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CD 10757
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CD 10757
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por José Daniel Córdova Paredes,
bajo mi supervisión.
I
DECLARACIÓN DE AUTORÍA
Yo José Daniel Córdova Paredes, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.
II
DEDICATORIA
Con mucho cariño a Dios, a mi familia, amigos y a las personas que pusieron su
confianza en mí y estuvieron pendientes de mi bienestar a lo largo de toda mi
etapa universitaria.
A las personas amantes de la robótica, esperando que este trabajo sea de ayuda
para el desarrollo de trabajos futuros.
Daniel.
III
AGRADECIMIENTO
A mis hermanos, Edison y Gaby que me han enseñado el amor fraternal y han
estado conmigo en las buenas y en las malas brindándome su apoyo y cariño.
A mi novia y colega, María Sol que es la persona más maravillosa que pude
conocer en este trayecto de mi vida, quien me ha apoyado con su amor
incondicional y con quien he pasado los mejores momentos de felicidad. Gracias
por confiar en mí más de lo que yo confió
Al Dr. Paulo Leica, que con sus consejos y apoyo me ha permitido culminar este
proyecto.
IV
ÍNDICE DE CONTENIDO
AVAL ....................................................................................................................... I
DECLARACIÓN DE AUTORÍA............................................................................... II
AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV
RESUMEN ............................................................................................................ IX
ABSTRACT ............................................................................................................ X
1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 1
V
1.3.5.7. Singularidades ........................................................................... 28
2. METODOLOGIA ............................................................................................... 38
VI
2.5.1. Comunicación ................................................................................... 64
2.7.1. Práctica Nº1: Modelado del robot IRB 140 ABB ............................... 87
2.7.3. Práctica Nº3: Manejo del robot IRB 140 ABB ................................... 88
2.7.5. Práctica Nº5: Cooperación entre dos robots manipuladores ABB .... 88
3. PRUEBAS Y RESULTADOS............................................................................ 90
VII
3.3. Pruebas del proceso de cooperación .................................................... 105
VIII
RESUMEN
PALABRAS CLAVE: Robot manipulador IRB 140 ABB, Robot Studio, modelo
cinemático, generación de trayectorias, cooperación de robots.
IX
ABSTRACT
The present work focuses on the development of laboratory practices using two ABB
IRB-140 industrial robots that are part of the Industrial Process Control laboratory.
These practices cover essential topics related to robotics and its programming, so
that students can make applications that emulate simple processes using one or
two robotic arms.
The topics are mainly divided in three sections: Modeling, trajectory generation and
cooperation. The modeling of the IRB 140 industrial robot includes the development
of its direct kinematic model with the Denavit-Hartenberg method, which uses
homogeneous transformation matrices. The generation of trajectories comprises the
method for the robot to describe three simple trajectories in the work plane and
finally the cooperation of robots includes the development of a simple process in
which both robots interact with each other. Additionally, complementary practices
have been developed where students will be able to: learn to use tools such as
ABB's RobotStudio and to create user interfaces on the FlexPendant handheld
terminal.
KEY WORDS: IRB 140 ABB manipulator robot, Robot Studio, kinematic model,
trajectory generation, robot cooperation.
X
1. INTRODUCCIÓN
1
1.1. Objetivos
El objetivo general de este Proyecto es Desarrollar prácticas de laboratorio para
el modelado, cooperación y generación de trayectorias para dos manipuladores
robóticos ABB del laboratorio de Control de Procesos Industriales.
1.2. Alcance
Se estudiará y determinará únicamente el modelo cinemático del robot
manipulador de seis grados de libertad de la marca ABB del laboratorio de Control
de Procesos Industriales mediante el algoritmo de Denavit-Hartenberg.
2
programación, visualización y monitoreo de cada robot manipulador de la misma
marca.
Se diseñará seis hojas guías para prácticas de laboratorio con el uso de los
robots manipuladores de la marca ABB que tendrán los siguientes temas:
3
1.3. Marco Teórico
1.3.1. Introducción
4
a eléctrica. En años posteriores se sustituiría al operador por un programa de
computadora para solventar la necesidad de automatización de las fábricas.
Figura 1.1. Robot IRb6, El primer robot industrial de ASEA (ABB) [9]
5
mismos; como por ejemplo, robots espaciales (brazos para exploración,
construcción y reparación en el espacio), robots para aplicaciones submarinas
(manipuladores para excavación, mantenimiento y limpieza), robots militares
(Brazos para la desactivación de bombas), robots cirujanos (Brazos que permiten
realizar una cirugía con un alto grado de precisión y comandados a distancia), etc.
6
Figura 1.2. Robot industrial IRB 140 de ABB [2].
7
Figura 1.3. Configuraciones más comunes en robos industriales.[3]
Tabla 1.1. Clasificación de aplicaciones para robots industriales según IFR. [12]
Código
Área de Aplicación
IFR
110 Operaciones de manipulación
160 Soldadura de materiales
170 Operaciones de dispensación
8
1.3.4.1.3. Clasificación según el tipo de actuador.
• Robots Eléctricos.
• Robots Neumáticos.
• Robots Hidráulicos.
Según la norma ISO 8373 y según la IFR, en esta clasificación, se tienen los
siguientes grupos: [3], [11]
• Robot secuencial.
• Robot controlado por trayectoria.
• Robot adaptativo.
• Robot teleoperado.
9
El robot teleoperado son comandados de manera remota por un operador
desde una distancia segura. Es por esto que tienen una gran ventaja en cuanto a
seguridad y protección cuando se trabaja en ambientes inseguros o inestables.[13]
Figura 1.4. Asociación de las partes del brazo humano con brazo robótico
industrial.
10
Figura 1.5. Tipo de articulaciones más frecuentes.[3]
A cada movimiento relativo que puede realizar una articulación con respecto
a la anterior se los denomina grado de libertad (GDL) y estos equivalen al número
de parámetros que definen la ubicación en el espacio del elemento terminal. En la
Figura 1.5. también se indica el número de GDL de cada tipo de articulación. El
número de grados de libertad del robot es la suma de los GDL de cada articulación
que lo compone.[14]
11
1.3.4.2.3. Actuadores
- Baja capacidad de
- Repetibilidad
carga.
regular - Cilindros.
- Requiere
Neumática - Sencillos. - Motor de paletas.
instalaciones
- Rápidos. - Motor de pistón.
especiales.
- Baratos.
- Ruidosos.
- Difícil mantenimiento.
- Alta capacidad de
- Baja repetibilidad. - Cilindros.
carga.
- Requiere de - Motor de paletas
Hidráulica. - Rápidos.
instalaciones axiales.
- Buena estabilidad a
especiales. Motor de pistón.
plena carga.
- Costoso.
12
1.3.4.2.4. Sistema sensorial
Para que un robot industrial ejecute una tarea con una elevada precisión,
velocidad e inteligencia, requiere instrumentos que permitan conocer tanto la
posición de sus articulaciones como el estado de su entorno. Esto se logra
mediante el uso de sensores que pueden ser internos o externos.
