Automatizacion de un proceso de Reciclaje, mediante Robot KUKA y elementos FESTO

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EL ÉCTRICA
Automatización de un proceso de Reciclaje,
mediante Robot KUKA y elementos FESTO
Trabajo de Titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el
T´ıtulo de Ingeniero Civil Electricista, en Control de Procesos Industriales
Profesor gu´ıa: Dr. Claudio Urrea Oñate
Alumno: El´ıas Urrejola Davanzo
Fecha: 4 de octubre de 2007

Resumen
El siguiente trabajo fue realizado en el Instituto de Automatización IRT (Institut
für Regelungstechnik) de la Universidad de Aquisgrán en Alemania RWTH-Aachen
(Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen) desde Agosto 2006 hasta
Febrero 2007. Se realizará la Automatización de un Proceso de Reciclaje mediante
un Robot Industrial de KUKA y dispositivos de FESTO.
II

Agradecimientos
La realización de esta memoria, fue para mi en todo momento una aventura. El
desarrollo de una solución para un problema práctico es siempre una tarea dif´ıcil,
pero enriquecedora. Escribir este trabajo en Alemán y en la RWTH-Aachen, presen-
ta la mayor experiencia que he logrado hasta aqu´ı en mi carrera. Me gustar´ıa agrade-
cer a mi tutor el Señor Msc. Rainer Gasper por la asistencia durante la realización
de mi trabajo. Por la posibilidad de obtener el tema de esta memoria, agradezco
al Director del Instituto IRT Señor Prof. Ing.- Dirk Abel y al Ingeniero Jefe Señor
Dr. Manfred Ening, por el apoyo y buena disposición durante mi periodo de Tesis,
as´ı como también, a todos los compañeros memoristas y profesores tutores, por la
atmósfera amigable durante los dias de trabajo en el Instituto. Este trabajo no podr´ıa
haber sido realizado sin la utilización del Robot Industrial KUKA y la fábrica modelo
FESTO, donados al Instituto.
Agradezco especialmente a mi Novia, quien me ayudó a ordenar mis ideas para
poder expresarlas mejor. Durante dos años en Alemania mi Familia chilena y ale-
mana fueron muy importantes. Para ellos, para mi novia, para mi futuro próximo
como ingeniero, para los futuros estudiantes del Control Automático del Mundo y
para quienes mi trabajo pueda serles útil, fue lograda la siguiente memoria.
Aachen, Febrero 2007
III

Índice general
Índice general IV
1. Introducción 1
1.1. La Fábrica Modelo como ejemplo de la técnica de Automatización . . 4
1.2. Proceso de embotellamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3. Planteamiento de las Tareas del Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.4. Resumen de los cap´ıtulos constituidos en este trabajo . . . . . . . . . 12
2. Automatización 13
2.1. Sistema de Comunicación PROFIBUS DP y elementos de campo
Maestro/Esclavo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1. Robot KUKA PROFIBUS Maestro/Esclavo . . . . . . . . . . . . 14
2.1.2. ET200 SIEMENS PROFIBUS Esclavo . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2. La Solución de la Comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3. Aplicación del Robot en el Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1. Tarea 1: Separar las Tapas de las Botellas . . . . . . . . . . . 21
2.3.2. Tarea 2: Separar los chips de las Tapas . . . . . . . . . . . . . 23
IV

ÍNDICE GENERAL
2.4. Posible Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4.1. Solución 1: Empleo de una cinta transportadora . . . . . . . . 26
2.4.2. Solución 2: Uso de dos cilindros pistones . . . . . . . . . . . . 28
2.4.3. Solución 3: Reciclaje de seis botellas con un actuador . . . . . 30
2.4.4. Elección de la Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3. Implementación de la Planta de Reciclaje 35
3.1. La Planta de Reciclaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.1.1. El Actuador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.2. Construcción de la Planta de reciclaje . . . . . . . . . . . . . . 38
3.1.3. Funcionamiento de la Planta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.4. La Planta de Reciclaje construida . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.2. Configuración de la comunicación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3. Señales binarias y control del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4. Programación del Robot KUKA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4.1. Sistemas de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4.2. Movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.4.3. Configuración de los sistemas de coordenadas . . . . . . . . . 57
3.4.4. El programa principal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.4.5. Explicación de la Programación KUKA . . . . . . . . . . . . . . 59
4. Conclusiones 67

Cap´ıtulo 1
Introducción
Una de las tareas de la técnica de Automatización es la búsqueda de una solu-
ción para un problema de Proceso. Luego de la aplicación de esta solución el pro-
ceso en cuestión deber´ıa funcionar en marcha automática o con una m´ınima ayuda
del ser humano. Si esto ocurre, se habla de un proceso automatizado. La técnica
de automatización de un proceso garantiza en la producción un resultado continuo
y tiene como meta entre otras, el ahorro de mano de obra, la minimización de los
errores, la optimización del tiempo requerido, el aumento de la calidad y cantidad
del producto.
En el Instituto de Automatización IRT de la Universidad RWTH-Aachen, una
Fábrica Modelo sirve de ejemplo de automatización desde Mayo del 2006. Se tra-
ta de una instalación dimensionada de un laboratorio a escala, la cual ejemplifica
el Proceso de producción de un reactivo a un fluido final, su proceso de embotel-
lamiento y empaquetamiento, almacenamiento y distribución. Esta fábrica modelo
fue puesta a disposición del Instituto IRT para trabajos de investigación por la fir-
ma FESTO DIDACTIC1
(Procesos discreto y continuo), SIEMENS Automation and
1
FESTO: Empresa de Automatización y Accionamiento, distribuidora de actuadores, sensores y
elementos automáticos, fundada por Gründer Albert Fezer und Gottlieb Stoll.
1

CAPÍTULO 1. INTRODUCCI ÓN 2
Drivers (parte de Control) y KUKA2
Roboter (Robot de seis grados de libertad y cel-
da de aprendizaje). Esta fábrica presenta en la actualidad una buena posibilidad de
poner a prueba los conocimientos de automatización e Ingenier´ıa, al tiempo que se
realiza un trabajo de Tesis, como lo demuestran los siguientes cap´ıtulos.
Figura 1.1: Fábrica Modelo, Planta de Producción Continua
En la fábrica modelo se distinguen diversas áreas de la Ingenier´ıa: Ingenier´ıa
de procesos: en las estaciones donde t´ıpicos procesos de la ingenier´ıa son realiza-
dos, con medidas como Presión, Temperatura, concentración en grandes escalas
de tiempo. La vigilancia se desarrolla con la ayuda de un sistema de control de
procesos. Técnicas de producción: en las estaciones donde t´ıpicos procesos de la
industria de automatización son realizados, y donde los niveles pequeños de tiempo
juegan un rol importante. Log´ıstica: utilizada en la distribución entre la Producción,
Almacenaje y entrega de producto.
2
KUKA: Empresa de Robótica Industrial y sistemas de automatización fundada en 1898 en Aus-
burgo, Alemania por Keller y (und) Knappich Augsburg.

