robot de 5 grados de libertad

DEPARTAMENTO DE ELECTRICA Y ELECTRONICA

CARRERA DE ELECTRONICA EN AUTOMATIZACION Y CONTROLNIVEL: 8vo

ASIGNATURA: ROBOTICA INDUSTRIAL

TEMA: PARMETORS PARA LA ATOMATIZACIN DE UN BRAZO MANIPULADOR

Profesor: Ing. Andrs Arcentales INTEGRANTES Bez Cindy Crdenas Andrea Segovia Edison Francisco Vizcano

24/05/2015 SangolquFECHA - CIUDAD

Contenido11.Tema42.Introduccin43.Planteamiento del problema44.Objetivos44.1.Objetivo general44.2.Objetivos especficos45.Desarrollo45.1.Descripcin del proceso45.3.Tipo de robot a usar75.3.1.Caractersticas del robot a usar75.4.Alcance del proyecto85.6.Diagrama de flujo95.7.Etapa de sensado95.7.1.Sensado del movimiento de las diferentes articulaciones95.7.3.Sensado para la clasificacin por tamao115.8.Caracterizacin de la planta125.9.Etapa de control155.9.1.Control de posicin de las articulaciones155.9.3.Dispositivos de control175.10.Etapa de potencia185.10.2.SSC-32 Servo Sequencer Utility195.11.Actuadores205.12.Aplicaciones en la industria225.13.Comunicacin entre los dispositivos225.13.1.SSC-32 a PC225.14.Interfaz HMI256.Conclusiones277.Recomendaciones288.Bibliografa28

Imgenes

Ilustracin 1Descripcin del proceso4Ilustracin 2Diagrama de bloques del proceso5Ilustracin 3Tipo de robot a usar7Ilustracin 4Brazo robot AL5A8Ilustracin 5Relacin del potenciometro interno de un servomotor9Ilustracin 6Potencimetros en un servo motor10Ilustracin 7Ubicain del potencimetro en el servo motor10Ilustracin 8Giroscopio11Ilustracin 9TCRT5000 Sensor ptico Reflexivo12Ilustracin 10Sistema en lazo abierto12Ilustracin 11Programacin G en LabVIEW para adquirir los datos de la planta13Ilustracin 12HMI para la adquisicin de datos13Ilustracin 13Ident de Matlab14Ilustracin 14Importar los datos obtenidos de la planta14Ilustracin 15Herramienta IDENT de Matlab con la planta cargada15Ilustracin 16 Modelo de la planta entregado por System Idetification Tool de MATLAB15Ilustracin 17Modelo de la planta entregado por System Idetification Tool de MATLAB15Ilustracin 18Diagrama del circuito de control implementado en un servo.16Ilustracin 19Trayectorias punto a punto17Ilustracin 20Sistema de control17Ilustracin 21Monitoreo de los anchos de pulso con arduino18Ilustracin 22Tarjeta SSC-32 Servo Controler.19Ilustracin 23SSC-32 Servo Sequencer.20Ilustracin 24Servomotor HS-755HB20Ilustracin 25 Servomotor HS-475HB21Ilustracin 26 Servomotor HS-42221Ilustracin 27Aplicaciones en la industria22Ilustracin 28RS23223Ilustracin 29USB a RS23223Ilustracin 30SSC-32 a Arduino24Ilustracin 31Sensor ptico a Arduino24Ilustracin 32Sensor ptico a Arduino24Ilustracin 33Mdulo LPY503AL a Arduino25Ilustracin 34Mdulo LPY503AL25Ilustracin 35HMI26

1. TemaParmetros para la automatizacin de un brazo manipulador2. Introduccin El uso de robots en la industria y reas laborales han despertado un nuevo alza en cuanto a produccin y seguridad.La clasificacin de elementos en bodegas o reas de embalaje han tenido mucha dificultad por diferentes problemas ya sea por parte del usuario que los opera o la mala organizacin en la empresa. La clasificacin de piezas representa tareas tediosas y repetitivas para el operario, de aqu la automatizacin, de dicho proceso

3. Planteamiento del problema Las nuevas tecnologas han llevado a las industrias a adoptar otras formas de trabajo y produccin una de estas es la automatizacin.Lo que pretende el robot es eliminar las tareas forzadas y repetitivas al operario, puesto que a gran escala se encargara de la manipulacin de grande pesos, por lo que realizar la clasificacin de elementos en bodegas o reas de embalaje han tenido mucha dificultad por diferentes problemas ya sea por parte del usuario que los opera o la mala organizacin en la empresa. 4. Objetivos4.1. Objetivo generalAutomatizar y controlar un robot didctico antropomrfico que cumpla con la funcin de seleccionar objetos segn su altura y transportarlos a un lugar preestablecido y transportarlos a un lugar preestablecido.