Sensores de
Ventajas Desventajas
Posición
- Costo menor
Enconders - Buena resolución - Mala robustez mecánica
- Alta estabilidad térmica
- Mala resolución
Potenciómetros - Robustez mecánica regular - Mala estabilidad térmica
- Problemas de linealidad
13
Existen también otros sensores que miden la posición lineal de las
articulaciones, como los LVDT (Transformador diferencial de variación lineal) los
cuales ofrecen poco rozamiento y casi infinita resolución. Son comúnmente usados
en robots configuraciones cartesianas o de tipo SCARA
En el campo los sensores externos entran cualquier sensor que pueda medir
o detectar variables externas como temperatura, posición, presencia, etc. También
se suele utilizar sistemas de visión artificial, como cámaras, para obtener
información del entorno del robot.
Figura 1.6. Sistema de sujeción por vacío en un robot IRB 4400. [16]
14
Se pueden clasificar a los elementos terminales en elementos de sujeción y
herramientas [3]. Los elementos de sujeción son dispositivos utilizados en el mayor
porcentaje de tareas de manipulación (pick & place) para la cual se emplean
comúnmente elementos neumáticos. Algunos ejemplares son ventosas, pinzas o
garras. Un ejemplo de una herramienta de sujeción se muestra en la Figura 1.6.
Figura 1.7. Robot KUKA “KR CYBERTECH arc” con una herramienta de
soldadura de arco.[17]
15
clase se conoce como cinemática inversa que trata de definir los valores de ángulos
articulares conociendo la posición y orientación del elemento terminal del robot [3],
como se muestra en la Figura 1.8.
16
Figura 1.9. Asociación de sistemas de coordenadas a cada articulación.[3]
Es un sistema configurable por el usuario para que el robot trabaje sobre una
pieza u objeto que generalmente esta inclinado con respecto a la base del robot.
Esto permite una mayor facilidad para la programación de puntos ya que si se
reconfigura la orientación o posición del objeto de trabajo, los puntos asociados a
dicho objeto se modificarán de la misma forma. Cada robot puede trabajar en
distintas piezas por lo que se pueden crear más de un sistema de coordenadas de
este tipo. (ver Figura 1.10).
17
1.3.5.1.4. Sistema de coordenadas de la herramienta (S.C.H.).
18
Rotacion3 x 3 Traslacion3 x1 R3 x 3 p3 x1
T = = w1x1
( 1.1 )
Perspectiva1x 3 Escalado1x1 f1x 3
Donde:
R3 x 3 Matriz de rotación
p3 x1 Matriz de traslación
f1x 3 Vector de perspectiva
w1x1 Factor de escalado
El vector de perspectiva es utilizado en el campo de visión artificial para
variaciones en la perspectiva visual de los elementos, es decir, conocer si un
objecto se está alejando de la cámara, si tiene una deformación o si tiene un plano
inclinado. En robótica, este vector por facilidad toma el valor de cero. El factor de
escalado es un parámetro que permite conocer las coordenadas reales de un punto
en el espacio a partir de un punto conocido que se sitúa en el plano de la lente de
una cámara y la distancia que hay entre ellos. En robótica, este factor por facilidad
es igual a uno. [3]
19
1 0 0 Px
0 1 0 Py
Tras ( p)= Tras ( Px , Py , Pz ) = ( 1.2 )
0 0 1 Pz
0 0 0 1
Esta matriz se aplica para sistemas de referencia que están rotados un cierto
ángulo con respecto los ejes del sistema de referencia principal. Estos ángulos son
conocidos como ángulos de Euler los cuales son: para rotaciones en el eje X,
para rotaciones en el eje Y y para rotaciones en el eje Z como se muestra en la
Figura 1.12. Por lo tanto, se definen tres matrices de rotación para cada uno de los
ángulos [3].
1 0 0 0
0 cos( ) sin( ) 0
Rotx( ) = ( 1.3 )
0 − sin( ) cos( ) 0
0 0 0 1
cos( ) 0 sin( ) 0
0 1 0 0
Roty ( ) = ( 1.4 )
− sin( ) 0 cos( ) 0
0 0 0 1
cos( ) − sin( ) 0 0
sin( ) cos( ) 0 0
Rotz ( ) = ( 1.5 )
0 0 1 0
0 0 0 1
Figura 1.12. Rotaciones del sistema OUVW con respecto al sistema OXYZ.
20
Si a un sistema de coordenadas se le aplican varios movimientos de
traslación y rotación con respecto a un sistema de coordenadas estático, se puede
obtener una única matriz de transformación multiplicando las matrices de traslación
o rotación respectivas en secuencia inversa a la de los movimientos realizados.
21
La matriz de transformación que relaciona el elemento i-1 con elemento i se
compone de cuatro transformaciones que se detallan a continuación: [3]
i −1
Ti = Rotz (i ) Tras ( 0, 0, di ) Tras ( ai , 0, 0 ) Rotx( i ) ( 1.6 )
C (i ) − S (i ) 0 0 1 0 0 0 1 0 0 ai 1 0 0 0
S ( ) C ( ) 0 0 0 1 0 0 0
1 0 0 0 S ( i ) S ( i ) 0
i −1
Ti = i i
( 1.7 )
0 0 1 0 0 0 1 di 0 0 1 0 0 −C ( i ) C ( i ) 0
0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1
22
i Ángulo medido entre el eje Zi-1 y el eje Zi medido en el plano
perpendicular a Xi utilizando la regla de la mano derecha.
Para poder obtener una sola matriz que relacione la posición del extremo o
i-1
elemento final con la base del robot se debe multiplicar en orden cada matriz Ti
de cada eslabón para obtener la matriz 0Textremo y con esto se plantea el modelo
cinemático del manipulador como el que se ilustra en la Figura 1.15.
23
1.3.5.4. Cinemática inversa
24
incógnitas por lo que resulta difícil el seleccionar cuál de las ecuaciones es
redundante. Este método es más aplicable a robots de 3 GDL o menos.
1.3.5.5. Cuaternios
Los cuaternios pueden ser calculados a partir los componentes de una matriz
de transformación homogénea (Ecuación 1.1) tomando únicamente la submatriz de
rotación 3x3 (Ecuación 1.10):
nx ox ax
Rotación3 x 3 = n y oy a y ( 1.10 )
nz oz az
1
q0 = nx + o y + a z + 1 ( 1.11 )
2
25
q1 = signo ( oz − a y )
1
nx − o y − a z + 1 ( 1.12 )
2
1
q2 = signo ( ax − nz ) − nx + o y − a z + 1 ( 1.13 )
2
q3 = signo ( ny − ox )
1
−nx − oy + az + 1 ( 1.14 )
2
Esta herramienta tiene una gran eficiencia debido a que requiere de menos
operaciones básicas y ocupan menos espacio y memoria computacional a
diferencia de operar con matrices. [20] Esta es la razón por la cual, compañías
como ABB, utilizan estos conceptos en sus brazos robóticos para la optimización
de recursos computaciones.
