Grupo 4 Informefinalproyecto
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PROYECTO FINAL ROBOTICA Trabajo presentado Por Alejandro Gómez Raúl Quintero Diego Edison González José Hernando Otálora Trabajo presentado A LIC. Sandra Isabel Vargas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNAD INGENIERÍA ELECTRÓNICA 06 DE DICIMBRE DE 2013
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PROYECTO FINAL
ROBOTICA
Trabajo presentado Por
Alejandro Gómez
Raúl Quintero
Diego Edison González
José Hernando Otálora
Trabajo presentado A
LIC. Sandra Isabel Vargas
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA- UNAD
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
06 DE DICIMBRE DE 2013
CONTENIDO INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 4
OBJETIVOS ................................................................................................................................ 6
DESCRIPCIÓN DEL CASO ....................................................................................................... 7
A. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el robot a
construir, incluyendo el efector final .................................................................................... 8
Generalidades ........................................................................................................................ 9
Partes de la Máquina .......................................................................................................... 10
Los Modelos y sus Características .................................................................................. 12
Aplicación de los datos al problema sugerido .............................................................. 14
Ejemplo Industrial del Robot a diseñar ........................................................................... 15
Elementos terminales o efectores finales. ..................................................................... 16
B. Determinar y justificar las especificaciones de los actuadores requeridos
para cada una de las articulaciones, adjuntar las hojas de datos de los mismos, y
si es posible una cotización. ................................................................................................ 17
Servos digitales ..................................................................................................................... 19
C. Determinar las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de
trabajo estimado y el robot según la medida de la pieza ......................................... 22
D. A partir de los actuadores escogidos, determinar ¿Cómo se enviarán las
señales de mando a los actuadores para realizar los movimientos de las
articulaciones?¿Que elementos son necesarios para hacer esta tarea? ................ 23
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS SERVOS: ......... 24
Control de posición ............................................................................................................ 26
Utilización ............................................................................................................................... 27
Sistema de control .............................................................................................................. 28
E. Determinar los elementos que deben incluirse en el controlador del robot, esto se
debe hacer a nivel general no se requieren planos electrónicos, mecánicos,
neumáticos o hidráulicos, basta con un listado de elementos básico y un
diagrama de bloques, lo más importante es justificar de acuerdo a la
selección de actuadores. ....................................................................................................... 29
CONTROLADOR DE SECUENCIA LIMITADA: ................................................................ 31
CONTROLADOR PUNTO A PUNTO: ................................................................................ 31
CONTROLADOR DE TRAYECTORIA CONTINUA .......................................................... 31
F. Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicará con el
software de control instalado en un PC (el PC estará a 10 metros del robot,
considere un ambiente contaminado de ruido electromagnético debido a la
presencia de motores de alta potencia en el área de trabajo). Especificar y justificar
la selección. Este punto requiere investigar otras fuentes bibliográficas además de
lo presentado en este curso. ................................................................................................ 33
Cableado Apantallado y Blindado - Inmunidad al Ruido, Conexión a Tierra y el
Mito de la Antena ................................................................................................................. 33
Introducción e Historia del Blindaje ................................................................................ 33
Transmisión Simétrica ....................................................................................................... 35
Principios de la Interferencia de Ruido ........................................................................... 36
Perturbadores de ruido diferencial: ............................................................................ 38
Perturbadores de ruido ambiental: s. .......................................................................... 38
de tierra ............................................................................................................................. 40
Diseño de Pantallas y Blindajes ....................................................................................... 42
Conexión a Tierra de Sistemas de Cableado ................................................................. 43
Por qué Usar Cableado Apantallado y Completamente Blindado ............................. 45
G. Determinar el tipo o tipos de programación que se incluirán en el robot,
justificando la selección de acuerdo a los requerimientos del problema. Realizar
un análisis comparativo entre el software Robocell y otro software existente en el
mercado, que permitan realizar dicha programación. Se dará un puntaje adicional a
quien simule el funcionamiento del brazo en dicho software. ....................................... 46
I. Finalmente la empresa solicita el modelo cinemático directo del robot diseñado,
con el fin de facilitar la tarea a los programadores que serán contratados. ............... 51
H. Determinar y justificar si es necesario incluir sistemas de seguridad adicionales
debido al tipo de proceso utilizado. .................................................................................... 52
Causas de accidentes ........................................................................................................ 53
Medidas de seguridad ........................................................................................................ 54
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...................................................................................... 56
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Silla de madera para el ejercicio .............................................................. 7
Figura 2 Grafica Robot de pintura ........................................................................... 8
Figura 3. Cámara de pintura industrial .................................................................... 9
Figura 4. Detalle de un elemento final de un robot de ........................................... 11
Figura 5. Sistema de transporte en unidad de pintura industrial. .......................... 14
Figura 6. Muñeca con tres grados de libertad. ...................................................... 15
Figura 7. Unidad de pintura de muebles ABB ....................................................... 15
Figura 8. Detalle robot de pintura .......................................................................... 16
Figura 9. Efectores finales para pintura industrial ................................................. 17
Figura 10. Servomotor Modelo S3003 marca futaba ............................................. 20
Figura 11. Servomotor Modelo S3005 marca futaba ............................................. 21
Figura 12. Servomotor Modelo S90 marca futaba ................................................. 21
Figura 13. Bosquejo del area de trabajo................................................................ 22
Figura 14. Delimitación área de trabajo. ................................................................ 23
Figura 15. Medidas del robot a diseñar. ............................................................... 23
Figura 16. Controlador de posición ....................................................................... 24
Figura 17. Detalle cable blindado .......................................................................... 24
Figura 18. Control de posición de un servomotor .............................................. 26
Figura 19. Control de tiempos de un servomotor .................................................. 27
Figura 20. Tarjeta controladora ........................................................................... 28
Figura 21.- Unidad de control de robots ................................................................ 30
Figura 22. Sistemas de control. ............................................................................. 31
Figura 23. Sistema lazo Cerrado ........................................................................... 33
Figura 24. Cable Tipo 1 De Ibm ............................................................................ 34
Figura 25. Fuentes De Ruido En Una Lan............................................................. 37
Figura 26. Corrientes De Modo Común ................................................................. 40
Figura 27. Introducción De Bucles De Tierra ......................................................... 41
Figura 28. Construcción De F/Utp ......................................................................... 42
Figura 29. Construcción De S/Futp ....................................................................... 43
Figura 30. Simulación del sistema de pintura en Simurob..................................... 51
Figura 31. Modelo cinemático ............................................................................... 52
Figura 32. Modelo matemático ............................................................................................ 52
INTRODUCCIÓN
Llevando a cabo lo estudiado en el módulo durante el semestre, hemos
presenciado la utilidad y el desempeño que tienen los robots en las empresas,
donde manejan estas máquinas hemos visto que. La robótica es un sinónimo de
progreso y desarrollo tecnológico. Los países y las empresas que cuentan con una
fuerte presencia de robots no solamente consiguen altos niveles de competitividad
y productividad, sino también transmiten una imagen de modernidad. En los
países más desarrollados, las inversiones en tecnologías robóticas han crecido de
forma significativa y muy por encima de otros sectores. No obstante, el
conocimiento sobre robótica de la mayoría de la sociedad es muy limitado.
Algunas personas todavía confunden un robot con una minipimer debido a que en
la propaganda es anunciada como un robot de cocina.
La robótica tiene como intención final complementar o sustituir las funciones de los
humanos en tareas tediosas o peligrosas, alcanzando, en algunos sectores,
aplicaciones masivas. En el contexto industrial, donde se utilizan con notable éxito
desde hace varias décadas.
Por otro lado, hay que destacar que la robótica ofrece unos grandes beneficios
sociales, resolviendo problemas cotidianos en todos los sectores y edades de la
población, mejorando la calidad de vida de los ciudadanos mediante la reducción
de las horas de trabajo y de los riesgos laborales. También aporta beneficios
económicos aumentando la competitividad de las empresas, dinamizando la
creación de nuevas empresas y nuevos modelos de negocios y profesiones.
OBJETIVOS
Como diseñar el diseño de un robot industrial que permita realizar el pintado de una pieza de madera fabricada en serie por una empresa exportadora de muebles
Conocer el funcionamiento de los diferentes dispositivos que se utilizan en el proceso del pintado.
Buscar la mejor manera de utilizar un robot que se pueda adaptar al pintado de madera sin desperdiciar pintura.
Llevarse a cabo el trabajo sin dañar ningún artículo de la empresa
DESCRIPCIÓN DEL CASO
Dentro de sus procesos de fabricación una empresa exportadora de muebles
involucra el pintado de las piezas, en general dentro de la línea hay un paso que
requiere pintar una pieza de madera con las siguientes especificaciones (las
medidas están expresadas en cm)
Figura 1. Silla de madera para el ejercicio
Las medidas de la pieza pueden variar +-2% del valor presentado en el
bosquejo, pero debe procurarse minimizar estas variaciones. Actualmente el
trabajo se hace manualmente presentando defectos en el pintado y desperdicio
de pintura. Dicha empresa ha decidido cambiar el sistema a un sistema
automatizado, por tanto se desea implementar el proyecto de construcción
de un brazo robótico que permita realizar el pintado de la pieza de forma
automática.
En primera instancia se establece una asesoría por parte de los estudiantes de la
asignatura Robótica de la UNAD, para determinar la viabilidad del proyecto.
Ustedes como grupo de trabajo deben desarrollar las siguientes tareas:
A. Determinar y justificar la configuración mecánica adecuada para el
robot a construir, incluyendo el efector final
Como fase inicial quiero tener un referente a nivel industrial de los equipos que se
encuentran actualmente y por esto adiciono esta corta investigación.
