PROCESO DE FABRICACIN DE UN SEPARADOR RECTIFICADOR DE GAS DE 10
MMPCD
INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE MISANTLA
|INGENIERA ELECTROMECNICA 704B
BRAZO ROBOTICOMICROCONTROLADORES
P R E S E N T A:
OTHONIEL HERNANDEZ GARCIAOSCAR EDUARDO PEREZ HERNANDEZMARIA
ISABEL CABALLOS TINOCOKENETH ROMARIO LOBATO AYALAFRANCISCO JAVIER
AQUINO ESTEBANALEX ANTONIO MEXICANO FERNANDEZNOE ROJAS
HERNANDEZ
ASESOR: ING. MARIO PEREZ ACOSTA
MISANTLA, VERACRUZ 04 DE diciembre de 2015, 2015
1
CONTENIDOINTRODUCCIN3ANTECEDENTES4OBJETIVO5ANALISIS DEL
PROBLEMA5SERVOMOTOR6MICROCONTROLADOR9SOFTWARE10MARCO TEORICO11BRAZO
ROBOTICO12DESARROLLO14PROGRAMACIN14MODELO FINAL DEL BRAZO
ROBOTICO14BIBLIOGRAFIA15
INTRODUCCINEl proyecto realizado ha consistido en la fabricacin
de un brazo robtico que permitiera el poder coger distintos objetos
as como moverlos y cambiarlos de posicin o, reposicionarlos. Adems,
se ha intentado que el robot tuviera movilidad. Para lo cual, se ha
hecho uso de motores elctricos. A fin de conseguirlo se ha tenido
que disear una placa de extensin para que el microcontrolador que
permitiera el control simultneo de los motores y los
servomotores.
.
ANTECEDENTESUn brazo robtico est dentro de los robots y es un
sistema electromecnico que por apariencia o movimientos ofrece la
sensacin de tener un propsito propio. El matemtico griego Arquitas
en el siglo IV A.C construy un ave mecnica que funcionaba a vapor o
el ingeniero Hern de Alejandra (10-70 d. C) que creo dispositivos
automticos. O bien durante la revolucin industrial, en la cual se
intent la fabricacin de dispositivos automticos accionados por
relojera que pudiesen sustituir al hombre. La primera mquina
autnoma apareci en el siglo XX. En 1961 apareci el primer robot
programable y dirigido digitalmente. Fue instalado en una cadena de
montaje de la General Motors. La mquina realizaba el trabajo de
transportar las piezas fundidas hasta la cadena de montaje y soldar
estas partes sobre el chasis del vehculo. Una peligrosa tarea para
los trabajadores, quienes podan inhalar los gases de combustin de
las soladuras. Su creador fue George Devol, inventor americano. En
la actualidad el uso de robots se ha extendido para cosas muy
diversas, desde la realizacin de tareas peligrosas para un humano
hasta su utilizacin en labores domsticas. Los robots se clasifican
de 4 formas distintas: Androides: robots con forma humana.
Actualmente solo se emplean en experimentacin. Mviles: se desplazan
mediante ruedas. Encargados de transportar piezas. Zoomrficos: se
mueven imitando a los animales. Empleados en exploracin espacial y
volcnica. Poliarticulados: mueven sus articulaciones con pocos GDL.
Se utilizan principalmente en industria.Hoy en da el uso de brazos
robticos en el plano laboral ha causado una agilizacin de los
procesos productivos, una mejora del rendimiento y ganancias de las
empresas, as como una mejor calidad de los productos.
OBJETIVOLa finalidad de este proyecto es la construccin de un
brazo robtico con la utilizacin de un servo-motor mediante la
funcin de un arduino.
ANALISIS DEL PROBLEMAPara poder dotar de movilidad al brazo
robtico se nos plantean los siguientes problemas: 1. Realizar una
modificacin que permita al robot moverse. En el diseo original, la
base del brazo debera ser fija y carente de movilidad por lo que,
el brazo robtico nicamente dispona de una zona de trabajo que
abarcaba un rea circular de radio igual a la longitud mxima
extensible del brazo. Esta circunstancia provocaba que tan slo
pudiera coger y reposicionar los objetos que se hallaban dentro de
su zona de trabajo. 2. Realizar el control de la velocidad de los
motores. Ya que la pretensin era dotar de movilidad al brazo
robtico, resultaba necesario emplear un motor elctrico. Una vez
conseguido esto, era preciso que se pudiera controlar la velocidad
del motor empleado para, de este modo, permitir al robot ejecutar
las trayectorias dadas por el usuario en el plano Z. 3. Realizar el
control de los servos a la vez que se controla los motores. El
servomotor que se pretender utilizar es el servo mg995. Se pretende
lograr que el arduino sea capaz de controlar a la vez los servos y
los motores.4.-Realizando que dependa de los milisegundos, de la
variacin, del pulsciln, arduino y de la librera del mismo servo. Ya
que todo esto depende de la variacin de pulsos.