( x, y, z, , , ) .[3]
Esta matriz se forma por las derivadas parciales de m funciones que
dependen a su vez de n variables independientes y tiene la siguiente forma:
f x f x
q qn
1
J (q) = ( 1.15 )
f f
q qn
1
26
La matriz J ( q ) se denomina Jacobiana analítica y permite establecer la
x q1
y
z
= J (q) ( 1.16 )
qn
−1
J i+ = J T J J T ( 1.17 )
27
−1
J d+ = J T J J T ( 1.18 )
Para cualquiera de los dos casos se tiene que cumplir la siguiente condición:
J i+ J = I ( 1.19 )
J J d+ = I ( 1.20 )
1.3.5.7. Singularidades
1.3.6.1. Generalidades
28
otros se basan en realimentación de fuerza con el uso de sensores adicionales.
También se ha creado métodos de control híbrido entre posición y fuerza como se
muestran en [22], donde la información de la posición se combina con la fuerza de
cada robot para poder obtener una posición y fuerza deseada del conjunto
cooperante en la tarea. Además, se toma en cuenta parámetros como el espacio
de trabajo de cada robot ya que se debe diseñar y planificar las rutas de movimiento
de cada robot para evitar colisiones y garantizar la operación óptima de los mismos
[23].
29
más pequeño y ágil en el mercado hasta la fecha como se muestra en la Figura
1.17.
1.3.6.2. Aplicaciones
Las grandes ventajas que presenta la cooperación entre robots manipuladores han
expandido el campo de aplicación de estos robots en la industria, a continuación,
se describen algunas aplicaciones.
30
1.3.7. Generación de trayectorias
31
En el caso de movimiento simultáneo, el control cinemático del robot ordena
a todos los actuadores a moverse a una determinada velocidad propia de cada uno.
Esto hace que las articulaciones no terminen sus movimientos al mismo tiempo
como se muestra en la Figura 1.20a, y que se puedan producir elevadas
velocidades y aceleraciones de las articulaciones que terminan su moviendo antes
de que el robot llegue completamente a su punto final. Para mitigar este problema
se realiza un cálculo previo para determinar cuál articulación es la que más tiempo
requiere para completar el movimiento y se asignan ciertas velocidades al resto de
ejes para que todas las articulaciones terminen al mismo tiempo, acabando
simultáneamente el movimiento como se muestra en la Figura 1.20b. El tiempo
requerido para el movimiento será el más corto y no requerirá de una elevada
potencia de los actuadores. [3] A este tipo de trayectorias se las conoce como
trayectorias coordinadas punto a punto.
32
1.3.7.2. Trayectorias Continuas.
1.3.7.3. Aplicaciones
33
Figura 1.22. Fresado de madera con un robot manipulador KUKA.[28]
Figura 1.23. Corte por láser realizado por un robot manipulador KUKA.[27]
34
La ejecución de un programa en un robot se basa en la interacción con la
memoria del sistema, es decir, con actualización continua de variables; con el
sistema de control cinemático y dinámico del robot para dar la señales respectivas
a los actuadores y generar el movimiento con la especificaciones escritas; y con el
sistema de entradas y salidas con el cual, el robot interactúa con el entorno
mediante sus distintos tipos de herramientas.
1.3.8.1. Clasificación
• Guiado pasivo: En este caso se quita la energía a los actuadores del robot
para permitir el movimiento libre mediante el uso de la fuerza física de la
persona que programa. Es un método poco común en robots industriales
debido a la complicaciones que se presentan al momento de realizar los
movimientos manuales debido al gran peso de las articulaciones.[3] Para
35
este método se suelen utilizar robots réplicas más ligeros que facilitan el
movimiento. [29]
• Guiado activo: En este método es común el uso de botoneras, joysticks o
dispositivos similares para la realización de los movimientos del robot
utilizando su propio sistema de accionamiento. Marcas comerciales de
robots como ABB o KUKA utilizan botoneras con joysticks, como se muestra
en la Figura 1.24. para llevar al robot a una configuración determinada y
grabarla para su posterior ejecución.
36
A diferencia de la programación por guiado, donde es imperativo la presencia
del robot para el desarrollo del programa, se puede hacer uso de software
informático, que puede ser independiente del robot, para el desarrollo y simulación
de las instrucciones, por este motivo, a la programación textual se la conoce
también como programación fuera de lineal (offline).
37
2. METODOLOGIA
2.1. Introducción
En el presente capitulo se expone los materiales utilizados y procedimiento
para el desarrollo de las prácticas de laboratorio referente a los brazos robóticos de
la marca ABB disponibles en el laboratorio de Control de Procesos Industriales. Se
iniciará con la descripción del sistema de brazos robóticos utilizado que se compone
de manipuladores robóticos, efectores finales y el software de simulación del
fabricante, posteriormente se describe el algoritmo utilizado para el modelado del
modelado, generación de trayectorias y cooperación de ambos manipuladores IRB
140 con sus respectivas configuraciones y finalmente se detallará cada una de las
prácticas propuestas.
a) b)
Figura 2.1. Células robóticas con robots IRB 140 disponibles en el laboratorio: a)
Robot Nº1, b) Robot Nº2.
38
Robot IRB 140
Dispositivo de
Programación
Disyuntor de
Entrada
Controlador
compacto IRC5 Mesa de acero
Figura 2.2. Célula robótica con el robot IRB 140 (Vista Lateral)
Herramienta
Área de
Trabajo
Conexión
Ethernet
Figura 2.3. Célula robótica con el robot IRB 140 (Vista Frontal)
39
Válvula
Neumática
Conexiones
eléctricas y
neumáticas
Cajetín de
entradas y
Entrada de salidas digitales
alimentación
eléctrica
bifásica
40
Es un robot manipulador industrial multipropósito de la marca ABB de 6
grados de libertad (ver Figura 2.5) que posee la siguientes características:
Sus actuadores son de tipo eléctrico. Dispone de 6 motores paso a paso que
son comandados por el controlador compacto IRC5 el cual se explicará en la
siguiente subsección.
Axis 3 Axis 4
+
+
-
- Axis 6
+ +
- -
Axis 2 Axis 5
-
+
Axis 1
- +
Figura 2.6. Ejes del manipulador IRB 140 con su signo. [1]
41
El robot IRB 140 dispone de 6 grados de libertad, como muestra la Figura
2.6. que lo hacen capaz de adoptar cualquier posición u orientación en el área de
trabajo permitiendo llegar a un punto de formas diferentes.
El área de trabajo está definida por el rango de movimiento que posee cada
articulación, como se muestra en la Figura 2.7. donde están varias posiciones
incluida la posición inicial (Pos 0). Cada articulación posee límites mecánicos los
cuales definen los rangos de valores angulares de cada eje medidos a partir de la
posición de origen o Pos 0 los cuales se indican de la Tabla 2.1.