La fábrica Modelo se compone de dos grandes partes, una planta de producción
continua y una planta de producción discreta, a la cual se le añade una estación de
Robótica. En la planta de producción continua de la fábrica (véase Figura 1.1) se
aplican los conceptos de la Ingenier´ıa de Procesos para la producción del l´ıquido
desde un reactivo (tanto el nivel de la producción del l´ıquido, como la entrega de
éste son controlados y se encuentran automatizados). Para el proceso de embote-
llamiento, el l´ıquido usado es el agua, la cual simulará el producto final entregado por
la planta continua de la fábrica, a partir de un reactivo determinado. Este proceso
se encuentra automatizado. El producto que entrega esta parte de la fábrica es
transportado hacia la planta de producción discreta (véase Figura 1.2), donde es
almacenado en un recipiente de rociado, para el proceso de embotellamiento.
Figura 1.2: Fábrica Modelo, Planta de Producción Continua
En el sector discreto se aplican los conceptos de la Técnica de Manufacturación.
Esta parte del proceso está compuesta por nueve estaciones que permiten realizar
el proceso de embotellamiento y distribución de botellas de vidrio con el l´ıquido
producido. Cada botella será tapada y cada tapa contendrá un Chip. Estos Chips son
identificadores de radio frecuencia (RFID, del inglés: Radio Frequency Identification),
los cuales contienen información del proceso tanto: fecha de llenado del l´ıquido,

color de este, tipo de l´ıquido de proceso, etc.
1.1. La Fábrica Modelo como ejemplo de la técnica
de Automatización
La siguiente Memoria ha sido pensada como una aplicación de la Automatización
a la Fábrica Modelo hasta aqu´ı explicada. La completa aplicación y puesta en mar-
cha de las ideas presentadas en este trabajo, desarrolladas en el instituto IRT de
Aachen, permitirá el funcionamiento totalmente automatizado de la fábrica modelo.
Antes de pasar a las Aplicaciones de la Automatización de este trabajo, se debe
dar a conocer el funcionamiento de manera más detallada que hasta aqu´ı posee
la fábrica modelo actual, planta discreta. Para esto se describirá primero el trabajo
que realiza cada una de las nueve estaciones en el proceso de embotellamiento y
empaque, y luego se explicará el funcionamiento completo de la planta discreta.
Estación 1 Cambiar de sentido: En esta estación se procede a girar las tapas
que llegan hasta ella en posición inversa para el posicionamiento de un Chip. Un
sensor óptico indica si la posición de la tapa es la correcta. Si es verdadero, la tapa
será transportada hacia la siguiente estación 2, si es en cambio falso, la tapa es
detenida por un actuador y girada por las pinzas paralelas, las cuales la dejan sobre
la cinta transportadora, esta vez en correcta posición (véase Figura 1.3).
Estación 2 Separar: Esta estación tiene como función separar las tapas que
llegan desde la estación 1 y de la estación 5. Las tapas de la estación 1 no contienen
Chip-RFID alguno y las tapas que llegan de la estación 5 si contienen, por lo que
deben ser separadas (véase Figura 1.4).
Estación 3 Posicionar Chips: En esta estación se procede a agregarle a cada
tapa un Chip-RFID. Para esto un actuador que funciona por aire a presión succiona

un Chip y lo deposita sobre la tapa, el cual será en la siguiente estación presionado
(véase Figura 1.5).
Estación 4 Prensar: Esta Estación posee un plato giratorio circular y un dispos-
itivo que lee y escribe sobre los Chips-RFID la información requerida. La tapa que
se acerque al dispositivo será registrada y su Chip será presionado de tal manera
que este se encuentre bien posicionado y presionado en la tapa (véase Figura 1.6).
Figura 1.3: Estación 1 Figura 1.4: Estación 2
Figura 1.5: Estación 3
Estación 5 Retirar: En esta estación unas pinzas paralelas toman la tapa del pla-
to giratorio y según su posicionamiento las llevan a distintas estaciones: hacia ”llena-
do y tapado”(si es que el Chip fue correctamente presionado) para tapar una botella
llenada, o hacia una cinta transportadora anexa que retira la tapa de la estación,
si es que el Chip no fue posicionado correctamente. La tapa con el Chip incorrecto

vuelve a ingresar a la estación de presionado por medio de la estación 2 (véase
Figura 1.7).
Estación 6 Llenar y Tapar: En esta estación se procede a llenar las botellas que
llegan desde una cinta transportadora, con el l´ıquido producido en la parte continua
de la fábrica y que se encuentra contendido en un recipiente de rociado. Luego de
llenadas las botellas estas son tapadas y transportadas hacia la siguiente estación
Estación 7 Empacar: En esta estación se procede a llenar un recipiente llamado
TRAY3
, que posee capacidad para seis botellas, con las botellas llenas y tapadas.
Para el llenado de los TRAYS se utiliza unas pinzas paralelas, las cuales pueden
tomar hasta tres botellas a la vez, gracias al diseño realizado en el instituto. Las pin-
zas proceden a cerrarse cuando se encuentran en el nivel del cuello de las botellas
Estación 8 Transportar: Esta estación transporta los TRAYS llenos y vac´ıos a
través de toda la planta discreta. Estos son dirigidos hacia la estación 9 Almacenar,
o hacia la estación Robótica, o hacia la estación 6 Llenar y Tapar (véase Figura
1.10).
3
Tray, del inglés: batea, bandeja

Figura 1.9: Estación 7 Figura 1.10: Estación 8
Estación 9 Almacenar: Esta estación contiene repisas automatizadas con ca-
pacidad para 16 TRAYS en las cuales se almacenarán los TRAYS del proceso por
medio de una bandeja robótica, para ser usados por la fábrica en algún momento
determinado (véase Figura 1.11).
Para el funcionamiento de la parte discreta se requiere de la ayuda del Hom-
bre, el cual tiene acceso a tres cintas transportadoras para abastecer la fábrica con
los respectivos elementos ingresados: botellas vac´ıas, tapas vac´ıas y chips. El fun-
cionamiento visto desde estas tres cintas transportadoras marcha como sigue:

La primera cinta transporta las botellas vac´ıas a la estación 6 Llenar y Tapar
La segunda cinta transporta las tapas de plástico a la estación 1 Cambiar de
sentido y luego a la estación 3 Posicionar Chips
La tercera cinta transporta los TRAYS a la estación 7 Empacar
A un costado de la Banda de transporte (Estación 8) se encuentra la estación
ROB ÓTICA, hacia donde serán transportados algunos TRAYS llenos y desde donde
ingresan los TRAYS vac´ıos. Esta estación está compuesta, además del Robot Indus-
trial, por una Paleta (mesa con capacidad para 32 TRAYS) que simula el cliente de
la fábrica. El Robot, por su parte, proporciona el medio de contacto entre el cliente
y la fábrica modelo, planta discreta.
Figura 1.12: Botella llena y tapada
Figura 1.13: TRAY lleno con seis
botellas
El Robot de KUKA toma por un lado la tarea de paletear los TRAYS llenos con
seis botellas desde la Planta discreta hacia la Paleta y por otro lado la entrega
de TRAYS vac´ıos desde la Paleta a la Planta discreta, cuando el proceso discreto
as´ı lo ha requerido para el empaque de las botellas. Los TRAYS se encuentran
en un comienzo sobre la Paleta, separados por columnas: dieciséis TRAYS vac´ıos
se encuentran en la primera mitad de la mesa (primeras cuatro columnas, cuatro
TRAYS por columna) y dieciséis TRAYS llenos se encuentran en la segunda mitad

de la mesa (últimas cuatro columnas, cuatro TRAYS por columna). Seis botellas
llenas y tapadas (véase Figura 1.12) serán empaquetadas en recipientes llamados
TRAYS, de tal forma que la Fábrica Modelo entrega como producto final un TRAY
lleno (Recipiente de seis botellas llenas y tapadas, véase Figura 1.13).
1.2. Proceso de embotellamiento
Los procesos descritos más arriba deben funcionar de manera de no requerir el
trabajo del hombre. Para ello, se requiere realizar la necesaria automatización de
modo de unir los procesos entre s´ı. El Proceso total necesita del abastecimiento
continuo y paralelo de botellas vac´ıas, TRAYS vac´ıos, tapas y Chips. Éste debe
ocurrir a una velocidad requerida tal, que el trabajo de cada estación dentro de
la fábrica pueda ser logrado y por ende el proceso de embotellamiento se lleve
acabo. Hasta aqu´ı, solamente el abastecimiento de los TRAYS vac´ıos se ha logrado
automatizar, trabajo que es realizado por el Robot desde la paleta hacia la fábrica.
Figura 1.14: Proceso de embotellamiento actual

Los otros elementos constituyentes del proceso son abastecidos con la ayuda
del Hombre (botellas vac´ıas, Chips y tapas son abastecidas manualmente, véase
Figura 1.14). Aparte de esto se requiere automatizar un proceso de Reciclaje de las
botellas llenas, de manera de separar las partes que constituyen el producto final
(TRAY lleno con seis botellas). Una vez realizado este proceso, se podrán utilizar
nuevamente las partes recicladas en el proceso de embotellamiento de la fábrica
modelo, creando un proceso continuo y total automatizado.
1.3. Planteamiento de las Tareas del Reciclaje
El proceso de Reciclaje tiene la meta de separar la botella de sus componentes,
en otras palabras, el TRAY lleno debe ser vaciado de las seis botellas y las botellas
deben a su vez ser separadas de sus componentes (véase Figura 1.15). As´ı, se
dispondrá de Tapas, Chips y botellas vac´ıas para devolverlos de regreso al Proceso.
Se busca como meta la reincorporación de botellas al proceso discreto, para lo cual
se diseñará una Planta de Reciclaje, la cual deberá encontrarse conjuntamente en
funcionamiento con el Robot Industrial KUKA. Este proceso de reciclaje debe ser
automatizado, en donde el Robot debe asumir tantas tareas del proceso como sea
posible. Para ello, se debe buscar una práctica y al mismo tiempo ventajosa solu-
ción para la Estación de Reciclaje (ampliación de planta discreta), de manera que
el Robot pueda, mediante esta nueva estación, realizar el proceso de reciclaje com-
pleto. Por lo tanto, mediante un Robot Industrial KUKA de seis grados de libertad,
elementos FESTO a adquirir y la estructura de la Planta de Reciclaje a construir,
será logrado el Reciclaje de las botellas y su reincorporación a la Planta discreta
y al Proceso de embotellamiento, para lograr un proceso automatizado. Para hacer
más claro el proceso de reciclaje que se debe realizar, es preciso señalar las tareas
que contiene este trabajo. Para el reciclaje de las seis botellas contenidas en un
TRAY obtenido como producto final de la fábrica modelo, deberá ser llevado a cabo

lo siguiente:
Con la ayuda de un Robot Industrial KUKA y de elementos FESTO, deberán
ser recicladas las botellas usadas para la el proceso de embotellamiento y ser
conducidas nuevamente a la planta discreta. El proceso de embotellamiento
de botellas funcionará de esta forma en modo automático.
Reciclaje: el reciclaje de las botellas contiene la separación de los RFID-Chips,
de las Tapas, de las botellas y su contenido. Cada TRAY lleno contiene seis
botellas (cada botella contiene agua, una tapa y un chip). En la primera fase
deberán ser separados los Chips RFID de las Tapas. En la segunda fase, de-
berán ser separadas las Tapas de las Botellas, y el contenido de las botellas
deberá ser vaciado. Y en una tercera etapa, las botellas vac´ıas deberán ser
conducidas de vuelta a la fábrica modelo, sobre la cinta transportadora de la
parte discreta del proceso, para el embotellamiento del l´ıquido proveniente del
proceso continuo.
Figura 1.15: Automatización de un Proceso de Reciclaje
Parte del trabajo es también establecer la comunicación entre el Robot y la
planta de Reciclaje.