4.2. Objetivos especficos Determinar los sensores, actuadores y el control que intervendrn en automatizacin de un robot manipulador clasificador de objetos. Realizar un control PID en la base del motor con la finalidad de tener un valor preciso en el rango de giro definido. Determinar los valores de giro que realizar cada servo motor en todas las trayectorias de movimientos requeridos. Determinar la correcta comunicacin entre los dispositivos a utilizar para su correcto funcionamiento. Determinar las caractersticas del robot a utilizar as como la posible planta y lgica de programacin

5. Desarrollo 5.1. Descripcin del proceso El proceso consiste en ubicar de forma manual cada una de las piezas a medir sobre una banda trasportadora, estas sern sensadas mediante tres sensores pticos los que determinaran la posicin en la cual se debe ubicar cada una de las piezas por su tamao, ya sea estas grandes, medianas o pequeas y con la ayuda de un manipulador robtico poder tomar la pieza medida y ubicarla en su respectivo contenedor. Piezas pequeasPiezas medianasPiezas grandes

Ilustracin 1Descripcin del proceso

5.2. Diagrama de bloques del proceso

Ilustracin 2Diagrama de bloques del proceso

Los sensores (SW1 SW2 SW3) representan los sensores pticos que se encargarn de determinar el tamao del objeto a seleccionar, SW4 ser el giroscopio, dicho sensor proveer los datos necesarios para poder realizar un control PID.Se dispone de dos tarjetas electrnicas la tarjeta SSC-32 se encarga de realizar la etapa de potencia para el accionamiento de los servos, mientras que la tarje Arduino se encargar de realizar el control de movimientos del robot.

5.3. Diagrama de flujo del proceso

5.4. Tipo de robot a usarRobot angular o antropomrficoTiene sus tres principales articulaciones de tipo R, (y tambin las restantes), con lo cual emplea las coordenadas angulares para determinar las posiciones de su elemento terminal. Se llama antropomrfico por que simula los movimientos de un brazo humano, el primer eje se corresponde con el cuerpo, el segundo con el brazo, el tercero con el antebrazo y el resto de con la mueca-mano; la primera articulacin se corresponde con el giro de la cintura, la segunda con el del hombro, la tercera con el del codo y el resto estn en la mueca. Este robot posee gran accesibilidad y maniobrabilidad, es rpido y ocupa poco espacio en relacin al campo de trabajo que abarca. Debido a sus caractersticas es el modelo ms verstil en aplicaciones y se ha impuesto a los dems, sobre todo en Clulas de Fabricacin Flexible. Como inconvenientes se pueden citar que tiene menos precisin que otros modelos, que si trabaja con carga y velocidades altas, se producen inercias de giro difciles de compensar y que sus articulaciones deben tener juego casi nulo, pues un pequeo juego angular se amplifica en posicin en funcin de la longitud del eje correspondiente, con lo cual puede dar errores considerables.

Ilustracin 3Tipo de robot a usar

5.4.1. Caractersticas del robot a usar AL5A est diseado para realizar movimientos precisos, de alta repetitividad y velocidad, el robot contienen: base rotatoria, movimientos en plano de hombro, codo, mueca y mano.

El brazo robtico est hecho con componentes de aluminio anodizado negro, tubos de aluminio, componentes hechos con molde de inyeccin y piezas cortadas con lser de alta precisin.

El brazo robot AL5B forma parte de la nueva serie de brazos robticos metlicos que sustituyen a los antiguos de plstico. Estos brazos tienen todos caractersticas muy similares en cuanto a funcionalidad y aspecto, estando la principal diferencia en el tamao y la capacidad de carga. El brazo est formado por piezas de aluminio que se acoplan directamente a los servos formando una estructura muy slida que ejecuta los movimientos con gracia y soltura y una repetitividad muy buena.

