ROBOT MANIPULADOR ROBOT MANIPULADOR SCARA RRP – PEAKLESCARA RRP – PEAKLE

APLICADO A LA APLICADO A LA INDUSTRIA INDUSTRIA

FARMACÉUTICAFARMACÉUTICAElaborado por:Elaborado por:

PPototo (Roberto del Olmo)ototo (Roberto del Olmo) EEduardo Abboduardo Abbo AAndrea Ustárizndrea Ustáriz KKristine Mooreristine Moore LLucía Almaralucía Almaral EEndrina Farfánndrina Farfán

PROCESO DE EMPAQUETAMIENTO

DE AMPOLLAS LUEGO DE LA ESTERILIZACIÓN FINAL

JUSTIFICACIÓN DEL DISEÑO DEL ROBOT SCARA-PEAKLEJUSTIFICACIÓN DEL DISEÑO DEL ROBOT SCARA-PEAKLE

INDUSTRIA FARMACÉUTICA

RESTRICCIONES DEL PROCESO

• Manejo del proceso a bajas velocidades para evitar Creación de columnas de aire modificación de la temperatura Rompimiento de las ampollas Alteración química del contenido de las ampollas por los cambios de temperatura

• Mantenimiento de un ambiente limpio y libre de bacterias• Precisión

VISTA LATERAL DEL ROBOTVISTA LATERAL DEL ROBOT

50 cm.

50 cm.

q1

q2

30 cm.

q4

q3

30 cm.

10 cm.

10 cm.

0 cm.

MORFOLOGÍA

ESTRUCTURA MECÁNICA RRP

3 grados de libertad

Modelos de articulaciones básicas

MORFOLOGÍA

MORFOLOGÍA

TRANSMISIONES Y REDUCTORES× ACCIONAMIENTO DIRECTO

(Direct drive DD)

En el accionamiento directo el eje del actuador se conecta directamente a la carga o articulación sin la utilización de un reductor intermedio, que

introducen una serie de desventajas como son el juego angular, rozamiento o disminución de rigidez del accionador, que pueden impedir alcanzar los valores

de precisión y velocidad requeridos para la aplicación seleccionada.

MORFOLOGÍA

ACTUADORES MISIÓNGenerar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control

Neumáticos Hidráulicos Eléctricos×× √

Los motores de corriente continua se descartan porque es obligado el

mantenimiento de las escobillas en su constitución, lo que puede ocasionar problemas con la limpieza

Por otro lado, el funcionamiento a bajas velocidades de los motores paso a paso no es suave, lo cual implica un peligro al manejar las ampollas

por la pérdida de precisión

POR LO TANTO, SE UTILIZARÁN MOTORES AC

VENTAJAS DEL MOTOR AC PARA EL PEAKLE

MORFOLOGÍA

No presenta problemas de mantenimiento, pues no tiene escobillas

Como los devanados están en contacto directo con la carcasa existe una gran capacidad de evacuar calor

El control de posición se suele realizar sin la utilización de un sensor externo adicional, así se aprovecha el detector de posición del rotor que posee el propio motor

SISTEMA SENSORIAL

• SENSORES ANGULARES DE POSICIÓN Resolver: captador angular que ofrece buena robustez mecánica durante el funcionamiento del robot, inmunidad a contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones

• SENSORES LINEALES DE POSICIÓN LVDT :transformador diferencial de variación lineal, debido a que posee infinita resolución, poco rozamiento, alta repetibilidad, alta linealidad, gran sensibilidad y respuesta dinámica elevada.

• SENSORES DE VELOCIDAD, necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores del robot. Se utilizarán tacómetros, acoplados en el eje.

• SENSORES DE PRESENCIA capaces de detectar la presencia de un objeto mediante un radio de acción determinado.

SISTEMA DE CONTROL

MORFOLOGÍA

MotoriPID

Ecuación Dinámica i

+

-

- + F i Fi

+ -

i i

Robot Real

Articulacion Rotacional o Prismática

Motori

RLs 1

BJs 1

Km

Kb

-+

F i Fi - + VA

MORFOLOGÍA

SISTEMA DE CONTROL

MORFOLOGÍA

DISPOSICIÓN DE MOTORES Y SENSORES

Cilindro que mueve a la articulación q1

Sensor de posición (resolver)

Motor AC Síncrono sin escobillas

Sensor de velocidad (Tacómetro)

Sensor de presencia

MORFOLOGÍA

ELEMENTOTERMINAL

Encargado de interaccionar directamente con el entorno del robot

End-effector de aprehensión, consiste en una caja dentro de la cual

están adheridos 4 cilindros con

un diámetro de 2 cm. cada uno con un mecanismo de inflado que se acciona al tener el 40% de la altura

de la ampolla en su interior,

lo cual permite sujetarlos hasta colocarlos en su posición final, la caja.