1.4. Resumen de los cap´ıtulos constituidos en este
trabajo
En los siguientes cap´ıtulos se tratarán los siguientes puntos:
Capitulo 2 Automatización: En este capitulo se describirá el sistema de comu-
nicación para la conexión entre el Robot Industrial y la instalación de Reciclaje. Se
presentarán y explicarán las ideas para la aplicación del Robot en el Reciclaje de las
botellas. Se buscará entre estas ideas la mejor solución a implementar para el Re-
ciclaje, comparándolas según sus ventajas y desventajas, desarrollando un análisis
de la mejor opción, tanto práctica como económica. Finalmente se elegirá la solu-
ción que cumpla con los requisitos de la Automatización, en base a ahorro de tiempo
y costos.
Capitulo 3 Implementación de la Instalación de Reciclaje: Este capitulo se
ocupa de describir detalladamente la solución a implementar para el Reciclaje y su
construcción. Aqu´ı, se procederán a elegir los elementos FESTO a adquirir para la
estación de reciclaje y se construirá la estructura de ella según el diseño llevado
a cabo en este trabajo, en aluminio. Para la conexión entre la parte de control del
Robot y la Instalación, se procederá a configurar la comunicación. Una vez constru-
ida la estación de reciclaje y obtenida la comunicación Robot/Estación, se proce-
derá a escribir el Programa en el lenguaje del Robot KUKA, para el accionamiento
del automatismo y el control de la planta de reciclaje.
Capitulo 4 Conclusiones: Para cerrar la memoria, se verá un resumen del tra-
bajo realizado en el IRT de la Universidad de Aachen, Alemania y se presentarán
posibles ampliaciones de la estación de Reciclaje a realizar a futuro.

Cap´ıtulo 2
Automatización
2.1. Sistema de Comunicación PROFIBUS DP y ele-
mentos de campo Maestro/Esclavo
El PROFIBUS DP (Process Field Bus) es un Sistema de comunicación, el cual
es empleado en la Automatización. Con PROFIBUS es posible conectar sensores
inteligentes a actuadores en las cercan´ıas de proceso en un nivel. Los sistemas de
buses de campo permiten el env´ıo múltiple de información entre los elementos de
campo y los Controladores (SPS, PLC), en donde una conexión de Bus reemplaza
al convencional cableado único de paso de información [?]. El Sistema PROFIBUS
DP mejora la calidad de la comunicación entre emisor y receptor. Este sistema es
descrito por el modelo de referencia de la ISO/OSI, el cual estructura la comuni-
cación en siete capas (Aplicación, Presentación, Sesión, Transporte, Red, Enlace,
F´ısica) [?]. Un sistema PROFIBUS DP es usualmente más usado para establecer
la conexión entre diferentes elementos de campo (Sensores), actuadores y man-
do con un elemento de control. Este sistema es también utilizado para conectar
una estación PROFIBUS Maestro con una estación PROFIBUS Esclavo (ver Figura
13

CAPÍTULO 2. AUTOMATIZACI ÓN 14
2.1). Un Maestro1
es un dispositivo que entrega órdenes precisas a otro disposi-
tivo, para lograr generar una determinada actuación. Como Maestro se representa
en una instalación al dispositivo, el cual tiene el derecho de acceder a la comuni-
cación compartida. El Esclavo en vez de ello, sólo puede esperar que el Maestro le
dé las instrucciones para comenzar la determinada acción. En este sentido, se trata
de un control de orden mayor, el cual intercambia información con los dispositivos
de campo de las periferias, en un ciclo de mensajes [?]. Este tipo de Maestro es el
llamado Clase 1. Un Esclavo2
es un dispositivo de periferia, el cual recibe y lee In-
formación de entrada y entrega información de salida. Existen también dispositivos
que solamente emplean información de entrada y de salida [?]. El Esclavo realiza
las acciones que provienen de las salidas del Maestro y que son entregadas al
sistema. Las salidas del Esclavo son las entradas al Maestro y son las señales que
provienen de la planta, entregadas por los sensores. Las entradas al Esclavo son las
salidas del Maestro y son las señales enviadas a la planta, hacia los actuadores. La
conexión Maestro/Esclavo es alcanzada solamente cuando ambas partes poseen
el mismo idioma. Para ello se debe configurar correctamente el sistema de comuni-
cación. En otras palabras las reglas de la comunicación que ocurren entre emisor y
receptor a través de los mensajes debe ser igual. La comunicación entre el Robot y
la Instalación de Reciclaje será lograda a través del sistema de comunicación hasta
aqu´ı presentado. El Maestro debe conocer al Esclavo y su dirección de PROFIBUS
para poder comenzar el envió de Datos.
2.1.1. Robot KUKA PROFIBUS Maestro/Esclavo
En el Robot KUKA se encuentra integrada una tarjeta PROFIBUS DP CP5613/14
de SIEMENS, la cual permite las entradas Maestro/Esclavo. El Maestro PROFIBUS
(Robot) configura la conexión entre él y el Esclavo. Se debe primero copiar la in-
1
Proviene del inglés Master
2
Proviene del inglés Slave

formación de configuración adecuada del Esclavo dentro de los documentos del
Maestro. Cuando el Maestro obtenga este documento de configuración en su sis-
tema podrá iniciar la conexión con el Esclavo y su configuración. Este documento
le indica al Maestro con cual de los Esclavo él se comunicará. Este documento es
un Dato LDB y debe ser generado mediante el programa SIMA-TIC MANAGER. El
Dato LDB debe ser copiado en C : ROBOTER KRC INIT. Cada Esclavo
PROFIBUS tiene su propia configuración para el env´ıo de la información. Para cada
tipo de Esclavo existe un determinado Archivo GDS3
, el cual contiene la Información
para la configuración del Esclavo a utilizar.
Figura 2.1: Sistema de comunicación PROFIBUS: Robot KUKA Maestro - Et200
SIEMENS Esclavo
El Archivo GDS es una tabla de datos digital, donde serán grabadas las car-
acter´ısticas de comunicación de un dispositivo PROFIBUS. Los Archivos GSD de-
scriben los datos que estarán a disposición para el Maestro de clase 1 [?]. Has-
ta el momento el Robot trabaja como Esclavo de la fábrica Modelo de FESTO.
En este proyecto se le configurará además como Maestro de la Planta de Reci-
claje. As´ı el Robot será un sistema Maestro/Esclavo. En otras palabras, el Robot
3
en Alemán, Geräte-Stamm-Datei

tomará el Control del Proceso de Reciclaje, de la Paletización de los TRAYS llenos
y de el Abastecimiento de los TRAYS vac´ıos. Posteriormente se deben configu-
rar los Archivos iosys y pfbms pertenecientes a KUKA, los cuales activan la sali-
da PROFIBUS/Maestro del Robot para la conexión con el Esclavo y configuran las
nuevas PROFIBUS entradas y salidas respectivamente.
2.1.2. ET200 SIEMENS PROFIBUS Esclavo
El Et200 de SIEMENS (véase figura 2.2) es un dispositivo Esclavo de campo
que contiene dieciséis entradas y salidas digitales. Este dispositivo es configurado
en SIMATIC MANAGER, en donde un Archivo LDB es creado. En Simatic Manager
se realiza la simulación de la conexión PROFIBUS entre el Maestro y el Esclavo,
creando el archivo LDB, el cual contiene la configuración de esta conexión. El Es-
clavo et200 presenta la posibilidad de variar la dirección PROFIBUS para la comu-
nicación, mediante el interruptor DIP (del Inglés, Dual in-line package) de ocho bits
de la Figura 2.3. El interruptor contiene 8 Pin´s de los cuales el primero es el de en-
cendido (ON) y los siguientes siete representan la dirección PROFIBUS en formato
binario. La dirección puede por tanto ir desde 0 hasta 127, en binario 0000000 y
1111111 respectivamente. Para la correcta comunicación entre el Maestro y el Es-
clavo, la dirección PROFIBUS a utilizar debe ser la misma tanto en el DIP interruptor
perteneciente al Esclavo como en los archivos de configuración del Robot KUKA.
Figura 2.2: Et200 de SIEMENS, dispositi-
vo de campo Esclavo
Figura 2.3: Interruptores de 8 bits,
para setear dirección PROFIBUS

