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

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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.

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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