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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA

MENCIÓN AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

ROBOT INDUSTRIAL VIRTUAL TIPO PÓRTICO PARA CORTE DE PIEZAS LAMINADAS

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO

MENCION AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS

PRESENTADO POR: Br. ALVARADO, MIGUEL Br. BÁRCENAS, SHARI

Br. RAMIREZ, JEAN

ASESORADO POR: MSc. VILLALOBOS ÁNGEL Dr. CARABALLO RICARDO

MARACAIBO, MARZO DE 2012

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ROBOT INDUSTRIAL VIRTUAL TIPO PÓRTICO PARA CORTE DE PIEZAS LAMINADAS

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DEDICATORIA

A Dios, Por darme la oportunidad de haber nacido en una buena familia y

darme la posibilidad de finalizar mis estudios con una carrera.

A mis padres, Por brindarme siempre de ese apoyo y cariño

incondicional y por sus valores porque gracias a ellos hoy soy una persona

de bien al igual que mis hermanos.

A mis hermanos, Porque son parte de mi vida, mi crianza, mi ejemplo, mi

apoyo y por la gran experiencia de haber vivido junto a ellos y los buenos

recuerdos que junto a ellos he compartido.

Y a las personas que han formado parte de mi vida con las que he

compartido momentos y recuerdos.

Miguel Alvarado

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DEDICATORIA

A Dios y la Virgen, por sobre todas las cosas, por permitirme cumplir

esta meta y por motivarme a ser cada día mejor persona.

A mis padres, Carlos y Norma, por ser los ángeles que Dios me eligió

como padres y que con su amor y apoyo han formado lo que soy hoy en día.

A mis hermanos, por ser mi ejemplo a seguir y por haberme colaborado

en cada etapa de mi vida.

A mi novio y amigo, Antonio, por formar parte de mí y por apoyarme con

mucho amor en todo.

Y a cada una de esas personas, que de algún modo han influido en el

desarrollo de mi vida y mis estudios, brindándome aportes invaluables a lo

largo de mi carrera.

Shari Bárcenas

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DEDICATORIA

A Dios, por haberme permitido lograr todas las metas propuestas en mi

vida y darme vida para seguir cumpliendo muchas más.

A mis padres, por ser un pilar fundamental y un ejemplo de lucha y

constancia para lograr el desarrollo personal y profesional.

A mis amigos, por ser una ayuda incondicional y una fuerza de apoyo a

lo largo de mi vida y en especial mi carrera.

Jean Ramírez

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AGRADECIMIENTO

A Dios todopoderoso, Jesucristo y la Virgen, por permitirnos lograr este

objetivo de manera satisfactoria.

A nuestros Padres, no solo por brindarnos su apoyo incondicional a lo

largo de nuestra investigación, sino también por acompañarnos en cada una

de las etapas de nuestra vida.

A nuestros tutores, Ángel Villalobos y Ricardo Caraballo, por guiarnos en

el desarrollo de nuestra tesis, quienes con su tutela, han logrado conducirnos

a la correcta realización de este trabajo.

A todas y cada una de las personas quienes nos han ofrecido y brindado

aportes indispensables para el desarrollo de esta investigación, para todos,

mil gracias.

Los Investigadores

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ALVARADO Miguel, BÁRCENAS Sharí, RÁMIREZ Jean. ROBOT INDUSTRIAL VIRTUAL TIPO PÓRTICO PARA CORTE DE PIEZAS LAMINADAS. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Mención: Automatización y Control. Maracaibo 2012.

RESUMEN

La presente investigación tiene como propósito desarrollar de forma virtual un robot industrial tipo pórtico para corte de piezas laminadas. La investigación se considera proyectiva y documental. El diseño de la misma es transversal, no experimental y de campo. Se utilizó como técnica de recolección de datos la observación indirecta y la revisión documental. Para el alcance satisfactorio del objetivo planteado se optó por ejecutar los lineamientos descritos por Savant (2000), los cuales comprenden las siguientes fases: Definir, Subdividir, Buscar y Crear, Construir alternativas, Depurar y Emular. Estos pasos permitieron definir la problemática, ramificar los objetivos que se refieren al diseño, buscar documentación necesaria, buscar los diagramas lógicos y elaborar el diseño a través del software. La población utilizada es de objetos y está integrada por todos los dispositivos que comprenden el robot industrial virtual. Finalmente su depuración y emulación permite finalizar el diseño estudiando su desempeño. Con respecto a la viabilidad de la propuesta, no sólo se implementa una nueva manera de observar el comportamiento del robot sino que también se logra con este, afirmar que su diseño es fiable y uno de los más precisos. Todo esto dio como resultado un proyecto viable y rentable, y recomendando su implementación por ser factible.