2.2. La Solución de la Comunicación
El Reciclaje de las botellas requiere de la comunicación entre las partes involu-
cradas, esto es, entre el Robot industrial y la nueva instalación de reciclaje y entre
el Robot industrial y la fábrica modelo. Esta última, ya se encuentra disponible. La
comunicación a lograr entre el Maestro Robot Industrial y el Esclavo et200, junto con
la configuración de sus entradas y salidas digitales es representada en la figura 2.4.
El Robot toma el control de Proceso a través del sistema PROFIBUS, obteniendo
Datos por medio de las entradas desde el Esclavo y escribiendo Datos por medio
de las salidas hacia el Esclavo. El Esclavo, a su vez, acciona la Planta de Reciclaje
a través de señales binarias simples que él env´ıa hacia los actuadores y obtiene
señales desde la Planta a través de los sensores. Las salidas del Robot (Maestro)
son entradas para el et200 (Esclavo) y viceversa. Para detallar más esta materia se
distinguen tres puntos fundamentales que la resumen:
Robot Industrial KUKA como Maestro Tomando el control de la Planta de Reci-
claje, el Robot procesará las botellas. Gracias a la Información obtenida desde
la Fábrica Modelo FESTO, el Robot trabajará como Esclavo de ella, esperando
junto a la estación de transporte la llegada de un TRAY lleno con seis botellas
ya procesadas. Obtenido el TRAY, el Robot comenzará a trabajar como Mae-
stro de la Planta de Reciclaje, mientras procesa el TRAY lleno, para la sepa-
ración de las partes. En el lenguaje de programación KUKA será programado
el funcionamiento completo del proceso de reciclaje.
Et 200 de SIEMENS como Esclavo El Esclavo será configurado por medio
del Robot, gracias al archivo LDB que fue creado y copiado en los Archivos
internos del Robot. La configuración de la comunicación será lograda por el
Maestro, en el momento en que este sea puesto en marcha. Esta configuración
dice cuales entradas y salidas digitales están siendo usadas entre el Maestro y
el Esclavo, para su comunicación. El Esclavo env´ıa cada señal obtenida desde

el Maestro hacia los actuadores respectivos en la Planta de Reciclaje, y gu´ıa
las señales obtenidas desde los sensores de la planta hacia el Maestro.
PROFIBUS DP La conexión entre el Maestro y el Esclavo será lograda por
medio del bus de campos PROFIBUS DP. Para ello se utilizará la salida Mae-
stro de la tarjeta CP5613/14, concertándola mediante un cable PROFIBUS a
la entrada disponible en el Esclavo. La configuración dentro del archivo LDB
contiene también la dirección PROFIBUS de todo el sistema de comunicación.
Figura 2.4: Entradas/Salidas Digitales para Maestro/Esclavo/Planta
2.3. Aplicación del Robot en el Reciclaje
Para aplicar el Robot de una manera racional en el reciclaje, se busca asociar su
trabajo a tantas tareas de proceso como sea posible. Para poder realizar trabajos
de pick and place (tomar y dejar) el Robot debe usar un Garfio que le facilite el
trabajo. Para la acción de Paletizar los TRAYS de la fábrica Modelo al Robot se le
ha construido un Garfio de aluminio (anterior al desarrollo de esta memoria), que ya
se encuentra en disposición del Instituto IRT (véase Figura 2.5, 2.6). Gracias a la

geometr´ıa y diseño de este Garfio, el Robot puede tomar y transportar los TRAYS
sin peligro y a grandes velocidades. Para este trabajo se busca ampliar el Garfio
Paletizador (Figura 2.5).
Figura 2.5: Garfio paletizador de Aluminio
inicial
Figura 2.6: TRAY lleno con seis botellas,
Garfio tomando botella por el cuello
Figura 2.7: Meta: botella vac´ıa y separada
de sus elementos
Figura 2.8: Objetivo: separar Tapa de la
botella, y chip de la Tapa
Se diseñará un nuevo Garfio de Aluminio que sea la continuación del Garfio ya
dispuesto, que permita al Robot poder realizar tanto las tareas de paletización de
los TRAYS como las tareas del Reciclaje de las botellas. Esta solución deberá ser
práctica y económica. Meta de esta memoria es que el Robot no cambie el Garfio
dentro del Trabajo, o de hacerlo, que lo haga en un número m´ınimo de veces. El

Garfio que hasta aqu´ı posee el Robot, fue desarrollado de modo que al ce-rrarse
pueda sostener igualmente una botella por el cuello o un TRAY (véase figura 2.6),
el cual contiene una superficie de agarre que posee el mismo diámetro que el cuel-
lo de la botella. La figura 2.6 muestra el objeto del Reciclaje de esta memoria: el
TRAY lleno con seis botellas y el Garfio-Paletizador. En la foto realizada en el IRT
se puede ver el TRAY que ha sido patelizado por el Robot (dejado sobre una mesa)
y como posteriormente el Robot retira una botella de este recipiente. Mediante el
mismo Garfio el Robot sujeta la botella por el cuello y toma un TRAY desde la cinta
transportadora.
Nuevo Garfio-Reciclador para el Reciclaje y Paletización
Para introducir al Robot en el Reciclaje se diseñó un nuevo Garfio de aluminio,
el cual contiene en su geometr´ıa al Garfio-Paletizador y presenta una ampliación de
éste (véase Figura 2.9).
Figura 2.9: Garfio para el Proceso de Re-
ciclaje, dos niveles
Figura 2.10: Herramienta para chips, que
es tomada por Garfio, nivel inferior
Este Garfio esta compuesto por dos niveles. El primer nivel (inferior) presenta
la configuración del Garfio antiguo, que sigue permitiendo al Robot poder tomar los
TRAYS y las botellas por el cuello. El segundo nivel (superior) fue pensado como