Especificamente se usara un Brazo Robot AL5A. Caractersticasde los servo motoresEl brazo usa los siguientes servomotores1 x HS-755HB en el hombro,1 x HS-475HB en el codo1 x HS-422 en la mueca1 x HS-422 en la base1 x HS-422 en el gripper

Especificaciones No de Ejes = 4 + Gripper; rotacin en la mueca opcional Distancia entre base y codo = 95,25 mm Distancia entre codo y mueca = 120,65 mm control = lazo cerrado local por medio de servomotores Altura en reposo= 162 mm Altura (estirado) = 400 mm Distancia media de avance= 190 mm Apertura del gripper = 32 mm Capacidad de carga (brazo extendido) = approx. 126 gr. Peso = 652 gr.Ilustracin 4Brazo robot AL5A

Rango de movimiento por eje = 180 grados Precisin de movimientos por eje = SSC32 0.7 grados voltaje de servos = 6 vdc Consumo en reposo: 10 mA cada servo Consumo en movimiento: 130 mA cada servo

5.5. Alcance del proyectoEl robot que se implementar tendr como cualidad representar a escala un proceso de clasificacin industrial.Debido a dicha caracterstica el robot ser didctico y podr ser manipulado por estudiantes de ingeniera electrnica en automatizacin y control o carreras afines a esta.El costo aproximado del proyecto bordea los $350, este valor incluye todos los sensores, tarjetas electrnicas, fuentes de alimentacin y estructura mecnica del robot.El tiempo de ejecucin del proyecto est comprendido entre los meses de junio y julio del presente ao.El diseo, programacin, montaje, supervisin del proyecto ser distribuida en forma justa a todos los integrantes del grupo.

5.6. Volumen de TrabajoDebido a ser un robot didctico se tiene previsto que el robot funcione con una frecuencia de seleccin de 6 veces por minuto, es decir cada seleccin y clasificacin de figuras tomar 10 segundos.Existir la opcin de seleccin de modo manual y modo automtico, este ltimo trabajar con las condiciones antes mencionadas.

5.7. Diagrama de flujo5.8. Etapa de sensado 5.8.1. Sensado del movimiento de las diferentes articulaciones 5.8.1.1. Sensores internos.Para conseguir que un robot realice su tarea con la adecuada en tanto a precisin, velocidad e inteligencia, ser preciso que tenga conocimiento tanto de su propio estado como del estado de su entorno. La informacin relacionada con su estado (fundamentalmente la posicin de sus articulaciones) la consigue con los denominados sensores internos.Los sensores internos son sensores integrados en la propia estructura mecnica del robot, que dan informacin del estado del robot: fundamentalmente de la posicin, velocidad y aceleracin de las articulaciones.

Potencimetro angularEs un transductor de tipo absoluto y con salida de tipo analgico. Bsicamente es una resistencia de hilo bobinado en una pista de material conductor, distribuida a lo largo de un soporte en forma de arco y un cursor solidario a un eje de salida.El movimiento del eje arrastra el cursor provocando cambios de resistencia entre ste y los extremos. Elctricamente se cumple la relacin:

Ilustracin 5Relacin del potenciometro interno de un servomotor

Este potencial puede medirse y disponer de un sistema de calibrado de manera que por cada potencial se obtenga proporcionalmente una distancia de desplazamiento. Ventajas: facilidad de uso y bajo precio. Desventajas: deben estar fijados al dispositivo cuyo desplazamiento se quiere medir, precisin limitada. En el servo motor el potenciometro esta conectada al eje central del servo motor. Este potencimetro permite a la circuiteria de control, supervisar el ngulo actual del servo motor. Si el eje est en el ngulo correcto, entonces el motor est apagado. Si el circuito chequea que el ngulo no es el correcto, el motor girar en la direccin adecuada hasta llegar al ngulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero vara segn el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180Ilustracin 6Potencimetros en un servo motor