HIPTESISPara realizar este proyecto se ha partido de unas
hiptesis de trabajo preestablecidas. Los componentes electrnicos as
como la tornillera se compraran conforme a las necesidades de la
fabricacin del brazo robtico mvil El microcontrolador empleado ser
el Arduino ya que dado su reducido tamao como su tambin reducido
coste en comparacin a otros modelos, es el que ms se ajusta al
diseo. Tambin se utilizara el servomotor que mueven las
articulaciones de brazo robtico, librera del servo y el motor que
proporciona el movimiento al brazo.SERVOMOTORUn Servo es un
dispositivo pequeo que tiene un eje de rendimiento controlado. Este
puede ser llevado a posiciones angulares especficas al enviar una
seal codificada. Con tal de que una seal codificada exista en la
lnea de entrada, el servo mantendr la posicin angular del
engranaje. Cuando la seala codificada cambia, la posicin angular de
los piones cambia. En la prctica, se usan servos para posicionar
superficies de control como el movimiento de palancas, pequeos
ascensores y timones. Ellos tambin se usan en radio control,
tteres, y por supuesto, en brazos robticos. Como se observa en la
figura 1.El movimiento de las articulaciones del brazo robot se
realizan mediante servos. Utilizamos los servos MG995 ya poseen
mayor par y un ngulo de giro de 180. Se emplean dos servos para
poder dotar de un giro de 360 al robot.
Figura 1. Servo MG995.
CARACTERSTICAS Y FUNCIONAMIENTOEl motor del servo tiene algunos
circuitos de control y un potencimetro (una resistencia variable)
esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se
puede observar al lado derecho del circuito. Este potencimetro
permite a la circuiteria de control, supervisar el ngulo actual del
servo motor. Si el eje est en el ngulo correcto, entonces el motor
est apagado. Si el circuito chequea que el ngulo no es el correcto,
el motor girar en la direccin adecuada hasta llegar al ngulo
correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180
grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero vara
segn el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un
movimiento angular de entre 0 y 180.La cantidad de voltaje aplicado
al motor es proporcional a la distancia que ste necesita viajar.
As, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor
regresar a toda velocidad. Si este necesita regresar slo una pequea
cantidad, el motor correr a una velocidad ms lenta. A esto se le
llama control proporcional.Estos servos tienen un amplificador,
servo motor,pioneara de reduccin y un potencimetro de
realimentacin; todo incorporado en el mismo conjunto.Esto es un
servo de posicin (lo cual significa que uno le indica a qu posicin
debe ir), con un rango deaproximadamente 180 grados. Ellos tienen
tres cables de conexin elctrica; Vcc, GND, y entrada decontrol.Para
controlar un servo, se le ordena un cierto ngulo, medido desde 0
grados. El cual se le enva una seriede pulsos. En un tiempo ON de
pulso indica el ngulo al que debe posicionarse; 1ms = 0 grados,
2.0ms =mx. Grado (cerca de 120) y algn valor entre ellos da un
ngulo de salida proporcional. Generalmente seconsidera que en 1.5ms
est el "centro." Entre lmites de 1 ~ 2ms son las recomendaciones de
losfabricantes, normalmente puede usar un rango mayor de 1.5ms para
obtener un ngulo mayor eincluso de 2ms para un ngulo de rendimiento
de 180 grados o ms. El factor limitante es el tope del potencimetro
y los lmites mecnicos construidos en el servo. Un sonido de zumbido
normalmente indicaque usted est forzando por encima al servo,
entonces debe disminuir un poco la figura 2 muestra la seal que
debe tener un servo.Como se observa en la figura 3, la duracin del
pulso indica o dictamina el ngulo del eje (mostrado comoun crculo
verde con flecha).Se puede mostrar que depender del fabricador del
motor.Figura 2. Seal de un servo.
