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BRAZO BRAZO MECATRÓNICO MECATRÓNICO Expositor Expositor Univ. Williams Cruz Basilio Univ. Williams Cruz Basilio 08 de Octubre del 2007 08 de Octubre del 2007 Sucre – Bolivia Sucre – Bolivia

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Presentaciones Power Point de las conferencias realizadas en el IV CBIME

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BRAZO BRAZO MECATRÓNICOMECATRÓNICO

ExpositorExpositor

Univ. Williams Cruz BasilioUniv. Williams Cruz Basilio

08 de Octubre del 200708 de Octubre del 2007

Sucre – BoliviaSucre – Bolivia

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IntroducciónIntroducciónHoy en día, los países evolucionados tecnológicamente, cuentan con plantas robotizadas en casi todos los procesos que involucran riesgo o contaminación, ya sea por: radiación o intoxicación.

Los robots son máquinas construidas con el objeto de efectuar tareas que podrían poner en riesgo la salud o la vida. Desde el punto de vista comercial, no obstante, se los utiliza para reemplazar al hombre cuando se trata de bajar la razón de costo a productividad.

Un Robot generalmente es una estructura electromecánica que en general cuenta con un brazo que puede, entre otros componentes, incluir: sensores para variables múltiples, cámaras electrónicas de observación, radio enlaces para control inalámbrico, motores para transporte etc.

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Cont..Cont..

Estos aparatos pueden operar en reacción a estímulos o información ofrecida por sensores o pueden realizar tareas fijas con rutinas establecidas por programas almacenados.

Este trabajo consiste en un prototipo que deja ver que estos sistemas, pueden diseñarse, calcularse y montarse en nuestro medio, apropiando tecnologías y satisfaciendo exigencias de funcionalidad operativa, recurriendo al trabajo multidisciplinario, adecuadamente dirigido y coordinado.

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Cont..Cont..La “La “Asociación de Industrias Robots (RIA)”Asociación de Industrias Robots (RIA)”,,

define a un Robotdefine a un Robot Industrial, como un Industrial, como un manipulador multifuncional reprogramable manipulador multifuncional reprogramable capaz de mover materia, piezas, capaz de mover materia, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según herramientas, o dispositivos especiales, según las rutinas o trayectorias variables las rutinas o trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.programadas para realizar tareas diversas.

La La ““Organización Internacional de Organización Internacional de Estándares (ISO)”Estándares (ISO)” coincide con esta coincide con esta definición del Robot Industrial al cual lo define definición del Robot Industrial al cual lo define como: manipulador multifuncional como: manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según herramientas o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.realizar tareas diversas.

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Cont..Cont..Es interesante revisar la definición establecida por la Es interesante revisar la definición establecida por la ““Asociación Asociación

Francesa de NormalizaciónFrancesa de Normalización (AFNOR)”(AFNOR)”, , que define primero el que define primero el manipulador y, basándose en dicha definición, el robot:manipulador y, basándose en dicha definición, el robot:

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

RobotRobot: manipulador automático servo-controlado, : manipulador automático servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material. su material.

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LocalizaciónLocalización

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TamañoTamaño

““SIMULADOR ROBOTIZADO DE MOVIMIENTO SIMULADOR ROBOTIZADO DE MOVIMIENTO CONTROLADO POR MICROCOMPUTADOR DE A CONTROLADO POR MICROCOMPUTADOR DE A BORDO “BRAZO MECATRÓNICO” su estructura se BORDO “BRAZO MECATRÓNICO” su estructura se extiende a las siguientes partes:extiende a las siguientes partes:

Estructura mecánicaEstructura mecánica Conjunto de 4 motores paso a paso unipolares – Conjunto de 4 motores paso a paso unipolares –

bipolares de acción.bipolares de acción. Banco de Diodos de protecciónBanco de Diodos de protección Interface de potenciaInterface de potencia Interface de controlInterface de control Microcontrolador BS2X y PC.Microcontrolador BS2X y PC.