la ampliación del Garfio antiguo y será usado para separar las tapas. Este Garfio
fue diseñado para esta memoria y construido por el personal del instituto IRT y pro-
ducido en Aluminio. Gracias a la geometr´ıa este nuevo Garfio, el Robot puede al
mismo tiempo resolver tantas tareas del Reciclaje como sea posible y seguir de-
sarrollando la Paletización. Se creó de tal forma de poder aplicar al Robot en cada
Tarea, sin que este tuviera que cambiar el garfio por otro, ya que por su geometr´ıa
contiene dos Garfios en su interior. Su construcción fue analizada, esto es, tanto
la posición de el Garfio abierto como cerrado fue minuciosamente calculada, por
presentarse mil´ımetros de diferencias entre una correcta posición y una incorrecta.
Para su desarrollo se midieron los diámetros del cuello de las botellas, que es la
posición permitida para tomarlas, el diámetro del pasador del TRAY, donde éste es
tomado, el tamaño de las Tapas y chips. El Robot podrá desarrollar las tareas sin
necesidad de cambiar el Garfio ya que éste posee ambas configuraciones (Garfio
de Paletización y Garfio de Reciclaje). Sin cambiar el Garfio el Robot puede retirar
un TRAY desde la fábrica, retirar las seis botellas desde el TRAY, separar cada Tapa
de las botellas por medio del segundo nivel de la configuración del Garfio y separar
los chips de las tapas. Para la tarea de separación de los chips, se diseñará una
herramienta especial, la cual puede ser tomada por medio del Garfio-Reciclador de
aluminio en el primer nivel de su configuración (véase Figura 2.10).
2.3.1. Tarea 1: Separar las Tapas de las Botellas
Como el Robot toma cada botella por el cuello, se decidió que se utilizará el
mismo movimiento para separar cada tapa de su respectiva botella (ver Figura 2.11,
2.12, 2.13). El funcionamiento de esta tarea se pensó como sigue: El Robot toma
desde un TRAY una botella por el cuello y la desplaza hacia el área de trabajo de
un actuador determinado. El elemento actuador es activado y actúa sobre la botella
manteniéndola sostenida. En ese momento deja el Robot la botella libre (ver figura

2.11) y desde esa posición desplaza de manera descendente su Garfio hasta que el
nivel superior de éste se encuentra en posición para separar la tapa de la botella.
Figura 2.11: Garfio-Reciclaje dejando la
botella libre
Figura 2.12: Garfio en posición para sep-
arar la tapa de la botella
En este momento el Robot detiene el descenso y cierra su garfio, apretando la
tapa contra las paredes de éste, de manera que la tapa quede bien sostenida (ver
figura 2.12). Este movimiento de cierre es efectuado de manera precisa de no mover
la botella de su posición. Como la botella sigue siendo sostenida por el actuador, el
Robot puede comenzar a desplazar su Garfio de manera ascendente, separando de
esta forma la tapa de la botella. Ventajas: Esta solución es sencilla, efectiva (una
tarea ha sido lograda) y también económica. Fue desarrollada de manera que el
Robot sólo necesitara un actuador, el cual sostiene las botellas para ser separadas
de sus tapas. Esto quiere decir que la solución encontrada para el nuevo Garfio
minimiza los costos de la Planta de Reciclaje. El Garfio fue proyectado de tal forma
que el Robot pueda tomar la tapa por sus bordes, desplazar el Garfio en forma
ascendente y separar la tapa. El movimiento para solucionar esta tarea es para el
Robot fácil de lograr (movimiento perpendicular, en el eje Z). En resumen con pocos
movimientos del Robot (menos Energ´ıa requerida) las botellas serán separadas de
sus tapas (primera tarea solucionada).

2.3.2. Tarea 2: Separar los chips de las Tapas
Los chips presentan un agujero al medio de 3.5mm, un diámetro de 3cm y un
espeso de 3mm. Los chips son colocados y presionados sobre las tapas en la planta
discreta de la fábrica modelo (véase figura 2.8). Para ello la fábrica requiere de una
completa estación automatizada donde se presionan los chips y se prueba si estos
se encuentran bien posicionados en las tapas. Para el nuevo Garfio creado para
el Reciclaje se requiere de una herramienta (figura 2.10), la cual puede recoger el
Robot por medio del Garfio y usarla para la separación de los chips de las tapas
(véase figura 2.14). Esta herramienta fue proyectada de tal forma que el Garfio la
tome sólo una vez en proceso para solucionar la tarea. Para obtener un chip libre
de la tapa, la herramienta debe ser tomada por el Garfio y ser desplazada hacia una
tapa que se debe encontrar sujeta o aún sobre la botella respectiva. Luego de esto,
la herramienta debe ser ingresada de manera perpendicular pocos mil´ımetros por el
orificio del chip.
Figura 2.13: Tapa separada de la botella,
Tarea 1 resuelta
Figura 2.14: Posición de la herramienta
para separar el chip, Tarea 2 resuelta
Desde esta posición, y con un determinado ángulo, la herramienta debe ser gira-
da manteniendo la posición de su punta fija dentro de la tapa. Con este movimien-
to la herramienta logrará liberar el chip de la tapa. El movimiento de separación
debe ser como se representa en la figura 2.14. Ventajas: gracias a la geometr´ıa del

Garfio, el Robot puede resolver las tareas del Reciclaje. Él toma la herramienta con
su Garfio sin necesidad de cambiarlo (el Garfio será usado de manera práctica). Con
una herramienta se resolverá la tarea de la separación de los chips, sin necesidad
de requerir una estación especial o dispositivos automáticos especiales (solución
económica y práctica). En la fábrica modelo los dispositivos requeridos para esta
tarea son poco económicos, como por ejemplo: elementos de presión, sensores de
posicionamiento, dispo-sitivos de succión para los chips, distintos sensores opto-
electrónicos, etc. La solución encontrada (Garfio y herramienta) es en comparación
con cualquier dispositivo de automatización o estaciones completas automatizadas,
varias veces más económica. El Robot realizará la entrega de los chips libres con la
misma herramienta. Para ello se dispondrá de un paquete donde el Robot podrá de-
jar los chips. Resumiendo, con el nuevo Garfio y la nueva chips-Herramienta, ambos
de aluminio, se necesita ahora solamente de un actuador que sostenga las botel-
las para desarrollar las tareas. Se deja decir, que gracias a la solución presentada,
el Reciclaje será desa-rrollado con los costos m´ınimos posibles. Con este Garfio
no sólo se ha logrado solucionar un primer problema de esta memoria, si no que
también la realización de dos procesos por medio del Robot: la paletización de los
TRAYS y el abastecimiento de las partes del proceso a la planta discreta.
2.4. Posible Planta de Reciclaje
En la búsqueda de la Planta de Reciclaje varias ideas distintas fueron desarro-
lladas, para definir una solución económica pero práctica para el proceso a automa-
tizar. Para lograr la automatización requerida de éste proceso se debe realizar un
análisis de la fábrica modelo existente, para entender cual es la integración adecua-
da que se le deba dar a la aplicación que se busca. Luego de la construcción del
Garfio y la chips-Herramienta se ha llegado a concluir que el Robot sólo requiere de
una estación con un actuador que sostenga la botella mientras él realiza el Reciclaje.

