de un punto en

donde se encuentra el punto medio del TRAY sobre la Paleta y la distancia entre

ese punto y cada botella (distancia que es igual pero con distintos sentidos). Se

guardo el punto medio del TRAY donde el Robot posiciona este sobre la Paleta. Los

siguientes seis puntos donde las seis botellas se encuentran, seran generados a

partir de este inicial. Si el TRAY se desplazara a otra direccion, se necesitarıa tan

solo guardar nuevamente el punto medio del TRAY, para seguir operando con el

mismo programa.

Figura 3.19: Sistema de coordenadas

BASE: Tray Figura 3.20: Sistema de coordenadas

TOOL: Herramienta

El tercer sistema de coordenadas es un sistema TOOL o de herramienta seteado

sobre el Garfio del Robot. Con este Sistema se puede mover la herramienta del

Robot (Garfio de Reciclaje) sobre un punto fijo en el espacio (vease Figura 3.20).

3.4.4. El programa principal

El Programa principal contiene diversas Subrutinas que son llamadas desde el.

Ellas realizaran tareas determinadas en el Proceso. El accionamiento completo del

proceso es controlado por el Robot. Cuando se desea reciclar un TRAY lleno, se


debe llamar este Programa principal, el cual desarrolla las tareas en un orden deter-

minado

3.4.5. Explicaci on de la Programaci on KUKA

Separaci on de seis botellas desde un Tray

Como ya se explico anteriormente se seteo un sistema Base sobre el TRAY para

poder tomar las botellas. Los Programas realizados en esta Tesis estaran siempre

dependientes de los Sistemas de Coordenadas BASE: BASE Tray y TOOL: Robot-

er Greifer. Se desplazo un Tray lleno hacia la Paleta y sobre ella fue posicionado.

Exactamente el Punto donde el Robot abre su Garfio y deja libre el Tray fue grabado

(vease Figura 3.19). Desde ese punto se desplazo el Garfio en una distancia en el

eje positivo z (hacia arriba, perpendicularmente), para alcanzar un Punto llamado

P0. Este Punto P0 sera el Punto inicial del Programa Principal. Cuando se conoce

la distancia en el eje z, se puede desplazar el Garfio del Robot en la misma distan-

cia hacia abajo (eje negativo z) desde el Punto grabado P0. Esto nos permite tener

como Punto inicial a P0, un punto conocido y con distancia conocida hacia el Punto

de tomado del Tray. Se presenta un ejemplo de un programa que sera usado en esta

Tesis, el cual es un Programa Ayuda y no sera escrito en el programa definitivo de

esta Tesis:

Ası se graba un punto, donde el Garfio del Robot deja el TRAY sobre la Paleta:

PTP Tray Punto Vel= 100 % PDAT2 Tool[14]:Robot Garfio

Base[15]:BASE Tray

La accion anterior para grabar un punto fue explicada mas arriba. Este punto es

copiado, de tal manera que se pueda modificar su configuracion:

XP0=XTray Punto


Ahora el punto P0 es igual al Tray Punto. Desde este Punto se desea desplazar

el Garfio en el eje positivo z:

XP0.z=XTray Punto.z+100

El Punto P0 fue desplazado en 100mm en el eje positivo z. Cuando P0 es gene-

rado se puede mover el Robot, la Herramienta, programando lo siguiente:

LIN P0 Vel= 2 m/s CPDAT1 Tool[14]:Robot Greifer Base[15]:BASE Tray

Con otras palabras, el Robot describe un movimiento recto de 100mm en el eje

positivo z.

