brazo robotico de tipo 3r

7/24/2019 brazo robotico de tipo 3R

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INFORME ROBTICA INDUSTRIAL

MORFOLOGA DE LOS ROBOTS INDUSTRIALES

INTEGRANTES:

Cristian Rodrguez Rincn - 45111003

Sebastin Quionez Lpez45111001

PRESENTADO A:

Ingeniero Jairo Orlando Montoya Gmez

Ingeniera en Automatizacin

Universidad de La Salle.

08 de Septiembre de 2014

BogotColombia


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I. Introduccin

En la industria se ha visto como una necesidad de implementar el uso de mquinas que participen

en algn proceso para facilitar su ejecucin, en este punto la robtica juega un papel importante

aportando a la industria con robots, siendo estos sistemas mecnicos controlados de manera

electrnica que permiten hacer ciertas tareas sin la intervencin de una persona. La robticaindustrial propone muchos ejemplos de robots industriales con diferentes caractersticas que se

desempean en diferentes labores.

El laboratorio de la Universidad de la Salle incluye dentro de sus instalaciones varios tipos de

manipuladores y robots industriales que permiten conocer desde varias perspectivas los diferentes

uso que estos tienen adems de identificar sus componentes y sus diferentes morfologas.

II.

Objetivos

Conocer los sistemas que componen un robot industrial.

Determinar el espacio de trabajo de cada uno de los robots del CIM y Motoman.

Determinar los rangos de desplazamiento mximo y mnimo de cada uno de los eslabonesdel robot y capacidad de carga.

III.

Procedimiento

En el laboratorio se sigui la siguiente metodologa para cumplir con los objetivos propuestos:

1- Se definieron los diferentes tipos de manipuladores que se encuentran dentro de los

laboratorios de la universidad.

2-

De lo anterior se buscaron manuales de cada uno de los manipuladores y robots industriales

para as poder observar los datos de fbrica.

3-

Para los manipuladores desarrollados internamente por la universidad realizo un anlisis de

los componentes propuestos a investigar por los objetivos.

4-

Finalmente se dispusieron los datos y se infirieron los datos que no se obtenan por medida

directa como lo eran las reas de trabajo de los diferentes robots industriales.

IV. Resultados y Anlisis

1. MOVEMASTER

Nombre tcnico del robot: Movemaster EX MITSUBISHI RV-M1.

Nmero de eslabones: 5 eslabones


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Dimensiones y rangos de movimiento de cada eslabn:

rea y espacio de trabajo:

Ilustracin 1. Dimensiones eslabones Movemaster [12]

Ilustracin 2. rea y espacio de trabajo [12]


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Nmero de grados de libertad: 5 grados de libertad [X=J1-Cintura; Y=J2-Hombro;

Z=J3-Codo;P=J4-Mueca; R=J5-Giro de la mueca]

Ilustracin 3. Diagrama grados de libertad. [1]

Sistema de transmisin y reduccin (especificaciones tcnicas): Correas

Sncronas

Ilustracin 4. Esquema de transmisin motriz. [1]


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Ilustracin 5. Sistema de transmisin. [1]

Tipo de actuadores y especificaciones tcnicas (planos de control hidrulico y

neumtico):

Actuadores: Servomotores DC.

Potencia por Eje: J1J2J330W; J4J511W.

Tipo de sensores utilizados, variables que mide: Los sensores empleados en el

robot son Encoders Absolutos. La variable medida es la posicin angular de cada

eje.

Sistema de control utilizado (plano de control):

Diagrama de conexin original:

Ilustracin 6. Diagrama de control Original. [1]


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Diagrama de conexin actual:

Ilustracin 7. Diagrama de conexin actual. [2]

Elemento terminal:

Ilustracin 8. Especificaciones tcnicas. [1]


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Ilustracin 9. Dimensiones elemento terminal. [1]

Capacidad mxima de carga: Max. 1,2 Kg incluyendo el peso de la mano

Velocidad mxima alcanzada:

Velocidad mxima de trayectoria: 1000mm/seg (superficie de la

herramienta de la mueca).

Velocidad de rotacin por eje: Rotacin cintura [X - J1] 300 (mximo 120/seg)

Rotacin hombro [Y J2] 130 (mximo 72/seg)

Rotacin codo [Z J3] 110 (mximo 109/seg)

Inclinacin mueca [P J4] 90 (mximo 100/seg)

Giro de la mueca [R J5]180 (mximo 163/seg)

2.