Aunque parezca increíble y muy a pesar de ser Colombia, un país fabricante
por tradición de muebles y productos hechos con madera, el proceso de
acabado y pintura se encuentra –realmente– en desventaja respecto a otros
adelantados en países más desarrolladas tecnológicamente hablando,
situación que se presenta –entre otros aspectos– por el atraso tecnológico que
padece esta industria nacional.
Variadas son las posibilidades que hoy en día ofrecen las empresas
fabricantes de maquinaria a los industriales para que mejoren sus procesos de
acabado; existen, dentro del segmento de maquinaria para madera, diversos
equipos que solucionan muchos de los problemas que se presentan en esta
área productiva.
Figura 2 Grafica Robot de pintura
Ejemplo de ello, son las máquinas rociadoras automáticas –también
conocidas como robots de pintura a pistola– cuya estructura, construcción y
tecnología, hacen posible cubrir varios pasos de la etapa de acabado con un
solo equipo.
Generalidades
Son máquinas automáticas, de alta precisión, calidad y compactas, que
requieren de muy poco espacio para su emplazamiento. Están diseñadas
específicamente para la aplicación de pintura en superficies planas con
geometrías y cantos, hecho por el que logran el recubrimiento de las piezas,
por cinco de sus seis lados; y que además permite no sólo la personalización de
la producción, sino la flexibilización de los procesos de acuerdo a los
requerimientos del mercado, gracias a su versatilidad.
Como ventajas, este sistema de pulverización automática –como también se
conoce a este tipo de maquinaria– permite la homogenización de los productos
terminados, ya que el operario puede parametrizar el tiempo, la calidad y la
precisión de la aplicación de pintura o tinte, por pieza.
Además de lo anterior, existe una característica de gran importancia que lo hace
especial frente a los que tradicionalmente utilizan la industria de mueble para el
proceso en mención, y es que con él se puede optimizar y cuantifica r l a cantidad
de sustancia necesaria, aspecto que garantiza el ahorro de material entre un 20
y 30 por ciento, y evita su desperdicio.
Usualmente, alcanza velocidades de avance de 2.0 hasta 10.0 metros por
minuto dependiendo del modelo y el número de pistolas, rango que permite
mejorar los tiempos en aplicación de pintura sin sacrificar la calidad del
acabado. Es preciso aclarar que existen algunas referencias –no muy
comerciales– cuya velocidad productiva es incluso, hasta de 16 metros por
minuto.
Sin embargo, la producción de la máquina puede estar condicionada por
parámetros como las características de del sustrato sobre el que se aplique la
pintura –es decir, poros cerrados o abiertos–, la calidad requerida, la forma de la
pieza y los movimientos de la pistola.
Figura 3. Cámara de pintura industrial
Partes de la Máquina
Es importante recalcar que debido a su forma constructiva, este equipo ofrece
excelentes acabados, ya que el tinte llega a todas las geometrías de la
pieza, de igual forma, gracias a la baja altura de aplicación del material, contribuye
a mejorar la precisión de aplicación.
Aunque existan varios modelos y diferentes fabricantes, la gran mayoría de
máquinas rociadoras constan de las siguientes partes:
• Barrera de lectura: cuenta con un sistema de reconocimiento de las piezas capaz
de detectar, por medio de una barrera con ojos fotoeléctricos, el tamaño y la forma
de los productos una vez ingresan al área de rociado. Los datos son enviados al
control de la máquina que se encarga de accionar las pistolas e iniciar el ciclo
de pintura, de acuerdo al programa establecido en el computador.
• Sistema de transporte: en la gran mayoría de máquinas rociadoras, el
transporte de las piezas se realiza por medio de cintas continuas o flejes
anchos de acero –cada uno espaciado del otro en aproximadamente 20
milímetros y que logran un ancho total de 1600 milímetros–, accionados por
ruedas de gran diámetro, que pueden transportar piezas de diversos
tamaños y calidades y que además, poseen un cabezal desplazable para la
recuperación del producto trabajado.
En otros equipos, el movimiento se realiza sobre papel con desenrollado
continuo, cinta o banda transportadora; en realidad, el sistema de transporte
varía de acuerdo los requerimientos de la pieza trabajada.
Los flejes en acero tienen también la ventaja adicional de extraer y limpiar
fácilmente los barnices, mediante un proceso simple y fácil en el que raspan los
flejes con una cuchilla.
• Carro de limpieza: sistema de rodillos en fibra de carbono destinados a la
extracción y limpieza de todo el rocío o partículas de pintura en el aire
(overspray).
• Sistema de succión de partículas (overspray): para el manejo y limpieza
del aire, este equipo cuenta con filtros secos, en su gran mayoría de cartón, que
atrapan hasta un 95 por ciento de los sólidos.
Dicho sistema evacua las neblinas formadas durante la aplicación de la
pintura, aplicando un principio simple de ventilación sin turbulencias ni rebotes.
• Brazo porta pistolas: son los brazos en los que están ubicadas las pistolas de
rocío. Los modelos más comunes integran cuatro brazos que permiten el
montaje de hasta ocho pistolas; y otras de ocho brazos hasta 16 pistolas.
Pueden ser de tipo neumático para la aplicación de tintura, o de tipo airmix
para pintura base y acabado; además, una sola máquina puede combinar
varios tipos de pistola.
El diseño de estos robots varía de una referencia a otra, generalmente
poseen de uno a tres circuitos independientes, con los que se aplica un
tipo de pintura en específico. Las máquinas que cuentan con un sólo circuito
están diseñadas, básicamente, con pistolas aerográficas que aplican,
exclusivamente, tinte; sin embargo al cambiar las boquillas de las pistolas y
después de someter el equipo a una limpieza exhaustiva, también pueden
aplicar fondo o acabado (uno a la vez). Las máquinas de un solo circuito
demandan limpieza cada vez que trabajen con otro tipo de pintura diferente al
que esté en uso, lo que representa gastos en productos de limpieza y
tiempos muertos de producción.
Existen también las máquinas de dos circuitos, –uno para la aplicación de
tinte y otro para fondo y/o acabado–; y las de tres circuitos –uno para tinte,
otro para fondo y otro para acabado, versión ésta última que evita tiempos de
recambio y agiliza los procesos.
Estos equipos, están diseñados bajo el principio de pistolas fijas u oscilantes o
cabezales rotatorios dispuestos sobre carros laterales, con movimiento
alternativo, en sentido inverso para algunos modelos, o los orientados en distintas
direcciones con desplazamiento transversal en ambos sentidos, para otros.
Figura 4. Detalle de un elemento final de un robot de
• Control electrónico: estas máquinas cuentan con un centro electrónico
integrado que, mediante un software hacen posible la programación de los
trabajos. Es un software amigable que no necesita de altos conocimientos en
sistemas, para su manejo.
Los Modelos y sus Características
Aunque las máquinas rociadoras son muy flexibles y versátiles, existen en el
mercado modelos específicamente diseñados y construidos para la aplicación de
tintes. Estas máquinas cuyos nombres varían dependiendo de la marca, están
dirigidas para un nicho específico de clientes –fabricantes de productos de
madera a gran escala–, que necesita de un número importante de máquinas para
cubrir sus requerimientos de producción.
Este equipo –cuyo sistema de purificación del aire se realiza mediante filtros
secos– está dotado con 10 pistolas que se mueven circularmente –sistema
rotativo– y que alcanzan una velocidad de producción de 10 metros por minuto. Su
uso no es recomendado para pinturas, especialmente corrosivas, ni aquellas a
base de agua, ni las UV, ya que la vida de las empaquetaduras de las
articulaciones es muy corta y al contacto con las sustancias citadas, requiere de
mayor mantenimiento.
Existe otro estilo de máquina diseñada, especialmente, para la aplicación de
tintura y barnices pigmentados y transparentes, cuya velocidad de avance varía
dependiendo del material que aplique. Por ejemplo, para terminaciones
pigmentadas brillantes alcanza de tres metros por minutos, mientras que para
fondos y acabados transparentes, la velocidad varía entre seis y siete metros por
minuto.
De este variedad de equipo el mercado ofrece dos referencias: las que trabajan
con ocho pistolas ubicadas 4 + 4 (cuatro pistolas aerográficas para aplicación
exclusiva de tinte y cuatro pistolas para aplicación de fondo y/o acabado); y las
que trabajan con 12 pistolas bien sea en la configuración 8 + 4 (ocho para
fondo y/o acabado y cuatro para tinte), o 4 + 4 + 4 (igual número de pistolas para
la aplicación de tinte, fondo y acabado). De igual manera, el sistema de
aspiración varía también de dos formas: en seco o mediante cortina de agua.
A medida que avanza la tecnología, los desarrollos en este tipo de maquinaria
incorporan nuevos elementos que mejoran no sólo la agilidad en los tiempos y la
eficiencia de los procesos; sino también aumentan en calidad, los resultados.
Los modelos más recientes, por ejemplo, cuentan con un sistema de oscilación
electrónico de la pistola que asegura el control perfecto de la velocidad y la
ausencia de vibraciones durante el rociado. Dichas máquinas pueden alcanzar
velocidades productivas de hasta 12 metros por minuto.
De igual forma, las máquinas más modernas poseen un sistema de
transporte de piezas a banda continua termo soldada, que reduce el tiempo
de sustitución d e l a misma, en menos de treinta minutos; y cuentan Con un el
sistema de limpieza de banda, con extracción longitudinal, que asegura que el
proceso se realice con altísima eficiencia , si n estorbos laterales, y en un tiempo
inferior a los tres minutos. Estas máquinas cuentan además con sistemas de
eliminación de partículas sólidas por medio de cortinas de agua.
En general, en el mercado existen máquinas capaces de lograr terminaciones
de altísima calidad similares a las que realiza una cabina presurizada; incluso
para muchos expertos en pintura, estos equipos constituyen verdaderos
robots rociadores.
