DISEÑO Y CONTRUCCION DE UN ROBOT MANIPULADOR TIPO SCARA

PROYECTO DE ROBOTICA

“DISEÑO Y CONTRUCCION DE UN ROBOT MANIPULADOR TIPO SCARA”

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INTRODUCCION

Los robots tipo scara tienen un comportan muy parecido al del brazo humano, observando sus ejes X e Y, y sus grados de libertad se deduce que cuenta con una gran libertad de movimientos en estos ejes, pero también tiene una limitación y está en su desplazamiento en el eje z el cual lo limita severamente.

Las características antes mencionadas permiten ubicar en su extremo cualquier elemento terminal como pinza u otros garantizando cualquier desempeño con un mayor alcance sobre el plano, pero en el eje vertical solo realizan manipulaciones simples que habitualmente consisten en presionar y desplazarse unas pocas unidades.

Debido a estas características se encuentran muy comúnmente realizando actividades como la fabricación de elementos de electrónica de consumo y en clasificación de artículos para empacado.

Problema Actual : En la línea de embotellado, en proceso final consiste en posicionar las botellas pequeñas de Aguardiente Néctar Azul con contenido de 50 ml de peso 136 gramos del producto terminado en una caja que contiene un determinado número de productos, en este caso específico permite el empaque de tres botellas por un lado y 4 por el otro.

Las botellas llenas se encuentran en el punto de coordenadas (200, 300, 150) y se deben llevar a un recipiente cuya ubicación coincide con el punto (150, -300, 0); la altura del recipiente de la altura de la botella.

Requerimientos de la Entrega

Diseño de la estructura mecánica del robot scara: dimensiones de los eslabones, material de la estructura , posicionamiento de los motores , transmisiones, sensores y sistemas de control.

Análisis de la estructura mecánica del robot en un software de CAD/CAE.

Diseño del sistema de transmisión de cada uno de los eslabones del robot, tipo de transmisión, dimensiones del sistema, análisis de las velocidades esperadas a la salida.

Cálculo de potencia de los actuadores a utilizar en cada uno de los eslabones

Diseñar la pinza o elemento terminal a implementar en el robot y con el cual se va a realizar la aplicación dada.

Metodología

Para realizar el diseño del robot requerido en la aplicación, es necesario definir parámetros como:

Dimensiones de la botella de producto terminado

Forma.

Altura.

Dimensiones de la base.

Dimensiones de la boquilla de la botella.

Peso de la botella.

Ubicación espacial de los puntos de recepción y entrega.

Frecuencia de recepción de producto.

Una vez definidos estos parámetros, es posible iniciar con el diseño del prototipo, teniendo en cuenta, en número de eslabones, grados de libertad y configuración del espacio de trabajo.

Como parámetros de diseño se tendrán en cuenta:

tipos de actuadores

tipos de transmisión

materiales de construcción

evaluación económica de los materiales, actuadores y demás componentes del sistema.

El Diseño es evidenciado mediante los cálculos de velocidad, momento de torsión y fuerza en cada uno de los eslabones. El resultado es el plano de general del dispositivo, así como una lista de componentes y características de los mismos.

De manera paralela se define el tipo de sensores a utilizar, dadas las características de los mismos y del sistema de control que será utilizado para controlar las funciones del dispositivo.

Por último se elabora la rutina de control del dispositivo.

Consideraciones de diseño

Carga máxima

250 gr = 0.25 Kg

Ubicación de los puntos de carga y descarga

punto de carga A=(200,300,150)

punto de descarga B=(-150 ,300,0)

Del vector resultante de las componentes x e y de los puntos, se obtienen los vectores resultantes A y B

A ⃗= √(2& 〖200〗^2+〖300〗^2 )=360,55mm

B ⃗= √(2& 〖-150〗^2+〖300〗^(2 ) )=335,41 mm

Se observa que el valor de A es mayor que el valor de B, de manera que este es el primer parámetro de diseño que se tiene en cuenta, la longitud del brazo completamente extendido debe ser mayor o igual al valor resultante del vector A para garantizar que el robot cumpla con las condiciones de funcionamiento de la situación dada.

