ROBTICA

ROBTICA299011

ACTIVIDAD 15Examen Final

PRESENTADO POR:

GUSTAVO ALONSO VALENCIAJORGE DVILA REINA

GRUPO: 299011_15

PRESENTADO A:

FREDDY VALDERRAMA

UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIAPROGRAMA INGENIERIA ELECTRONICACEAD JOSE ACEVEDO Y GOMEZBOGOTINDICE DE CONTENIDOPginaLISTADO DE TABLAS.. 3LISTADO DE GRFICOS Y FIGURAS...... 4CONTENIDO...... 52. OBJETIVOS.... 53. DESCRIPCIN DEL CASO........ 64. SOLUCIN AL CASO PLANTEADO.. 84.1 CONFIGURACION MECNICA .... 84.2 ESPECIFICACIN DE LOS ACTUADORES . 94.3 MEDIDAS DE LOS ESLABONES Y BOSQUEJO..... 104.4 ENVIO DE SEALES.... 114.5 ELEMENTOS EN EL CONTROLADOR... 124.6 COMUNICACIN ENTRE CONTROLADOR Y PC 134.7 TIPO DE PROGRAMACIN...... 144.8 VISIN ARTIFICIAL... 154.9 MODELO CINEMTICO.... 165. CONCLUSIONES. 196. REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS... 207. ANEXOS..227.1 Anexo A DATASHEET ACTUADORES22

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Especificaciones de los actuadores6Tabla 2. Parametros D-H.13

LISTADO DE GRFICOS Y FIGURASFigura 1 Piezas antes de soldar..6Figura 2 Perfil de la viga...6Figura 3 Piezas despues de soldar..6Figura 4 Ubicacin de la base del robot..7Figura 5 Configuracion RR:R..8Figura 6 Medida de los eslabones..10Figura 7 Volumen de trabajo..10Figura 8 Envio de seales a los actuadores..11Figura 9 Controlador del robot..12Figura 10 Lenguaje de programacin LABVIEW........14Figura 11 Visin artificial...15Figura 12 Modelo Cinematica del robot..16

OBJETIVOS

Disear y sustentar el diseo de un robot industrial que permita realizar el ensamble de dos piezas metlicas de medidas estndar, usando los conceptos, definiciones, y herramientas descritas en los contenidos del curso de robtica, y mediante el aprendizaje colaborativo como metodologa para realizar la labor mencionada.

DESCRIPCIN DEL CASODentro de sus procesos de fabricacin la empresa de fabricacin de carroceras IRON-CARTER involucra frecuentemente la soldadura de piezas metlicas, en general dentro de la lnea hay un paso que requiere soldar dos piezas grandes (vigas) cuyas especificaciones se muestran en el siguiente bosquejo de la figura 1:

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Solo se requiere aplicar el cordn de soldadura mostrado, pues se considera que la parte restante se aplica al girar las vigas 180 grados, y este trabajo lo realiza otra mquina. Las medidas a y c pueden variar +-10% del valor presentado en el bosquejo, las dems medidas se consideran constantes. Actualmente un operario realiza la soldadura, pero este trabajo implica varios riesgos de seguridad para l. El rea de innovacin, desarrollo e investigacin (I+D+i) de dicha empresa despus de realizar varias cotizaciones para la compra de un robot adecuado para la tarea, concluye que es ms econmico y rentable a futuro disear y construir un Robot que realice el trabajo (Nota: no se tiene planeado usar el robot en otras operaciones), todo esto con el fin de minimizar el riesgo del operario y capacitarlo posteriormente para la programacin y mantenimiento del robot a implementar. Ustedes como grupo de trabajo han sido contactados por el rea I+D+i de IRON-CARTER para ser asesores externos del proyecto descrito, por lo tanto para realizar su trabajo deben entregar las siguientes tareas.