Su principal característica son sus seis ejes de control en los que se ubican
las pistolas, y que se accionan electrónicamente.
Los ejes permiten el movimiento así:
Eje X: movimiento longitudinal.
Eje Y: movimiento transversal.
Eje Z: movimiento vertical.
Eje a: movimiento de oscilación del grupo porta pistola.
Eje b: movimiento de rotación de la grupo porta pistola.
Eje g: volcamiento del grupo porta pistola.
Sobre el sistema de transporte de las piezas en este tipo de equipos,
funciona bien por correas soldadas o papeles desenrrollados, según las
necesidades del cliente o requerimientos del producto; mientras que el
manejo del overspray o partículas de pintura en el aire, lo realiza empleando
cuatro cortinas de agua, puestas perimetralmente, y con desviadores
especiales que crean poderosas turbulencias para proporcionar una considerable
disminución en las partículas de barniz.
Las máquinas rociadoras son programables con un PC de fácil y rápido
manejo, de allí que también sea posible diseñar programas de barnizado,
específico, escogiendo todos los parámetros significativos tales como: número
de fases en la superficie; número de fases en los bordes y altura de trabajo en las
pistolas, entre otros.
Figura 5. Sistema de transporte en unidad de pintura industrial.
De igual manera pueden operar con una máquina de rociado oscilatorio,
moviéndose en el eje X y rociando paneles con un movimiento continuo.
Estos desarrollos tecnológicos aportan, sin lugar a dudas, al mejoramiento de
los procesos de acabado y pintura en aspectos tan importantes como
tiempos, calidad, ahorro de material, ahorro de mano de obra y cuidado
medioambiental.
Aplicación de los datos al problema sugerido La configuración mas adecuada es la de un robot industrial tipo angular con una muñeca con tres movimientos o grados de libertad: giro (hand rotate),elevacion(wrist flex) y desviacion (wrist rotate) como lo muestra el modelo inferior. Teniendo encuenta que nuestro robot debe tener de 4 a 5 grados de libertar para realizar la tarea Propuesta Esquema de un robot angular con 5 grados de libertad.
Figura 6. Muñeca con tres grados de libertad.
Ejemplo Industrial del Robot a diseñar
Para tomar como guía nos podemos referir a un modelo industrial que investigamos y se asemeja a lo solicitado en el trabajo. La referencia de este equipo es el IRB 580 de ABB y lo vamos a tomar como referente para algunas apreciaciones necesarias dentro del diseño.
De acuerdo a los temas mencionados anteriormente se puede decir que para nuestro ejercicio requerimos diseñar un robot de 6 grados de libertad muy similar al que está en la industria con la referencia IRB 580 diseñado y fabricado por ABB y cuya imagen adjunto a continuación:
Figura 7. Unidad de pintura de muebles ABB
De acuerdo a los requerimientos del trabajo que está destinado el robot a realizar y la precisión que debe tener, debemos tener los siguientes parámetros de diseño:
Rotación de 150 º a -150 º 112 º / s Brazo vertical 75 º a -70 º 112 º / s Brazo horizontal 35 º a -60 º 112 º / s Rotación de muñeca ilimitada 465 º / s Doblan la muñeca ilimitada 350 º / s Rotación de la brida del pulso ilimitado * 535 º / s
Figura 8. Detalle robot de pintura
Elementos terminales o efectores finales.
Para las aplicaciones industriales, las capacidades del robot básico deben aumentarse por medio de dispositivos adicionales. Podríamos denominar a estos dispositivos como los periféricos del robot, incluyen el herramental que se une a la muñeca del robot y a los sistemas sensores que permiten al robot interactuar con su entorno.
En la elección o diseño de una pinza se han de tener en cuenta diversos factores. Entre los que afectan al tipo de objeto y de manipulación a realizar destacan el peso, la forma, el tamaño del objeto y la fuerza que es necesario ejercer y mantener para sujetarlo. Entre los parámetros de la pinza cabe destacar su peso (que afecta a las inercias del robot), el equipo de accionamiento y la capacidad de control.
El accionamiento neumático es él más utilizado por ofrecer mayores ventajas en simplicidad, precio y fiabilidad, aunque presenta dificultades de control de posiciones intermedias. En ocasiones se utilizan accionamientos de tipo eléctrico. En la pinza se suelen situar sensores para detectar el estado de la misma (abierto o cerrado). Se pueden incorporar a la pinza otro tipo de sensores para controlar el estado de la pieza, sistemas de visión que incorporen datos geométricos de los objetos, detectores de proximidad, sensores fuerza par, etc.
Para el caso de nuestro diseño se requiere un efector final con herramienta para pulverización de la pintura tal y como aparece en la siguiente gráfica.
Figura 9. Efectores finales para pintura industrial
B. Determinar y justificar las especificaciones de los actuadores
requeridos para cada una de las articulaciones, adjuntar las hojas de
datos de los mismos, y si es posible una cotización.
Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática
o eléctrica en energía mecánica. Los actuadores pueden verse como transductores; por ejemplo, el motor convierte energía eléctrica (se conecta a una fuente de alimentación) en energía mecánica rotacional (movimiento). Recuérdese que un transductor es cualquier elemento que convierte una forma de energía en otra forma de energía. Existen diferentes tipos de actuadores:
Hidráulicos Neumáticos
Eléctricos
L a siguiente tabla presenta las ventajas y desventajas de cada tipo de
actuador:
En robótica los actuadores son los encargados de generar el movimiento de los
diferentes mecanismos o elementos que conforman el robot. Los actuadores
eléctricos se utilizan principalmente en robots que no demanden de altas
velocidad ni potencia. Son usados en aplicaciones que requieran de exactitud y
repetitividad. Los motores eléctricos más utilizados en robóticas son los motores
de corriente continua y los motores de paso a paso. Los actuadores hidráulicos
se utilizan en robots de gran tamaño que requieran mayor velocidad para la
ejecución de tareas y una mayor resistencia mecánica para la manipulación de
cargas pesadas. Los actuadores neumáticos son usados en aquellas
aplicaciones que requieran solo dos estados, por ejemplo en la apertura y el cierre
de la pinza de un manipulador.
De acuerdo a la anterior información queda claro que el actuador a utilizar en
nuestro robot de pintura es eléctrico debido al trabajo a desarrollar ya que los
sistemas hidráulicos no nos dan la precisión requerida y los sistemas neumáticos
son solamente para sistemas on-off.
Lo más aconsejable sería utilizar un servomotor de modelismo para lograr un
control de posición aún más exacto. Las características de este elementos serían:
Un servomotor de modelismo —conocido generalmente como servo o servo de modelismo— es un dispositivo actuador que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y de mantenerse estable en dicha posición. Está formado por un motor de corriente continua, una caja reductora y un circuito de control, y su margen de funcionamiento generalmente es de menos de una vuelta completa. Los servos de modelismo se utilizan frecuentemente en sistemas de radiocontrol y en robótica, pero su uso no está limitado a estos.
El componente principal de un servo es un motor de corriente continua, que realiza
la función de actuador en el dispositivo: al aplicarse un voltaje entre sus dos
terminales, el motor gira en un sentido a alta velocidad, pero produciendo un bajo
par. Para aumentar el par del dispositivo, se utiliza una caja reductora, que
transforma gran parte de la velocidad de giro en torsión.
Otra opción dentro de los servomotores sería utilizar equipos con principio de
funcionamiento digital, pero antes de tomar una decisión sería prudente tener en
cuenta las ventajas y desventajas de estos elementos:
Servos digitales
Los servos digitales son similares a los servos convencionales (analógicos), pero cuentan con ciertas ventajas como lo son un mayor par, una mayor precisión, un tiempo de respuesta menor, y la posibilidad de modificar parámetros básicos de funcionamiento —ángulos máximo y mínimo de trabajo, velocidad de respuesta, sentido de giro y posición central, entre otros—. Además de un mayor costo, tienen la desventaja de que requieren más energía para su funcionamiento, lo cual es crítico cuando se utilizan en aplicaciones que requieren el máximo ahorro de energía posible, tales como robots robustos o aviones radiocontrolados.3
Para el caso de este proyecto debemos utilizar como actuadores a servomotores
de modelismo para transferir potencia y movimientos generados hacia el sistema
articulado que compone al robot, estos motores cuentan con una placa interna
cuyo circuito se muestra a continuación:
Este tipo de motores realizan un control proporcional de posición del eje y además
presentan una caja reductora como parte de su estructura interna.
Los servomotores escogidos son de la serie S por su versatilidad, tamaño y peso
son los más apropiados en el desarrollo de este proyecto.
Figura 10. Servomotor Modelo S3003 marca futaba
Figura 11. Servomotor Modelo S3005 marca futaba
.
Figura 12. Servomotor Modelo S90 marca futaba
Tabla de características de los servo motores.
CARACTERISTICAS TIPO DE SERVOMOTOR
S3305 S3003 SG90
Sistema de control PWM PWM PWM
Tensión de funcionamiento(V)
4.8-6.0 4.8-6.0 4.0-7.2
Velocidad (a6.0V) [s/°]
0.2s/60° 0.19s/60° 0.12s/60°
Torque( a 6.0V) Kg-cm
8.9 4.1 1.2
Precio en dólares 50 50 60
Aplicación Movimiento de la base
Los dos primeros eslabones
Ultimo eslabón y la muñeca
C. Determinar las medidas de los eslabones, bosquejar el volumen de
trabajo estimado y el robot según la medida de la pieza
Figura 13. Bosquejo del area de trabajo
Figura 14. Delimitación área de trabajo.
Figura 15. Medidas del robot a diseñar.