PALABRAS CLAVE: Desarrollo virtual, Robot industrial, Robot tipo pórtico, Piezas laminadas, Savant.

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ALVARADO Miguel, BÁRCENAS Sharí, RÁMIREZ Jean. ROBOT INDUSTRIAL VIRTUAL TIPO PÓRTICO PARA CORTE DE PIEZAS LAMINADAS. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Mención: Automatización y Control. Maracaibo 2012.

ABSTRACT

This research aims to develop an industrial virtual gantry robot used for cutting of laminated parts. The research itself is considered a projective and documental project and its design is transversal and experimental. Techniques such as indirect observation and document review were used to collect information. To reach the objectives of this research, were followed the guidelines described by the theories of Savant (2000), which are delineated phases: Define, Subdivide, Find and create, Build alternatives, Debug and Emulate. These phases allowed defining the problem, branching the design objectives, finding documentation, locating logic diagrams and development a through software design. The population is conformed of objects which are the industrial virtual robot devices found in several technical manuals. Finally debugging and emulating allowed studying the performance of the final design. The viability of this research not only makes a new way to observe the behavior of the robot itself, but also realize its design as a reliable and one of the most accurate. This research gives as result a viable and profitable project recommended to de applied. KEYWORDS: Virtual Development, Industrial Robot, Gantry Robot, Laminated parts, Savant.

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INDICE GENERAL

VEREDICTO………………………………………………………………………

DEDICATORIA……………………………………………………………………

AGRADECIMIENTO……………………………………………………………..

RESUMEN…………………………………………………………………………..

ABSTRAC…………………………………………………………………………..

ÍNDICE GENERAL…………………………………………………………………..

ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………………

ÍNDICE DE CUADROS……………………………………………………………

ÍNDICE DE TABLAS………………………………………………………………….

ÍNDICE DE GRÁFICOS……………………………………………………………..

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………

CAPITULO I: EL PROBLEMA

1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE ESTUDIO……………..

1.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA……………………………….

2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN.……………………………………..

2.1. OBJETIVO GENERAL………………………………………………

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………

3. JUSTIFICACIÓN………………………………………………………………

4. DELIMITACIÓN………………………………………………………………..

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO

1. ANTECEDENTES……………………………………………………………….

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2. BASES TEÓRICAS……………………………………………………………….

2.1. ROBÓTICA……………………………………………………………………

2.1.1. CONCEPTO…………………………………………………………...

2.2. ROBOT………………………………………………………………………...

2.2.1. CONCEPTO…………………………………………………………...

2.2.2. ESTRUCTURA MECÁNICA DE UN ROBOT……………………..

2.2.3. MORFOLOGÍA DE LOS ROBOTS………………………………….

2.2.3.1. ROBOTS MÓVILES………………………………….

2.2.3.2. ROBOTS MANIPULADORES……………………..

(A) SISTEMA MECÁNICO………………………………

(B) ACTUADORES………………………………………..

2.2.3.3. ESTRUCTURAS BÁSICAS DE LOS ROBOTS

MANIPULADORES…………………………………………………………………..

(A) CONFIGURACIÓN CARTESIANA…………………

(B) CONFIGURACIÓN CILINDRICA......................

(C) CONFIGURACIÓN POLAR O ESFÉRICA……….

(D) CONFIGURACIÓN ANGULAR……………………..

2.2.4. SENSORES…………………………………………………………...

2.2.4.1. CONCEPTO…………………………………………...

2.2.4.2. SENSORES DE POSICIÓN…………………………

(A) CODIFICADORES ANGULARES DE POSICIÓN.

(B) POTENCIÓMETRO…………………………………..

2.2.4.3. SENSORES DE VELOCIDAD…………………………….

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2.2.5. SISTEMAS DE IMPULSIÓN……………………………………….

2.2.5.1 SISTEMA DE IMPULSIÓN HIDRÁULICA……………..

2.2.5.2. SISTEMA DE IMPULSIÓN NEÚMATICA……………..

2.2.5.3. SISTEMA DE IMPULSIÓN ELÉCTRICA………………

(A) MOTORES PASO A PASO………………………..

(a) SERVOMOTORES DC………………………..

(b) SERVOMOTORES AC…………………………

(1) MOTOR ASÍNCRONO…………………….

(2) MOTORES SÍNCRONOS………………..

2.3. CORTE POR DE PIEZAS…………………………………………………

2.3.1. TIPOS DE CORTE POR UN PLANO……………………………

2.3.1.1. CORTE POR UN PLANO…………………………

2.3.1.2. CORTE AUXILIAR………………………………….

2.3.1.3. CORTE QUEBRADO………………………………

2.3.1.4. CORTE ABATIDO…………………………………..

2.3.1.5. CORTE AL CUARTO……………………………….

2.3.1.6. CORTE DE ROTURAS..................................

2.3.1.7. CORTE DE DETALLE……………………………..

2.3.2. TIPOS DE CORTE EN LÁMINAS………………………………..

2.3.2.1. CORTE POR SERRADO………………………….

2.3.2.2. CORTE POR FRICCIÓN…………………………

2.3.2.3. MAQUINADO CON RAYO LÁSER………………

2.3.2.4. CORTE CON HAZ DE ELECTRONES…………..

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2.3.2.5. CORTE CON ARCO DE PLASMA………………….