4.14.1 Determinar y justificar la configuracin mecnica adecuada para el robot a construir, incluyendo el efector final. Nota: Se pueden guiar por la presentacin que encuentran en el enlace contiguo al de descarga de esta gua.

La necesidad puntual del robot es la realizacin de una soldadura lineal, por lo tanto no es necesario tener rotacin en la base, por lo que con una configuracin de tipo RR:R en suficiente, teniendo en cuenta que el robot tan solo se va ha utilizar en esta tarea.

Figura 5

El efector final tendr el soldador adecuado para cumplir con la soldadura tipo cordn. Con un peso que no sobrepase los 500 gramos, que es el peso de carga mximo admitido en este diseo.

4.2 Determinar y justificar las especificaciones de los actuadores requeridos para cada una de las articulaciones, adjuntar las hojas de datos de los mismos, y si es posible una cotizacin.

Se decide utilizar actuadores del tipo elctrico, ya que no requiere del manejo de cargas pesadas, presentan mayor facilidad a la hora implementar y probar estrategias de control, son de fcil instalacin, son muy precisos y no requieren de mantenimiento constante.

La seleccin de los motores se realiz con base al par necesario en cada articulacin. Por su tamao reducido y poco peso.

Los motores seleccionados cuentan con un sistema de encder ptico para conocer su posicin y velocidad.

servomotorVoltaje

Hombro3863H024CHEDM24v

Codo3863H024CHEDM24v

Mueca2642W024CRHEDM24v

Tabla 1

Ver anexo A para las hojas de datos de estos actuadores.

4.3 Determinar las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de trabajo estimado y el robot alcanzando las posiciones A,B y C del bosquejo de la figura 1 (resaltados en verde en la parte inferior).

Los eslabones del robot tienen las siguientes medidas para poder abarcar todo el cordn de soldadura.Eslabn 1= 68 cm. Eslabn 2= 68 cm. Eslabn 3= 16 cm.

Figura 6El volumen de trabajo quedara comprendida como lo describe la siguiente imagen.

Figura 7

Al tener la posibilidad de abarcar 180 grados, hemos pensado en poder tener dos mesas de trabajo con vigas en cada lado por lo tanto mientras se esta trabajando en una viga se puede ir alistando la otra viga a ser soldada en la otra mesa.4.4 A partir de los actuadores escogidos, determinar Cmo se enviarn las seales de mando a los actuadores para realizar los movimientos de las articulaciones?Que elementos son necesarios para hacer esta tarea?

Al leer las seales que enva el encoder el procesador central mediante un algoritmo de control determina la posicin y la velocidad de las articulaciones. El procesador genera las seales necesarias para manejar el sistema, manipular y posicionar las articulaciones en la posicin deseada pasando por una etapa de potencia la cual es la encargada de manejar los motores.

Figura 8

1. El encoder ptico enva la informacin de posicin de cada motor.2. La informacin pasa por la tarjeta de adquisicin de datos.3. La cpu procesa esta informacin.4. La cpu enva una seal de salida dependiendo de la seal de entrada y el algoritmo de trabajo.5. La seal se enva a los motores correspondientes pasando por la etapa de potencia, estas seales se envan por medio del protocolo RS 485 para evitar ruidos ya que la tarjeta cpu va ha estar localizada a 30 metros del robot.

4.5 Determinar los elementos que deben incluirse en el controlador del robot, esto se debe hacer a nivel general no se requieren planos electrnicos, mecnicos, neumticos o hidrulicos, basta con un listado de elementos bsico y un diagrama de bloques, lo ms importante es justificar de acuerdo a la seleccin de actuadores.

El controlador del robot consiste de los siguientes elementos:

Fuente de poder 24 vcd Fuente de poder 12 vcd Fuente de poder 5 vcd Tarjeta cpu Tarjeta de adquisicin de datos Etapa de potencia

Figura 9

4.6 Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicar con el software de control instalado en un PC (el PC estar a 30 metros del robot, considere un ambiente contaminado de ruido electromagntico debido a la presencia de motores de alta potencia en el rea de trabajo). Especificar y justificar la seleccin. Este punto requiere investigar otras fuentes bibliogrficas adems de lo presentado en este curso.