PROCESOS

Nmero de eslabones: 3 Eslabones

Dimensiones de cada eslabn:

Tabla 1. Dimensiones de cada eslabn mdulo de procesos [2].

Eslabn Dimensin (mm)Movimiento X 1560Movimiento Y 740Movimiento Z 670


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Rango de movimiento de cada eslabn:

Tabla 2. Rango de movimiento de cada eslabn robot de estacin de procesos [2].

Eslabn Dimensin (mm)Movimiento X 1330

Movimiento Y 510Movimiento Z 220


Ilustracin 10. rea y espacio de trabajo [2]

Nmero de grados de libertad: 3 Grados de libertad.

Sistema de transmisin y reduccin:Tabla 3. Sistema de transmisin por cada eje. [2].

Eslabn Dimensin (mm)Movimiento X PoleasMovimiento Y Poleas

Movimiento Z Mecanismo tuerca - tornillo


neumtico):Tabla 4. Tipo de actuadores por cada eje [1].

Eslabn ActuadorMovimiento X Motor Bosch con sistema de reduccin integradoMovimiento Y Motor Bosch con sistema de reduccin integrado.


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Movimiento Z Motor Magmotor

Tipo de sensores utilizados, variables que mide:

El manipulador de tipo cartesiano implementado en la estacin de procesos del

CIM, consta con sensores inductivos que envan un 1 lgico cada que un diente dela correa dentada del sistema de transmisin pasa, esto aplica para los ejes X y Y.

Para el eje Z cuenta con sensores magnticos que detectan la posicin para los dos

extremos de la pinza. [1]


El manipulador cuenta con un sistema de control implementado en un PLC S7-300, este adquiere

las seales de los sensores y activa las seales lgicas para activar los circuitos de potencia para

cada uno de los actuadores, a continuacin se presenta la tabla de variables del PLC asociadas con

el sistema de control:

Tabla 5. Direccionamiento de variables PLC mdulo de procesos. [2]

Mdulo de entrada 1

Entrada Slot PLC

Sensor inductivo derecha I0.0

Sensor inductivo de conteo de puntos I0.1


Sensor inductivo izquierda I0.3

Sensor inductivo adelante I0.4



Sensor inductivo atrs

I0.7

Mdulo de entrada 2

Nivel del tanque I1.0

Sensor capacitivo nivel bajo Tanque

1

I1.1

Sensor capacitivo nivel alto tanque 1 I1.2

Ventilador de secado I1.4

Resistencia de calentamiento I1.5

Ventilador de enfriamiento I1.6

Electrobomba I1.7

Mdulo de entrada 3

Reed switch pinza arriba I2.0

Reed switch pinza medio I2.1

Reed switch pinza abajo I2.2Parada de emergencia I2.3

Pulsador Inicio I2.4

Pulsador Parada I2.5

Switch manual-automtico I2.6

Aire OK I2.7

Vlvula proporcional I3.0

Sensor inductivo 5 de banda I3.1


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Mdulo de entrada 4






Elemento terminal: El elemento terminal es un gripper neumtico de pinzas

paralelas de referencia HGPC-20-A, de las siguientes caractersticas:

Ilustracin 11. Elemento terminal base estacin de procesos. [3]


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Tabla 6 Especificaciones tcnicas gripper estacin de procesos [3].

Capacidad mxima de carga: La capacidad mxima de carga es de 0.6 lb.


Tabla 7. Velocidad lineal mxima por cada eje [1].

Eslabn Velocidad (m/s)Movimiento X 0,0665Movimiento Y 0,0579Movimiento Z 0,022


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3.

ALIMENTACIN



Ilustracin 12. Dimensiones de cada eslabn robot de alimentacin.


Tabla 8. Rango de movimiento robot de alimentacin.

Eslabn Rango Movimiento

Movimiento Vertical 6cm linealesMovimiento Rotatorio 90


Nmero de grados de libertad: 2 grados de libertad.

Sistema de transmisin y reduccin:

Tabla 9. Sistema de transmisin para cada eje.

Eslabn Transmisin

Movimiento Vertical Acople directo

Movimiento Rotatorio Acople directo


neumtico):


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Ilustracin 13. Diagrama neumtico de conexin mdulo de alimentacin [1].