2.3.2.6. OXICORTE…………………………………………….

2.3.2.7. CORTE CON ARCO ELÉCTRICO…………………

2.4. LÁMINA………………………………………………………………………..

2.4.1. TIPOS DE LÁMINAS…………………………………………………

2.4.1.1. LÁMINA UNIDIRECCIONAL……………………….

2.4.1.2. LÁMINA TIPO TEJIDO………………………………

2.4.1.3. LÁMINA TIPO MAT………………………………....

2.4.2. LAMINADO………………………………………………………..

2.4.2.1. CONCEPTO………………………………………….

2.5. AMBIENTE VIRTUAL………………………………………………………

2.5.1. CONCEPTO………………………………………………………….

2.6. LA REALIDAD VIRTUAL……………………………………………………

2.6.1. CONCEPTO………………………………………………………….

2.6.2. CARACTERÍSTICAS………………………………………………..

2.6.2.1. EL ESPACIO…………………………………………

2.6.2.2. INTERACCIÓN………………………………………

2.6.2.3. INMERSIÓN…………………………………………..

2.6.2.4. TRIDIMENSIONALIDAD.................................

2.7. DISEÑO Y DISEÑO/FABRICACIÓN MEDIANTE ORDENADOR……

2.7.1. CONCEPTO…………………………………………………………..

3. SISTEMA DE VARIABLE………………………………………………………..

3.1. DEFINICIÓN NOMINAL…………………………………………………….

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3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL………………………………………………..

3.2.1. ROBOT INDUSTRIAL TIPO PÓRTICO……………………………

3.2.2. VIRTUAL……………………………………………………………….

3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL………………………………………………

3.3.1. ROBOT INDUSTRIAL VIRTUAL TIPO PÓRTICO……………….

CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO

1. TIPO DE INVESTIGACIÓN………………………………………………………

2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN………………………………………………

3. METODOLOGÍA UTILIZADA…………………………………………………….

4. TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS……………………………………

5. POBLACIÓN……………………………………………………………………….

6. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES Y RECURSOS………….

CAPÍTULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

1. ANÁLISIS DE LOS DATOS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS…..

1.1. . DESARROLLO DE CADA FASE DE LA INVESTIGACIÓN…………..

CONCLUSIONES…………………………………………………………………….

RECOMENDACIONES………………………………………………………………

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………………..

ANEXOS

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ÍNDICE DE FIGURAS

1. DISTINTOS TIPOS DE ARTICULACIONES PARA ROBOTS………….

2. CONFIGURACIONES BÁSICAS DE ROBOTS MANIPULADORES

INDUSTRIALES…………………………………………………………………..

3. ALMACEN AUTOMÁTICO CON MANIPULADOR CARTESIANO…….

4. ROBOT INDUSTRIAL CON CONFIGURACIÓN CILÍNDRICA RT3300

DE SEIKO………………………………………………………………………….

5. ROBOT INDUSTRIAL CON CONFIGURACIÓN POLAR……………….

6. DISPOSICIÓN DE UN CODIFICADOR ÓPTICO (ENCODER)

INCREMENTAL…………………………………………………………………...

7. PROCESO DE MAQUINADO CON LÁSER………………………………

8. PROCESO DE MAQUINADO CON HAZ DE ELECTRONES………….

9. OXICORTE……………………………………………………………………

10. LOS SOPLETES PARA CORTAR………………………………………...

11. DISPOSITIVO DESTINADO A PRODUCIR UNA LLAMA

OXIACETILÉNICA, ADEMÁS LANZA UN CHORRO REGULADO DE

OXÍGENO A PRESIÓN………………………………………………………….

12. TIPOS DE LÁMINAS……………………………………………………….

13. ACTUADOR “SERIES 200 LINEAR SLIDE SYSTEMS” USADOS EN

LOS EJES X y Y………………………………………………………………….

14. ACTUADOR “SERIES 121 LINEAR SLIDE SYSTEMS” UTILIZADA

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EN EL EJE Y PARA SOPORTE………………………………………………...

15. ACTUADOR “SERIES 200 LINEAR SLIDE SYSTEMS” DE 48

PULGADAS USADAS PARA EL EJE Z………………………………………..