5 cm.

5 cm.

hg

2 cm. 2 cm.

0,5 cm.

5 cm

VISTA INFERIOR

VISTA LATERAL

El robot se encuentra en el centro de la celula de trabajo, de manera de aprovechar al máximo su campo de acción.

PLANO DE IMPLEMENTACIÓNDEL SISTEMA O LAY-OUT

APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICAAPLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA

CAMPO DE ACCIÓN

Volumen al que puede llegar el extremo del robot

ESPACIO DE TRABAJOESPACIO DE TRABAJO

La cinemática del robot estudia el movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. Así como también se

interesa por la descripción analítica del movimiento espacial del robot como una función del tiempo, y en particular por las relaciones entre la posición y la orientación del extremo final

del robot con los valores de sus coordenadas articulares.

DIRECTA INVERSA MATRIZ JACOBIANA

CINEMÁTICA DEL ROBOT

CINEMÁTICA DIRECTACINEMÁTICA DIRECTA

Tabla de Denavit-Hartenberg para el robot SCARA

Link a α d θ 1 L1 0 0 q1

2 L2 π 0 q2

3 0 0 d3 0 4 0 0 L4 q4

c1 -s1 0 L1c1

s1 c1 0 L1s1

0 0 1 00 0 0 1

A 1 =

c2 s2 0 L2c2

s2 -c2 0 L2s2

0 0 -1 00 0 0 1

A 2 =

1 0 0 00 1 0 00 0 1 d3

0 0 0 1

A 3 =

c4 -s4 0 0

s4 c4 0 0

0 0 1 L4

0 0 0 1

A 4 =

c12c4 + s12s4 -c12c4 + s12s4 0 L1c1 + L2c12

s12c4 -c12s4 -s12s4 - c12c4 0 L1s1 + L2s12

0 0 -1 -d3 - L4

0 0 0 1

A 04 =

La cinemática directa consiste en determinar cuál es la posición y orientación del extremo final del robot, con respecto a un sistema de

coordenadas que se toma como referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot.

Sistemas de coordenadas utilizados para calcular la cinemática directa

CINEMÁTICA DEL ROBOT

50 cm.

50 cm.

q1

q2

Z1

X1

Zo

Xo

30 cm.

q4

q3

Z2

X2

Z2

X2

Z3

X3

Z3

X330 cm.

10 cm.

10 cm.

0 cm.

CINEMÁTICA INVERSACINEMÁTICA INVERSALa cinemática inversa resuelve la configuración que debe

adoptar el robot para una posición y orientación del extremo conocidas. En nuestro caso, dichos puntos serían en primer lugar el punto donde el robot sujeta las ampollas, los que corresponden a la trayectoria hasta llegar finalmente al punto final, donde se colocan las ampollas en una caja.

CINEMÁTICA DEL ROBOT

43

12312

12312

**

**

LqP

SLqSLP

CLCLP

Z

Y

X

34 qLPZ

32

22

21

22

2 **2cos

LL

LLPPArcq YX

0*2**** 2232

2231

2232

22

23

21 CLLPSLPCCLLSLC YY

Los valores de las articulaciones para los

siguientes puntos:

161,8650inicialP 161,8650 finalP

cmq

q

q

46

0

60

3

2

1

cmq

q

q

46

0

120

3

2

1

Relación entre las velocidades de las coordenadas articulares y las de posición y

orientación del extremo del robot.

MATRIZ JACOBIANA

CINEMÁTICA DEL ROBOT

1011

0000

0000

0100

00***

00*)**(

12312312

12312312

CLCLCL

SLSLSL

J

DINÁMICA DEL ROBOT

La dinámica se ocupa de la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el

movimiento que en él se origina.

SUPOSICIONES:

Los cuerpos son simétricos y por ende su centro de masa se ubica en la mitad del link.

La inercia “J” incluye la correspondiente inercia de los motores que se ubican en cada articulación.

