SERVICIO NACIONAL DE ADIESTRAMIENTO EN TRABAJO INDUSTRIAL
DIRECCIÓN ZONAL LA LIBERTAD
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL
ESCUELA / CFP:
Senati
CICLO: V
TEMA: Proyecto Final
AUTOR:
TUTOR DEL CURSO:
TRUJILLO, PERU
2017
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PROYECTO DE INNOVACION Y MEJORA PROYECTO FINAL
INDICE
INDICE…………………………………………………………………….2 INTRODUCCION…………………………………………………………4 ASPECTO INIFORMATIVO…………………………………………….5 Antecedentes… …………………………………………..5
El Problema ………………………………………………..5 OBJETIVOS……………………………………………………………….6 Objetivo general……………………………………………6 Objetivos específicos……………… e specíficos……………………………………...6 ……………………...6
DESCRIPCION DEL PROYECTO DE INNOVACION………………7 Justificación………………………………………………..7 Justificación……………………………… ………………..7
Lugar donde es aplicable………………………………..7 MARCO TEORICO…………………………………… TEORICO……………………………………………………….8 ………………….8 Arduino………………………………………………………8 Grados de libertad…………………………………………9 enguaje de programación……………………………… 10 L enguaje
Servomotor………………………………………………….10 MG995…………………………………..10 2
SG90……………………………………..11 Joystick……………………………………………………...12
Fuente de 5Vdc 6Amp …………………………………….13 Transformador………………………………………………14 PROCEDIMIENTO………………………………………………………..15
Código de programación de Arduino………………….. 16 ANALISIS DEL COSTO…………………………………………………..19 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………….20 ANEXOS……………………………………………………………………..21
FIRMAS DE RESPONSABILIDAD…………………………………………26
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INTRODUCCION
Los robots a nivel tecnológico son los más utilizados en la industria debido a sus funcionalidades y practicidad en los procesos de manufactura, gracias al nivel de trabajo y tiempo de producción que alcanzan se ha incrementado la implementación a nivel mundial permitiendo al ser humano preocuparse de labores con más raciocinio como gestión de la producción o proyección de ventas, debido a estas razones se tienen una amplia gama de categorías y funcionalidades a nivel mundial. El robot que se caracterizará en el presente informe es un manipulador, con 3 grados de libertad y una pinza la cual cumplirá la función de tomar objetivos y dirigirlos de un lado a otro; el cual se mueve a través de un eje de guiado lineal con desplazamiento en los 3 planos para controlar diversas tareas. Para su control buscamos una herramienta que pudiese ser utilizada por cualquiera sin tener conocimientos previos de su manejo, elegimos para esto una palanca de mando (joystick) , con el cual se podrá operar el brazo de manera remota o a distancia sin tener contacto físico con el. La construcción de este brazo robótico se hará usando como referencia modelos realizados anteriormente por estudiantes y entusiastas de la robótica, tomando de ellos sus mejores aspectos, para esto se utilizaran materiales de fácil acceso en el mercado y de bajos costos y sus planos serán de fáciles de comprender por cualquiera.
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ASPECTO INFORMATIVO
ANTECEDENTES Se tomaron en cuenta modelos realizados previamente por entusiastas y estudiantes de biomecánica y robótica los cuales hicieron robots un tanto complejos pero que sirvieron de mucha ayuda para realizar el nuestro.
EL PROBLEMA La búsqueda del hombre de crear herramientas que le faciliten su vida, y de sistemas que hagan sus labores menos tediosas, aburridas o agotadoras, y facilitar las que sean difíciles o imposibles de realizar debido a las limitaciones que posea el ser humano. De esta manera nació la robótica la que vino para quedarse y para evolucionar al lado del hombre haciendo su vida cada vez más sencilla. La creación de estas herramientas nos ha llevado a un mundo donde el límite es la imaginación y donde los sistemas automatizados y sus aplicaciones son innumerables. La manipulación de objetos, materiales o sustancias, nocivos o peligrosas para el ser humano también le da sentido a la utilización de estas herramientas. Gracias a ellas se pueden manipular seguramente sin riesgo de que alguien salga lastimado. De esta manera el objetivo de este proyecto es ofrecer una herramienta mecánica controlada remotamente, que pueda realizar un trabajo continuo y sistemático, y que pueda hacer estas labores sin una completa intervención de un operador, y que su función sea la de levantar objetos pesados o peligrosos sin cometer errores que pongan en riesgo la vida o la integridad física de las personas. Esta herramienta será un brazo robótico que será un diseño de brazo mecánico que como ya mencionamos su control será de forma remota, pero que al realizar un proceso y que realizara varias actividades.
