Tel: +55.5824.3788 Fax: +55.5824.3744INSTITUTO TECNOLOGICOde Tapachula

Av. Lzaro Crdenas No. 5, Col. Profesor Cristbal Higuera, Munic. De Atizapan de Zaragoza, Edo. De Mxico, C.P. 5294www.durman.com

Proyecto:BRAZO ROBOTICO AUTOMATIZADO CON AURDINO.Catedrtico:ING. Materia:PROYECTO DE AUTOMATIZACION.Carrera:ING. ELECTROMECNICA Semestre: OCTABO.Alumnos: MELQUI NAUN HERRERA REYES FELIPE DE JESUS COUTIO AGUILAR JORGE BERNARDO FIGUEROA CALDERON RUBIEL GARCIA OCHOA JULIO CARDENAS LARA

Fecha de entrega:14 /ENERO/2015

TAPACHULA DE CORDOVA Y ORDOEZ, CHIAPAS, A 12 DE ENERO DEL 2015

Indice

INTRODUCCION. 3OBJETIVOS 4PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 5JUSTIFICACION DEL DISEO 5ROBOTICA . 6CLASIFICACION DE LOS ROBOTS. 7-9ELEMENTOS EMPLEADOS PARA EL DISEO.. 10 COMUNICACIN DEMATLB ARDUIN0. 11CONTROL DE SERVOMOTOR ARDUINO.. 11-14COMPONENTES, SENSORES, MANIPULADOR 15-19GRADOS DE LIBERTAD DE UN ROBOT 20CONTROLADORES....21PRECISIN DE LOS MOVIMIENTOS 22LISTA DE MATERIALES .. 23 CONCLUSION-.. 24BIBLIOGRAFA.. 25

INTRODUCCION

El campo de la robtica industrial puede definirse como el estudio, diseo y uso de robots para la ejecucin de procesos industriales. Los Robots industriales manipuladores Vocabulario, definen a un robot industrial como un manipulador programable en tres o ms ejes multipropsito, controlado automticamente y programable. El presente trabajo tiene como objetivo principal el diseo y creacin de un brazo robot de seis grados de libertad. Con este sistema se lograr dotar a los alumnos con una herramienta que puede ser empleada en los sistemas de modelado de los sistemas industriales. En conjunto con el diseo se har una aplicacin basada en un sistema de instrumentacin que se crear la la programacion con arduino para controlar el brazo robot.

Este proyecto surge en la actualidad y de los conceptos que a de iniciar la construccin de un brazo mecnico controlado o programado por arduino. El proyecto requirie de tres motores de corriente directa para la manipulacin de sus grados de libertad. Teniendo un costo considerable. Disear y construir un prototipo de un brazo robot que explore las posibilidades, Se podrn utilizar materiales fciles de mecanizar, aunque no sean los ms idneos para su produccin definitiva sin embargo nos darn una idea para su futura modificacin o diseo.El movimiento incluir entre dos y tres grados de libertad.

El movimiento lo aportarn motores de corriente continua,la alimentacin ser de 5v para el microcontrolador y de 12v para la alimentacin de los puentes H de mosfets mediante fuentes de alimentacin. El movimiento se transformar con los mecanismos y reductoras vistos en clase. El brazo del robot tendr una finalidad libre.

OBJETIVOSGenerales:Construccin de un brazo robtico poliarticulado que pueda realizar trabajos en un rea especifica.Especficos:La utilizacin de un brazo robtico para realizar tareas en los laboratorios de qumica para con este manipular materiales o sustancias corrosivas, calientes o acidas, que pongan en peligro la integridad fsica de los alumnos o los profesores, los cuales deben manipular este de forma remota o bien a distancia.La manipulacin del brazo debe ser sencilla de utilizar para que cualquier persona sin conocimientos previos de su manejo pueda hacer uso de este.Debe ser construido de manera sencilla, utilizando materiales de fcil acceso y econmicos, para que cualquier persona con pocos conocimientos en la materia pueda construirlo siguiendo esquemas o diagramas de fcil interpretacin.