42
2.2.3. Controlador compacto IRC5 ABB
43
Selector de Modo:
Conexión al FlexPendat (Manual / Automático) Liberador de Frenos
Conexión a Paro de
ejes externos Emergencia
Conexión de Botón de
alimentación encendido
del Robot de motores
Conexión de
señales de
control
Alimentación
Cubierta
principal
protectora
Interruptor
principal
Fuente de
alimentación Puerto de conexión a
PC
Puerto de conexión
Leds
con el FlexPendant
indicadores
Puertos de conexión
Ethernet
Puerto de la
Puerto de conexión unidad de
a una red industrial panel
WAN Puerto de conexión
con el controlador
de un eje externo
Puertos
USB
44
Entrada digital 1
Entrada digital 2
Salida digital 1
Salida digital 2
Fuente de
alimentación (24VDC)
Conexión DeviceNet
Paros de
ES1 ES2 seguridad
45
Los niveles de paro de seguridad están clasificados según la importancia
que tienen como se muestra a continuación:
46
Tabla 2.2. Modos de operación del controlador IRC5 compacto
Modo Características
Manual • Permite la modificaciones en el programa, datos,
configuraciones, etc.
• La velocidad máxima se limita a 250mm/s
• Permite el uso del joystick para el movimiento.
Pantalla Botones de
táctil funciones
Joystick
Puerto USB
Botón de
Reset Botón
hombre - muerto
Lápiz
47
Se compone principalmente de una pantalla táctil, un joystick y varios
botones (Ver Figura 2.14) los cuales permiten tanto la ejecución del programa como
seleccionar el tipo de movimiento del robot. La distribución de botones se muestra
a en la Figura 2.15.
Botones
Programables
Seleccionar el
robot
Activar/desactivar el
modo de movimiento
(reorientación o lineal)
Activar/desactivar el
modo de movimiento Activar/desactiv
(ejes 1-3 o ejes 4-6) ar incrementos
Botones de
Ejecución del
programa.
48
Tabla 2.3. Características del efector final de vacío. [32]
Características Descripción
Longitud total 131 mm
Generación de vacío Externo
Caudal de aire 20 m3/h
Número de ventosas 2
Tipo de ventosa 1.5 pliegues
Diámetro de la ventosa 30 mm
Separación entre ventosas 900 mm
Dimensiones de la brida 63.5x10 mm
Diámetro de entrada de aire 8 mm
49
Figura 2.18. Eyector compacto SCPSI. [34]
Los datos técnicos del eyector de vacío vienen dados por la número de serie
(SCPSI 10 G02 NO M12-5) y cuyas características se muestran en la Tabla 2.4.
Características Descripción
Red de comunicación: IO – Link
Tamaño de la tobera 1 mm
Posición de reposo de la válvula Abierta sin corriente
Conexión eléctrica M12 con 5 polos
Función de conmutación PNP
Capacidad de aspiración 36 l/min
Presión de operación 2 a 6 bar
50
Figura 2.18. Modelo 3D del gripper neumático MHZ2-20D
a) b)
Características Descripción
Fluido Aire
Presión de operación 0.2 a 0.7 MPa
Número de dedos 2
Tipo de acción Doble
Tamaño del agujero 20 mm
Carrera de apertura y cierre 10 mm
Peso 235 g
51
Para el control de apertura y cierre del gripper neumático se utiliza una
electroválvula neumática 5/2 con retorno por resorte y solenoide de 24VDC (Ver
Figura 2.20) que permite el control de la apertura y cierre del gripper.
52
Figura 2.21. Interfaz del software RobotStudio.
53
Para el análisis cinemático del robot, es necesario definir cada uno de los
eslabones como lo indica en la Figura 2.23. El robot IRB 140 consta de 6 GDL y de
6 articulaciones de tipo rotatorias.
Eslabón 4 Eslabón 3
Eslabón 5 Eslabón 2
Eslabón 6
Eslabón 1
Base
Una vez que se han identificado claramente los eslabones del robot, se
procede a la ubicación de los sistemas de coordenadas conforme dictan las reglas
de Denavit Hartenberg. [3] Iniciando desde la base, se asigna los sistemas de
referencias empezando desde 0 hasta n-1 que corresponde a la última articulación,
donde n es el número de grados de libertad que posee el robot. Para el caso del
sistema de referencia n se lo ubica en el extremo del robot. La Figura 2.24 muestra
los sistemas de referencia asignados para cada articulación
54
X
α3 = -90º
Y Z
+= -90º
X2 X
d4
Z2 Z
α4 = 90º
θ3 X3 Y X
+= -90º
Y2 α5 = -90º
X
Z
a2 X4
θ4 Z4 Y Z
+ = -90º
θ2 - 90º Z3
Y3 Y
Y
+= -90º θ6 - 180º
X5
a1 Z
Y4 X
+= -90º
Z1 θ5
Y5 Y6
θ6
Z5
θ2 X1
d6
Z6
Y1 X6
Z
α1 = -90º
θ1
X
Y
d1
Z0
Y0
X0
55
Figura 2.25. Asignación de los sistema de referencia según D-H en el esquema
del robot [19]
56
Para mejor presentación de las posteriores ecuaciones se utilizará las
siguientes simplificaciones:
Con la Tabla 2.5 se procede al planteamiento de las matrices i-1Ti para cada
articulación mediante la ecuación 1.8. la cual se muestra a continuación.
S ( 2 ) C ( 2 ) 0 360 S ( 2 )
−C ( 2 ) S ( 2 ) 0 −360 C ( 2 )
1
T2 = ( 2.7 )
0 0 1 0
0 0 0 1
C (3 ) 0 − S (3 ) 0
S (3 ) 0 C (3 ) 0
2
T3 = ( 2.8 )
0 −1 0 0
0 0 0 1
C ( 4 ) 0 S ( 4 ) 0
S ( 4 ) 0 −C ( 4 ) 0
3
T4 = ( 2.9 )
0 1 0 380
0 0 0 1
57
C (5 ) 0 − S (5 ) 0
S (5 ) 0 C (5 ) 0
4
T5 = ( 2.10 )
0 −1 0 0
0 0 0 1
−C ( 6 ) S ( 6 ) 0 0
− S ( 6 ) −C ( 6 ) 0 0
5
T6 = ( 2.11 )
0 0 1 65
0 0 0 1
0
T6 = ( 0 T1 )( 1T2 )( 2 T3 )( 3 T4 )( 4 T5 )( 5 T6 ) ( 2.12 )
nx ox ax px
n oy ay p y
T6 =
0 y
( 2.13 )
nz oz az pz
0 0 0 1
58
px = 70C1 + 65C5C1C23 - 65S5 (S1S4 + C4C1S23 ) + 360C1S2 + 380C1C23 ( 2.23 )
p y = 70S1 + 65C5 S1C23 - 65S5 (C4 S1S23 - C1S4 ) + 360S1S 2 + 380S1C23 ( 2.24 )
1
q0 = nx + o y + a z + 1 ( 2.26 )
2
q1 = signo ( oz − a y )
1
nx − o y − a z + 1 ( 2.27 )
2
1
q2 = signo ( ax − nz ) − nx + o y − a z + 1 ( 2.28 )
2
q3 = signo ( ny − ox )
1
−nx − oy + az + 1 ( 2.29 )
2
59
Comando MoveJ y MoveL
p0
p1
Herramienta
Punto de destino Velocidad [mm/s] Precisión [mm] utilizada
Comando MoveC
p0
p1
p2
El comando MoveC utiliza dos puntos los cuales son: el punto de paso (p1)
y el punto de destino (p2) para formar una curva partiendo del punto de origen (p0).