Ilustracin 7Ubicain del potencimetro en el servo motor5.8.2. Sensado de la base Para realizar el sensado de la base se usaran giroscopios, o girmetros, que son dispositivos que miden o mantienen el movimiento de rotacin. MEMS (sistemas microelectromecnicos) giroscopios son pequeos sensores, de bajo costo para medir la velocidad angular. Las unidades de velocidad angular se miden en grados por segundo ( / s) o revoluciones por segundo (RPS). La velocidad angular es simplemente una medida de la velocidad de rotacin.En un robot, un giroscopio puede ser usado para medir la rotacin de la posicin de equilibrio y enviar correcciones a un motor.El sensor elegido es el giroscopio LPY503AL

Ilustracin 8Giroscopio Funcionamiento Se conecta el sensor al motor y se mide la velocidad angular del eje z del girscopo. Los otros dos ejes no son capaces de medir esa velocidad.Si el motor gira una vez por segundo . Se tendra una velocidad angular de 360 grados por segundo .Los giroscopios se utilizan a menudo en los objetos que no estn girando muy rpido del todo

Caractersticas Ejes: 2 (X, Z) Rango: 30/s120/s Interfaz: Analgica Requerimiento de energa: 2.7 V a 3.6 V6.8mA Caractersticas: - Filtro paso bajo, SEFL-TEST, Power down.

5.8.3. Sensado para la clasificacin por tamao TCRT5000 Sensor ptico ReflexivoEste sensor se compone, de un emisor de LED infrarrojo y un foto-transistor responsable por filtrar la luz natural y capturar seales de infrarrojos. Tiene un escudo que separa el emisor del receptor y en funcin de la reflectividad de la superficie es capaz de detectar el color que la superficie en cuestin tiene.Caractersticas: Dimensiones (A x L x A en mm): 10.2 x 5.8 x 7 Distancia de funcionamiento mximo: 2.5mm Distancia con eficiencia de operacin mayor que 20%: 0.2 mm a 15 mm Consumo de corriente: 1mA Longitud de onda del Emisor: 950 mm

Ilustracin 9TCRT5000 Sensor ptico ReflexivoLa distancia para un ptimo acoplamiento es de 2mm de la superficie, una anchura de lnea mnima para la deteccin es de 1.9mm. La distancia de ptimo desempeo es de 0.2 a 6,5mm. Para la deteccin de lnea existen varios tipos de sensores como el CNY7O, pero para ste robot se har uso del sensor empleado en la construccin de los encoders que es el TCRT5000 debido a sus ventajas respecto al sensor CNY7O especialmente por la distancia de ptimo acoplamiento y longitud de alcance.5.9. Caracterizacin de la planta Flujo de trabajo para la identificacin de sistemas y el diseo de sistemas de controlEl flujo de trabajo consta de tres pasos principales:

Importacin de los datos de pruebas de entrada-salida. Identificacin del modelo de planta a partir de los datos. Uso del modelo de planta identificado para ajustar las ganancias del controlador PID.

La caracterizacin de la planta ser realizada mediante el uso del System Identification Toolbox de MATLAB.EL Sistema de Identificacin que ofrece MATLAB es una aplicacin para la construccin de modelos matemticos de sistemas dinmicos a partir de datos de entrada-salida medidos. Te permite crear y utilizar modelos de sistemas dinmicos no fcilmente modelados a partir de primeros principios o especificaciones. Puede utilizar los datos de dominio de tiempo y dominio de la frecuencia de entrada-salida para identificar las funciones de transferencia de tiempo discreto, de tiempo continuo y modelos de procesos y modelos de espacio de estado. La herramienta tambin proporciona algoritmos para la estimacin de parmetros en lnea incorporada.Para la obtencin del modelo de la planta, se trabaja en lazo abierto como muestra la siguiente figura :

Ilustracin 10Sistema en lazo abiertoSe toman lecturas del sensor cada n segundos y se construye una tabla en Excel, teniendo de esa manera N nmero de muestras de la salida del sistema ante un escaln de amplitud n en datos crudos. La adquisicin de datos demorar hasta que la planta se estabilice.

Ilustracin 11Programacin G en LabVIEW para adquirir los datos de la planta

Ilustracin 12HMI para la adquisicin de datos

La toma de datos se realiza hasta que el sistema se estabilice, luego de esto se procede al uso de la herramienta System Identification Tool de MATLAB. Primero se ingresa los vectores tanto de entrada, como de salida obtenidos con la planta en lazo abierto. Ejecutar desde la ventana principal de MATLAB:

Ilustracin 13Ident de Matlab

Se abre la ventana del System Identification Tool, donde se selecciona: Import Data -> Time domain data. Como se ve en la siguiente ilustracin.