Figura 3.21: Programacion de toma de botellas desde el Tray

Este Punto alcanzado es el Punto inicial. En este momento se conoce, que el

Tray se encuentra una distancia de 100mm por debajo de ese Punto. El Progra-

ma completo de la toma de botellas desde el Tray sera dependiente de este punto

grabado. El Robot puede con solo este Punto, tomar las seis botellas del Tray y des-

plazarlas a la Estacion de Reciclaje. Para ello se calcularon en el Programa los seis

Puntos, donde las seis botellas se encuentran (vease Figura 3.21). Los Puntos P1,

P3 y P5 seran generados a partir de P0. Los otros Puntos para las siguientes tres

botellas de la mitad inferior seran copiados (espejo) de los Puntos P1, P3 y P5. Para

hacerlo mas claro, se ha copiado un fragmento del Programa en este capıtulo. Este


aclara como el Robot alcanza las botellas y como el las toma desde el Tray, para el

reciclaje. Cuando se ha encontrado el Punto P0 con el Programa Ayuda , se puede

programar como Punto inicial de este Proyecto:

PTP P0 Vel= 100 % PDAT7 Tool[14]:Robot Greifer

Base[15]:BASE Tray

Cuando el Punto fue grabado, se copia para poder trabajar sobre la copia, no

perjudicando el punto anterior.

Xerste=XP0

El Punto Xerste contiene las mismas coordenadas que P0, es el mismo Punto.

Luego se logra la Posicion que se desea alcanzar. El Robot tomara como primera

botella la botella en la esquina superior izquierda. La botella al medio de la fila

puede ser tomada solamente cuando el Robot ya ha tomado las botellas en ambas

esquinas de la fila. Por la forma del Tray el Robot debe girar su Garfio en un de-

terminado angulo A, para que con esa posicion pueda cerrar su Garfio y tomar la

botella (vease Figura 3.21). El Punto donde se encuentra la primera botella es igual

al Punto P0 desplazado en el eje x y en el eje y , girado en un angulo A. Este Punto

es generado de la siguiente forma:

Xerste.x=XP0.x+40

Esto quiere decir que el Punto Xerste esta ahora 40mm adelante del Punto P0,

en el eje positivo x.

Xerste.y=XP0.y+54

El Punto Xerste esta ahora 54mm a la izquierda del Punto P0, en el eje y positivo.

Xerste.a=XP0.a+48

Aquı el Robot gira su Garfio en el plano xy en un angulo de 48◦. Esto permite, que

el Garfio alcance la primera botella sin golpear las botellas en la cercanıa (al medio


de la fila y en la esquina inferior). Cuando el Punto donde se encuentra la primera

botella fue generado, se puede desplazar el Robot hacia ese Punto, realizando la

siguiente accion:

PTP erste Vel= 2 m/s CPDAT9 Tool[13]:Robot Garfio Base[15]:BASE Tray

Ası alcanza el Robot la primera botella. Desde ese Punto viaja el robot en el eje

negativo z. Cierra posteriormente su Garfio, toma la botella por el cuello, y la des-

plaza en el eje positivo z. Ası, el Tray es liberado de la primera la botella, quedando

esta separada del Tray. El Programa de la toma de botellas desde el Tray, esto es:

el movimiento hacia abajo, el cierre del Garfio, y el movimiento hacia arriba seran

escritos en un solo Programa. Este Programa sera llamado seis veces. Aquı se

presenta un fragmento del Programa de la toma de botellas desde el Tray:

Primero se copia el Punto:

Xgreifen=Xerste

Luego el Punto se desplaza en el eje negativo z:

Xgreifen.z=Xerste.z-100

El Garfio del Robot se desplazara a ese Punto:

LIN greifen Vel= 2 m/s CPDAT10 Tool[13]:Robot Garfio Base[15]:BASE Tray

Cuando el Garfio se encuentra en el cuello de la primera botella, sera cerrado

por el Robot:

SET GRP 1 State= schliessen CONT at START Delay= 0 ms

Luego de haber tomado la botella el Robot desplaza el Garfio en el eje positivo

z:

Xgreifen.z=Xerste.z+100

LIN greifen Vel= 2 m/s CPDAT10 Tool[13]:Robot Garfio Base[15]:BASE Tray


Cada vez que se llama un Programa, el Robot desplazara su Garfio desde el

Punto, donde se encuentra la botella, en el eje negativo z, cerrara su Garfio y des-

plazara este de regreso en el eje positivo z, para tomar la botella.