Existen algunas limitaciones que se encuentran en el manual de programación
RAPID. [36]
60
Debido a esto las trayectorias que se han escogido se componen de líneas
rectas y curvas simples para facilidad en su programación. Estas trayectorias son:
un triángulo, un círculo y un cuadrado.
R211
HH13 HH29
61
Para la generación de un triángulo se debe generar líneas rectas entre cada
vértice previamente definido como se muestra en la Figura 2.29. Para esto se utiliza
comandos MoveL para la generación de cada lado. Por lo tanto, el código final
queda definido como muestra la Figura 2.30.
R55 R71
HH55 HH71
Igual que para el caso anterior, se debe configurar una precisión tipo “fine”
para que el robot pase por los vértices de cuadrado con la máxima precisión.
62
2.4.3. Generación de un círculo.
R42
Z34 Z50
HH42
El primer comando MoveL hace que el robot se dirija al punto superior (R42)
o punto inicial de la Figura 2.33. El segundo comando MoveC ordena al robot a
realizar la semicircunferencia derecha y el tercer comando MoveC ordena al robot
a generar la semicircunferencia izquierda.
63
2.5.1. Comunicación
TBLOCK-I2 TBLOCK-I2
TBLOCK-I2 TBLOCK-I2
64
Entrada 1 Salida 1
Salida 2 Entrada 2
2.5.2. Materiales
a) b)
c)
65
En la Figura 2.38 se muestran los elementos diseñados en el programa
SolidWorks para su posterior impresión en 3D. Se ha diseñado dos cajas de color
azul de iguales dimensiones que servirán como caja vacía o como porta piezas.
También se ha incorporado una saliente en cada caja, como se muestra en la Figura
2.38a y 2.38b, para mayor facilidad de agarre del gripper que se encuentra en el
extremo del robot Nº1 ya que cualquier caja puede ser usada como caja vacía.
Los robots comienzan el proceso desde una posición inicial, como muestra
la Figura 2.41. La caja vacía permanece en una base ubicada al lado derecho del
robot Nº1 como indica la Figura 2.39. hasta que dicho robot la recoge y la traslada
a una posición segura dentro del área de trabajo del robot Nº2. En esa posición el
robot Nº1 activa su salida, que está conectada a la entrada del robot Nº2 para este
traslade los pares de piezas desde el porta piezas, ubicado en su mesa de trabajo
como indica la Figura 2.40, hasta la caja vacía. Finalmente, el robot Nº1 traslada la
caja con las piezas en su interior nuevamente a su base y los robots retornan a la
posición inicial para dar por terminado el proceso. En las figuras de la 2.41 a la 2.48
se describe el proceso de cooperación diseñado.
Mesa de trabajo
del robot Nº1
Caja vacía
Base
66
Porta Piezas
Cuadrado de la
mesa de trabajo
(debajo)
Mesa de trabajo
del robot Nº2
Figura 2.40. Posición correcta del porta piezas en la mesa de trabajo del robot
Nº2.
67
Figura 2.43. Paso 2: El robot Nº1 posiciona la caja
Figura 2.45. Paso 4: El robot Nº2 coloca el primer par de piezas en la caja vacía.
68
Figura 2.46. Paso 5: El robot Nº2 recoge el segundo par de piezas
Figura 2.48. Paso 7: El robot Nº1 coloca la caja con las piezas en la base.
69
2.5.4. Diagramas de flujo.
70
Figura 2.50. Diagrama de flujo de la cooperación del robot Nº2.
71
[38] Para su ejecución en el FlexPendant físico se requiere de un licencia adicional,
sin embargo, el desarrollo y ejecución en RobotStudio es totalmente libre.
Actualmente los robots no poseen esta licencia y es por esto que, esta interfaz será
implementada únicamente en una estación robótica virtual.
72
Controlador
Robot Nº1
Controlador
Robot Nº2
Botón
PP a Main Botón play
Figura 2.53. Pantalla inicial del FlexPendant virtual del robot Nº1 y robot Nº2.
73
4. Por último, se pulsa el botón menú y se busca el nombre de la interfaz
diseñada llamada “Interfaz_grafica_App” para ambos robots como se
muestra en la Figura 2.54.
Botón
Menú
Interfaz de
usuario
Figura 2.54. Ventana del menú de inicio del FlexPendant Virtual para el Robot
Nº1 o el Robot Nº2.
74
2.6.1.1.1. Interfaz de la tarea de generación de trayectorias del robot Nº1
Figura 2.57. Interfaz de usuario para la generación de trayectorias del robot Nº1.
75
2.6.1.1.2. Interfaz de la tarea de cooperación del robot Nº1
76
2.6.1.2. Interfaz de usuario del robot Nº2.
El robot Nº2 posee una interfaz de usuario idéntica a la del robot Nº1 con la
diferencia en las pantallas de indicaciones previas a las tareas. La interfaz de la
Figura 2.60. permite al usuario escoger la tarea a realizar.
77
En la Figura 2.62. se muestra la interfaz de usuario para la generación de
trayectorias donde le usuario puede ingresar el número de repeticiones y escoger
la trayectoria que va a realizar el robot.
Figura 2.62. Interfaz de usuario para la generación de trayectorias del robot Nº2.
78
En la Figura 2.64. se muestra la interfaz de usuario para la cooperación donde el
usuario únicamente puede iniciar la cooperación pulsado el botón sin variar ninguna
parámetro.
79
3. Una vez pulsado el botón “play” el programa junto a la interfaz
empezarán a ejecutarse.
Se ha creado una interfaz para cada robot la cual permite escoger una tarea
a realizar por el robot. Cada tarea posee un pantalla de indicaciones y varias
pantallas de control como se muestran a continuación.
80
Figura 2.65. Pantalla de ingreso de repeticiones del robot Nº1
81
En la Figura 2.66 se muestra la pantalla donde se presenta al usuario
indicaciones previas para la realización de la trayectoria seleccionada. En la Figura
2.67 se muestra la orden de inicio de la tarea y un botón en la parte inferior.
82
Figura 2.70. Pantalla de indicaciones de la cooperación del robot Nº1
(Continuación).
Esta interfaz es idéntica a la del caso del robot Nº1 con la diferencia en las
indicaciones de las tareas. En la Figura 2.71. se muestra dicha interfaz donde el
usuario puede escoger la tarea entre generación de trayectorias y el proceso de
cooperación.
Las figuras 2.72 y 2.73 muestran las pantallas donde el usuario puede
escoger el tipo de trayectoria y su número de repeticiones a realizar por el robot.
83
Figura 2.72. Pantalla de selección de trayectorias del robot Nº2.