El cable de control se usa para comunicar el ngulo. El ngulo est
determinado por la duracin de unpulso que se aplica al alambre de
control. A esto se le llama PCM Modulacin codificada de Pulsos.
Elservo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02 segundos). La
longitud del pulso determinar los girosde motor. Un pulso de 1.5
ms., por ejemplo, harqueel motor se torne a la posicin de 90 grados
(llamadola posicin neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms.,
entonces el motor se acercar a los 0 grados. Si elpulso es mayor de
1.5ms, el eje se acercar a los 180 grados.
Figura 3. Duracin de pulso que indica el ngulo.
CARACTERISTICAS DEL SERVO MG995La siguiente tabla muestra las
caractersticas del servo a utilizar en el brazo robticoTorque10
Kg/cm
Speed0.2 s/60
Dimensions40.6x19.8x42.9
Rotational range180
Pulse cycle20 ms
Pulse cycle1000-2000s
Motor typeCoreless
Figura 4. Caractersticas del servomotor MG995
MICROCONTROLADORPara controlar a los servos y a los motores, se
utilizara un Arduino 16. Consiste en una pequea placa con un
microcontrolador basado en el ATmega2560. Cuenta con 54
entradas/salidas digitales (de las cuales 14 son PWM), 16 entradas
analgicas y un cristal de 16 MHZ. A continuacin se muestra una
tabla con las caractersticas principales del arduino empleado junto
con una imagen que nos muestra los pines de conexin del
arduino.
Figura 5. Arduino 16.
Mencionar que el pin de conexin de n.c de la imagen, corresponde
al botn de reset del arduino utilizado. El microcontrolador tiene
16 entradas analgicas, una conexin USB, un boton de reset y una
entrada para la alimentacin de la placa.La comunicacin entre la
computadora y arduino se produce a travs del puerto serie, sin
embargo posee un convertidor usb-serie, por lo que slo se necesita
conectar el dispositivo a la computadora utilizando un cable USB
como el que utilizan las impresoras. A continuacin se muestra en la
figura 6 una tabla con las caractersticas principales del arduino
empleado junto con una imagen que nos muestra los pines de conexin
del arduino.
MicrocontroladorATmega2560
Voltaje funcionamiento5 V
Voltaje entrada7-12V
Pines entrada analgica16
Pines E/S digital54(de los cuales 15 proveen de la salida
PWM)
DC Corriente continua por pin E/S40 mA
Memoria Flash256 KB (8KB usados por el bootloader)
SRAM8 KB
EEPROM4 KB
Velocidad del reloj16 MHz
Figura 6. Caractersticas del arduino 16.
SOFTWAREEl software empleado en este proyecto consta del
programa fue
MARCO TEORICOVa relacionado o encaminado a que en la anatoma
humana, el brazo es el segundo segmento del miembro superior, entre
la cintura escapular que lo fija al tronco y el antebrazo. El
antebrazo es una de las cuatro porciones en que se divide el
miembro superior o torcico; el antebrazo est limitado por su cara
superior con el brazo mediante el codo y por su cara inferior con
la mano mediante la articulacin de la mueca. El brazo est integrado
por varios huesos de formas y tamaos diferentes, ellos son: la
clavcula, el omplato, el hmero que es su hueso ms largo, el cbito y
el radio. En el brazo tambin hay diversos msculos cuya principal
funcin es contraerse, para as poder generar movimiento y realizar
funciones vitales. Los brazos son nuestro mejor instrumento, con
ellos podemos hacer infinidad de cosas y estn formados por: el
hombro, el brazo, el codo, el antebrazo y la mueca. Como se puede
observar en la figura 7.
Figura 7. Anatoma humana.
BRAZO ROBOTICOEs un tipo de brazo mecnico, normalmente
programable, con funciones parecidas a las de un brazo humano; este
puede ser la suma total del mecanismo o puede ser parte de un robot
ms complejo. Como se puede observar en la figura 8 se encuentran
las partes de estos manipuladores o brazos son interconectadas a
travs de articulaciones que permiten, tanto un movimiento
rotacional (tales como los de un robot articulado), como un
movimiento translacional o desplazamiento lineal.
Figura 8.Partes de un brazo robtico.
Aplicaciones del brazo robticoEl 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.