D. A partir de los actuadores escogidos, determinar ¿Cómo se enviarán las
señales de mando a los actuadores para realizar los movimientos de las
articulaciones?¿Que elementos son necesarios para hacer esta tarea?
Como se determino en el punto B del presente trabajo se van a utilizar actuadores
eléctricos alimentados con una fuente de 24 VDC o VAC dependiendo de la
conformación de control.
Para el control de posición se sugiere el elemento complementario que viene con
el actuador eléctrico, el cual puede funcionar con una señal de 4-20mA o de 0-10
voltios, personalmente sugiero el de 4-20 mA para evitar el problema de línea de
cero y poder descartar la opción de daño en la tarjeta cuando este en posición
inicial. En la señal de 0 voltios la tarjeta puede estar averiada y el sistema no se
entera sino que cree que esta en posición inicial, mientras que la señal de 4-20
mA nos da la posibilidad de asegurar la posición inicial con 4 mA y poder descartar
línea desconectada. Las especificaciones técnicas se adjuntan a continuación:
Figura 16. Controlador de posición
Para el control se sugiere utilizar una señal de 4-20 mA la cual presenta un buen
comportamiento en sistemas de control a lazo cerrado y como se menciono en el
apartado anterior presenta una gran ventaja con respecto a la señal de 0-10
voltios por el error de línea de cero.
Para el envió de la señal desde el elemento sensor hasta el controlador se sugiere
utilizar cable apantallado para reducir lo más posible los problemas de ruido
eléctrico por inducción.
Figura 17. Detalle cable blindado
CARACTERÍSTICAS GENERALES Y FUNCIONAMIENTO DE LOS SERVOS:
Estos servos tienen un amplificador, servo motor, piñonearía de reducción y un potenciómetro de realimentación; todo incorporado en el mismo conjunto. Esto es un servo de posición (lo cual significa que uno le indica a qué posición debe ir), con un rango de aproximadamente 180 grados. Ellos tienen tres cables de conexión eléctrica; Vcc, GND, y entrada de control.
Para controlar un servo, usted le ordena un cierto ángulo, medido desde 0 grados. Usted le envía una serie de pulsos. En un tiempo ON de pulso indica el ángulo al que debe posicionarse; 1ms = 0 grados, 2.0ms = máx. grado (cerca de 120) y algún valor entre ellos da un ángulo de salida proporcional. Generalmente se considera que en 1.5ms está el "centro." Entre límites de 1 ~ 2ms son las recomendaciones de los fabricantes, usted normalmente puede usar un rango mayor de 1.5ms para obtener un ángulo mayor e incluso de 2ms para un ángulo de rendimiento de 180 grados o más. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos construidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indica que usted está forzando por encima al servo, entonces debe disminuir un poco.
El tiempo de OFF en el servo no es crítico; puede estar alrededor de los 20ms. Hemos usado entre 10ms y 30 ms. Esto No tiene que ser de ésta manera, puede variar de un pulso a otro. Los pulsos que ocurren frecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con el sincronismo interno del servo y podría escucharse un sonido de zumbido o alguna vibración en el eje. Si el espacio del pulso es mayor de 50ms (depende del fabricante), entonces el servo podría estar en modo SLEEP entre los pulsos. Entraría a funcionar en pasos pequeños y el rendimiento no sería
el óptimo.
Como se observa en la figura, la duración del pulso indica o dictamina el ángulo del eje (mostrado como un círculo verde con flecha). Nótese que las ilustraciones y los tiempos reales dependen del fabricante de motor. El principio, sin embargo, es el mismo.
El cable de control se usa para comunicar el ángulo. El ángulo está determinado por la duración
de un pulso que se aplica al alambre de control. A esto se le llama PCM Modulación codificada de Pulsos. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02 segundos). La longitud del pulso determinará los giros de motor. Un pulso de 1.5 ms., por ejemplo, hará que el motor se torne a la posición de 90 grados (llamado la posición neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercará a los 0 grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercará a los 180 grados.
La descripción realizada anteriormente como se a podido observar son de servomotores de corriente continua usados en robótica doméstica y en aeromodelismo fundamentalmente.
En caso de decidirnos por utilizar un servomotor sería prudente verificar esta información sobre el control de posición:
Control de posición
Figura 18. Control de posición de un servomotor
Diagrama del circuito de control implementado en un servo. La línea punteada
indica un acople mecánico, mientras que las líneas continuas indican conexión
eléctrica.
El dispositivo utiliza un circuito de control para realizar la ubicación del motor en un punto, consistente en un controlador proporcional. El punto de referencia o setpoint —que es el valor de posición deseada para el motor— se indica mediante una señal de control cuadrada. El ancho de pulso de la señal indica el ángulo de posición: una señal con pulsos más anchos (es decir, de mayor duración) ubicará al motor en un ángulo mayor, y viceversa. Inicialmente, un amplificador de error calcula el valor del error de posición, que es la diferencia entre la referencia y la posición en que se encuentra el motor. Un error de posición mayor significa que hay una diferencia mayor entre el valor deseado y el existente, de modo que el motor deberá rotar más rápido para alcanzarlo; uno menor, significa que la posición del motor está cerca de la deseada por el usuario, así que el motor tendrá que rotar más lentamente. Si el servo se encuentra en la posición deseada, el error será cero, y no habrá movimiento.1
Para que el amplificador de error pueda calcular el error de posición, debe restar dos valores de voltaje analógicos. La señal de control PWM se convierte entonces en un valor analógico de voltaje, mediante un convertidor de ancho de pulso a voltaje. El valor de la posición del motor se obtiene usando un potenciómetro de realimentación acoplado mecánicamente a la caja reductora del eje del motor: cuando el motor rote, el potenciómetro también lo hará, variando el voltaje que se introduce al amplificador de error.2 Una vez que se ha obtenido el error de posición, éste se amplifica con una ganancia, y posteriormente se aplica a los terminales del motor
Utilización
Figura 19. Control de tiempos de un servomotor
Ejemplos de señales de control utilizadas, y sus respectivos resultados de posición
del servo (no están a escala). La posición del servo tiene una proporción lineal con
el ancho del pulso utilizado.
Dependiendo del modelo del servo, la tensión de alimentación puede estar comprendida entre los 4 y 8 voltios. El control de un servo se reduce a indicar su posición mediante una señal cuadrada de voltaje: el ángulo de ubicación del motor depende de la duración del nivel alto de la señal. Cada servo, dependiendo de la marca y modelo utilizado, tiene sus propios márgenes de operación. Por ejemplo, para algunos servos los valores de tiempo de la señal en alto están entre 1 y 2 ms, que posicionan al motor en ambos extremos de giro (0° y 180°, respectivamente). Los valores de tiempo de alto para ubicar el motor en otras posiciones se hallan mediante una relación completamente lineal: el valor 1,5 ms indica la posición central, y otros valores de duración del pulso dejarían al motor en la posición proporcional a dicha duración.3
Es sencillo notar que, para el caso del motor anteriormente mencionado, la duración del pulso alto para conseguir un ángulo de posición θ estará dado por la fórmula
donde está dado en milisegundos y en grados. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que ningún valor —de ángulo o de duración de pulso— puede estar fuera del rango de operación del dispositivo: en efecto, el servo tiene un límite de giro —de modo que no puede girar más de cierto ángulo en un mismo sentido— debido a la limitación física que impone el potenciómetro del control de posición. Para bloquear el servomotor en una posición, es necesario enviarle continuamente la señal con la posición deseada. De esta forma, el sistema de control seguirá operando, y el servo conservará su posición y se resistirá a fuerzas externas que intenten cambiarlo de posición. Si los pulsos no se envían, el servomotor quedará liberado, y cualquier fuerza externa puede cambiarlo de posición fácilmente. Sistema de control El sistema de control está formado por un microcontrolador Arduino Uno (Véase el apartado 2.3. Microcontrolador). Éste, recibe a través del puerto serie el mensaje enviado por el programa de simulación y establece el comportamiento correspondiente de los servomotores. MICROCONTROLADOR El microcontrolador empleado es el Arduino UNO. Utiliza un microprocesador ATMEGA328 del fabricante Atmel. Se han utilizado las salidas digitales y PWM para el control de los servomotores. A continuación se muestra una imagen de dicho microcontrolador.
Figura 20. Tarjeta controladora
La alimentación y la transmisión de datos desde el ordenador hacia el microcontrolador se realizan mediante un cable USB. Para el control de los servos el microcontrolador dispone de librerías específicas. Los servomotores necesitan para su funcionamiento una señal de control de tipo PWM. El microcontrolador dispone de 14 salidas digitales de las cuales 6 proporcionan dicha señal PWM. No obstante, se podrán generar más salidas de ese tipo mediante el software Interno.
Microprocesador ATMEGA328
Tensión de funcionamiento 5V
Voltaje de entrada (recomendada) 7-12V
Entradas/salidas digitales 14
Memoria Flash 32KB (ATMEGA328)
SRAM 2KB (ATMEGA328)
EPROM 1KB (ATMEGA328)
Velocidad de reloj 16MHz
E. Determinar los elementos que deben incluirse en el controlador del robot, esto se debe hacer a nivel general no se requieren planos electrónicos, mecánicos, neumáticos o hidráulicos, basta con un listado de elementos básico y un diagrama de bloques, lo más importante es justificar de acuerdo a la selección de actuadores. Controlador
Se trata del "cerebro" del robot, el órgano de tratamiento de la información. Es el responsable de determinar los movimientos precisos de cada parte del mecanismo para que el elemento terminal pueda ser movido a la posición y orientación requeridas en el espacio. Puede tratarse de un PLC (Programmable Logic Controller) en los modelos menos avanzados o de un sistema basado en microprocesadores en los más avanzados. En su memoria contiene un modelo físico del propio robot, un modelo de su entorno y los programas necesarios para desarrollar los algoritmos de control.