84
Figura 2.75. Pantalla de indicaciones de la tarea del robot Nº2 (Continuación).
Una vez que la tarea inicia, la interfaz muestra el número y tipo de trayectoria
que esta realización el robot como se indicia en la Figura 2.76
85
Figura 2.77. Pantalla de indicaciones de la cooperación del robot Nº2.
86
práctica. El componente práctico abarca el desarrollo del programa de la tarea a
realizar por los robots en el software RobotStudio y, posteriormente, su
implementación en los robots reales bajo la aprobación y supervisión del instructor.
87
2.7.3. Práctica Nº3: Manejo del robot IRB 140 ABB
88
herramientas y cajas. Finalmente, los grupos de estudiantes implementarán el
proceso de cooperación en el robot físico con supervisión del instructor.
89
3. PRUEBAS Y RESULTADOS
En el presente capitulo se detallan todas la pruebas realizadas del modelo
cinemático, generación de trayectorias y del proceso de cooperación. Los
resultados serán presentados mediante secuencias fotográficas.
• Pruebas de posicionamiento.
• Pruebas de generación de trayectorias.
• Pruebas del proceso de cooperación.
clear all
close all
clc
format longG
%% Ángulos de las articulaciones en grados
% ini_circulo
a1=degtorad(-0.28);
a2=degtorad(46.07);
a3=degtorad(26.18);
a4=degtorad(2.37);
a5=degtorad(18.27);
a6=degtorad(87.08);
90
S4=sin(a4);
S5=sin(a5);
S6=sin(a6);
C1=cos(a1);
C2=cos(a2);
C3=cos(a3);
C4=cos(a4);
C5=cos(a5);
C6=cos(a6);
ox=T06(2,1);
oy=T06(2,2);
oz=T06(2,3);
ax=T06(3,1);
ay=T06(3,2);
az=T06(3,3);
q1=0.5*sqrt(nx+oy+az+1);
q2=sign(ay-oz)*0.5*sqrt(nx-oy-az+1);
q3=sign(nz-ax)*0.5*sqrt(-nx+oy-az+1);
q4=sign(ox-ny)*0.5*sqrt(-nx-oy+az+1);
%% Determinación de la posición y orientación del extremo del robot.
coordenadas_extremo=[posx,posy,posz,q1,q2,q3,q4];
91
El programa mostrará una ventana emergente con los valores de la posición
en X, Y y Z además de los cuatro componente del cuaternio que representa la
orientación como se muestra en la Figura 3.2.
Figura 3.2. Ventana con los resultados del modelo cinemático directo.
3.1.2. Posiciones
92
3
93
8
10
11
12
94
13
14
15
Tabla 3.2. Posiciones del robot Nº1 dados por el modelo cinemático en MATLAB
1 2 3
95
4 5 6
7 8 9
25
10 11 12
13 14 15
En la Tabla 3.2 se muestran los resultados del cálculo del modelo cinemático
directo realizado en Matlab para todas las posiciones angulares de la Tabla 3.1.
96
Tabla 3.3. Errores de posición
97
Tabla 3.3. Errores de posición (Continuación)
98
Tabla 3.3. Errores de posición (Continuación)
99
Tabla 3.3. Errores de posición (Continuación)
100
Tabla 3.4. Promedio de errores de errores de las posiciones.
101
3.2.1. Pruebas de generación de un triángulo
102
3.2.2. Pruebas de generación de un círculo
103
3.2.3. Pruebas de generación de un cuadrado
104
3.3. Pruebas del proceso de cooperación
Esta prueba permite observar el comportamiento de los dos robots IRB 140
para realizar un proceso de cooperación presentado en el apartado 2.5 del capítulo
anterior. En dicho apartado se propuso el uso de cajas y piezas rectangulares
impresas en 3D las cuales se muestran en las figuras 3.12 y 3.13. para realizar un
proceso de empaquetado. Este proceso se muestra en las figuras desde la 3.14 a
la 3.22.
Figura 3.13. Posición del portacajas y las piezas en el área de trabajo del Robot
Nº2.
105
Figura 3.14. Posición inicial de ambos robots.
Figura 3.16. El robot Nº1 traslada la caja vacía hacia el robot Nº2.
106
Figura 3.17. El robot Nº2 recoge el primer par de piezas verdes del porta piezas.
Figura 3.18. El robot Nº2 coloca el par de piezas verdes en la caja vacia.
Figura 3.19. El robot Nº2 recoge el segundo par de piezas rojas del porta piezas.
107
Figura 3.20. El robot Nº2 coloca el par de piezas rojas en la caja vacía.
Figura 3.21. El robot Nº1 traslada la caja con las piezas a la base inicial
Figura 3.22. El robot Nº1 deja la caja con las piezas en la base
108
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1. Conclusiones
109
• Se diseñó una interfaz de usuario por dos métodos de los cuales solo uno
resultó implementable en los robots físicos permitiendo al usuario escoger el
tipo de tarea, tipo de trayectoria y número de repeticiones.
4.2. Recomendaciones
110
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ABB Robotics, Product specification IRB 140. 2018.
[2] ABB Robotics, IRB 140 Small , powerful , and fast 6-axes robot datasheet.
2019.
[5] ABB Robotics, Manual del operador - IRC5 con FlexPendant. 2005.
[8] J. Söderlund y F. Tell, “The P-form organization and the dynamics of project
competence: Project epochs in Asea/ABB, 1950-2000”, Int. J. Proj. Manag.,
vol. 27, núm. 2, pp. 101–112, 2009.
111
[14] P. Leica, “Desarrollo de algoritmos de inteligencia artificial aplicados a
sistemas distribuidos robotizados”, Escuela Politécnica Nacional, 2008.
[24] ABB Robotics., “Robot colaborativo de ABB -YuMi”. [En línea]. Disponible
en: https://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-14000-yumi.
112
[27] KUKA Robotics, “Corte por láser | KUKA AG”, 2016. [En línea]. Disponible
en: https://www.kuka.com/es-es/productos-servicios/tecnologías-de-
procesamiento/2016/07/corte-por-láser.
[28] “Association for Robots in Architecture |”. [En línea]. Disponible en:
https://www.robotsinarchitecture.org/.
[30] ABB Robotics, IRC5 Industrial Robot Controller data sheet. 2018.
[32] Schmalz, “Vaccum End Effector VEE”. [En línea]. Disponible en:
http://vee.schmalz.com/Default.aspx.
[33] SCHMALZ, “Vacuum End Effectors VEE”. [En línea]. Disponible en:
https://www.schmalz.com/en/vacuum-technology-for-automation/vacuum-
components/vacuum-area-gripping-systems/vacuum-end-effectors-vee/.
[Consultado: 25-ene-2020].
113
6. ANEXOS
ANEXO I
HOJAS GUIAS DE LAS PRACTICAS DEL LABORATORIO
PRÁCTICA N°1
1. TEMA
2. OBJETIVOS
1. Obtener el modelo cinemático del robot IRB 140 ABB mediante el algoritmo
de Denavit-Hartenberg.