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OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES Construcción de un brazo robótico robótico de 3 grados de libertad y una pinza que realizara la función que pueda realizar trabajos en un área específica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS La utilización de un brazo robótico para realizar tareas en laboratorios para con este manipular materiales o sustancias, que pongan en peligro la integridad física personas, los cuales deben manipular este de forma remota o bien a distancia. La manipulación del brazo debe ser sencilla de utilizar para que cualquier persona sin conocimientos previos de su manejo pueda hacer uso de este. Debe ser construido de manera sencilla, utilizando materiales de fácil acceso y económicos, para que cualquier persona con pocos conocimientos en la materia pueda construirlo siguiendo esquemas o diagramas de fácil interpretación.
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DESCRIPCION DEL PROYECTO DE INNOVACION
JUSTIFICACION Actualmente el uso de sistemas automatizados resulta atractivo e indispensable dentro de los procesos de manufactura ya sea con la finaliza de aumentar la producción o disminuir costos a la vez que se disminuye significativamente el riesgo de accidentes ya que al utilizar algún sistema robótico para algún proceso que conlleve riesgos para lo único que entraría a actuar una persona seria para supervisar que todo esté funcionando de la mejor manera programada anteriormente o para realizar un respectivo mantenimiento cada cierto tiempo lo cual hace justificable el cambio de producción de la forma tradicional a la automatizada. Desarrollar este proyecto a su vez me permitió desarrollar mi creatividad y a la vez adquirir más experiencia en cuanto al desarrollo de habilidades y destrezas.
LUGAR DONDE ES APLICABLE Este proyecto es solo un prototipo de lo que podría ser a una escala mayor. A una escala mayor este brazo robótico fácilmente podría ser empleado en lugares donde sea necesario mejorar la producción como la generación de algún producto colaborando con desplazar elementos aun área determinada para continuar con el proceso ya determinado, al ya estar aplicado en la industria y creciendo exponencialmente se busca nuevos lugares en los cuales pueda ser aplicado, uno de ellos seria en los supermercados, lo cual haría que las compras se realicen con rapidez y a la vez evitar largas colas que suelen darse en la cajas.
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MARCO TEORICO
ARDUINO
Arduino es una herramienta para crear computadoras que interactúan con el mundo exterior con mucha más facilidad que una computadora de escritorio. Es una plataforma tipo código abierto que se basa en un microcontrolador y un entorno de programación para escribir software. Las tarjetas Arduino tienen una gran versatilidad a la hora de emplearlas en un proyecto de este tipo, ya que el tipo de conexión es sencillo y permite tanto leer como escribir variables digitales y analógicas. Además, en lo concerniente a la programación, Arduino dispone de una gran cantidad de librerías que permiten controlar de manera más eficiente dispositivos como motores servo, motores a paso, etc. En el caso de este proyecto se utilizó Aduino Uno.
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GRADOS DE LIBERTAD Los grados de libertad son la cantidad de parámetros independientes que determinan la posición del elemento terminal del brazo robótico, el número de grados de libertad por lo general coincide con el número de eslabones de la cadena cinemática. Para posicionar y orientar un objeto en el espacio de cualquier manera deseada, se necesitan seis parámetros, tres para la posición y tres para la orientación. Es por esto que por lo general los brazos robóticos industriales en su mayoría tienen seis grados de libertad. Cuando el número de grados de libertad del robot excede los necesarios para que cumpla con su tarea se suele decir que un robot es redundante. En el caso de este proyecto se realizó un brazo con 3 grados de libertad.