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Factibilidad técnica económicaFactibilidad técnica económica

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Diagrama en bloquesDiagrama en bloques

ETAPA DE POTENCIA

ESTRUCTURA MECÁNICA

ORDENADOR

MICROCONTROLADORETAPA DE COTROL

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Etapas de construcciónEtapas de construcción

ΩObjetivoΩPotencia de los Motores (Paso a paso, Servomotores, Continua)ΩEstructura MecánicaΩCircuito de PotenciaΩBanco de diodos de protecciónΩCircuito de ControlΩMicrocontrolador (CPU)ΩProgramación

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Objetivo GeneralObjetivo General

El sistema mecatrónico, debe realizar actividades El sistema mecatrónico, debe realizar actividades controladas por un computador auto contenido y controladas por un computador auto contenido y preprogramado que controla una rutina o preprogramado que controla una rutina o trayectorias variables para un sistema trayectorias variables para un sistema electromecánico en respuesta al software electromecánico en respuesta al software almacenado en una memoria y a estímulos almacenado en una memoria y a estímulos externos ofrecidos por sensores de diferente externos ofrecidos por sensores de diferente índole.índole.

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Motores paso a pasoMotores paso a paso Ideales para automatismos donde se Ideales para automatismos donde se

requieren mecanismos muy precisos.requieren mecanismos muy precisos. Característica principal: se pueden Característica principal: se pueden

mover un paso a la vez por cada pulso mover un paso a la vez por cada pulso que se les aplica. Este paso puede que se les aplica. Este paso puede variar desde 90º (4 pasos) hasta 1.8º variar desde 90º (4 pasos) hasta 1.8º (200 pasos).(200 pasos).

Se pueden quedar enclavados en una Se pueden quedar enclavados en una posición (si hay corriente por una o mas posición (si hay corriente por una o mas de sus bobinas) o estar totalmente de sus bobinas) o estar totalmente libres (no hay corriente en ninguna libres (no hay corriente en ninguna bobina).bobina).

ROTOR: varios imanes permantentes. ROTOR: varios imanes permantentes. ESTATOR: bobinas.ESTATOR: bobinas.

La excitación de las bobinas debe ser La excitación de las bobinas debe ser exactamente manejada por un exactamente manejada por un CONTROLADOR.CONTROLADOR.

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EspecificacionesEspecificaciones TensiónTensión de operación de operación ResistenciaResistencia de los de los

arrollamientosarrollamientos nº de pasosnº de pasos por revolución (o por revolución (o

ánguloángulo de cada paso) de cada paso) TorqueTorque o cupla disponible o cupla disponible Velocidad máxima de operaciónVelocidad máxima de operación Otros: peso, cte. Otros: peso, cte.

máxima/bobina, etc.máxima/bobina, etc.

Resolución: número de pasos para completar una vuelta (mayor cantidad de pasos, mayor resolución).

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Motores Unipolares, Motores Unipolares, BipolaresBipolares

Tienen 5 o 6 Tienen 5 o 6 terminales, con una terminales, con una derivación en el derivación en el centro de cada centro de cada bobina.bobina.

Los puntos Los puntos medios(1 y 2) se medios(1 y 2) se conectan a c.c. y conectan a c.c. y los terminales (a y los terminales (a y b) a masa b) a masa alternativamente.alternativamente.

• El rotor de la figura es un magneto de 6 polos.

• Cada arrollamiento o bobina está distribuido entre 2 polos en el estator.

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FuncionamientoFuncionamiento

2 arrollamientos excitados: 2 arrollamientos excitados: posición estable, S y N, N y S posición estable, S y N, N y S enfrentados.enfrentados.

1 arrollamiento excitado: 1 arrollamiento excitado: posición estable, N y S posición estable, N y S enfrentados. El rotor giró enfrentados. El rotor giró ½ ½ pasopaso..

2 arrollamientos excitados: 2 arrollamientos excitados: posición estable (similar a la posición estable (similar a la inicial). El rotor giró inicial). El rotor giró 1 paso1 paso..