Tipo de sensores utilizados, variables que mide:

Tabla 10. Sensores en el brazo robtico alimentacin.

Eslabn SensoresMovimiento Vertical Final de carrera

Movimiento Rotatorio Final de carrera interno del actuador rotatorio

Sistema de control utilizado (plano de control): El controlador empleado en la

estacin de alimentacin y por tanto que controla el robot neumtico es un PLC

SIEMENS S7-300.

Ilustracin 14. Diagrama de conexin del control de la estacin de alimentacin.

Tabla 11. Especificacin de componentes. [1]

Numeracin Componente

(1) Fuente de alimentacin (PS)


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(2) Mdulo central (CPU)(3) Mdulo de seales (SM)

(4) Cable de bus PROFIBUS

(5) Cable para conectar una unidad deprogramacin (PG)

Elemento terminal: Posee un gripper neumtico marca FESTO referencia HGD-

32-A, una pinza de sujecin en 3 puntos, de las siguientes caractersticas

dimensionales

Tabla 12. Dimensiones de gripper (1) [1]

Ilustracin 15. Especificacin de dimensiones del elemento terminal brazo de alimentacin [1].


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4. HIDRULICO

Nombre tcnico del robot: HYD2800.



TABLA 13. Dimensiones de cada Eslabn robot hidrulico.

Eje Longitud

Eje ACintura (9) 270 mm

Eje B

Hombro (11) 250 mmEje CCodo (12) 250 mm

Eje DMueca (5) 40 mm


Eje Rango de movimiento

Eje ACintura (9) 60

Eje BHombro (11) 30

Eje CCodo (12) 41

Eje DMueca (5) 180

Nmero de grados de libertad: 4 Grados de libertad

Sistema de transmisin y reduccin (especificaciones tcnicas): El sistema de

transmisin empleado en el robot hidrulico es Palancas y cremalleras dentadas,

y los actuadores son cilindros hidrulicos.


neumtico):


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Unidad de Fuerza Hidrulica:

Tanque (6): Contiene el fluido hidrulico necesario para la operacin. Su

capacidad es de 10 litros, e incluye un indicador de nivel de fluido (4).

Bomba de aceite (2): Crea la presin del sistema y es accionada por un motor

elctrico monofsico de 1 hp. Vlvula de liberacin de presin (1): Se la utiliza para fijar el valor mximo de

presin permitido en el sistema. DEGEM SYSTEMS prefija la presin a un valor

mximo de 30 bar. Si fuese necesario se puede restablecer la presin mediante

el botn o perilla de ajuste de presin.

Manmetro (7): El rango de calibracin del manmetro es de 100 bar. Indica la

presin fijada (mximo 30 bar) con la vlvula de liberacin de presin (1).

Ilustracin 16. Unidad de fuerza hidrulica.


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Ilustracin 17. Control hidrulico Electrovlvulas [1].

Tabla 14. Componentes control de flujo hidrulico. [1]

Tipo de sensores utilizados, variables que mide: En ese grupo se encuentran 2

tipos de sensores: el primero, conformado por 6 sensores inductivos, los cuales

detectan la presencia del palet con su respectiva codificacin binaria, para

identificar el proceso a seguir, la seal generada por estos sensores y que va alPLC es una seal digital; el segundo tipo de sensor encontrado en el sistema son

4 potencimetros lineales de 5K, los cuales indican la posicin de los eslabones y

4 sensores de presin que censan las variaciones de presin cuando el robot est

cambiando de posicin, la seal entregada por estos sensores es analgica.


o Circuito de control: Compuesto por toda la lgica cableada, recibe los

datos directamente dl tablero de control y permite la manipulacin de la


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estacin a gusto del usuario. Dentro de las seales que maneja este

circuito, las emitidas por los mandos de 4 posiciones y las perillas de la

prensa y de la pinza, no entran al PLC.

o PLC SIEMENS: El mdulo de control est conformado por un PLC

SIEMENS S7-300, una fuente PS-307, un mdulo de entradas digitales

SM-321, un mdulo de salidas digitales SM-322, un mdulo de entradasanlogas SM-331, un mdulo de salidas analgicas SM-332 y un mdulo

de comunicacin Ethernet CP-343-1. [2]

Ilustracin 18. Direccionamiento de las entradas y salidas digitales del sistema en el PLC [2].