Podemos utilizar un protocolo de comunicacin como el RS 485 para comunicar las informacin de la tarjeta de adquisicin de datos con la etapa de control que va ha estar cerca del robot.

RS 485

Est definido como un sistema en bus de transmisin multipunto diferencial, es ideal para transmitir a altas velocidades sobre largas distancias (35 Mbit/s hasta 10 metros y 100 kbit/s en 1200 metros) y a travs de canales ruidosos, ya que reduce los ruidos que aparecen en los voltajes producidos en la lnea de transmisin. El medio fsico de transmisin es un par entrelazado que admite hasta 32 estaciones en 1 solo hilo, con una longitud mxima de 1200 metros operando entre 300 y 19 200 bit/s y la comunicacin half-duplex (semiduplex). Soporta 32 transmisiones y 32 receptores. La transmisin diferencial permite mltiples drivers dando la posibilidad de una configuracin multipunto. Al tratarse de un estndar bastante abierto permite muchas y muy diferentes configuraciones y utilizaciones.

Desde 2003 est siendo administrado por la Telecommunications Industry Association (TIA) y titulado como TIA-485-A.222

Especificaciones:

Interfaz diferencial Conexin multipunto Alimentacin nica de +5V Hasta 32 estaciones (ya existen interfaces que permiten conectar 256 estaciones) Velocidad mxima de 10 Mbit/s (a 12 metros) Longitud mxima de alcance de 1200 metros (a 100 kbit/s) Rango de bus de -7V a +12V

Aplicaciones:

SCSI -2 y SCSI-3 usan esta especificacin para ejecutar la capa fsica. RS-485 se usa con frecuencia en las UARTs para comunicaciones de datos de poca velocidad en las cabinas de los aviones. Por ejemplo, algunas unidades de control del pasajero lo utilizan, equipos de monitoreo de sistemas fotovoltaicos. Requiere el cableado mnimo, y puede compartir el cableado entre varios asientos. Por lo tanto reduce el peso del sistema. RS-485 se utiliza en sistemas grandes de sonido, como los conciertos de msica y las producciones de teatro, se usa software especial para controlar remotamente el equipo de sonido de una computadora, es utilizado ms generalmente para los micrfonos. RS-485 tambin se utiliza en la automatizacin de los edificios pues el cableado simple del bus y la longitud de cable es larga por lo que son ideales para ensamblar los dispositivos que se encuentran alejados. RS-485 Tiene la mayor parte de su aplicacin en las plantas de produccin automatizadas.

4.7 Determinar el tipo o tipos de programacin que se incluirn en el robot, justificando la seleccin de acuerdo a los requerimientos del problema.

El software Labview lo podemos utilizar para desarrollar cualquier tipo de control necesario bajo programacin de tipo grafico.

El diseo desarrollado es muy importante por que de el depende el buen desempeo y una respuesta adecuada, el proceso es como lo podemos ver en la siguiente grafica, la informacin se adquiere de las tarjetas de adquisicin de datos y es manipulada por el software Labview el cual nos entrega una respuesta correspondiente a la entrada dada:

Figura 10

La tarjeta de adquisicin puede ser adquirida de la misma compaa que desarrollo el lenguaje de programacin grfica Labview.

Se decidi el uso de labview ya que nos presta la facilidad de programacin ya que es de tipo grafica y nos da la opcin de dejar un monitor grafico de fcil manejo por parte del usuario final.

4.8 Determinar y justificar si es necesario incluir en el robot un sistema de visin artificial (Cmo se manejar el problema de las variaciones en las medidas del perfil de la viga?). Si se determina que el sistema de visin artificial es necesario, se deben prever a nivel general los nuevos requerimientos a nivel de software-hardware necesario en el montaje.