Objetivos del diseo y construccin del sistema Disear y construir un brazo robot de seis grados de libertad Objetivos particulares

Disear y construir el prototipo del robot empleando herramientas y programado con arduino Realizar el anlisis de requerimientos del proyecto Realizar el anlisis de pesos y dimensiones de las articulaciones Emplear un lenguaje de alto nivel para programar la interfaz de usuario del prototipo Realizar un anlisis comparativo del desempeo del brazo robot con respecto a uno comercial Elaborar el manual de usuario y de mantenimiento del sistema.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El diseo y construccin de un brazo robot de seis grados de libertad contempla un proyecto de donde se habr de disear un robot prototipo que cuente con las dimensiones que permiten realizar movimientos precisos y fluidos. El robot se basa en la utilizacin de motores de transmisin directa, sensores y actuadores conectados a un panel de control (interfaz de usuario) donde se controlar y programar la tarea a desarrollar. Estos a su vez realizarn los movimientos vertical y horizontal con el fin de cumplir la tarea establecida por el usuario.

JUSTIFICACIN DEL DISEO

Actualmente el uso de sistemas automatizados y programados resulta atractivo e indispensable dentro de los procesos de manufactura. Los alumnos a travs de prototipos construidos con fines didcticos pueden aprender a desempear tareas relacionadas con las cadenas de produccin y la logstica empleada en dicho proceso. Adems siendo conocedores de la realidad actual de la carrera de Ing. electromecanica del Instituto, y al no poder contar con las mquinas y herramientas necesarias para modelar una lnea de produccin, se ha optado por construir un elemento de dicho alumnos de la carrera lograr fortalecer la formacin de nuestros alumnos. Cabe mencionar que mediante la participacin activa de docentes y alumnos se fortalecern los conocimientos.

LA ROBTICA

La robtica es la ciencia y la tecnologa de los robots. Se ocupa del diseo, manufactura y aplicaciones de los robots.La robtica combina diversas disciplinas como son: la mecnica, la electrnica, la informtica, la inteligencia artificial y la ingeniera de control.Otras reas importantes en robtica son el lgebra, los autmatas programables y las mquinas de estados. El trmino robot se populariz con el xito de la obra RUR (Robots Universales Rossum), escrita por Karel Capek en 1920. En la traduccin al ingls de dicha obra, la palabra checa robota, que significa trabajos forzados, fue traducida al ingls como robot.

CLASIFICACIN DE LOS ROBOTS

Segn su cronologa La que a continuacin se presenta es la clasificacin ms comn:

1 Generacin. Manipuladores. Son sistemas mecnicos multifuncionales con un sencillo sistema de control, bien manual, de secuencia fija o de secuencia variable.

2 Generacin. Robots de aprendizaje. Repiten una secuencia de movimientos que ha sido ejecutada previamente por un operador humano. El modo de hacerlo es a travs de un dispositivo mecnico. El operador realiza los movimientos requeridos mientras el robot le sigue y los memoriza.

3 Generacin. Robots con control sensorizado. El controlador es una computadora que ejecuta las rdenes de un programa y las enva al manipulador para que realice los movimientos necesarios.

4 Generacin. Robots inteligentes. Son similares a los anteriores, pero adems poseen sensores que envan informacin a la computadora de control sobre el estado del proceso. Esto permite una toma inteligente de decisiones y el control del proceso en tiempo real.

Robots Industriales. El campo de la robtica industrial puede definirse como el estudio, diseo y uso de robots para la ejecucin de procesos industriales. Ms formalmente, el estndar ISO (ISO 8373:1994, Robots industriales manipuladores Vocabulario) define un robot industrial como un manipulador programable en tres o ms ejes multipropsito, controlado automticamente y reprogramable.

Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definicin formal de lo que es un robot industrial. La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japons y el euro-americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador. As, mientras que para los japoneses un robot industrial es cualquier dispositivo mecnico dotado de articulaciones mviles destinado a la manipulacin, el mercado occidental es ms restrictivo, exigiendo una mayor complejidad, sobre todo en lo relativo al control. En segundo lugar, y centrndose ya en el concepto occidental, aunque existe una idea comn acerca de lo que es un robot industrial, no es fcil ponerse de acuerdo a la hora de establecer una definicin formal. Adems, la evolucin de la robtica ha ido obligando a diferentes actualizaciones de su definicin. La definicin ms comnmente aceptada posiblemente sea la de la Asociacin de Industrias Robticas (RIA), segn la cual: Un robot industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, segn trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas. Esta definicin, ligeramente modificada, ha sido adoptada por la Organizacin Internacional de Estndares (ISO) que define al robot industrial como:

Manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales segn trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas. Se incluye en esta definicin la necesidad de que el robot tenga varios grados de libertad. Una definicin ms completa es la establecida por la Asociacin Francesa de Normalizacin (AFNOR), que define primero el manipulador y, basndose en dicha definicin, el robot:

Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre s, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lgico.

Robot: manipulador automtico servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una mueca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepcin del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cclica, pudindose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material. Por ltimo, la Federacin Internacional de Robtica (IFR) distingue entre robot industrial de manipulacin y otros robots: Por robot industrial de manipulacin se entiende una mquina de manipulacin automtica, reprogramable y multifuncional con tres o ms ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecucin de trabajos diversos en las diferentes etapas de la produccin industrial, ya sea en una posicin fija o en movimiento.

En esta definicin se debe entender que la reprogramabilidad y la multifuncin se consiguen sin modificaciones fsicas del robot. Comn en todas las definiciones anteriores es la aceptacin del robot industrial como un brazo mecnico con capacidad de manipulacin y que incorpora un control ms o menos complejo.

ELEMENTOS EMPLEADOS PARA EL DISEO

Servomotor

Un servomotor es un motor elctrico que consta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posicin. Un servomecanismo es un actuador mecnico generalmente un motor, aunque no exclusivamente, que posee los suficientes elementos de control como para que se puedan monitorizar los parmetros de su actuacin mecnica, como su posicin, velocidad, torque, etc.

En realidad se utilizan muchos otros tipos de servos (o servomotores, mejor) en equipos industriales y comerciales, desde una diskettera en nuestra computadora o en la videocassettera hogarea, a las unidades de almacenaje y entrada y salida de datos de grandes sistemas de computacin (hoy, ms que nada, discos magnticos), y hasta en los ascensores en edificios. El motor de un ascensor, junto con su equipo de control y detectores de posicionamiento, no es ni ms ni menos que un servomotor. El mecanismo que saca para afuera el porta-CD de la lectora de CD de su computadora es un servomotor. Un servomotor tiene integrado o adosado al menos un detector que permita conocer su posicionamiento y/o velocidad. A los detectores de posicin se les llama "encoders".

COMUNICACIN DEMATLAB TO ARDUINOARDUINO UNO

Uno de los principales inconvenientes era lograr comunicar estos dos programas, dado que el Matlab no cuenta con los archivos DLL necesarias para manejar puerto USB, para este caso se trabajara con puerto serial que el Matlab los reconoce como puertos 'COM#' siendo # el numero del puerto que se desea utilizar.Elarduino uno se programa porconexin USB, en realidad el reconoce es puertos seriales, pero tiene un plus si se puede decir, que tiene unconversorde serial a USB dentro de si mismo facilitando asi lacomunicacin.

Funcionamiento.El programa tiene como fin controlar un servomotor conectado al ARDUINO haciendo mando desde Matlab utilizando eltecladodel PC, usando el numero 1 para girar a la Izquierda y el numero 2 para girar a la Derecha,despusde haber digitado cualquiera de los dosnmerosse debepresionarENTER para enviar el dato por el puerto serial. El movimientodespusde enviar el dato sera de 5 cada vez.

Nota: el servo empieza en laposicinde 90 osea en la mitad,

Ejemplo: si se desea mover el el servo 20 a la derecha se debedigital1 presionar ENTER y repetir este paso otras tres veces paraassumar 20.

Conexinpara el servomotor.