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Ilustracin 19. Direccionamiento de las entradas y salidas anlogas del sistema en el PLC [2].

Elemento terminal: El elemento terminal se conforma de un sistema electro

neumtico el cual se compone de:

o Vlvulas monoestables: Se tiene una vlvula 4/2 cuyo accionamiento es

por solenoide, su funcin es la de permitir el accionamiento de la pinza

del brazo manipulador hidrulico.

o Gripper neumtica:es una pinza neumtica doble efecto ubicada en el

extremo del brazo manipulador.

o Presostato:Encargado de retornar al PLC el valor de la presin de aire en

el sistema neumtico. [2]

Ilustracin 20. Terminal neumtico.

Capacidad mxima de carga: 2 kg.

5.

MELFA



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Tabla 15. Dimensiones por eslabn robot MELFA [8].

Eje DimensinJ1 100 mm

J2 250 mm

J3 250 mm

J4 130 mm

J5 85 mm

J6 80 mm


Tabla 16. Rango de movimiento por eje robot MELFA [8]

Eje Rango de

movimiento

J1 -160 a 160

J2 -45 a 135

J3 50 a 170

J4 -160 a 160

J5 -120 a 120

J6 -200 a 200


Ilustracin 21. rea de trabajo robot MELFA vista superior [8].


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Ilustracin 22. rea de trabajo robot MELFA vista lateral [8].

Nmero de grados de libertad: 6 Grados de libertad

Ilustracin 23. Esquema de los grados de libertad del robot Melfa [8]

Sistema de transmisin y reduccin (especificaciones tcnicas): Correas sncronas

para los ejes J1; J2; J3; J4 y acople directo para J5; J6.


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Ilustracin 24. Correas sncronas robot Melfa


neumtico):Tabla 17. Actuadores elctricos por junta. [8]

Ejes Actuador

J1; J2; J3 Servomotor AC Mitsubishi de 80 W

J4; J6 Servomotor AC Mitsubishi de 40 Wsin freno

J5 Servomotor AC Mitsubishi de 40 W

con freno

Tipo de sensores utilizados, variables que mide: Los sensores que emplea el robot

MELFA son encoders Absolutos, con el fin de determinar la posicin real del eje

de cada juntura. Adems de emplear finales de carrera para establecer la posicin

final del movimiento de cada eje. [2]


Ilustracin 25. Diagrama de conexin del robot Melfa al controlador. [8]


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Ilustracin 26. Conexin del teaching box del robot al controlador. [8]

Tabla 18 Comandos del teaching box MELFA

Elemento terminal: El elemento terminal actual del robot MELFA son unas pinzasparalelas, accionadas por un motor DC acoplado a una cremallera dentada.

Capacidad mxima de carga: 5Kg

Velocidad mxima alcanzada: La velocidad lineal mxima evaluada en el actuador

del robot es de 3500 mm/seg. Las velocidades angulares mximas de cada eje se

expresan a continuacin:

Tabla 19. Velocidad angular mxima por eje robot MELFA [8]

Eje Velocidad angular mxJ1 150/s

J2 150/s

J3 180/s

J4 240/s

J5 180/s

J6 330/s


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6.

MOTOMAN

Nombre tcnico del Robot: YASKAWA MOTORMAN HD20P.

Nmero de eslabones: 6 Eslabones.

Dimensiones y rango de movimiento de cada eslabn:

Ilustracin 27. Dimensiones de cada eslabn y rango de movimiento.

Tabla 20. Desplazamiento angular mximo por eje [1]

EJEDesplazamiento

Angular max.

EjeS +/- 180

EjeL + 155 /- 100

EjeU + 255 /- 165

EjeR +/- 200

EjeB + 230 /- 50

EjeT +/- 360



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Ilustracin 28. Espacio de trabajo vista superior.

Ilustracin 29. Espacio de trabajo vista lateral.

Nmero de grados de libertad: 6 Grados de libertad.

TABLA 21. Grados de libertad.

Eje Movimiento

Eje

S RotacinEjeL Brazo inferior

EjeU Brazo superior

EjeR Brazo superior rotatorio

EjeB Mueca

EjeT Giro


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Sistema de transmisin y reduccin (especificaciones tcnicas):

TABLA 22. Sistema de transmisin por eje [2].