Figura 21.- Unidad de control de robots
Existen varios grados de control que son función del tipo de parámetros que se regulan, lo que da lugar a los siguientes tipos de unidades de control:
de posición: el controlador interviene únicamente en el control de la posición del elemento terminal;
cinemático: en este caso el control se realiza sobre la posición y la velocidad;
dinámico: además de regular la velocidad y la posición, controla las propiedades dinámicas del manipulador y de los elementos asociados a él;
adaptativo: engloba todas las regulaciones anteriores y, además, se ocupa de controlar la variación de las características del manipulador al variar la posición.
Otra clasificación de control es la que distingue entre control en bucle abierto y control en bucle cerrado. El control en bucle abierto da lugar a muchos errores, y
aunque es más simple y económico que el control en bucle cerrado, no se admite en aplicaciones industriales en las que la exactitud es una cualidad imprescindible. La inmensa mayoría de los robots que hoy día se utilizan con fines industriales se controlan mediante un proceso en bucle cerrado, es decir, mediante un bucle de realimentación. Este control se lleva a cabo con el uso de un sensor de la
posición real del elemento terminal. La información recibida desde el sensor se compara con el valor inicial deseado y se actúa en función del error obtenido, de forma tal que la posición real coincida con la que se había establecido inicialmente.
Figura 22. Sistemas de control.
Existen actualmente tres tipos de controladores de robots: - De secuencia limitada. - Punto a punto. - De trayectoria continua.
CONTROLADOR DE SECUENCIA LIMITADA:
Este método es empleado en los robots que se usan para realizar transferencia de
materiales, que son máquinas muy simples, que realizan pocas tareas, y son
actuados normalmente mediante energía neumática
CONTROLADOR PUNTO A PUNTO:
El controlador punto a punto consiste en una memoria que contiene una serie de posiciones de un manipulador. Cada posición representa un valor por cada eje y por cada sensor del robot.
CONTROLADOR DE TRAYECTORIA CONTINUA
Este controlador debe ser capaz de grabar y reproducir la posición del robot en
forma continua, o dicho de forma más práctica, de reproducir la posición muchas
veces en cada unidad de tiempo. Ello requiere una importante y compleja cantidad
de memoria electrónica, y la utilización de sensores que entreguen continuamente
información sobre la trayectoria para poder seguirla en forma constante.
Elementos necesarios:
Memoria
Panel operador
Sector de comunicaciones
Entradas y salidas
Terminal de enseñanza.
El robot se controla con un ordenador (computadora), algunos sistemas poseen un
teclado y una pantalla opcional o un panel operador opcional que proporciona al usuario un interface remoto con el controlador, el controlador tiene la capacidad de
comunicarse con diversos dispositivos.
EL sistema de entrada y salida proporciona una interface entre el software y los
dispositivos externos, a través de las I/Os y los puertos de comunicación serie. Los
SUPERVISOR
Control maestroselector de tareas
e interprete.
Comandos al
manipulador
Programas de
soporte
Grabación de
programas de soporte.
Información delos sensores de
posición.
Edición del programa deaplicación
Compilador
Assembler
Sesores de seguridad y otros.
Interface al panel de
control
Interface alaprendizajependiente
SENSORES FUTUROS interpretación visual,sistemas de habla, nave-
gación por siste- mas táctiles.Comunicación
con otros robotso computadoras
(Continua)
(Continua)
Memoria para elprograma de aplicaciónRAM de gran tamaño
para grabar posición yvelocidad en forma
permanente
interface remotos permiten al controlador enviar señales a un dispositivo remoto
por medio de un simple cable.
Figura 23. Sistema lazo Cerrado
F. Determinar la forma en que el controlador del robot se comunicará
con el software de control instalado en un PC (el PC estará a 10 metros del
robot, considere un ambiente contaminado de ruido electromagnético
debido a la presencia de motores de alta potencia en el área de trabajo).
Especificar y justificar la selección. Este punto requiere investigar otras
fuentes bibliográficas además de lo presentado en este curso.
Cableado Apantallado y Blindado - Inmunidad al Ruido, Conexión a Tierra y el Mito de la Antena
Introducción e Historia del Blindaje
En la década de 1980 surgió el cableado de red de área local (LAN) para dar
soporte a las primeras redes de computadoras que comenzaban a aparecer en el
espacio de los edificios comerciales. Generalmente estas primeras redes tenían
como soporte la transmisión Token Ring de IBM, estandarizada en 1985 como
IEEE 802.5. El cableado para la red Token Ring consistía en un cable Tipo 1 de
IBM acoplado a conectores hermafroditas exclusivos. El cable Tipo 1 de IBM se
compone de 2 pares de 150 ohms holgadamente trenzados y blindados con cinta
metálica, rodeados por un conductor de malla externo como se muestra en la
figura 1.
Por varias razones, este medio representaba una elección óptima para el soporte
de topologías LAN de primera generación. Su diseño se beneficiaba con la
capacidad del protocolo de transmisión de par trenzado de maximizar las
distancias (Token Ring cubría distancias de hasta 100 metros) y las velocidades
de transmisión de datos con la utilización de transceptores económicos. Además,
las cintas metálicas y el conductor de malla mejoraban el desempeño relativo a la
compatibilidad electromagnética (EMC) y la diafonía hasta niveles que no podían
hacerse realidad en ese momento con la capacidad de diseño y fabricación de
pares trenzados de las primeras generaciones. No nos debe sorprender entonces
que algunos edificios todavía utilicen este tipo de cableado robusto como soporte.
Figura 24. Cable Tipo 1 De Ibm
En 1990, los especialistas en LAN de la industria empezaban a reconocer que la
red conmutada Ethernet ofrecía un desempeño y confiabilidad mayores que Token
Ring. En forma concurrente, las capacidades de diseño y fabricación de par
trenzado habían progresado hasta el punto de no necesitar más las pantallas
metálicas individuales para proporcionar un aislamiento contra la diafonía interna
ni los blindajes totales para proporcionar inmunidad contra las fuentes externas de
ruido en las bandas de operación 10BASE-T y 100BASE-T. Tanto la publicación
de la aplicación 10BASE-T en 1990 como la primera edición de la norma de
cableado genérico ANSI/EIA/TIA-568 en 1991, junto a los costos más bajos
asociados al cableado de par trenzado no blindado (UTP), establecieron
firmemente al cableado UTP como el medio elegido para los nuevos diseños de
red LAN de ese entonces.
Quince años más tarde, al tiempo que la tecnología de la aplicación Ethernet
evolucionó hasta velocidades de transmisión de 10 Gb/s, se produjo un marcado
resurgimiento en la especificación de sistemas de cableado de par trenzado
apantallado y completamente blindado. Esta guía trata sobre los beneficios
prácticos de las pantallas y blindajes, y de cómo éstos pueden mejorar el
desempeño de los diseños tradicionales de cableado UTP destinados al soporte
de la transmisión de ancho de banda elevado. También disipa algunos mitos y
conceptos erróneos comunes respecto al comportamiento de pantallas y blindajes.
Transmisión Simétrica
La ventaja de especificar un cableado simétrico de par trenzado para la
transmisión de datos queda claramente demostrada al examinar los tipos de
señales presentes en los entornos de los edificios. Las señales eléctricas pueden
propagarse tanto en modo común como en modo diferencial (es decir "simétrico").
La expresión "modo común" describe un esquema de señal entre dos conductores
en el que la tensión se propaga en fase y con referencia a tierra. Algunos ejemplos
de transmisión de modo común son los circuitos de CC, la energía de edificios, TV
por cable, circuitos de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) y
dispositivos de seguridad. También se propaga en modo común el ruido
electromagnético causado por fuentes de perturbación tales como motores,
transformadores, luces fluorescentes y fuentes de radiofrecuencia (RF).
Prácticamente todos los tipos de señal y de perturbación presentes en el entorno
de los edificios se propagan en modo común, con una notable excepción: el
cableado de par trenzado está optimizado para el modo de transmisión diferencial
o simétrico. El modo de transmisión diferencial hace referencia a dos señales con
magnitudes iguales pero desfasadas 180º, que se propagan a través de los dos
conductores de un par trenzado. En un circuito simétrico existen dos señales
referidas entre sí, en vez de una señal con referencia a tierra. Un circuito simétrico
no tiene conexión a tierra, lo que da como resultado que este tipo de circuito sea
intrínsecamente inmune a la interferencia proveniente de la mayoría de los
perturbadores de ruido de modo común.
Teóricamente, el ruido de modo común se acopla por igual a cada conductor de un
par trenzado perfectamente simétrico. Los transceptores de modo diferencial
detectan la diferencia entre las magnitudes pico a pico de ambas señales de un
par trenzado mediante una operación de sustracción. En un sistema de cableado
perfectamente simétrico, la señal de modo común inducida aparecería como dos
tensiones iguales que el transceptor simplemente anula en el proceso de
sustracción, dando como resultado, por lo tanto, una inmunidad perfecta al ruido.