Si un robot y un sistema de visin artificial los dejamos bajo un mismo sistema de coordenadas, podemos mediante la visin artificial indicarle al robot las coordenadas X e y de un objeto en el espacio y axial el robot va ha ser capaz de coger el objeto.

Al guiar al robot mediante la visin artificial, se pueden realizar operaciones como las siguientes:

- Alimentacin automtica de piezas, que podrn estar en cualquier posicin, dentro del campo que ve el sistema de visin.

- Paletizado o despaletizado de piezas.

- Correccin de la posicin de un robot a un punto concreto de la pieza para realizar una operacin; taladro, soldadura, etc.

- Montaje automtico de piezas.

Por lo tanto si agregamos visin artificial al robot podemos realizar la correccin necesaria cuando las vigas tenga una diferencia en sus medidas.

Para ello debemos incluir en el proyecto:

Figura 11Una cmara de tipo ccd, una interfase al pc y procesamiento y anlisis en el lenguaje escogido.

4.9 Finalmente la empresa solicita el modelo cinemtico directo del robot diseado, con el fin de facilitar la tarea a los programadores que sern contratados.

Figura 11

Se determinan los parmetros de D-H:

ARTICULACINda

110680

220680

330160

Tabla 2

Formamos las matrices de transformacin homognea substituyendo los parmetros del eslabn en la siguiente formula:

La matriz de transformacin homognea queda dada por:

c = Coss = Sin

R11 = (c(1)*c( 2)-s( 1)*s( 2))*c( 3)+(-c( 1)*s( 2)-s( 1)*c( 2))*s( 3)

R21 = (s( 1)*c( 2)+c( 1)*s( 2))*c( 3)+(c( 1)*c( 2)-s( 1)*s( 2))*s( 3)

R31 = 0

R12 = -(c( 1)*c( 2)-s( 1)*s( 2))*s( 3)+(-c( 1)*s( 2)-s( 1)*c( 2))*c( 3)

R22 = (s( 1)*c( 2)+c( 1)*s( 2))*s( 3)+(c( 1)*c( 2)-s( 1)*s( 2))*c( 3)

R32 = 0

R13 = 0

R23 = 0

R33 = 1

PX = 16*(c( 1)*c( 2)-s( 1)*s( 2))*c( 3)+(16*(-c( 1)*s( 2)-s( 1)*c( 2)))*s( 3)+68*c( 1)*c( 2)-68*s( 1)*s( 2)+68*c( 1)

PY = 16*(s( 1)*c( 2)+c( 1)*s( 2))*c( 3)+(16*(c( 1)*c( 2)s( 1)*s( 2)))*s( 3)+68*s( 1)*c( 2)+68*c( 1)*s( 2)+68*s( 1)

PZ = 0

CONCLUSIONES

Al realizar el presente proyecto, hemos dejado en claro los conceptos matemticos necesarios para realizar un modelo cinemtico de un robot industrial de 3 grados de libertad, hemos aclarado conceptos de cmo esta constituido un sistema completo desde los actuadores hasta el lenguaje de programacin, conceptos de la visin artificial y sus aportes al mejoramiento de los robots.

La realizacin del modelo cinemtico nos requiri de bastante trabajo para poder entender y comprender la forma de poder conseguir los parmetros de D-H y la manipulacin matemtica necesaria.

Se comprendi la necesidad de poder utilizar la visin artificial en el proyecto para corregir problemas como de dimensiones en los elementos trabajar.

Se aclaro mucho respecto a los lenguajes de programacin y la infinidad de posibilidades de poder llevar a cabo esta tarea, lo importante es poder contar con una herramienta fcil de manejar y que tenga un soporte adecuado.

Se realizo un trabajo bastante completo sobre los actuadores, sus caractersticas y la forma como debemos integrarlos al sistema de control por medio de una etapa de potencia.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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ANEXO A

22