Ilustracin 14Importar los datos obtenidos de la planta

Se selecciona la opcin Import y el programa se encarga de modelar la planta, obteniendo lo siguiente:

Ilustracin 15Herramienta IDENT de Matlab con la planta cargadaIlustracin 16 Modelo de la planta entregado por System Idetification Tool de MATLABIlustracin 17Modelo de la planta entregado por System Idetification Tool de MATLAB

5.10. Etapa de control El control de las articulaciones del robot se las realizar mediante un tipo de control proporcional por PWM y en el caso de la base se la utilizar un control PID.

5.10.1. Control de posicin de las articulaciones Los servo motores internamiente tienen un sistema de control preestablecido.El dispositivo utiliza un circuito de control para realizar la ubicacin del motor en un punto, consistente en uncontrolador proporcional.El punto de referencia (es el valor de posicin deseada para el motor) se indica mediante una seal de control cuadrada. El ancho de pulso de la seal indica el ngulo de posicin: una seal con pulsos ms anchos (es decir, de mayor duracin) ubicar al motor en un ngulo mayor, y viceversa.Inicialmente, un amplificador de error calcula el valor del error de posicin, que es la diferencia entre la referencia y la posicin en que se encuentra el motor. Un error de posicin mayor significa que hay una diferencia mayor entre el valor deseado y el existente, de modo que el motor deber rotar ms rpido para alcanzarlo; uno menor, significa que la posicin del motor est cerca de la deseada por el usuario, as que el motor tendr que rotar ms lentamente. Si el servo se encuentra en la posicin deseada, el error ser cero, y no habr movimiento.Para que el amplificador de error pueda calcular el error de posicin, debe restar dos valores de voltaje analgicos. La seal de control PWM se convierte entonces en un valor analgico de voltaje, mediante un convertidor de ancho de pulso a voltaje. El valor de la posicin del motor se obtiene usando un potencimetro de realimentacin acoplado mecnicamente a la caja reductora del eje del motor: cuando el motor rote, el potencimetro tambin lo har, variando el voltaje que se introduce al amplificador de error.Una vez que se ha obtenido el error de posicin, ste se amplifica con una ganancia, y posteriormente se aplica a los terminales del motor.

Ilustracin 18Diagrama del circuito de control implementado en un servo.5.10.2. Control de la base del robotEl control de la base del robot se realizar mediante un control cinemtico en donde se usar la determinacin de posiciones registradas previamente por el giroscopio.Para este tipo de control se requieren parmetros de entrada como punto de destino, el tipo de trayectoria, el tiempo invertido durante el movimiento.El modelo cinemtico es requerido para obtener las coordenadas articulares.

Caractersticas El sistema de control bsico es mono-articular No se consideran los grados de libertad. Tcnicas de control ms usadas el controlador PID y control adaptativo.

Trayectorias punto a puntoEn este punto la base del robot evolucionar desde su posicion inicial a la final sin realizar consideracion de alguna sobre el estado o evolucion de las demas articulaciones.Normalmente el motor debe llevar a su articulacion al punto de destino en el menor tiempo posible, pudiendose distinguir dos casos : movimiento a eje a eje y movimiento simultaneo de los ejes.El movimiento de eje a eje quiere decir que se movera un eje a la vez, debido a que este control solo se realizar en la base

Ilustracin 19Trayectorias punto a punto

Control

Ilustracin 20Sistema de controlEl nuestro sistema: Set Point: Es la posicin de consigna del sistema. El algoritmo oscila entre tres posiciones, con el motivo de ver como se comporta ante cambios de la entrada. Es decir, que la posicin que queremos se encuentre de acuerdo al tamao de objeto medido La realimentacin o informacin de cmo se encuentra el sistema, es adquirida por el giroscopio. El actuador es el servo motor, el cual regulamos su velocidad mediante modulacin de ancho de pulsos (PWM).