Cdigopara Matlab.%Limpia todo registroclear allclcdato=1; % Donde se almacena la respuesta%Se crea la comunicacion serial en COM3arduino=serial('COM3','BaudRate',9600); %Se abre el puerto poder enviar los datosfopen(arduino); while dato fprintf(arduino,'%s',char(dato)); %Se envia el DATO dato=input('IZQ=1 DER=2 : '); %Se pregunta el sentidoendfclose(arduino); %Se cierra el puerto

Cdigo para Arduino.Data hosted with #include //Cabecera para el servo#include //Cabecera lcdServo servo;int matlabDato; //Se le asigna el valor leido en el puerto serialint pos = 90; //Posicion inicial del servoiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); void setup(){ lcd.begin(16, 2); servo.attach(9); //Servo en puerto 9 Serial.begin(9600); //Se inicializa el puerto serial configurado a 9600void loop(){ if(Serial.available()>0) matlabDato=Serial.read(); //Asignando valor leido en el puerto if(matlabDato==1) // Si el valor digitado es 1 gira a la derecha+= 5; //Se incrementa servo.write(pos); //la posicion del servo lcd.clear(); lcd.print("Angulo: "); lcd.setCursor(8, 0); lcd.print(pos); delay(15); //Se espera por otra orden else if(matlabDato==2) // Si el valor digitado es 2 gira a la izquierda

CONTROL DE SERVOMOTORARDUINO UNO

En esta practica se va a controlar un servomotor de la manera en la que indica la pagina oficial deARDUINO, que es utilizando un potenciometro para regular y modificar el angulo del servomotor.

Acontinuacinse indica la manera de conectar el potenciometro y el servomotor en sus respectivos pines:

Acontinuacinelcdigocorrespondiente para el montaje://Libreras del servo #include Servo servo; // se crea el objeto servo int potpin = 0; // pin analogo para conectar el potenciometroint val; // pin analogo para leer la entrada del potenciometrovoid setup() servo.attach(3); // servo en el pin 3val = map(val, 0, 1000, 1, 180); // escala del servo de 0 a 180

Servo analgico para modelismo Estos servomotores se componen, en esencia, de un motor de corriente continua, un juego de engranajes para la reduccin de velocidad, un potencimetro ubicado sobre el eje de salida (que se usa para conocer la posicin) y una plaqueta de circuito para el control.

El servomotor se ubicar en la posicin central de su recorrido. Si el ancho de pulso disminuye, el servo se mueve de manera proporcional hacia un lado. Si el ancho de pulso aumenta, el servo gira hacia el otro lado. Generalmente el rango de giro de un servo de stos cubre entre 90 y 180 de la circunferencia total, o un poco ms, segn la marca y modelo.

Aunque los elementos empleados en los robots no son exclusivos de estos (mquinas herramientas y otras muchas mquinas emplean tecnologas semejantes), las altas prestaciones que se exigen a los robots han motivado que en ellos se empleen elementos con caractersticas especficas.

La constitucin fsica de la mayor parte de los robots industriales guarda cierta similitud con la anatoma de las extremidades superiores del cuerpo humano, por lo que, en ocasiones, para hacer referencia a los distintos elementos que componen el robot, se usan trminos como cintura, hombro, brazo, codo, mueca, etc.

Sensores

Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, en magnitudes elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, inclinacin, desplazamiento, presin, fuerza, torsin, humedad, pH, etc. Una magnitud elctrica puede ser una resistencia elctrica (como en una RTD), una capacidad elctrica (como en un sensor de humedad), una Tensin elctrica (como en un termopar), una corriente elctrica (como en un fototransistor), etc [3]. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est siempre en contacto con la variable de instrumentacin con lo que Puede decirse tambin que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la seal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termmetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la accin de la temperatura. Un sensor tambin puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energa en otra. reas de aplicacin de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robtica, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc

Entre las caractersticas tcnicas de un sensor destacan las siguientes:

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisin: es el error de medida mximo esperado. Offset o desviacin de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlacin lineal. Sensibilidad de un sensor: relacin entre la variacin de la magnitud de salida y la variacin de la magnitud de entrada. Resolucin: mnima variacin de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cunto vare la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidacin, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicacin directa (e.g. un termmetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a travs de un convertidor analgico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser ledos por un humano.Los elementos que forman parte de la totalidad del robot son:

manipulador controlador dispositivos de entrada y salida de datos dispositivos especiales