DINÁMICA DEL ROBOT

CUERPO 1CUERPO 1

k1 = ½ m1 (k1 = ½ m1 (qq1 L2/2)2 + ½ J1 1 L2/2)2 + ½ J1 q q 1212

u1 = m1 g h1u1 = m1 g h1

q1

Zok1

e2

e1

r1

Yo

r’

r’’

L2

L2 /2

Xo

h1h1

DINÁMICA DEL ROBOT

CUERPO 2CUERPO 2

q1

Zo

e2

r2

Yo

L3

L3 /2

Xo

q2

r’

k2

r’’

e1

e2

L2cos(q2)L2sen(q2)

L3 /2

r’’

L2

L3

q2

k2 = ½ m2 ([(L2sen (q2)) (q 1 + q 2)]2 + [(L2cos (q2) + L3/2) (q 1 + q 2)]2)+ ½ J2

(q 1 + q 2)2

u2 = m2 g h1

DINÁMICA DEL ROBOT

CUERPO 3CUERPO 3

kk33 = ½ m = ½ m33 ([(L ([(L22cos (qcos (q22) + L) + L33) () (q q 11 + + q q 22)])]2 2 + [(L+ [(L22sen (qsen (q22)) ()) (q q 11 + + q q 22)])]2 2 + + q q

3 3 2 2 ))

+ ½ J+ ½ J33 ( (q q 11 + + qq22))2 2

uu33 = m = m33 g (h g (h11 – (q – (q33 – L – L44/2))/2))

L4

q3q1

Zo

e1

r3

Yo

Xo

q2

r’

k3

q3 - L4 /2

L4 /2

r’’

DINÁMICA DEL ROBOT

DINÁMICA DEL ROBOT

Q1 = (1/4m2 L22 + J2)q1 + m2[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22S2C2q2](q1 + q2)] + J2(q1 + q2) + [((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22S2C2q2](q1 + q2)] + J3(q1 + q2)

Q2 = m2[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22 S2C2q2](q1 + q2)] + J2(q1 + q2) - m2[(q1 + q2)L22 C2 – (q1 + q2)2(L2C2 + L3/2)L2S2] + m3[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22 S2C2q2](q1 + q2)] + J3(q1 + q2) - m3(q1 + q2)2[L22 S2C2 – (L2C2 + L3/2)L2S2]

Q3 = m4q3 + m4g

Z (t1) = 0.11 – 0.1/2 (t1) [cm]

 Z (t1) = 0.10 [cm]

 t1 = 0.2 [s]

Z (t2 – t1) = 0.1 – 0.1 (t2 – t1) [cm]

 Z (t2) = 0.02 [cm]

 

t2 = 1.0 [s]

Z (t3 – t2) = 0.02 – 0.6 (t3 – t2) + 0.5/2 (t32 – t2

2) [cm]

 Z (t3) = 0.01 [cm]

 t3 = 1.2 [s]

Vz (t)

Z (t)

11

10

-10cm/s

21

t (s)

t (s)

10cm/s

t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA

dz/dt = 0 [cm] 

Z (t4) = 0.01 [cm]

 t4 = 2.2 [s]

 

Z (t5 – t4) = 0.01 – 1.1 (t5 – t4) + 0.5/2 (t52 – t4

2) [cm]

 Z (t5) = 0.02 [cm]

 t5 = 2.4 [s]

Z (t6 – t5) = 0.02 + 0.1 (t6 – t5) [cm]

 Z (t6) = 0.1 [cm]

 

t6 = 3.2 [s]

Z (t) = 0.1 + 1.2 (t7 – t6) - 0.5/2 (t72 – t6

2) [cm]

 Z (t7) = 0.11 [cm]

 

t7 = 3.4 [s]

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA

Vy(t)

Y(t)

86.61

82.61

-82.61-86.61

t (s)

t (s)

t1 t2 t3

-10cm/s

PolPolinomio característico:  

Y (t1) = 0.8661 – 0.1/2 (t1) [cm]

 Y (t1) = 0.8261 [cm]

 t1 = 0.8 [s]

inomio característico:  

Y (t2 – t1) = 0.8261 – 0.1 (t2 – t1) [cm]

 Y (t2) = - 0.8261 [cm]

 t2 = 17.322 [s]

Y (t3 – t2) = 0.8261 – 2.265 (t3 – t2) + 0.125/2 (t32 – t2

2) [cm]

 Y (t3) = -0.8661 [cm]

 t3 = 18.122 [s]

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA

Vy(t)

Y(t)

t (s)

10cm/s

t1 t2 t3

86.61

82.61

-82.61-86.61

Y (t1) = - 0.8661 + 0.1/2 (t1) [cm]

 Y (t1) = - 0.8261 [cm]

 t1 = 0.8 [s]

Y (t2 – t1) = - 0.8261 + 0.1 (t2 – t1) [cm]

 Y (t2) = 0.8261 [cm]

 t2 = 17.322 [s]

Y (t3 – t2) = - 0.8261 + 2.265 (t3 – t2) - 0.125/2 (t32 – t2

2) [cm]

 Y (t3) = 0.8661 [cm]

 t3 = 18.122 [s]

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA

GRACIAS ! ! ! !