Eje Sistema de transmisin

Eje

S

Reductor de velocidad

(HD)

EjeLReductor de velocidad

(HD)

EjeUReductor de velocidad

(HD)

EjeR Acople directo

EjeB Correa

EjeT Acople directo


neumtico):

TABLA 23. Referencia motores por eje. [2]

Eje Motor empleado

EjeSServomotor AC SGMRV-

09ANA-YR1

EjeLServomotor AC SGMRV-

13ANA-YR2

EjeUServomotor AC SGMRV-

05ANA-YR1

Eje

RServomotor AC SGMPH-

02ANA-YR1

EjeBServomotor AC SGMPH-

02ANA-YR1

EjeTServomotor AC SGMPH-

02ANA-YR1

Tipo de sensores utilizados, variables que mide: La sensrica empleada son

encoders absolutos y la variable que miden es la posicin angular de cada eje.

Sistema de control utilizado: Controlador DX100 + Teaching box.


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Elemento terminal: El elemento terminal actual es un acople neumtico con

posibilidad de montar un soplete de soldadura o ventosas para manipulacin de

superficies planas.

Capacidad mxima de carga: Max. Capacidad de carga 20 Kg.


Tabla 24. Velocidad angular mx. por eje.

Eje Velocidad angular mx.

EjeS 197 /seg

EjeL 175/seg

EjeU 187/seg

EjeR 400/seg

EjeB 400/seg

EjeT 600/seg

V. Conclusiones

Dado el exponencial ascenso del porcentaje de procesos en los cuales se usan

robots industriales y la precisin requerida en dichos procesos, los sistemas de

transmisin empleados en los robots tienden al uso de harmonic drive dada su

precisin y grandes relaciones de transformacin de toque y velocidad angular.

Ilustracin 31. Controlador DX100 Motoman. [3] Ilustracin 30. Teaching Box Motoman [3]


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En el manipulador de la estacin de hidrulica se observa la complejidad adicional

que esta implica debido a que se tiene que implementar un sistema en el que el

aceite retorne ya que a diferencia de los sistemas neumticos este se debe

mantener en circulacin sin escapes.

De los robots articulados como el MELFA se observa una mejor conservacin de

espacio en cuanto a los sistemas de transmisin empleados, comparado conmanipuladores como el cartesiano cuyos sistemas de transmisin y actuadores

ocupan mayores reas.

Pese a que un mayor nmero de eslabones implica una complejidad mayor en el

sistema mecnico del robot, permiten mayor flexibilidad en cuanto a los

movimientos que estos son capaces de generar, aun cuando las reas de trabajo

puedan ser mayores en robots con menos nmero de eslabones, la posibles

posiciones del elemento terminal disminuyen y esto limita la capacidad que se

tiene de tomar o no un elemento.

VI. Bibliografa

[1] MITSUBISHI, INDUSTRIAL MICRO-ROBOT SYSTEM RV-M1.

[2] Propio, Investigacin en campo.

[3] Universidad de La Salle, Manual Estacin de Procesos, Bogot.

[4] FESTO, FESTO, [En lnea]. Available:

http://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/322844/697619e2.pdf. [ltimo acceso: 07

09 2014].

[5] A. Horacio Sanchez y C. Can, Revisin tcnica del mdulo de alimentacin de materia

prima del CIM, Universidad de La Salle, Bogot, 2005.

[6] FESTO, FESTO, [En lnea]. Available:

http://www.nuovaelva.it/files/Festo/catalogo/data/PDF/EN/HGD_EN.PDF. [ltimo acceso:

07 09 2014].

[7] DEGEM SYSTEMS, Manual de Mantenimiento CIM - HYD 2800, DEGEM SYSTEMS.

[8] Universidad de La Salle, Manual de operacin estcin de ensamblaje hidrulico., Bogot.

[9] MITSUBISHI, Mitsubishi Industrial Robot RV-!A/2AJ Series Instruction Manual.

[10] YASKAWA, MOTOMAN HP20D, HP20F.

[11] YASKAWA, MOTOMAN-HP20D/HP20F.

[12] YASKAWA, DX100 INSTRUCTIONS FOR NORTH AMERICAN (ANSI/RIA) STANDARD.


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