Se busca una solución para la nueva estación Reciclaje de las botellas con una ayu-
da práctica y a la vez económica de dispositivos FESTO, en donde el Robot realice
el máximo de acciones en cada lugar de la planta, sin recorrer distancias demasia-
do largas entre tarea y tarea y por ende, realizando movimientos cortos, rápidos y
precisos. Luego del análisis global de la fábrica modelo existente, se llegó a resumir
varias Ideas distintas del proyecto a realizar, con sus propuestas de funcionamiento
y de estaciones a construir y elementos FESTO a adquirir. La búsqueda de la solu-
ción estuvo basada en los métodos de desarrollo de proyectos presentados en [?].
En estos esbozos, el Robot fue integrado de distintas maneras en el Reciclaje, sien-
do a veces más y menos ventajosa su función como principal agente automatizador.
Los esbozos que ten´ıan más desventajas que ventajas fueron desechados. Estas
soluciones eran poco prácticas para la implementación del Robot en el reciclaje; el
Robot realizaba pocas tareas de proceso, debiendo adquirir más elementos innece-
sarios de FESTO para su realización; algunas soluciones eran de reciclar sólo una
botella a la vez, lo que las hacia lentas dentro del concepto de automatizar; muchas
ideas presentaban una aplicación del Robot, en la cual éste sólo perder´ıa tiempo
en el trabajo y por ende energ´ıa; las pocas tareas que se le entregaban al robot
también fueron un motivo de rechazo de estas soluciones. Meta de éste trabajo es
que el Robot sea aplicado tanto como sea posible en el Reciclaje. Luego de esto, las
siguientes tres soluciones planteadas serán vistas como los pilares para la elección
de la solución final y su desarrollo. El Robot adquiere en ellas más tareas y cambia
la chips-Herramienta sólo una vez dentro del reciclaje de un TRAY. Estas posibles
soluciones serán comparadas para elegir la Estación de Reciclaje adecuada. La
solución número uno y número dos fueron pensadas para procesar una botella a la
vez y contienen dos estaciones. La solución número tres será vista como la combi-
nación de las primeras dos soluciones. En los siguientes puntos serán explicadas
las tres soluciones contempladas para la posible Estación de Reciclaje:

2.4.1. Solución 1: Empleo de una cinta transportadora
En esta solución el Robot realiza absolutamente todas las tareas del Reciclaje.
Esta Planta contiene tres estaciones. En la primera estación serán separadas las
tapas de las botellas y en la segunda estación serán separados los chips de las
tapas. El Robot requiere, en la primera estación, de un actuador, el cual pueda su-
jetar firmemente la botella en proceso. En este caso, la estación está formada por
un cilindro pistón frente a una pared, hacia donde será presionada la botella para
la separación de la tapa. Procedimiento: El Robot toma una botella desde el TRAY
y la desplaza hacia la primera estación, donde la posiciona sobre una base, en el
área de trabajo del cilindro-pistón. Cuando la botella se encuentra frente al pistón,
este es accionado, desplazándose hacia adelante y presionando la botella contra la
pared. Cuando la botella se encuentra sujetada por el cilindro, el Robot la deja libre y
desde esa posición desplaza su Garfio perpendicularmente a la base y hacia abajo.
Cuando el segundo nivel del Garfio se encuentra en posición para separar la tapa, el
Robot cierra el Garfio (tapa queda sujeta) y desde esa posición lo desplaza perpen-
dicularmente a la base y hacia arriba, separando con este movimiento, suavemente
la tapa de la botella. As´ı, la botella es separada de su tapa y el Robot la desplaza
hacia la segunda estación, dejándola libre sobre la cinta transportadora.
La segunda estación está formada por una cinta transportadora con actuadores
de separación. En esta estación son separadas las tapas de tal modo que única-
mente una tapa por vez se encuentre en el área de separación de chips. El Robot
deja cada tapa sobre la cinta transportadora, la cual los transporta a la estación
de separación de chips, donde son separados. Cuando el Robot ha separado seis
tapas de las botellas, quiere decir que seis tapas ya se encuentran sobre la cinta
transportadora. El Robot toma la Herramienta para chips y la desplaza hacia la se-
gunda estación. Para lograr la separación de los chips, se separará y sujetará una
tapa a la vez. Para ello se requiere de un cilindro-pistón que sujete la tapa entre
los actuadores de separación. El Robot separará desde arriba cada chip con el

movimiento determinado (ya explicado anteriormente) y los dejará en un deposito
de chips. Sólo después de la separación de los seis chips, el Robot devolverá la
Herramienta a su posición original. Cada tapa separada de su chip, será dejada li-
bre por los actuadores de separación y transportada, seguidamente, gracias a la
cinta transportadora, hacia el deposito de tapas. En la primera estación se encuen-
tra ahora una botella separada de su tapa, pero aún con l´ıquido en su interior. Luego
de la separación de la tapa, la botella será dejada libre.
Figura 2.15: Posible solución 1: 4 Actuadores, 1 Cinta transportadora
El Robot, luego de haber dejado la tapa en la segunda estación, regresa y toma
la botella libre por el medio. Con la botella bien sujetada, el Robot la desplaza hacia
la tercera estación, que está formada por un deposito de l´ıquido, donde la vac´ıa de
su contenido. Para ello el Robot mueve sus eslabones de tal forma que el Agua se
desplace desde la botella hacia el deposito de l´ıquido. Esta solución tiene la ventaja
que el Robot toma el mando de todas las tareas del reciclaje y las realiza el mismo.
Existe en este caso la desventaja que el Robot, en el vaciado de las botellas, pueda
ver sus elementos eléctricos involucrados por la posibilidad de ca´ıda de agua sobre
sus partes. Una solución favorable ser´ıa el caso, en el cual el Robot no realizara
el vaciado de las botellas, si no que fuera reemplazado por un actuador, el cual al
mismo tiempo sujetara la botella para la separación de la tapa y posteriormente la