2. Validar el modelo cinemático mediante la comparación de las coordenadas
cartesianas del modelo con las del robot en una determinada posición.
3. INFORMACIÓN
El robot IRB-140 de la marca ABB es uno de los manipuladores más livianos, pero
posee muy buena precisión y repetibilidad para aplicaciones de soldadura,
clasificación de objetos, pintura, etc.
114
Existen una gran variedad de métodos para determinar el modelo directo de un
robot manipulador. Uno de esos métodos es el algoritmo de Denavit-Hartenberg
que utiliza matrices de transformación homogénea para establecer dicho modelo a
partir de la ubicación de sistema de referencia en cada articulación.
i −1
Donde Ti es la ecuación que relaciona el i-esimo eslabón con respecto el eslabón
anterior (i-1). La ecuación 3.1 depende de parámetros θi, αi, di, ai los cuales se
definen para cada articulación
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
1. Equipos
• Computador
115
2. Software
• RobotStudio
• MATLAB
6. PROCEDIMIENTO
Z0
Y0
X0
116
sistema i-1 para poder obtener un única matriz que represente el modelo del
robot desde su base (i=0) hasta su extremo (i=6).
5. Debido a que la marca ABB maneja la teoría de cuaternios para describir la
orientación de sus robots, se deberá calcular cada cuaternio según las
ecuaciones consultadas, Para facilidad de cálculos se utilizará el software
MATLAB donde se implementarán las ecuaciones tanto del modelo
cinemático como las ecuaciones de los cuaternios.
6. Finalmente, el estudiante corroborará el modelo cinemático obtenido
mediante la comparación de los valores de posición obtenidos del modelo
implementado en MATLAB con los valores de posición dados por el robot
físico para 5 posiciones articulares diferentes.
7. INFORME
8. REFERENCIAS
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet.
2019
Responsable:
117
PRÁCTICA N°2
1. TEMA
2. OBJETIVOS
3. INFORMACIÓN
118
Tiene característica de poseer controladores de robots virtuales que incluyen:
puerto de entradas y salidas virtuales, switch virtual de automático/manual y
terminal de mano o FlexPendant vitual con el cual se puede programar al robot
simulado.
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
Equipos
• Computador
Software
• RobotStudio
6. PROCEDIMIENTO
119
2. Creación de un nuevo proyecto donde el estudiante deberá construir una
estación robótica únicamente con el robot IRB 140, su controlador y alguno
de los efectores finales.
3. Configuración de la herramienta en el FlexPendant virtual mediante una
pieza de calibración.
4. Revisión con los estudiantes acerca todos los modos de funcionamiento y
movimiento que posee el robot virtual que serán los mismo para el robot
real.
5. Realización de un programa sencillo en donde el robot tenga que moverse
por al menos tres puntos con orientaciones diferentes.
7. INFORME
8. REFERENCIAS
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet. 2019.
Responsable:
120
PRÁCTICA N°3
1. TEMA
2. OBJETIVOS
3. INFORMACIÓN
121
periféricos. Es también un dispositivo modular que ser divido en dos módulos:
módulo accionamiento y módulo de control
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
Equipos
122
Software
• RobotStudio
• Modelos en 3D de las herramientas físicas.
6. PROCEDIMIENTO
7. INFORME
123
8. REFERENCIAS
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet. 2019.
Responsable:
124
PRÁCTICA N°4
1. TEMA
2. OBJETIVOS
3. INFORMACIÓN
125
código de programación RAPID del robot. Algunos ejemplos se muestran a
continuación en la Figura 3.2
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
Equipos
126
• Computador
Software
• RobotStudio
• Modelos en 3D de las herramientas físicas.
6. PROCEDIMIENTO
7. INFORME
127
8. REFERENCIAS
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet. 2019.
Responsable:
128
PRÁCTICA N°5
1. TEMA
2. OBJETIVOS
1. Mejorar las habilidades de los alumnos con respecto al manejo del robot
mediante la programación de un proceso sencillo de cooperación de robots.
3. INFORMACIÓN
129
Fig. 3.2. Esquema de comunicación entre robots
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
Equipos
130
Software
• RobotStudio
• Modelos en 3D de las herramientas físicas.
2. PROCEDIMIENTO
1. Exposición magistral por parte del instructor acerca del uso de la lógica de
estación que posee RobotStudio para poder realizar la conexión entre
robots virtuales.
2. Explicación y demostración del proceso de cooperación a implementar el
cual tiene los siguientes pasos.
1 2
3 4
5 6
7 8
131
Las herramientas que se utilizarán se muestran en la siguiente Figura:
3. INFORME
1. Realizar un resumen del procedimiento realizado en la práctica, adjuntando
capturas de pantalla de la estación virtual creada y fotos de la aplicación
real.
2. Conclusiones
3. Recomendaciones
4. Bibliografía.
4. REFERENCIAS
132
ABB Robotics, Manual del operador - IRC5 con FlexPendant. 2005.
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet. 2019.
Responsable:
133
PRÁCTICA N°6
1. TEMA
PROYECTO FINAL
2. OBJETIVOS
3. INFORMACIÓN
Para esta última práctica, los estudiantes se dividirán en grupos y presentarán una
propuesta de un proceso implementable que tenga que ver con las anteriores
prácticas de laboratorio. Esta propuesta será presentada en simulación y con previa
autorización del instructor se podrá implementar en los robots físicos
Los grupos de trabajo podrán hacer uso de cualquier elemento extra que ayude al
procesos propuesto como cajas, pizas, cubos, planchas, etc. Estos elementos
deben ser de materiales no rígidos como plástico o cartón para la seguridad de las
estuaciones robóticas
Este proceso contará con una interfaz de usuario el cual permitirá dar inicio al
proceso y visualizar datos relevantes.
4. TRABAJO PREPARATORIO
5. EQUIPO Y MATERIALES
2. Equipos
• Robot IRB 140 y su controlador IRC5 (disponible en el laboratorio).
• Gripper neumático.
• Efector de vacío o ventosas.
• Accesorios de la tarea: Cualquier accesorio creado por el grupo de
trabajo.
134
• Computador
3. Software
• RobotStudio
• Modelos en 3D de las herramientas físicas.
6. PROCEDIMIENTO.
7. INFORME
8. REFERENCIAS
ABB Robotics, IRB 140 Small, powerful, and fast 6-axes robot datasheet. 2019.
Responsable:
135
ANEXO II
MANUAL DE USUARIO DE LABORATORIO.
1. SEGURIDAD
Consideraciones:
Botón de paro de
emergencia
136
1.1.2. Peligros por movimientos a alta velocidad
Consideraciones:
Dado que el sistema de brazos del robot tiene un peso elevado, especialmente
en los modelos de robot de mayor tamaño, existe peligro si los frenos de retención
están desconectados, averiados o desgastados o si no funcionan correctamente
por cualquier otro motivo. Por ejemplo, la caída del sistema de brazos del IRB 7600
puede causar la muerte o lesiones graves a una persona que se encuentre debajo.