Manipulador

Mecnicamente, es el componente principal. Est formado por una serie de elementos estructurales slidos o eslabones unidos mediante articulaciones que permiten un movimiento relativo entre cada dos eslabones consecutivos. Las partes que conforman el manipulador reciben, entre otros, los nombres de: cuerpo, brazo, mueca y actuador final (o elemento terminal).Principales caractersticas de los Robots A continuacin se describen las caractersticas ms relevantes: Grados de libertad Espacio de trabajo Precisin de los movimientos Capacidad de carga Velocidad Tipo de actuadores Programabilidad Grados de libertad (GDL)

En los sistemas automticos de manipulacin de piezas u objetos podemos distinguir tres partes estructurales muy bien definidas. La primera es la mquina propiamente dicha, o sea todo el sistema mecnico y los motores o actuadores y el sistema de agarre o sujecin de los objetos. Los sensores de fuerza, visin y sonido son detectores necesarios para que la mquina sepa exactamente el estado de todas las variables que precisa para una correcta actuacin.El sistema de control y el lenguaje de programacin forman el sistema de toma automtica de decisiones, que incluye la planificacin, el control de los movimientos.

GRADOS DE LIBERTAD DE UN ROBOT

Cuando hablamos de grados de libertad se refiere al movimiento de un espacio tridimensional, es decir, la capacidad de moverse hacia delante/atrs, arriba/abajo, izquierda/derecha (traslacin en tres ejes perpendiculares), combinados con la rotacin sobre tres ejes perpendiculares (Guiada, Cabeceo, Alabeo). El movimiento a lo largo de cada uno de los ejes es independiente de los otros, y cada uno es independiente de la rotacin sobre cualquiera de los ejes, el movimiento de hecho tiene seis grados de libertad.

Los brazos de un Robot, a menudo son categorizados por sus grados de libertad (por lo general ms de seis grados de libertad). Este nmero generalmente se refiere al nmero de un solo eje de rotacin de las articulaciones en el brazo, donde un mayor nmero indica una mayor flexibilidad en posicionar una herramienta. Esta es una mtrica muy prctica, en contraste a la definicin abstracta de los grados de libertad, que mide la capacidad global de posicionamiento de un sistema. TIPOS DE ARTICULACIONESUn robot convencional es una secuencia de articulaciones ,Se conoce cinco tipos de articulaciones bsicas:1.Rotacional 1 GL2.Prismtica 1 GL3.Cilndrica 2 GL4.Planar 2 GL5.Esfrica (rtula) 3 GL6.Tornillo 1 GL

Esta secuencia da origen un conjunto de parmetros que hay que conocer para definir la posicin y orientacin del efector final.

ESTRUCTURAS BASICAS DE UN BRAZO ROBOTICO

En nuestro brazo robtico utilizamos el tipo angular.

LISTA DE MATERIALES Brazo Madera Tornillos Tuercas Arandelas Correas Piones

PARTE ELECTRNICA

Pic 16F877A 9 Microswish 8 TIP 122 Motores Conectores Baquelas 1 LCD 2x16 arduino

PROCEDIMIENTO

Hacer el diseo programacin (micro code) y simulacin (proteus ISIS) del brazo robtico. Realizar los cortes de la madera para ensamblar el brazo robtico. Instalar los piones ,correas y motores (parte mecnica) Montar los componentes electrnicos en las baquelas. Probar el brazo robtico que est funcionando correctamente

CONCLUCION

Los robots desde su creacin han ayudado al hombre a realizar sus tareas diarias en este caso nuestro robot ayudara en las industrias a transportar objetos deun lugar a otro. Los grados de libertad hacen que le robot se mueva de diferentes maneras Entre ms grados de libertad tenga un robot ms efectivo es. Para modificar los movimientos del robot solo hay que hacer otro programa.segun como se desea para lo que uno desea utilizarlo.

BIBLIOGRAFIA

ROBOTICA control, visin e inteligencia K.S.Fu, R.C Gonzalez, C.S.G. Lee Edito Mc Grawhill. Microcontrolador Pic 16f84 Desarrollo de Proyectos Edit RA-MA Diseo de Maquinaria Norton Edit Mc Graw Hill

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