5 Aunque prcticamente todos los campos de la industria son
susceptibles de emplear robots para determinadas operaciones o
trabajos, solo vamos a describir las aplicaciones ms comunes:
Almacenamiento, carga y descarga de objetos. Cuanto mayor sea el
trabajo de almacenamiento, ms justificado est el uso de sistemas
automticos que clasifican y almacenan. Cada una de las ubicaciones
son memorizadas en un sistema informtico, que es el que ordena a
determinados robots mviles la insercin o extraccin de los objetos,
con una simple orden que contenga el cdigo de ubicacin del
material. Operaciones industriales de mecanizacin. En industrias de
automocin y fabricacin de maquinaria en serie, los robots son de
enorme utilidad en operaciones como: Ensamble y soldadura de
piezas. Recubrimientos y aplicacin de pintura. Realizacin de
taladros, remachado. Operaciones de atornillado o enroscado.
Fabricacin de piezas torneadas. Corte de piezas mediante sierra o
lser. Inspecciones en lugares inaccesibles. En ocasiones es
necesario realizar tareas de limpieza y mantenimiento en lugares
como tubos de aire acondicionado, alcantarillas, etc. Para ello se
utilizan robots dotados de un sistema de traccin adecuado a los que
se les incorpora una cmara. As se puede obtener una visin del
recorrido que sigue el robot. Manipulacin de residuos txicos o
peligrosos. Las industrias que generan residuos altamente txicos,
como las industrias qumicas o las que trabajan con material
radiactivo, requieren la utilizacin de robots para el traslado y
manipulacin de este tipo de materiales, ya que no es posible que
una persona opere en estos ambientes de trabajo. Manipuladores en
la industria alimentaria. Es cada vez mayor la utilizacin de robots
dedicados a los trabajos de poda de arbustos y rboles, recolectores
de fruta, preparadores y cortadores de animales en piezas en la
industria crnica, etc.Figura 8. Aplicacin de un brazo robtico
DESARROLLOExisten un gran nmero de ejemplos de brazos robticos
tanto industriales como didcticos, decidimos construir uno
basndonos en un diseo propio, como resultado de la investigacin
realizada en el marco terico presentado en el presente
trabajo.PROGRAMACINLa programacin del control del brazo robtico est
elaborada en el lenguaje nativo ARDUINO, es un desarrollo
open-source es decir, de cdigo abierto, bajo licencia GNU, es decir
de licencia de libre uso. Es de nivel medio, es decir, tiene
instrucciones que contienen sentencias a las que se le agregan
parmetros para llevar a cabo acciones particulares en la tarjeta de
entrada-salida. Al compilar los programas estos son traducidos a
lenguaje-mquina que la tarjeta interpreta como acciones de control
digital y/o analgico, segn la instruccin y el cmo se configur cada
PIN. El primer programa que presentamos es simplemente una
secuencia que activa y desactiva el motor de la base.MODELO FINAL
DEL BRAZO ROBOTICO
BIBLIOGRAFIA BALCELS, Josep, Autmatas programables, Pg. 113,
Editorial Alfaomega,Espaa 1998 BARRIENTOS, Antonio, FUNDAMENTOS DE
ROBOTICA / 2 ED. Editorial: McGraw Hill, ISBN: 9788448156367
CEBALLOS, Francisco Javier, Visual Basic 6: Curso de programacin,
Editorial RA-MA, Espaa 1999. OGATA, Katsuhiko, Ingeniera de control
moderna, Editorial Prentice Hall, Mxico, 2007. RUZ Velasco Snchez,
Enrique, ROBOTICA PEDAGOGICA, INICIACION, CONSTRUCCION Y PROYECTOS,
Editorial: Grupo Editorial Iberoamrica ISBN: 9706252975 REAL
ACADEMIA DE LA LENGUA, DICCIONARIO DE LA LENGUA ESPAOLA, Edit. Real
academia de la lengua, Vigsima segunda edicin. Espaa, 2013. SERWAY,
Raymond, Jerry S. Faughn, FSICA, Cengage Learning Editores, Mxico
2004. TIPPENS, Paul E., FSICA CONCEPTOS Y APLICACIONES, Mc Graw
Hill, Espaa 2007. LEA, Susan M. lea, BURKE John Robert, FSICA: LA
NATURALEZA DE LAS COSAS, THOMSON