Posicionar seis botellas sobre la base de la Estaci on

El siguiente Programa sera utilizado tanto en el posicionamiento de las botellas

sobre la Estacion de Reciclaje, como en la Separacion de las tapas y chips. Se

requiere solo de un Punto, donde se encuentra la altura del cuello de la primera

botella sobre la base de la estacion. Este Punto sera copiado y con el Programa

Ayuda sera desplazado (vease Figura 3.18). Este Punto sera el Punto inicial para el

posicionamiento de las botellas sobre la Estacion, y para el programa de separacion

de tapas. Desde este Punto tambien tomara el Robot la botella vacıa ya reciclada,

de regreso a la Planta Discreta. Un Ejemplo para el Posicionamiento de las botellas:

El Punto inicial se llama F1.

Figura 3.22: Programacion posicionamiento de botellas sobre estacion

PTP F1 Vel= 100 % PDAT2 Tool[13]:Robot Garfio Base[15]:BASE Tray

Desde este Punto F1 se generaran los siguientes cinco puntos, para cinco bote-

llas. Cada vez que se llama al Programa, este Punto sera desplazado en una dis-

tancia. Esta distancia es la que se presenta entre las botellas posicionadas sobre la

Base de la Estacion de Reciclaje.


Xandere=XF1

Xandere.x=XF1.x-62*Flaschen

Cada vez se desplazara el Punto en 62mm en el eje negativo x. El valor de las

botellas es al comienzo igual a cero (Flaschen=0 ) y sera cada vez aumentado en

uno (Flaschen=Flaschen+1 ).

PTP andere Vel= 100 % PDAT3 Tool[13]: Robot Garfio Base[15]: BASE Tray

Programaci on de la separaci on de chips

Para separar un chip de una tapa se programo un movimiento que sera de igual

manera copiado seis veces para el resto de los chips. Para ello se requiere de un

punto grabado, que indica donde se encuentra la punta de la Herramienta, perpen-

dicular al primer chip, y en el centro de este. Desde este punto se desplaza la herra-

mienta en el eje positivo z, para hacerla entrar por el orificio del chip, una distancia

adecuada para su separacion.

Figura 3.23: Programacion separacion de chips

La Figura 3.23 muestra la realizacion de este movimiento para la separacion


de un chip. El Punto en el interior del Chip, donde se encuentra la punta de la

Herramienta (Pchip ) esta fijo. Fija a ese punto el Robot movera sus eslabones de

manera de desplazar la herramienta en el angulo requerido para la separacion del

primer chip. La herramienta realiza primero un movimiento de giro con respecto al

punto fijo y luego, cuando el chip ya se encuentra suelto de la tapa, ella realiza un

movimiento de traslacion en el eje negativo z, de manera de separar definitivamente

el chip de la tapa. Aquı se presenta un fragmento el Programa Separacion de chips.

El sistema de coordenadas TOOL sigue siendo Robot Garfio y el sistema de coor-

denadas BASE es ahora Station Recycling, que esta seteado sobre la Estacion de

Reciclaje:

PTP Spitze Vel= 100 % PDAT7 Tool[13]: Robot Garfio

Base[18]: Station Recycling

Este Punto Spitze se encuentra sobre el extremo o Punta de la herramienta de

chips, donde se encuentra el sistema de coordenadas TOOL. Se debe fijar el Punto

chip para la tarea de separacion. Este Punto es igual al Punto chiploch menos una

distancia de 8mm en el eje z. Por eso se desplazara el punto Spitze en el espacio

del eje negativo z en 8 mm:

XPchip=XSpitze

Xchip.z=XSpitze.z-8

Esto quiere decir que el Punto chip es igual al Punto Spitze menos 8mm. El

Punto chip es ahora de interes y se encuentra exactamente en el punto centra del

orificio del chip. Desde ese Punto se desplaza la Herramienta, de modo de girarla

sin mover la posicion de su punto fija en las coordenadas del Punto chip .

Xchip.x=XSpitze.x

Xchip.y=XSpitze.y

Xchip.a=XSpitze.a


Xchip.b=XSpitze.b+26

Xchip.c=XSpitze.c

Las coordenadas x, y, a, c permanecen fijas en el espacio, porque solo se desea

desplazar la Herramienta de chips en el angulo B, para su separacion. Luego de la

generacion de este Punto, se puede Punto, se puede desplazar la Herramienta de

chips con un para alcanzar el punto generado:

LIN chip Vel= 2 m/s CPDAT16 Tool[13]:Robot Garfio Base[18]:Station Reciclaje

Luego del alcance del Punto la Herramienta sera desplazada en un movimien-

to de Translacion en el eje negativo z, de manera que el chip sea separado, ase-

gurandose su separacion.

