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Tecnológico Nacional de México Instituto Tecnológico de Veracruz

BRAZO ROBÓTICO CLASIFICADOR DE OBJETOS Presentado por: Ahumada Angeles Emanuel Flores Martínez Lluvia Vanesa Juárez Pérez Adelaido Lara Hernández José Angel Pérez Ortega Alexis Antonio Rodríguez Sandoval Ilse Mariel

E17020823 E17020913 E17020939 E17020941 E17020980 E17020842

Ingeniería Mecatrónica Ecuaciones Diferenciales Profesor: Jorge Arturo Mendoza Sosa

H. Veracruz, Ver. Enero/Junio - 2019

CONTENIDO

CONSIDERACIONES GENERALES -

DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA -

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LOS ROBOTS EN LA INDUSTRIA PROPUESTA DE PROYECTO

ANÁLISIS PRELIMINAR DEL DISEÑO DE LA MANO -

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INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA JUSTIFICACIÓN OBJETIVOS

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MODELADO VIRTUAL POSIBLES ECUACIONES DIFERENCIALES A REALIZAR

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

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FUENTES CONSULTADAS

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CONSIDERACIONES GENERALES INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA En el presente trabajo pretendemos informar sobre del desarrollo de un brazo robótico, que, a través de una serie de fases, desde un diseño óptimo, su desarrollo electrónico y programación, sea posible demostrar su correcto funcionamiento al ejecutar los mandos que le sean indicados. La idea general demostrar su buen funcionamiento; sin embargo, este proyecto puede aplicarse para un propósito particular, que sea de beneficio para la sociedad, y, por tanto, no quede solo en una demostración abstracta. Para ello nos planteamos y discutimos: -

¿Qué utilidad tiene el desarrollo de un brazo robótico? ¿Existen necesidades en la cual un brazo robótico sea de buena utilidad? ¿Es posible expandir la propuesta a una escala mayor? Tomamos estos puntos iniciales, previo al desarrollo del proyecto.

Adentrándonos más en la investigación, nos encontramos con una aplicación relevante, la cual es para la clasificación de objetos, identificamos su utilidad en la industria automotriz, por ejemplo, en la clasificación de piezas fabricadas. Aquí tenemos identificado el propósito al cual orientar nuestro trabajo.

JUSTIFICACIÓN Elaborar un proyecto no solo implica en entregar algo meramente demostrativo, por lo que, como equipo, nos vemos comprometidos en el desarrollo de un proyecto que verdaderamente inspire a ser de utilidad y sea de beneficio para la sociedad. Otro punto es propiciar en nosotros, que, en calidad de estudiantes, motivemos nuestra creatividad de buscar problemáticas en las cuales planteemos soluciones, o bien, desarrollar las ya existentes y apoyar en nuestra sociedad. De igual manera, pensamos que es indispensable que nuevos compañeros conozcan de unas de las aplicaciones que podrán ver en la industria, queremos realizar un proyecto cuyo propósito sea familiar al que vemos en industrias porque será una manera en la que comprenderemos cómo ayudar al hombre a agilizar los diversos procesos que se realizan en ella. OBJETIVOS Como uno de los principales objetivos que tenemos es realizar este proyecto para que nos dote de conocimiento y capacidades, no solo a nosotros, los integrantes del equipo, sino a toda la comunidad estudiantil que esté interesada en aprender algo y de igual manera que pueda contribuir en el desarrollo del proyecto, porque si bien entregaremos un prototipo, nos gustaría en un futuro ser capaces de optimizar nuestro proyecto incluyendo nuevos conocimientos adquiridos. Finalmente, como parte de nuestro curso de Ecuaciones Diferenciales, con este proyecto, otro de los objetivos importantes, es dejar demostrada la utilidad de esta área del saber de las matemáticas en el desarrollo de proyectos que beneficien a la humanidad.

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DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA

LOS ROBOTS EN LA INDUSTRIA La palabra robot fue usada por primera vez en el año 1921, cuando el escritor checo Karel Capek (1890-1938) estrena en el teatro nacional de Praga su obra Rossum´s Universal Robot (R.U.R.). Su origen es la palabra eslava robota, que se refiere al trabajo realizado de manera forzada. Actualmente el término robot encierra una gran cantidad de mecanismos y máquinas en todas las áreas de nuestra vida. Su principal uso se encuentra en la industria, en aplicaciones tales como el ensamblado, la soldadura o la pintura. El uso de los robots se ha incrementado considerablemente en esta parte del continente. Su principal uso es en líneas de producción. Esto es debido a que permite una producción más eficiente, reducción del desperdicio de material, y de costos, además de mejorar sustancialmente la calidad de los productos. La Federación Internacional de Robótica (IFR) en su informe técnico ISO/TR distingue entre robot industrial y otros robots con la siguiente definición: "...por robot industrial de manipulación se entiende a una máquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento..." Un típico robot industrial no tiene la capacidad de iniciar ninguna acción por su cuenta. Todas sus secuencias necesarias son determinadas de antemano, a través de un programa dentro de un procesador. De aquí la importancia de una representación exacta del entorno del robot en la computadora del robot. La robótica ha dado lugar, entre otras cosas, a procesos de producción mucho más eficientes y a un alto grado de calidad en los productos; esto sin considerar que les da competitividad a las empresas frente a sus similares. Los beneficios de la utilización de robots en las líneas de producción son variados. El primer y el más claro de los beneficios de los robots es la consistencia de la calidad. Con un sistema automatizado completo, a cada producto que viene de la línea de producción se le puede garantizar la autenticidad de su calidad. La ventaja más grande en costos es definitivamente el reemplazo de la labor humana. No solo las pagas jornales y salarios son eliminados, también pagos por enfermedad, vacaciones, beneficios y bonos son también eliminados.

PROPUESTA DE PROYECTO En base al estudio preliminar de brazos robóticos industriales y teniendo conocimiento del gran beneficio que otorgan en la industria, proponemos desarrollar un prototipo de brazo robótico con la capacidad de clasificar tres materiales, estos son: tuercas, arandelas y tornillos.

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ANÁLISIS PRELIMINAR DEL DISEÑO MODELADO VIRTUAL El diseño mecánico de la estructura del brazo robótico debe estar sujeto a las tareas que se le asignará. Para cumplir con esto, existen técnicas de desarrollo que proveen orden al trabajo. Entre ellas está el diseño de articulaciones: Selección de articulaciones: Uno de los principales requisitos que debe cumplir cualquier brazo robótico es llegar a cualquier punto dentro del espacio de trabajo definido. Por ello se escogen las articulaciones adecuadas que garantice el óptimo desempeño del sistema. De la metodología Top-Down se definen las siguientes etapas: 1. Selección de articulaciones 2. Calculo matriz de torques 3. Selección de motores 4. Diseño y construcción del brazo robótico 5. Diseño y construcción de cabina

POSIBLES ECUACIONES DIFERENCIALES A REALIZAR La base del estudio del movimiento en las articulaciones requiere de un análisis físico-matemático para garantizar un movimiento en armonía, sin que resulte en complicaciones posteriores al momento de que el brazo ejecute un movimiento que le sea ordenado. La dinámica del robot relaciona el movimiento del robot y las fuerzas implicadas en el mismo. El modelo dinámico establece relaciones matemáticas entre las coordenadas articulares (o las coordenadas del extremo del robot), sus derivadas (velocidad y aceleración), las fuerzas y pares aplicados en las articulaciones (o en el extremo) y los parámetros del robot (masas de los eslabones, inercias, etc.). Así, es necesario realizar un estudio en el modelo dinámico de nuestro brazo robótico. Los puntos posibles a tratarse se muestran a continuación:

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CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES FASE

ACTIVIDADES

FEBRERO S S S S 1 2 3 4

Identificación de la problemática.

MARZO S S S 1 2 3

2019 ABRIL MAYO S S S S S S S S S 4 1 2 3 4 1 2 3 4

S 5

Conocimiento general de la robótica empleada en la industria. Investigación de brazos robóticos industriales.

Preparación para los diseños matemático, mecánico y electrónico.

Análisis sobre la programación en c y c++.

Diseño.

Acoplamiento de los sistemas mecánico y electrónico.

Programación del sistema electrónico. Conclusiones del proyecto respecto al modelo matemático. Entrega del proyecto.

Estudio de las ecuaciones diferenciales implicadas. Estudio de la libertad de movimiento mecánico. Inclusión a SolidWorks. Estudio de componentes electrónicos. Relación con la sintaxis de c y c++. Estudio sobre microcontrolad ores (ARDUINO). Aplicaciones de Arduino en robótica. Elaboración del plano tridimensional del brazo. Impresión del plano. Encontrar el lugar indicado para los servomotores. Conexiones electrónicas de los circuitos. Considerar la libertad de movimiento de los servos. Creación de las líneas de código. Pruebas del mecanismo (resistencia). Recopilación del conocimiento obtenido.

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FUENTES CONSULTADAS http://repositorio.pedagogica.edu.co/bitstream/handle/20.500.12209/1975/TE18807.pdf?sequence=1&isAllowed=y http://www.urp.edu.pe/labcim/portal/imagenes/Robotica.pdf https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/tizayuca/electronica_tele/Dinamica_TopicosSele ctosRobotica.pdf http://163.10.22.82/OAS/modularizacion/metodologa_topdown.html

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