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Tipos de steppersTipos de steppers

Existen 3 tipos básicos:Existen 3 tipos básicos:

– De reluctancia variableDe reluctancia variable– De imán permanenteDe imán permanente– HíbridosHíbridos

Se diferencian por el tipo de construcción Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).rotor y estatores de acero laminado).

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EstructuraEstructura

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Circuito de potenciaCircuito de potencia

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Cont..Cont..

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Los microcontroladoresLos microcontroladores ¿Qué es un ¿Qué es un

microcontrolador?microcontrolador? Microcontrolador Microcontrolador

(µC):(µC): Dispositivo Dispositivo integrado que incluye integrado que incluye un un mmicroprocesador, icroprocesador, memoria y dispositivos memoria y dispositivos periféricos (dispositivos periféricos (dispositivos de ENTRADA/SALIDA, de ENTRADA/SALIDA, convertidores A/D, convertidores A/D, puertopuerto de de comunicación, etc.). comunicación, etc.).

Los PICS son Los PICS son microcontroladores de microcontroladores de la casa la casa MicrochipMicrochip..

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ProgramaciónProgramación

Ej.Ej. '$STAMP BS2'$STAMP BS2 'Motor B Muñeca'Motor B Muñeca

' VARRIABLES' VARRIABLES DIRB=%1111DIRB=%1111 tiempo CON 1300tiempo CON 1300 index VAR Byteindex VAR Byte

'bajar'bajar OUTB=%0001OUTB=%0001 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0011OUTB=%0011 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0010OUTB=%0010 PAUSE tiempoPAUSE tiempo

'subir'subir PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%1100OUTB=%1100 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0100OUTB=%0100 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0110OUTB=%0110 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0010OUTB=%0010 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0011OUTB=%0011 PAUSE tiempoPAUSE tiempo OUTB=%0001OUTB=%0001

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ConclusionesConclusiones

Es posible incorporar microcontroladores en las Es posible incorporar microcontroladores en las aplicaciones rutinarias de control automático.aplicaciones rutinarias de control automático.

Los resultaos emergentes del uso de motores de Los resultaos emergentes del uso de motores de paso a paso en aplicaciones de bajo torque logran paso a paso en aplicaciones de bajo torque logran movimientos de precisión aceptables para la movimientos de precisión aceptables para la mayoría de las aplicaciones practicas industriales.mayoría de las aplicaciones practicas industriales.

Existen las condiciones para programar Existen las condiciones para programar microcontroladores en cuanto a capacidad microcontroladores en cuanto a capacidad humana y tecnología de laboratorioshumana y tecnología de laboratorios

El complejo electromecánico, electrónico e El complejo electromecánico, electrónico e informático logrado, ha demostrado que es posible informático logrado, ha demostrado que es posible integrar disciplinas con buenos resultados.integrar disciplinas con buenos resultados.

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Ganador del Desafío Duracell

• Un estudiante de New Jersey, Tom Kennedy, ganó $20.000 en 1999 por la presentación de su proyecto “Dispositivo Antirobo para Computadoras Portátiles” en la competencia de Duracell.

• Los ganadores del 2nd y 3rd lugar, también usaron un módulo BASIC Stamp II.

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Dosificador de Azúcar en Letonia• La fábrica de caramelos más grande de Letonia, emplea un BASIC

Stamp II para controlar el orificio dosificador en su maquinaria de producción de caramelos.

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Programas de Ingeniería Mecánica en Universidades

• Control del robot de vuelo autónomo de la Universidad de Irvine, California

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Repetición de Disparos e Indicador LCD

• Barry Heacox usó un BASIC Stamp I para agregar la opción de repetición automática a su fusil de proyectiles de pintura

• Un LCD serial de 2x16, muestra la cantidad de munición disponible.

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Adquisición de Datos en las Cuevas Carlsbad– Nuevo México, California

• Se toman datos de humedad y temperatura con un módulo BASIC Stamp II.

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Fin de la presentaciónFin de la presentación

Gracias por su AtenciónGracias por su Atención