Los movimientos para los siguientes cinco chips seran generados desde la repeti-

cion de este programa cinco veces. Tambien la separacion de las Tapas y la toma

de las botellas sera programado solo una vez y repetido cinco veces para las partes

restantes.

Capıtulo 4

Conclusiones

El Trabajo realizado tenia como Meta la Automatizacion de un Proceso de Re-

ciclaje. Tanto el Producto final de la fabrica modelo del Instituto IRT debıa ser reci-

clado, como sus partes llevadas de regreso a la Planta discreta para el desarrollo

del proceso de embotellamiento. La meta fue lograda gracias a un Robot Industrial

KUKA y a la Planta de Reciclaje construida. En este trabajo se integro al Robot co-

mo principal Actuador del Proceso de Reciclaje. La ampliacion del Garfio del Robot

permitio a este ser aplicado practicamente en el Reciclaje, ya que ademas, el no

requiere cambiar el Garfio dentro del Proceso y recoge solo una vez la Herramienta

disenada para la separacion de chips.

Para el Reciclaje se desarrollo una nueva Instalacion dentro de la fabrica modelo,

la cual permitio la realizacion del proceso visto como meta de esta Tesis. La Estacion

de Reciclaje construida presenta varias ventajas. Ella forma una compacta estacion

para las seis botellas, en donde todas las tareas del Reciclaje, realizadas por el

Robot, pueden ser llevadas a cabo con exito. Mediante la utilizacion del Garfio de

Reciclaje del Robot (construido a partir del Garfio ya presente en la fabrica) y la

Instalacion de Reciclaje, se minimizo el requerimiento de instrumentos FESTO a

adquirir. Solo un Actuador fue imprescindible para la sujecion de las seis botellas

67

CAPITULO 4. CONCLUSIONES 68

paralelamente y el giro de la estacion. La Instalacion fue desarrollada y construida

en el IRT, ella es robusta y permite la segura sujecion de las botellas durante todo

el desarrollo del Proceso.

Para la Programacion del Robot, se setearon los sistemas de coordenadas nece-

sarios y se programaron los movimientos a realizar por el Robot. La comunicacion

entre el Robot y la Estacion de Reciclaje fue lograda a traves de PROFIBUS. En

este trabajo se lograron las metas del Proceso de Reciclaje planteadas al comienzo

y la automatizacion del abastecimiento de las botellas vacıas, de regreso a la Plan-

ta discreta. Para automatizar el completo funcionamiento del Proceso, es decir, el

abastecimiento de las tapas y chips, se deja como propuesta, la realizacion a futuro

de lo siguiente:

Para el abastecimiento de las botellas hacia la Planta discreta se requiere, por

seguridad, de la instalacion un sensor sobre la cinta transportadora, el cual informe

si es que la posicion de entrega se encuentra libre para que el Robot pueda dejar

la botella sobre ella. Para el vaciado de las botellas se requiere de un deposito de

lıquido a instalar por debajo de la mesa, donde se encuentra instalada la Estacion

de Reciclaje. Luego del vaciado de las botellas, estas se deberan secar. Para ello se

puede precisar de aire a presion, de manera que el Robot mismo realize la accion

de secado. La Lista de instrumentos de FESTO para esta accion ya fue enviada,

pero aun no se han recibido, y la programacion del secado de las botellas se debe

realizar. Aparte de esto, se puede automatizar el regreso de las tapas y chips a la

planta discreta, para lo cual se requerirıa de cintas transportadoras de acercamiento

a cada lugar de abastecimiento.

La fabrica modelo puede ser comunicada con el Proceso de Reciclaje, para

obtener dos procesos marchando en paralelo y automatizados. Luego de la im-

plementacion de este Trabajo y la realizacion de las propuestas, la fabrica modelo

funcionara continuamente.

automatizacion de un proceso de reciclaje, mediante robot kuka y elementos festo

Education