5.10.3. Dispositivos de control 5.10.3.1. Arduino Es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en proyectos multidisciplinares.Arduino puede tomar informacin del entorno a travs de sus entradas analgicas y digitales, puede controlar un sin nmero de actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se programa mediante el lenguaje de programacin Arduino (basado en Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing). Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de conectar a un computador Arduino relacionado a los servo motoresArduino posee una librera para el control de estos motores, entre los acomandos para el control de los servo motores tenemo: miServo: Con esta opcin podemos configurar el motor attach(pin,min,max): Se inicializa y determina el puerto que vamos a usar e indican cual es el ancho de pulso en microsegundos para 0 y para 180 por defecto 544 y 2400. miServo.write(90):enviaremos un Angulo constante por ejemplo 90.

Ilustracin 21Monitoreo de los anchos de pulso con arduino

5.11. Etapa de potencia

5.11.1. SSC-32 Servo Controler

El SSC-32 (controlador de servo serial) es un pequeo controlador de servo preensamblado con algunos importantes caractersticas. Tiene una alta resolucin: 1uS para posicionamientos exactos, y movimientos muy suaves. El rango es de 0.50mS a 2.50mS para cerca de los 180.

El control de movimiento puede ser contestado inmediatamente, controlado velozmente, de movimientos regulados, o una combinacin. Un nico Group Move permite una combinacin de servos empezando y finalizando un movimiento al mismo tiempo, incluso si los servos tienen distancias diferentes de movimiento.

Esta es una poderosa herramienta para modos complejos de caminar para robots caminadores de mltiples servos. La posicin o desplazamiento de los servos pueden ser preguntados para ser suministrados al feedback del host del computador. Incluso en la realizacin de la secuencia de un hexpodo de 12 servos. Esto permite un control completo de todos los aspectos de un simple modo de andar en trpode rotativo transfiriendo unos pocos valores desde el host del controlador. Cualquier salida puede ser usada como una salida de nivel TTL.

Hay cuatro entradas digitales que son estticas o latched (aseguradas), entonces usted no tiene que preocuparse respecto a la prdida de un corto evento. Ellos pueden ser tambin usados como entradas anlogas. Hay tres terminales para opciones de alimentacin. La entrada DB9 tiene niveles reales de RS-232 para usar con un PC.

Ilustracin 22Tarjeta SSC-32 Servo Controler.

Estas especificaciones pertenecen a la versin de firmware 2.01XE:

Microcontrolador Atmel ATMEGA168-20PU EEPROM = 24LC32P (Requerido para 2.01GP) Velocidad = 14.75 MHz Secuencia interna = Hexapodo de12 Servos (Trpode Rotativa) Entrada serial = RS-232 o TTL, 2400, 9600, 38.4k, 115.2k, N81 Salidas = 32 (Servo o TTL) Entradas = 4 (Esttica o Latching, Anloga o Digital) Requerimientos de corriente = 31mA Interface del PC = DB9F Interface del microcontrolador = Header posts Control de servo = Arriba de los 32 servos directamente conectados Tipos de Servo que soporta = Futaba o Hitec Rango de movimiento del servo = 180 Resolucin del servo = 1uS, .09 Velocidad de resolucin del servo = 1uS / Segundo Control de movimiento del servo = Inmediato, Medido, Veloz o sincronizado. Tamao de la tarjeta = 7,55cm x 5,80cm.

5.11.2. SSC-32 Servo Sequencer Utility

El Circuito del controlador SSC- 32 Servo se puede controlar fcilmente con la nueva utilidad de secuenciador Servo SSC-32. Est disponible como una utilidad de descarga gratuita que hace que sea fcil de experimentar con la robtica y animatrnica.

Esta utilidad es un ejemplo del tipo de programa que se puede construir utilizando FlowBotics Studio, que incluye este programa como un proyecto de demostracin de cdigo abierto. El programa SSC- 32 Utilidad Sequencer Servo le permite moverse con facilidad servomotores, calibrar su posicin, almacenar y reproducir secuencias de movimiento, de actualizar el SSC- 32 firmware y ms.

Ilustracin 23SSC-32 Servo Sequencer.