En el mundo real, sin embargo, los cables de par trenzado no son perfectamente
simétricos, y tanto los desarrolladores de aplicaciones como los especificadores
de sistemas deben comprender sus limitaciones. Los comités de la Asociación de
la Industria de Telecomunicaciones (TIA) y de la Organización Internacional para
la Normalización (ISO/IEC), en sus normas para cableado estructurado de grados
más altos (por ejemplo, Categoría 6 y superiores), toman con extremo cuidado la
especificación de parámetros de simetría tales como TCL (pérdida de conversión
transversal), TCTL (pérdida de transferencia de conversión transversal) y ELTCTL
(pérdida de transferencia de conversión transversal de igual nivel). Al examinar los
límites de desempeño para estos parámetros, y al advertir el punto a partir del cual
empiezan a acercarse a la tolerancia de aislamiento de ruido requerida por
diversas aplicaciones de Ethernet, se hace evidente que el ancho de banda de
funcionamiento práctico definido por niveles aceptables de inmunidad al ruido de
modo común debido a la simetría es aproximadamente 30 MHz. Si bien esto
proporciona una inmunidad al ruido más que suficiente para aplicaciones tales
como 100BASE-T y 1000BASE-T, el modelado de capacidad de Shannon
demuestra que este nivel no proporciona margen de desempeño para los
requisitos mínimos de inmunidad al ruido de 10GBASE-T. Afortunadamente, el uso
del blindaje mejora considerablemente la inmunidad al ruido, duplica la capacidad
de Shannon disponible y aumenta sustancialmente los anchos de banda de
funcionamiento práctico para aplicaciones futuras.
Un efecto producido por la degradación de la simetría de señal en un par trenzado
por encima de 30 MHz es la conversión modal, que sucede cuando las señales de
modo diferencial se convierten en señales de modo común y viceversa. La
conversión puede influir de manera desfavorable en la inmunidad al ruido
proveniente del ambiente, a la vez que puede contribuir a producir diafonía entre
pares y cables simétricos, lo cual debe minimizarse siempre que sea posible. El
blindaje puede disminuir el potencial para la conversión modal al limitar el ruido
acoplado al par trenzado desde el ambiente.
Principios de la Interferencia de Ruido
Todas las aplicaciones requieren márgenes positivos de relación señal-ruido (SNR) para transmitir dentro de los níveles asignados de la tasa de errores de bits (BER). Esto significa que la señal de datos que se está transmitiendo debe ser de mayor magnitud que todos los perturbadores de ruido combinados que se acoplan a la línea de transmisión (es decir el cableado estructurado). El ruido puede acoplarse al cableado de par trenzado en una o más de las tres maneras que se muestran en la figura 2:
1. Ruido diferencial (Vd): Ruido inducido por un par trenzado o cable simétrico adyacente.
2. Ruido ambiental (Ve): Ruido inducido por un campo electromagnético externo.
3. Ruido del bucle de tierra (Vg): Ruido inducido por una diferencia de potencial entre los extremos del conductor.
Figura 25. Fuentes De Ruido En Una Lan
Las diferentes aplicaciones, dependiendo de sus capacidades, poseen distintas sensibilidades a la interferencia de estas fuentes de ruido. Por ejemplo, se reconoce comúnmente a la aplicación 10GBASE-T como extremadamente sensible a la diafonía exógena o alien crosstalk (acoplamiento de cable a cable en modo diferencial) porque su capacidad de procesamiento de señales digitales (DSP) elimina electrónicamente la diafonía interna de par a par en el interior de cada canal. A diferencia de la diafonía de par a par, la diafonía exógena no puede anularse mediante el procesamiento de señales digitales. A la inversa, dado que la magnitud de la diafonía exógena es muy pequeña en comparación con la magnitud de la diafonía de par a par, la presencia de diafonía exógena ejerce una influencia mínima en el desempeño de otras aplicaciones como 100BASE-T y 1000BASE-T que emplean algoritmos de anulación de la diafonía en forma parcial o no lo hacen en absoluto.
El concepto de compatibilidad electromagnética (EMC) describe tanto la susceptibilidad de un sistema a la interferencia de fuentes externas (inmunidad) como al potencial de perturbar a esas fuentes (emisiones) y es un importante indicador de la capacidad del sistema para coexistir con otros dispositivos electrónicos y eléctricos. Los desempeños de inmunidad al ruido y de emisiones son recíprocos, lo que significa que la capacidad del sistema de cableado de mantener la inmunidad a la interferencia es proporcional al potencial para irradiar del sistema. Es interesante mencionar que, al mismo tiempo que se pone tanto énfasis innecesario en consideraciones de inmunidad, es un hecho aceptado que
los sistemas de cableado estructurado no irradian o interfieren con otros equipos o sistemas en el entorno de las telecomunicaciones.
Perturbadores de ruido diferencial: la diafonía exógena y la diafonía interna de par a par son ejemplos de perturbadores de ruido de modo diferencial que deben minimizarse mediante un diseño correcto del sistema de cableado. La susceptibilidad a la interferencia proveniente de fuentes de modo diferencial depende de la simetría del sistema y puede mejorarse al aislar o separar los conductores que interfieran entre sí. El cableado con simetría mejorada (es decir Categoría 6 y superiores) exhibe un mejor despempeño contra la diafonía interna y la diafonía exógena. Ya que ningún cable es perfectamente simétrico, y con el objeto de mejorar aún más el desempeño contra la diafonía, se utilizan estrategias como la utilización de material dieléctrico para separar conductores o pantalla metálica para aislarlos. Por ejemplo, está probado que el cableado de Categoría 6A F/UTP posee un desempeño contra la diafonía exógena sustancialmente superior al del cableado de Categoría 6A UTP, debido a que su construcción con una pantalla metálica externa reduce el acoplamiento de diafonía exógena prácticamente a cero. Está probado que la Categoría 7 S/FTP posee un desempeño contra las diafonías de par a par y exógena sustancialmente superior al de cualquier diseño de cableado de Categoría 6A, debido a que su construcción de par trenzado con pantallas metálicas individuales reduce el acoplamiento de diafonías de par a par y exógena prácticamente a cero. Estos niveles superiores de eliminación de la diafonía no podrían alcanzarse solamente con un adecuado desempeño simétrico..
Perturbadores de ruido ambiental: El ruido ambiental es un ruido
electromagnético que está compuesto por campos magnéticos (H) generados por acoplamiento inductivo (expresados en A/m) y campos eléctricos (E) generados por acomplamiento capacitivo (expresados en V/m). El acoplamiento por campo magnético sucede a bajas frecuencias (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz), en las que la simetría del sistema de cableado resulta más que suficiente para asegurar la inmunidad, lo cual significa que su impacto puede ignorarse en todos los tipos de cableado simétrico. Los campos eléctricos, sin embargo, pueden producir tensiones de modo común en cables simétricos, dependiendo de su frecuencia. La magnitud de la tensión producida puede modelarse suponiendo que el sistema de cableado es susceptible a la interferencia de la misma manera que una antena de cuadro [1]. Para facilitar el análisis, la ecuación[1] representa un modelo simplificado de antena de cuadro que resulta apropiado para evaluar la influencia de los diversos anchos de banda de las fuentes de ruido de interferencia, así como de la relación de distancias entre los pares trenzados y el plano de tierra, sobre el campo eléctrico generado. Tenga en cuenta que para calcular con exactitud la tensión de ruido acoplado real se requiere un modelo más detallado que incluya especialmente el ángulo de incidencia de los campos eléctricos.
Donde: es la longitud de onda de la fuente de ruido de interferencia
A = el área del cuadro formado por la longitud perturbada del conductor del cableado (l) suspendida a una altura promedio (h) por sobre el plano de tierra
E = la intensidad del campo eléctrico de la fuente de interferencia
La longitud de onda , de la fuente de interferencia puede ser desde 500,000 m, para una señal de 60 Hz, hasta menos de 1 m para señales de RF de la banda de 100 MHz y superiores. La intensidad del campo eléctrico varía de acuerdo al perturbador, depende de la proximidad a la fuente, y normalmente se reduce a niveles nulos a una distancia de 3 m de la fuente. La ecuación demuestra que una señal de 60 Hz da como resultado una perturbación del campo eléctrico que sólo puede ser medida en el rango de milésimos de mV, mientras que las fuentes que operan en el rango de MHz pueden generar una perturbación del campo eléctrico mucho mayor. Como referencia, se considera que 0.3 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno comercial o industrial "liviano" y 10 V/m es una aproximación razonable del campo eléctrico promedio presente en un entorno industrial.
La única variable que influye en la magnitud de la tensión acoplada por el campo eléctrico es el área del cuadro, A, que se calcula multiplicando la longitud perturbada del cableado (l) por la altura promedio (h) medida desde el plano de tierra. La vista en corte transversal de la figura 3 ilustra las corrientes de modo común generadas por un campo eléctrico. Son estas corrientes las que inducen señales indeseadas en los elementos conductivos externos del cableado (es decir, los propios conductores en un entorno UTP o la pantalla/blindaje total en un entorno apantallado/completamente blindado). Lo que se hace rápidamente evidente es que la impedancia de modo común, determinada por la distancia (h) al plano de tierra, no está bien controlada en los entornos UTP. Esta impedancia depende de factores como la distancia a conductos metálicos, estructuras metálicas presentes en los alrededores de los pares, uso de conductos no metálicos y ubicación de la terminación. A la inversa, esta impedancia de modo común está bien definida y controlada en ambientes de cableado apantallados/completamente blindados, ya que tanto la pantalla como el blindaje actúan como un plano de tierra. Las aproximaciones promedio para (h) pueden fluctuar entre 0.1 y 1 metro para cableado UTP, pero están significativamente más limitadas (es decir a menos de 0.001 m) para cableado apantallado y completamente blindado. Esto significa que, en teoría, el cableado apantallado y completamente blindado ofrece una inmunidad contra perturbaciones del campo eléctrico entre 100 y 1,000 veces mayor que la del cableado UTP.