16. MOTOR DE PASO EXCITRON_AU57-76M………………………………

17. MINIATURE LIMIT SWITCH D4CC……………………………………….

18. SOPORTE DE MOTOR…………………………………………………….

19. BASES DE AJUSTE DE LOS ACTUADORES…………………………..

20. HYPERTHERM HYPERFOMANCE PLASMA HPR260XD……………

21. MESA DE SOPORTE………………………………………………………

22. REJILLA DE SOPORTE PARA CORTE………………………………….

23. PANTALLA PRINCIPAL DEL SOFTWARE AUTODESK INVENTOR

CON EL ENSAMBLAJE DEL ROBOT PÓRTICO…………………………….

24. CIRCUITO PCB………………………………………………………………

25. VISUALIZACIÓN 3D DEL CIRCUITO IMPRESO UTILIZADO…………

26. SOFTWARE CONTROLADOR……………………………………………

27. EDITOR………………………………………………………………………

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ÍNDICE DE CUADROS

1. CUADRO DE OBJETOS…………………………………………………

2. CUADRO DE ACTIVIDADES……………………………………………

3. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES……………………………………

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ÍNDICE DE TABLAS

1. ACTUADORES LINEALES PARA EJES X y Y,

CARACTERÍSTICAS DE LA PIEZA…………………………………………

2. ACTUADOR LINEAL PARA EJE Z, CARACTERÍSTICAS DE LA

PIEZA……………………………………………………………………………

3. ACTUADOR LINEAL DE SOPORTE, CARACTERÍSTICAS DE LA

PIEZA…………………………………………………………………………..

4. CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR DE PASO……………………….

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ÍNDICE DE GRÁFICOS

1. ACTUADORES LINEALES PARA EJES X y Y……………………….

2. ACTUADOR LINEAL PARA EJE Z……………………………………..

3. ACTUADOR LINEAL DE SOPORTE……………………………………

4. MOTOR DE PASO………………………………………………………..

5. SOPORTE DE MOTOR DE PASO……………………………………...

6. BASES AJUSTABLES DE LOS ACTUADORES……………………..

7. SENSORES DE FIN DE CARRERA……………………………………

8. CORTADORA DE PLASMA……………………………………………...

9. MESA DE SOPORTE…………………………………………………….

10. CIRCUITO DE CONTROL………………………………………………

11. DIAGRAMA DE CONTROL…………………………………………….

12. DIAGRAMA DE PERIFERICOS………………………………………..

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INTRODUCCIÓN

Desde el principio de los tiempos, el hombre ha deseado crear vida

artificial. Se ha empeñado en dar vida a seres artificiales que le acompañen

en su morada, seres que realicen las tareas repetitivas, tareas pesadas o

difíciles de realizar por un ser humano.

El uso de robots industriales junto con los sistemas de diseño asistidos

por computadora (CAD), y los sistemas de fabricación asistidos por

computadora (CAM), son la última tendencia en automatización de los

procesos de fabricación. Estas tecnologías conducen a la automatización

industrial o hacia otra transición, de alcances aún desconocidos.

Aunque el crecimiento del mercado de la industria robótica ha sido lento

en comparación con los primeros años de la década de los 80, de acuerdo a

algunas predicciones, la industria de la robótica está en su infancia. Ya sea

que éstas predicciones se realicen completamente, o no, es claro que la

industria robótica, en una forma o en otra, permanecerá.

Una de las aplicaciones más interesantes a nivel industrial consiste en el

corte piezas en forma de lámina a través de estas máquinas, siendo que la

presente investigación aborda la forma en la que un robot tipo pórtico puede

ser diseñado usando para ello diferentes componentes ofrecidos por

fabricantes de partes industriales. Como resultado se tiene una guía

elaborada de los diferentes elementos a utilizar.

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Para el correcto orden y desarrollo de la investigación, la misma se

dividió, con fines metodológicos, en cuatro (4) capítulos a saber:

El primer capítulo; consiste en un enfoque del problema planteado a

resolverse y de los objetivos a cubrir, tomando en cuenta la justificación por

la cual se está realizando la investigación, su importancia y la delimitación de

la misma.

El segundo capítulo se refiere al elaboración del marco teórico,

antecedentes de investigaciones que influyeron en la realización de este

trabajo, las bases teóricas sobre el tema de estudio, las cuales apoyan el

desarrollo del mismo y el sistema de variables donde se describen

respectivamente las variables de estudio que componen esta investigación.

El tercer capítulo establece la información referente al marco

metodológico, esta misma abarca el tipo y diseño de la investigación, la

metodología seleccionada y las técnicas de recolección de datos.

Para finalizar el cuarto y último capítulo muestra el desarrollo de la

metodología empleada. Así mismo se mencionan las respectivas

conclusiones y recomendaciones para la donde se realizó la investigación,

con los resultados obtenidos y las conclusiones inherentes.

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