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LENGUAJE DE PROGRAMACION Es un tipo de lenguaje que sirve para configurar un dispositivo de control para que éste pueda cumplir con un funcionamiento requerido
SERVOMOTOR Es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. Un servomotor es un motor eléctrico que puede ser controlado tanto en velocidad como en posición. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cuál es la corriente que consume. La corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado.
MG995 Datasheet • Weight: 55 g • Dimension: 40.7 x 19.7 x 42.9 mm approx. • Stall torque: 8.5 kgf·cm (4.8 V ), 10 kgf·cm (6 V) • Operating speed: 0.2 s/60º (4.8 V), 0.16 s/60º (6 V) • Operating voltage: 4.8 V a 7.2 V • Dead band width: 5 µs • Stable and shock proof double ball bearing design • Temperature range: 0 ºC – 55 ºC 10
SG90 Datasheet • Weight: 9 g • Dimension: 22.2 x 11.8 x 31 mm approx. • Stall torque: 1.8 kgf·cm • Operating speed: 0.1 s/60 degree • Operating voltage: 4.8 V (~5V) • Dead band width: 10 µs • Temperature range: 0 ºC – 55 ºC
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JOYSTICK Un joystick palanca de mando es un dispositivo de control de dos o tres ejes que se usa desde una computadora o videoconsola al transbordador espacial o los aviones de caza, pasando por grúas. Se suele diferenciar entre joysticks digitales (que leen cuatro interruptores encendido/apagado en cruceta situada en la base más sus combinaciones y los botones de acción) y joysticks analógicos (que usan potenciómetros para leer continuamente el estado de cada eje, y además de botones de acción pueden incorporar controles deslizantes), siendo estos últimos más precisos.
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FUENTE 5VDC 6AMP Se tuvo que realizar una pequeña fuente de 5voltios que de un amperaje más elevado del que resiste el regulador de tensión 7805 por lo cual en el circuito se tuvo que utilizar un transistor. Se necesita más amperaje dado que los servomotores necesitan 500mA a 900mA para su funcionamiento, al ser cuatro los servomotores utilizados necesariamente se necesitara más de un amperio el cual deberá ser alimentado a los servomotores desde esta fuente ya que el Arduino no puede entregar dicha corriente porque correría el riesgo de sufrir daños.
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TRANSFORMADOR 220-12VAC Este transformador era necesario para alimentar la fuente que luego no s aportara 5vdc a los servomotores. Empleado para transformar la tensión de la red doméstica de 220vac a 12 vac la cual luego será rectificada y filtrada para pasar por el regulador 7805 dando 5vdc a los servomotores.
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PROCEDIMIENTO
En el inicio del proceso de la construcción de este Proyecto se compró los materiales que se utilizaran, se empezó dibujando en la madera lo que iba a ser el brazo, antebrazo y pinza, se procedió a recortar las partes y pegarlas. Luego se hizo encajar los brazos y antebrazos con los servomotores atornillándolos para que queden fijos. Se hizo la fuente de 5v para los servomotores, una vez construido el brazo se procedió a realizar la programación en arduino para que funcione de tal forma que sea manipulado por un joystick de pc de modo que al mover el joystick hacia la derecha o izquierda todo el brazo deba cumplir con lo ejecutado, al mover el joystick hacia adelante solo la articulación del brazo deberá bajar y lo contrario al mover el joystick hacia atrás, con un potenciómetro interno en joystick situado a la izquierda en la superficie de este será el encargado de accionar el antebrazo, dos botones ubicados en la zona superior de la parte movible del joystick serán los encargados de abrir o cerrar la pinza. Se procedió a modificar el joystick retirando todos sus potenciómetros y reemplazándolos por potenciómetros de 1k, también se tomó dos pulsadores que venían integrados en el joystick otorgándoles la función de abrir y cerrar la pinza, un pulsador cerrara la pinza y con otro se cerrara. Por último se realizó las conexiones entre la fuente, los servomotores, arduino y joystick para iniciar su funcionamiento.