Figura 26. Corrientes De Modo Común
Es importante recordar que la susceptibilidad total de los cables de par trenzado a la perturbación del campo eléctrico depende tanto del desempeño simétrico del cableado como de la presencia de una pantalla o blindaje. Los cables bien equilibrados (por ejemplo, Categoría 6 y superiores) deberían ser inmunes a la interferencia electromagnética de hasta 30 MHz. La presencia de un blindaje o pantalla es necesaria para evitar la interferencia electromagnética a frecuencias más altas, lo que representa una consideración especialmente crítica para las aplicaciones de la próxima generación. Por ejemplo, al modelar una aplicación nueva que utilice técnicas de procesamiento de señales digitales (DSP) es razonable suponer que necesitará una relación señal-ruido (SNR) mínima de 20 dB a 100 MHz. Ya que el aislamiento mínimo producido únicamente por la simetría es también de 20 dB a 100 MHz, el agregado de una pantalla o blindaje es necesario para asegurar que esta aplicación cuente con un margen de inmunidad al ruido suficiente para el funcionamiento.
de tierra
Los bucles de tierra se desarrollan cuando hay más de una conexión a tierra y la
diferencia entre las tensiones de modo común en estas conexiones a tierra
introduce (genera) ruido en el cableado, tal como se muestra en la figura 4. Es un
concepto erróneo considerar que el ruido de modo común producido por los bucles
de tierra puede aparecer únicamente en pantallas y blindajes; este ruido también
aparece frecuentemente en los pares trenzados. Un aspecto clave sobre la tensión
generada por los bucles de tierra es que su forma de onda está directamente
relacionada con el perfil de la energía de corriente alterna del edificio. En los
EE.UU. la frecuencia fundamental de 60 Hz y sus armónicas relacionadas
constituyen el ruido, que se denomina generalmente "zumbido" de corriente
alterna. En otras regiones del mundo, el ruido está constituido por la frecuencia
fundamental de 50 Hz y sus armónicas relacionadas.
Figura 27. Introducción De Bucles De Tierra
Dado que cada par trenzado está conectado a un transformador balún y a un
circuito de rechazo de ruido de modo común tanto en el extremo de la tarjeta de
interfaz de red (NIC) como en el de los equipos de la red, las diferencias entre las
relaciones de espiras y las impedancias de tierra de modo común pueden generar
ruido de modo común. La magnitud del ruido inducido en los pares trenzados
puede reducirse, pero no eliminarse, mediante el uso de terminaciones de modo
común, bobinas y filtros en los equipos.
Los bucles de tierra inducidos en la pantalla o blindaje se producen generalmente
a causa de una diferencia de potencial entre la conexión a tierra en la barra de
conexión a tierra para telecomunicaciones (TGB) y la conexión a tierra del edificio
suministrada a través del chasis del equipo de red en el extremo del cableado
ubicado en el área de trabajo. Tenga en cuenta que no es obligatorio para el
fabricante de equipo proporcionar una trayectoria de tierra del edificio de baja
impedancia desde el conector (jack) blindado RJ45 hasta el chasis del equipo. A
veces el chasis se aísla de la conexión a tierra del edificio con un circuito protector
RC; en otros casos, el conector (jack) blindado RJ45 se encuentra completamente
aislado de la tierra del chasis.
Las normas TIA e ISO identifican el umbral en el que se desarrolla un bucle de
tierra de efecto excesivo como el punto en que la diferencia entre la tensión
medida en el blindaje en el extremo del cableado correspondiente al área de
trabajo y la tensión medida en el cable de tierra del tomacorriente utilizado para
suministrar energía a la estación de trabajo supera 1.0 V de valor eficaz (rms).
Esta diferencia de potencial debe medirse y corregirse en campo para asegurar un
funcionamiento correcto de los equipos de red, pero es muy raro encontrar valores
superiores a 1.0 V rms en países como los EE.UU. que tienen sistemas de
conexión a tierra de edificios cuidadosamente diseñados y especificados. Además,
dado que la tensión de modo común inducida por los bucles de tierra es de baja
frecuencia (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz y sus armónicas), el desempeño simétrico
de la planta de cableado es suficiente por sí solo para asegurar la inmunidad,
independientemente de la magnitud real de la tensión.
Diseño de Pantallas y Blindajes
El blindaje ofrece las ventajas de un desempeño mejorado contra las diafonías de
par a par y exógena, y una inmunidad al ruido que no puede alcanzarse con
ninguna otra estrategia de diseño de cableado. Los cables F/UTP de Categoría 6A
e inferiores están construidos con una pantalla metálica que envuelve por
completo cuatro pares trenzados, tal como se muestra en la figura 5.
Figura 28. Construcción De F/Utp
Los cables S/FTP de Categoría 7 y superiores están construidos con un conductor
de malla que envuelve por completo cuatro pares blindados individualmente con
pantalla metálica, tal como se muestra en la figura 6. A veces se proporcionan
conductores de retorno por tierra opcionales.
Figura 29. Construcción De S/Futp
Los materiales de blindaje se seleccionan en base a su aptitud para maximizar la
inmunidad contra la perturbación del campo eléctrico por sus propiedades de
reflexión de las ondas entrantes y de absorción, y por su capacidad de
proporcionar una trayectoria de señal de baja impedancia. Como regla general, los
materiales de blindaje más conductivos producen mayores magnitudes de
reflexión de las señales entrantes. El medio de blindaje preferido para el cableado
en telecomunicaciones es la pantalla de aluminio sólido, ya que proporciona una
cobertura del 100% contra la fuga de alta frecuencia (es decir, superior a 100
MHz), así como una resistencia eléctrica baja si se conecta a tierra correctamente.
El espesor del blindaje de la pantalla metálica se ve influenciado por el efecto
pelicular de las corrientes de ruido de interferencia. El efecto pelicular es el
fenómeno por el cual la profundidad de penetración de la corriente de ruido
disminuye al aumentar la frecuencia. Los espesores comunes de la pantalla
metálica están entre 0.038 mm (1.5 mils) y 0.051 mm (2.0 mils) para equiparar la
profundidad de penetración máxima de una señal de 30 MHz. Este enfoque del
diseño asegura que las señales de frecuencias más altas no podrán atravesar el
blindaje de la pantalla metálica. Las señales de frecuencias más bajas no
generarán interferencias con los pares trenzados debido a su buen desempeño
simétrico. Los conductores de malla y conductores de retorno por tierra agregan
resistencia mecánica a los conjuntos de cables; además disminuyen la resistencia
eléctrica de extremo a extremo del blindaje si el sistema de cableado está
conectado correctamente a tierra.
Conexión a Tierra de Sistemas de Cableado
La norma ANSI-J-STD-607-A-2002 define la infraestructura de conexión a tierra y
de unión equipotencial para telecomunicaciones en edificios, la cual se origina en
la tierra de la red eléctrica y se extiende por todo el edificio. Es importante
consignar que esta definición de la infraestructura se aplica tanto a los sistemas de
cableado UTP como a los apantallados y completamente blindados. La norma
establece que:
1. La barra de conexión a tierra principal para telecomunicaciones (TMGB) está unida a la tierra principal de la red eléctrica del edificio. Los métodos y materiales reales, así como las especificaciones apropiadas para cada uno de los componentes del sistema de conexión a tierra y de unión equipotencial para telecomunicaciones, varían de acuerdo al tamaño del sistema y de la red, la capacidad y las normas locales.
2. Si se utilizan barras de conexión a tierra para telecomunicaciones (TGB), éstas se unen a la barra de conexión a tierra principal para telecomunications (TMGB) a través del eje troncal de unión equipotencial para telecomunicaciones.
3. Todos los bastidores y canalizaciones metálicas se conectan a la TMGB o la TGB.
4. La planta de cableado y los equipos de telecomunicaciones se conectan a tierra en los bastidores de los equipos o en las canalizaciones metálicas adyacentes.
Las normas TIA e ISO consignan un paso adicional para la conexión a tierra de
sistemas de cableado apantallado y blindado. En concreto, las cláusulas 4.6 de
ANSI/TIA-568-B.1 y 11.3 de ISO/IEC 11801:2002 establecen que el blindaje de
cables debe estar unido a la barra de conexión a tierra para telecomunicaciones
en el cuarto de telecomunicaciones, y que la conexión a tierra en el área de
trabajo puede realizarse a través de la conexión de alimentación eléctrica de los
equipos. Este procedimiento tiene como objetivo dar soporte a la configuración
óptima de una sola conexión a tierra para minimizar la aparición de bucles de
tierra, pero también reconoce que pueden estar presentes múltiples conexiones a
tierra a lo largo del cableado. Ya que al momento en que se desarrollaron las
recomendaciones sobre conexión a tierra y unión equipotencial especificadas en la
norma ANSI-J-STD-607-A-2002 se tenía en cuenta la posibilidad de que pudiera
ocurrir una conexión a tierra en el área de trabajo a través de los equipos, no es
necesario evitar específicamente la conexión a tierra del sistema
apantallado/blindado en la computadora o dispositivo del usuario final.
Es importante destacar la diferencia entre una conexión a tierra y una conexión a
la pantalla o blindaje. Una conexión a tierra une el sistema de cableado
apantallado/blindado a la TGB o la TMGB, mientras que la conexión a la
pantalla/blindaje mantiene una continuidad eléctrica de la pantalla/blindaje del
cable a través de los conectores de telecomunicaciones apantallados/blindados en
toda la longitud del cableado. Parte de la función de la pantalla o blindaje es
proporcionar una trayectoria de tierra de baja impedancia para las corrientes de
ruido que se inducen en el material de blindaje. El cumplimiento de las
especificaciones de las normas TIA e ISO para los parámetros de impedancia de
transferencia y atenuación del acoplamiento en cables y accesorios de conexión
asegura la conservación de una trayectoria de baja impedancia a través de todos
los puntos de conexión apantallados/blindados del sistema de cableado. Para
alcanzar un desempeño óptimo de la inmunidad a la diafonía exógena y al ruido
debe mantenerse la continuidad del blindaje por todo el sistema de cableado, de
un extremo al otro. Debe evitarse el uso de cordones de parcheo UTP en sistemas
de cableado apantallados/blindados.