5.12. Actuadores Hitec HS-755HB - Escala gigante ServoInformacin BsicaIlustracin 24Servomotor HS-755HB

Modulacin:Analgico

Torque:4.8V:152,7 oz-in(11,00 kg-cm)6.0V:183,3 oz-in(13,20 kg-cm)

Velocidad:4.8V:0.28 sec / 60 6.0V:0.23 sec / 60

Peso:3,88 oz(110,0 g)

Dimensiones: Longitud: 58,9 mm Ancho: 29,0 mm Altura: 49,8 mm

Tipo de motor:3 polos

Tipo Caja de cambios:Plstico

Rotacin / Soporte:Rodamientos duales

Hitec HS-475HB - Deluxe Heavy Duty ServoInformacin BsicaIlustracin 25 Servomotor HS-475HB

Modulacin:Analgico



Peso:1,41 oz(40,0 g)

Dimensiones:Longitud: 38,6 mmAncho: 19,6 mmAltura: 35,8 mm



Rotacin / Soporte:Teniendo Individual

Hitec HS-422 - Standard Deluxe ServoEl hitec HS422 es un servo de dimensiones estndar pero con una mayor potencia gracias al cojinete de salida metlico que trasnfiere toda la potencia al eje de salida con precisin y suavidad. El servo hs422 destaca por sus excelentes caractersticas de centrado y resolucin

Informacin BsicaIlustracin 26 Servomotor HS-422

Modulacin:Analgico



Peso:1,60 oz(45,5 g)

Dimensiones:Longitud:40,4 mm

Ancho:19,6 mm

Altura:36,6 mm



Rotacin / Soporte:Cojinete

5.13. Aplicaciones en la industriaEn la actualidad los robots son muy utilizados en la industria, siendo un elemento indispensable en la mayora de los procesos de manufactura.El robot industrial debido a su naturaleza multifuncional puede llevar a cabo un sin nmero de tareas, para lo cual es necesario estar dispuesto a a admitir cambios en el desarrollo del proceso primitivo como modificaciones en el diseo de piezas, sustitucin de sistemas etc, que faciliten y hagan posible la introduccin del robot.La carga y descarga de materiales para su clasificacin se realiza tradicionalmente a mano, con el elevado riesgo que esto conlleva para el operario, al que una pequea distraccin puede costarle un serio accidente. Estas circunstancias, junto con la superior precisin de posicionamiento que puede conseguir el robot, y la capacidad de ste de controlar automticamente el funcionamiento de la mquina y dispositivos auxiliares, han hecho que el robot sea una solucin ventajosa para estos procesos.Los robots usados en estas tareas son, por lo general, de baja complejidad, precisin media, nmero reducido de grados de libertad y de control sencillo, bastando en ocasiones con manipuladores secuenciales. En cuanto a la carga, vara mucho, pudindose necesitar robots con capacidad de carga de pocos kilogramos hasta otros que puedan levantar grandes pesos.

Ilustracin 27Aplicaciones en la industriaAlgunas ventajas de la automatizar este tipo de procesos son: Mayor productividad. Flexibilidad total. Seguridad: trabajos peligrosos e insalubres Comodidad: trabajos repetitivos, montonos y en posiciones forzadas.

5.14. Comunicacin entre los dispositivos 5.14.1. SSC-32 a PC RS232Es una interfaz que designa una norma para el intercambio de una serie de datos binarios entre dispositivos. Fue desarrollada en la dcada de los 60 para gobernar la interconexin de terminales y MODEM.

Ilustracin 28RS232La velocidad de transmisin queda limitada por el ancho de banda, potencia de seal y ruido en el conductor de seal. La velocidad de transmisin queda bsicamente establecida por el reloj. Su misin es examinar o muestrear continuamente la lnea para detectar la presencia o ausencia de los niveles de seal ya predefinidos. El reloj sincroniza adems todos los componentes internos.Los voltajes para un nivel lgico alto estn entre -3V y -15V, y un nivel bajo +3V y +15V. Sin embargo los voltajes ms usados son +12V/-12V, +9V/9V. Dependiendo de la velocidad de transmisin empleada, es posible tener cables de hasta 15 metros. Las Velocidades pueden ser de 300, 600, 1200, 2400, 4800 y 9600 bps.Debido a que las computadoras modernas no incluyen el puerto serie, ya que para aplicaciones informticas se considera obsoleto, es necesario emular un puerto serie RS232 a partir de un puerto USB para el intercambio de informacin y la PC. Por lo que se hace uso de convertidores de USB a RS232 integrados en un cable o bien como adaptador.