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CODIGO DE PROGRAMACION DE ARDUINO
#include
// Incluir la librería Servo
Servo servo1; servo1
// Crear un objeto tipo Servo llamado
Servo servo2; servo2
// Crear un objeto tipo Servo llamado
Servo servo3; int anguloX = 90 ;
// Empezamos en el centro
int anguloY = 90 ; int angulo = 90 ; int salto = 3 ;
// Controla el salto por movimiento
int Eje_X = A2 ; int boton = 4 ; Servo servomotor; int anguloZ = 90; //Variable para el ángulo, inicia en 90° int aumentar = 22; //Pin para el pulsador de aumentar el angul int disminuir = 23; //Pin para el pulsador de disminuir el angul
void setup() { servo1.attach(7) ; // Conectar servo1 al pin 7 servo2.attach(8) ; // Conectar servo1 al pin 8 servo3.attach(9) ; // Conectar servo1 al pin 9 servomotor.attach(10); //Pin PWM 10 del Arduino pinMode(disminuir, INPUT); pinMode(aumentar, INPUT); servomotor.write(anguloZ); //Posiciona el servo inicialmente en la mitad (90°) 16
}
void loop() { //EJE X int p = analogRead(A0); if ( p < 450 )
// Si la lectura es menor de 450
anguloX = anguloX - salto ; else if (p > 550)
// disminuimos el angulo
// Si mayor de 550
anguloX = anguloX + salto ; servo1.write(anguloX); 1
// Aumentamos el angulo // Y este es el que mueve el servo
delay (50); // Este delay regula la velocidad del movimiento
//EJE Y int q = analogRead(A1); if ( q < 450 )
// Si la lectura es menor de 450
anguloY = anguloY - salto ; else if (q > 550)
// disminuimos el angulo
// Si mayor de 550
anguloY = anguloY + salto ; servo2.write(anguloY); 2 delay (50); movimiento
// Aumentamos el angulo // Y este es el que mueve el servo
// Este delay regula la velocidad del
int r = analogRead(A2); if ( r < 450 ) angulo = angulo - 3 ; else if (r>550) angulo = angulo + salto ; 17
servo3.write(angulo); delay (50);
//Aumenta el angulo mientras se mantenga presionado if (digitalRead(aumentar) == LOW) { anguloZ++; if (anguloZ >= 180) { anguloZ = 180; grados
//El angulo no aumenta mas alla de 180
} }
//Disminuye el angulo mientras se mantenga presionado if (digitalRead(disminuir) == LOW) { anguloZ--; if (anguloZ <= 0) { anguloZ = 0; grados
//El angulo no disminuye mas alla de 0
} } servomotor.write(anguloZ); //Manda el ángulo al servo dependiendo del pulsador presionado delay(10);
} 18
ANALISIS DEL COSTO
Para la construcción del brazo robotico Material
Cantidad Costo
Láminas de madera
50x50 cm
servomotor MG995
3 unidades 90.00
Servomotor sg90
1 unidad 12.00
Cautín
1 unidad 10.00
Estaño y cables
5 metros 10.00
Tornillos y tuercas varias
2 paquetes 10.00
Soldimix
1 unidad 7.50
Transformador 220-10 vac
1 unidad Reciclado
Cargador 5vdc
1 unidad Reciclado
Pintura en spray
1 unidad 7.00
Arduino Uno
1 unidad 30.00
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Reciclado
BLIBLIOGRAFIA
http://www.prometec.net/brazo-robot-joystick/#modal http://arduparatodos.blogspot.pe/2017/02/controlar-servomotorcon-arduino-varios.html https://www.youtube.com/watch?v=lW8tAUgHYDY https://www.youtube.com/watch?v=LXr_NLrjmmk https://www.youtube.com/watch?v=pZZsx3Dxqis https://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor
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ANEXOS
Plasmando en papel una idea de lo que posiblemente seria el proyecto concluido.
Dibujando brazo y antebrazo de brazo robótico para luego cortar y pegar. 21
Fijando servomotor en lo que sería el codo del brazo robótico.
Fijando servomotor en el hombro del brazo robótico y servomotor que girara de derecha a izquierda.
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Conectando arduino a joystick y servomotores.
Conectando placa a entrada de 12 vac y salida 5vdc.
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Parte interna del joystick. Modificando joystick desde cero.
Realizando ultimas conexiones para poner en funcionamiento
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Proyecto Brazo Robótico terminado.
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FIRMAS DE RESPONSABILIDAD
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Participante
Profesor
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