Se aconseja que los usuarios finales de edificios confirmen que los sistemas de
cableado apantallados y blindados estén correctamente conectados a tierra en la
TGB o la TMGB. Un plan de inspección recomendado es:
1. Realizar una inspección visual para verificar que todos los racks, gabinetes y canalizaciones metálicas de equipos estén unidos a la TGB o la TGMB mediante un conductor de calibre 6 AWG.
2. Realizar una inspección visual para verificar que todos los paneles de parcheo apantallados/blindados estén unidos a la TGB o la TGMB mediante un conductor de calibre 6 AWG.
3. Realizar una prueba de resistencia de CC para asegurarse de que la conexión a tierra de cada panel, rack y gabinete presente una resistencia de CC menor de 1Ω entre el punto de la unión equipotencial y la TGB o la TMGB. (Nota: algunas normas locales o regionales especifican una resistencia de CC menor de 5 Ohms en esta ubicación.)
4. Documentar la inspección visual, los resultados de la prueba de CC y todo otro resultado correspondiente de la prueba del cobre o fibra.
Por qué Usar Cableado Apantallado y Completamente Blindado
Las ventajas de desempeño que se obtienen por el uso de sistemas apantallados
y completamente blindados son numerosas e incluyen:
1. Una diafonía de par a par reducida en diseños completamente blindados 2. Una diafonía exógena reducida en diseños apantallados y completamente
blindados 3. Un mayor llenado o utilización de las canalizaciones, gracias al menor
diámetro de los cables apantallados de Categoría 6A en comparación con los cables UTP de Categoría 6A
4. Una inmunidad al ruido sustancialmente mejorada a cualquier frecuencia, y especialmente por encima de los 30 MHz, cuando la simetría del cable comienza a degradarse considerablemente
5. Una capacidad de Shannon considerablemente aumentada para aplicaciones futuras
El margen alcanzable de la relación señal-ruido (SNR) depende de las
propiedades combinadas de la simetría del cableado y de la inmunidad al ruido de
modo común y de modo diferencial proporcionada por las pantallas y blindajes.
Las aplicaciones dependen de un margen positivo de SNR para asegurar una
correcta transmisión de señales y una tasa de errores de bits (BER) mínima. Con
el surgimiento de la 10GBASE-T, se ha vuelto evidente que el aislamiento del
ruido proporcionado únicamente por una buena simetría apenas alcanza para el
logro de los objetivos de transmisión. Está demostrado que las ventajas de
inmunidad a la diafonía exógena y al ruido proporcionadas por los diseños de
cableado F/UTP y S/FTP ofrecen casi el doble de capacidad de Shannon, y esta
ventaja de desempeño ha llamado la atención de los desarrolladores de
aplicaciones y de los especificadores de sistemas. Suele decirse que la industria
de las telecomunicaciones ha vuelto al punto de partida en la especificación de su
tipo de medio preferido. En la actualidad, los sistemas de cableado apantallados y
completamente blindados representan una combinación de las mejores
características de las dos últimas generaciones de cableado LAN: una simetría
excelente para la protección contra la interferencia de baja frecuencia y un blindaje
para la protección contra la interferencia de alta frecuencia.
De acuerdo a este concepto teórico podemos llegar a determinar qué: Como el PC
esta a 10 mt del robot se realiza un cableado en UTP categoría 6A ya que esta
categoría mitiga los efectos del ruido y de la diafonía o crosstalk, virtualmente a
cero, estos son los factores perturbadores en las señales de comunicación.
El UTP categoría 6A alcanza distancias de 100 mt y pueden operar a frecuencias
de 550 MHz. En sus extremos van instalados los conectores RJ-45 y la
configuración se puede hacer ya sea la T568A o T568B
G. Determinar el tipo o tipos de programación que se incluirán en el robot,
justificando la selección de acuerdo a los requerimientos del problema.
Realizar un análisis comparativo entre el software Robocell y otro software
existente en el mercado, que permitan realizar dicha programación. Se dará
un puntaje adicional a quien simule el funcionamiento del brazo en dicho
software.
La simulación la estamos realizando en SimuRob, hacemos una silla y se le
ingresa la programación para que el robot empiece el proceso de pintado.
Figura 30. Simulación del sistema de pintura en Simurob
I. Finalmente la empresa solicita el modelo cinemático directo del robot
diseñado, con el fin de facilitar la tarea a los programadores que serán
contratados.
Modelo cinemático directo El modelo cinemático directo es el problema geométrico
que calcular la posición y orientación del efector final del robot. Dados una serie de
ángulos entre las articulaciones, el problema cinemática directo calcula la posición
y orientación del marco de referencia del efector final con respecto al marco de la
base.
Establecer para cada elemento del robot un sistema de coordenadas cartesiano ortogonal (xi,yi,zi) donde i=1,2,…,n (n=número de gdl).
Cada sistema de coordenadas corresponderá a la articulación i+1 y estará
fijo en el elemento i.
Figura 31. Modelo cinemático
Encontrar los parámetros D-H de cada una de las articulaciones.
Calcular las matrices Ai
Calcular la matriz Tn = 0A11A2 ... n-1An
MODELO CINEMÁTICO DIRECTO DE UN ROBOT CILÍNDRICO (1)
Figura 32. Modelo matemático
H. Determinar y justificar si es necesario incluir sistemas de seguridad adicionales debido al tipo de proceso utilizado.
La seguridad en todo proceso industrial es prioridad El tema de seguridad y prevención de accidentes en los sistemas robotizados, suele tratarse de manera marginal en casi todos los textos y demás fuentes de información que sobre robots industriales existen. Sin embargo este es un aspecto crítico durante el desarrollo y explotación de una célula robotizada. Las consideraciones sobre la seguridad del sistema robotizado cobran especial importancia fundamentalmente por dos razones. En primer lugar, por el motivo intrínseco de que el robot, como se considerara más adelante, posee mayor índice de riesgo a un accidente de otra máquina de características similares. En segundo lugar, por un aspecto de aceptación social del robot dentro de la fábrica, aceptación difícil por lo general hoy en día.
La realidad, sin embargo, es que el número de accidentes ocasionados por los robots industriales no es ni mucho menos alarmante, existiendo pocos datos al respecto, siendo pocos los países de cuentan con suficiente información al respecto.
Causas de accidentes
Los tipos de accidentes causados por robots industriales, además de los ocasionados por causas tradicionales (electrocución al instalar o reparar el equipo, quemaduras, etc.), son debidos a:
Colisión entre robots y hombre
Aplastamiento al quedar atrapado el hombre y algún elemento fijo
Proyección de una pieza de material (metal fundido, corrosivo) Transportada por el robot
Establecidos los tipos principales de accidentes, es preciso localizar cuales son las
causas que los origina. Los accidentes provocados por los robots industriales se
deben normalmente a:
Un mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware, sistemas de
potencia).
Acceso indebido de personal a la zona de trabajo del robot.
Errores humanos de los operarios en las etapas de mantenimiento,
programación, etc.
Roturas de partes mecánicas por corrección o fatiga.
Liberación de energía almacenada (eléctrica, hidráulica, potencial, etc.).
Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas).
Medio ambiente o herramienta peligrosa (láser, corte por chorro de agua,
etc.).
Medidas de seguridad
Es importante considerar que según estudios realizados por el instituto de
Investigaciones de Seguridad en el Trabajo de Tokio, el 90% de los accidentes
ocurren durante las operaciones de mantenimiento, ajuste, programación, etc.,
mientras que solo el 10% ocurre durante el funcionamiento normal de la línea.
En este sentido, se ha desarrollado la normativa europea EN 775, adoptada en
España como norma UNE-EN 775 de título "Robot manipuladores. Seguridad",
que además de proporcionarles a los diseñadores y fabricantes un marco de
trabajo que les ayude a producir maquinas seguras en su utilización, presenta una
estrategia de trabajo para el desarrollo y selección de medidas de seguridad. Esta
estrategia comprende las siguientes consideraciones:
Determinación de los límites del sistema
Identificación y descripción de todos aquellos peligros que pueda generar la maquina durante la fase de trabajo.
Definición del riesgo que produzca el accidente.
Comprobar que las medidas de seguridad son adecuadas.
CONCLUSIONES
El trabajo grupal permite la interacción y coordinación con los demás compañeros,
lo cual se busca como objetivo alcanzar los logros y a la misma vez adquirir
nuevos conocimientos. En robótica haciendo énfasis en la importancia que tienen
los robots en las labores diarias del ser humano como en la industria.
Adicionalmente de todo el trabajo que tiene la definición del tipo de programación
más adecuada para un robot de acuerdo al objetivo con el cual fue diseñado.
A través de los robots se dan beneficios en diferentes actividades del hombre, las
principales son: montaje, soldadura, pintura, entornos peligrosos, salud, vigilancia
y seguridad. En La Robótica permite una producción más eficiente, reducción del
desperdicio de material, y de costos, además de mejorar sustancialmente la
calidad de los productos.
Una ventaja de un robot frente a maquinas, es que es capaz de modificar su tarea
a realizar. Esto lo convierte en una solución ideal para el mundo cambiante y
exigente de la industria. El uso de robots en las empresas se va haciendo
necesario a medida de que el mundo empresarial va a pasos agigantados en lo
que a la tecnología se refiere. Por otra parte para poder ofrecer calidad y bajos
precios hay que disminuir la mayoría de costos de la empresa, en donde los robots
industriales juegan un papel importante, ya que tienen una gran capacidad de
producción con un costo muy bajo.
La robótica sintetiza algunos aspectos de las funciones que realiza el hombre a
través del uso de mecanismos, sensores y procesadores.
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