A ⃗ ≤L

Se elige un valor que cumple la condición:

L=390 mm; 360,55 ≤ 390 mm

En cuanto a la altura (h) se impone una condición : esta debe tener un valor mayor a 150 mm para dar espacio a la herramienta, es decir, el techo operativo debe ser de mínimo 150 mm, entre la herramienta y el suelo.

Los valores son consecuentes con los requerimientos mínimos planteados en la situación inicial, así, el diagrama simplificado del manipulador SCARA se puede observar en la siguiente figura:

A,A^',B,C:articulaciones

del robot (A puede ubicarse en

la base del brazo)

h:techo minimo de operacion

L∶longitud total del brazo

E1,E2,E3,E4∶eslabones del robot

En las articulaciones rotacionales A y B del manipulador, se hará uso de rodamientos, que minimizaran la fricción que se puede presentar en las junturas o articulaciones rotacionales, minimizando como consecuencia el momento de torsión requerido para movilizar cada eslabón, logrando así economizar recursos tanto en el sistema de transmisión, como en el dimensionamiento y precio de los motores con un ahorro consecuente de energía.

Elección de los rodamientos

teniendo en cuenta que las articulaciones A y B del manipulador soportan el peso de los eslabones : E1, E2, E3, E4, para el caso de A. E3,E4 para el caso de B, se observa que se hace necesario utilizar un rodamiento que soporte carga axial, En la tabla 1, se pueden pbservar los diferentes tiposde rocamientos existentes en el mercado y sus caracteristicas.

D de la tabla 1, se obtiene que el tipo de rodamiento que cumple con los requerimientos es aquel que presente un rendimiento bueno o excelente en la columna N 7 que respecta a la carga puramente axial. Los siguientes rodamientos cumplen con las caracteristicas solicitadas.

Rodamientos de bolas con contacto angular

Los rodamientos de bolas con contacto angular tienen los caminos de rodadura de sus aros interior y exterior desplazados entre sí en la dirección del eje del rodamiento. Esto quiere decir que han sido diseñados para soportar cargas combinadas, es decir, cargas radiales y axiales simultáneas.

La capacidad de carga axial de los rodamientos de bolas con contacto angular se incrementa al incrementar el ángulo de contacto. El ángulo de contacto se define como el ángulo que forma la línea que une los puntos de contacto entre la bola y los caminos de rodadura en el plano radial, a lo largo de la cual se transmite la carga de un camino de rodadura al otro, con una línea perpendicular al eje del rodamiento (fig 1).

Los rodamientos de bolas con contacto angular se fabrican en una amplia variedad de diseños y tamaños. Los más utilizados, son:

– rodamientos de una hilera de bolas con contacto angular (fig 2)

– rodamientos de dos hileras de bolas con contacto angular (fig 3)

– rodamientos de bolas con cuatro puntos de contacto (fig 4)

Rodamientos axiales de rodillos cónicos

Los rodamientos axiales de rodillos cilíndricos son adecuados para disposiciones que tengan que soportar grandes cargas axiales. Además, son relativamente insensibles a las cargas de choque, son muy rígidos y requieren un espacio axial mínimo. Se suministran, como estándar, como rodamientos de simple efecto y sólo pueden soportar cargas axiales en un sentido

La superficie cilíndrica de los rodillos está ligeramente bombeada hacia sus extremos. Por tanto, el perfil del contacto prácticamente elimina las tensiones dañinas en los bordes. Los rodamientos son desarmables, por lo que los componentes individuales pueden montarse por separado.

Componentes

Para aplicaciones en las que es posible pedir las caras de los componentes adyacentes pueden servir como caminos de rodadura y se requieren disposiciones de rodamientos estrechas o

– se requieren otras combinaciones de coronas axiales de rodillos cilíndricos y arandelas, p.ej. con dos arandelas de eje o de alojamiento,

– coronas axiales de rodillos cilíndricos K (fig A),

– arandelas de eje WS (fig B)

– arandelas de alojamiento GS (fig C)

Haciendo una comparación entre los dos tipos de rodamientos que cumplen con los requerimientos es posible remitirse a la tabla1, donde se observa que el comportamiento de los rodamientos de rodillos cónicos tienen un mejor comportamiento que los de bolas de contacto angular en situaciones de carga combinada y rigidez, factor determinante en el funcionamiento del brazo.

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