Consideraciones:
137
• ¡NUNCA permanezca dentro del área de trabajo del robot al desactivar los
frenos de retención, a no ser que el sistema de brazos esté sistema de
brazos esté sujeto por otros medios!
• ¡No se sitúe, en ninguna circunstancia, debajo de ninguno de los ejes del
robot!
2. PUESTA EN MARCHA
Tablero
eléctrico
Disyuntor
eléctrico
Entrada de
alimentación Interruptor
eléctrica principal del
controlador
138
2. Pulsar el botón verde del tablero eléctrico para su encendido, cada uno de
los tableros se encuentra en los extremos de la sección del laboratorio.
Cada robot posee un efector final que requiere alimentación neumática para su
funcionamiento. Estos elementos son un gripper y generador de vacío con
ventosas. La alimentación neumática consta de un compresor, su respectiva
alimentación eléctrica, una válvula, una unidad de mantenimiento neumática y
mangueras. Para poder activar la alimentación neumática se deben seguir los
siguientes pasos:
El control del generador de vacío tiene lógica inversa, por lo que al momento de
encender la alimentación neumática comenzara a funcionar así esté apagado el
sistema robótico. Para lo cual hace falta la activación de la salida digital del sistema
robótico asociada con el generador mediante el terminal de mano del robot Nº2 y
el proceso se detallará en una sección posterior.
3. ENTRADAS Y SALIDAS
139
Figura 3.1. Mapa de pines del dispositivo de entradas y salidas DSQC-652.
Las entradas se activan con 24 voltios los cuales pueden ser adquiridos de la
sección -XS10 de la misma tarjeta. Las salidas proveen 24 voltios cuando son
activadas y 0 voltios cuando son desactivadas.
140
1
Para configurar la tarjeta de entradas y salidas se deben seguir los siguiente pasos:
4
4
141
Después se solicitará la configuración de los parámetros que se describen a
continuación:
142
Repetir los pasos de la Figura 3.2. Buscar la opcion de Signals (7). En esta pantalla
se añadirán todas las señales de entrada (DI) y salida (DO) para lo cual dar clic en
Añadir (8).
7
8
143
• Unit Mapping: Asignar el bit correspondiente de la tarjeta de entrada o
salida. Por ejemplo, para la señal DI0 será el bit 0 y así sucesivamente tanto
para entradas como para salidas.
• El resto de los parámetros se mantienen igual.
• Para finalizar, dar clic en el botón OK (6).
2
4
144
5
8
6
145
Gripper Neumático MHZ2-20D
El efector final de vacío posee el tipo de conmutación PNP, por lo que el diagrama
de conexión es el siguiente:
Figura 3.10. Esquema de conexión del generador de vacío para el robot Nº2
146
4. USO DEL SOFTWARE ROBOTSTUDIO
En esta sección se indicará los procedimientos para poder realizar las simulaciones
de la estación robótica a partir de plantillas previamente creadas.
Cada PC deberá tener una carpeta de trabajo para poder guardar ahí los archivos
que se mencionaran a continuación.
Se tiene que crear una estación virtual inicial para cada uno de los robots a partir
de los respaldos que se encuentran en la carpeta “Backups_robots” para lo cual se
debe seguir los siguientes pasos para ambos robots:
1. Abrir RobotStudio.
147
• Nombre de la solución (3) : Es el nombre que se le dará a la estación del
robot Nº1 o Nº2 el cual no debe posee caracteres especiales ni espacios.
Para el robot Nº1 será: “Robot_1_inicial” y para el robot Nº2 sera:
“Robot_2_inicial”
3
2
4
1
5
6
148
4. Seleccionar la opción Crear a partir de copia de seguirdad (6).
6. No modificar el resto de las opciones y dar clic en el botón inferior Crear (8).
149
Una vez creado las estaciones “Robot_1_inicial” y “Robot_2_inicial”. Abrimos el
archivo “Estacion_Robotica_Vacia”.
150
3. Automáticamente se abrir una ventana (Figura 4.7) donde seleccionaremos
el sistema del robot. Dar clic en Añadir…(4)
151
6
10. Se abrirá una pantalla llamada Definir posición: la cual permitirá mover al
robot en las coordenadas X,Y y Z con respecto al origen de la estación
robótica. Las coordenadas para el robot Nº1 son: -140mm en X, -800mm en
152
Y, 813mm en Z. Las coordenadas para el robot Nº2 son: -140mm en X,
800mm en Y y 813mm en Z. Por último, dar clic en el botón de Aplicar. Y el
robot se posicionará automáticamente en el punto especificado.
11. Finalmente cambiar el nombre del robot para identificarlo de mejor manera
dando clic derecho sobre el robot (6), buscar la opción Cambiar nombre.
Para el robot Nº1 seria “IRB140_ROBOT_1” y para el robot Nº2 seria
“IRB140_ROBOT_2”.
Repetir estos pasos para el robot Nº2 y así obtener la estación robótica virtual con
ambos robots (Ver Figura 4.10)
153
5. CONFIGURACION DE LAS HERRAMIENTAS
Una herramienta puede ser definida si se conoce el punto exacto del TCP,
lo que implica que se debe conocer las medidas exactas de la herramienta. Ante
esto ABB ha desarrollado un método que consiste en la definición de 4 puntos para
poder determinar el TCP automáticamente. En la herramienta de generador de
vacio con ventosa el TCP es un punto flotante lo cual dificulta el proceso de
calibración, lo que se ha diseñado un aditamento únicamente para la calibración el
cual se muestran en la Figura 5.2.
154
Aditamento
de calibración
TCP
155
Figura 5.3. Robot Nº2 con un objeto calibrador.
1 2
3 4
156
3. En el FlexPendant. Pulsar Menu / Movimiento/ Herramienta
4. En esta pantalla se tendra por defecto la herramienta tool0 que ese el extremo
del robot sin herramienta. Para crear una nueva herramienta, pulsar Nuevo (1)
y configurar unicamente el Nombre de la herramienta, en este caso seria
“gripper”.
157
6. Seleccionar la herramienta creada “gripper”, dar clic en Editar (3) y seleccionar
Definir (4).
8. Seleccionar cada punto y con ayuda del joystick del FlexPendant mover al robot
con la herramienta hacia el punto fijo o punta del calibrador trantado de hacer
concidir el TCP deseado con la punta del calibrador. Cuando se haya llegado al
punto pulsar Modificar Posición. Repetir este paso con 3 orientacions
diferentes similar a lo que indica la Figura 5.4.
9. Con el último punto, la orientacion debe ser lo mas alineada posible con el
calibrador.
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6
5
El TCP del generador de vacio no tiene punto fisico, es decir, es un punto flotante
en el espacio por lo que la calibracion por este metodo resulta complicada, es por
esto que se le ha añadido a la herramienta un aditamento que haga tangible al TCP
y facilite la calibración.
6. COOPERACIÓN DE ROBOTS
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Figura 6.1. Diagrama de conexión de la placa de conexión.
160
ORDEN DE EMPASTADO
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