Ilustracin 29USB a RS2325.14.2. SSC-32 a ArduinoCon el fin de controlar el SSC-32 a travs de Arduino , se debe conectar el pin de transmisin (TX) de la Arduino UNO a la clavija de recepcin (RX) de la tierra (GND) pasadores de las dos juntas como muestra en el diagrama. De esta forma el arduino enva comandos serie al controlador servo SSC-32, que a su vez controla los servos.

Ilustracin 30SSC-32 a Arduino5.13.3 Sensor ptico a Arduino Ilustracin 31Sensor ptico a Arduino En el circuito la resistencia de R2 es una resistencia de "pull up". Se asegura de que la salida est en un nivel alto cuando el foto-transistor no est a conducir es lo que sucede cuando no hay incidencia de luz infrarroja en l y evita un cortocircuito cuando el foto-transistor conduce.El aumento del valor de 10KR en la figura significa, aumentar la sensibilidad del sensor, ya que ser ms fcil poner la salida del fototransistor en bajo nivel. Por el contrario, la reduccin del valor reduce la sensibilidad del sensor.

Ilustracin 32Sensor ptico a Arduino5.13.4 Mdulo LPY503AL a ArduinoEs un sensor de movimiento MEMS que mide la velocidad angular a lo largo de la inclinacin y orientacin de los ejes con una escala completa de 30 / s. Dos salidas analgicas diferentes se proporcionan para ambos ejes. Ilustracin 33Mdulo LPY503AL a ArduinoUn voltaje regulado entre 2,7 y 3.6VDC debe ser suministrado a los pines de alimentacin. Adems tenemos los circuitos de filtrado de toda la disposicin; por lo que slo se tiene que conectar las salidas del mdulo a las entradas del arduino.Este mdulo incluye el giroscopio y todos los condensadores de filtrado necesarias como se muestra en la figura.

Ilustracin 34Mdulo LPY503AL

5.15. Interfaz HMI

Ilustracin 35HMILas HMI human-machine interfaces destinadas a la automatizacin industrial se pueden clasificar en dos grupos: de supervisin de procesos (basadas en SCADA Supervisory Control and Data Acquisition) y las de manejo y visualizacin a nivel de mquina (basadas en paneles).En el proyecto la interfaz humano maquina ser de manejo y visualizacin de los movimientos del robot, es decir, tendr tres pantallas, la primera nos permitir elegir el modo de funcionamiento del robot ya sea automtico, o manual

Ilustracin 36 HMI modo de funcionamientoEn la pantalla del modo automtico se ver una simulacin de los movimientos del robot al realizar la tarea de clasificacin, y adems contara con una luz de alerta que indicar el mal funcionamiento del robot en caso de que lo hubiera.

Ilustracin 37 HMI modo automaticoLa tercera pantalla ser del modo manual, en la cual el operador ser capaz de controlar los movimientos del robot mediante interruptores.

Ilustracin 38 HMI modo manual

6. Conclusiones Los instrumentos que se usarn para la etapa de sensado es: giroscopio LPY503AL en el caso del posicionamiento de la base, el TCRT5000 en el caso de la clasificacin, y los sensores determinados para el movimiento de las articulaciones son los potencimetros angulares internos de los servo motores. La etapa de calibracin de las articulaciones es fundamental para el diseo de trayectoria de movimientos que realizar el robot. El uso sensores independientes para la determinacin del tamao del objeto resulta una ayuda en la programacin y dar un grado de precisin mayor en la seleccin. Para el desarrollo del proyecto se usar el brazo robot AL5A, el cual incorpora servo motores para el movimiento de las diversas articulaciones.

7. Recomendaciones Tomar en cuenta los rangos de trabajo de los sensores a utilizar para que sea ms fcil el control del cada uno de estos. Realizar la valoracin total de la corriente que necesita el robot para ejecutar cada uno de sus movimientos. Trabajar con una fuente de alimentacin idnea en corriente para el ptimo funcionamiento de los servo motores. 8. Bibliografa

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robot de 5 grados de libertad

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