hiciera girar para su vaciado. De esta manera el Robot ahorrar´ıa tiempo para realizar
paralelamente otras tareas dentro del proceso. Existe otra desventaja: los chips no
pueden ser separados todos al mismo tiempo. El Robot debe primero entregar el
chip separado al deposito, antes de comenzar la separación del siguiente (véase
figura 2.15).
2.4.2. Solución 2: Uso de dos cilindros pistones
Esta solución presenta una mejora a la solución anterior y está compuesta de
dos estaciones. En la primera estación serán separadas las tapas de las botellas y la
botella vaciada de su contenido. Para ello se pensó en un actuador Lineal y giratorio
a la vez, el cual permite movimiento lineal hacia adelante y atrás (como un cilindro-
pistón normal) y al mismo tiempo giro en el sentido Horario o Antihorario. A este
actuador cilindrico se acoplará un actuador de pinzas paralelas, el cual sujetará la
botella. El actuador será firmemente instalado sobre una base. Frente a la estación
se posicionará un recipiente para el l´ıquido, hacia donde caerá el agua proveniente
de las botellas. Las pinzas paralelas sostienen la botella para que el Robot separe la
tapa de ella, de la misma manera que se explicó en la solución 1. Cuando la tapa ha
sido separada, el Robot la desplaza hacia la segunda estación. Paralelamente, en la
primera estación, el actuador giratorio es activado, desplazando la botella destapada
hacia adelante y dejándola sobre el recipiente de l´ıquido. En otras palabras, las
pinzas paralelas son desplazadas hacia adelante con la botella sostenida. En este
momento, la botella destapada puede ser girada por el actuador, vaciando el agua
de la botella hacia el recipiente que se encuentra debajo. Esto funciona gracias a
que el cilindro giratorio hace girar las pinzas paralelas que sostienen la botella. Una
vez vaciada la botella (se espera un tiempo) el actuador vuelve a girar, esta vez en
sentido contrario. Una vez que la botella ha sido vaciada, la parte lineal del actuador
es accionada, desplazándose hacia atrás, de vuelta a su posición original. Cuando

el actuador ha terminado la tarea de vaciar la botella y se encuentra recogido, deja
la botella libre sobre la base, donde el robot la recogerá y llevará de regreso a la
fábrica modelo, planta discreta, cumpliendo as´ı el abastecimiento de una botella
para un proceso de embotellamiento continuo.
Figura 2.16: Posible solución 2, Estación 1
La segunda estación está compuesta de dos cilindro-pistones. Éstos trabajan en
conjunto para mantener las tapas firmes y presionadas unas contra otras, para la
separación de los chips.
Figura 2.17: Posible solución 2, Estación 2
El Robot deja una tapa a la vez sobre la base a la entrada de la estación, de

manera que el primer cilindro la empuja hacia la superficie donde serán sujetadas.
Para ello el cilindro 1 se desplaza hacia adelante, empuja a la tapa y regresa a su
posición original. Cuando el Robot ha dejado la sexta tapa sobre la base, el cilindro
1 viaja hacia adelante, pero esta vez se queda ah´ı, manteniendo presionadas las
seis tapas. Para ello se encuentra un cilindro al final de la base y dos paredes a
cada lado de la base, de manera que las seis tapas están sujetas. Seguidamente
toma el Robot la Herramienta de chips y comienza el proceso de separación de los
chips desde arriba, separando un chip por vez y dejándolo en el recipiente de chips.
Luego de la separación y entrega del sexto chip, el Robot regresa la Herramien-
ta a su posición de reposo y paralelamente, el cilindro 1 se desplaza hacia atrás,
dejando las seis tapas vac´ıas, libres sobre la base. Luego de esto el cilindro 2 es
accionado, empujando desde la base y hacia un recipiente, las seis tapas vac´ıas,
terminando as´ı la tarea de separación de chips y tapas y entrega de éstas. La ven-
taja de esta solución, es que el Robot no toma contacto alguno con el agua como
en la primera solución y que la segunda estación soluciona de manera más práctica
y económica la separación de los chips que en la primera solución. Esta solución
es más económica que la primera, por no poseer dispositivos separadores ni cinta
transportadora, pero aún as´ı no es lo suficientemente práctica. El Robot separa nue-
vamente los chips desde arriba, teniendo que entregar cada uno antes de separar
el siguiente, lo que podr´ıa ser mejorado para ahorrar tiempo.
2.4.3. Solución 3: Reciclaje de seis botellas con un actuador
Esta solución fue proyectada para seis botellas, contiene sólo una estación for-
mada por un actuador y permite al mismo tiempo sostener seis botellas mediante
las pinzas paralelas y rotarlas mediante la unidad giratoria. Con la integración de es-
ta estación, el Robot podrá realizar las tareas de separación de chips y separación
de tapas una vez para un conjunto de seis botellas (las Tareas serán resueltas más

rápidamente). Como las botellas se encuentran sobre la estación prácticamente muy
juntas, el Robot podrá realizar el mismo proceso sin necesidad de desplazarse de
manera inútil como en las otras soluciones. Según la figura 2.18 el robot separa
ahora los chips desde abajo, estando las botellas invertidas.
Figura 2.18: Unidad giratoria con pinzas paralelas para seis botellas
Esto simplifica la tarea de separación de chips, ya que los chips se mantendrán
en la herramienta, sin caer, por lo que el Robot no tendrá que entregar cada chip por

separado, sino una vez que haya separado los seis. La separación de chips será de
manera más rápida. Luego de la separación, el robot dejará los seis chips juntos
en el deposito de chips, sin necesidad de hacer movimientos repetitivos. Sólo se
necesita un Actuador que cumpla las funciones de pinzas paralelas y que contenga
una unidad giratoria. Luego se deberán construir el Garfio que permita sostener las
seis botellas juntas. Con esta solución, el Reciclaje de cada Tray será logrado más
rápidamente. Como la estación es muy compacta, se requiere de menor cantidad
de movimientos por parte del Robot, que implica menor programación y ahorro de
energ´ıa y tiempo. De esta manera la integración del Robot en el proceso será prácti-
camente aplicada. Las botellas se encontrarán seguramente posicionadas sobre la
estación gracias a la base y apoyos que se planean construir.
Vaciado del Agua
Todas las botellas deben ser vaciadas de su contenido (agua). Esta tarea con-
tiene para el Robot el peligro de que sus partes puedan entrar en contacto con el
l´ıquido. En la presente solución, el Robot no toma contacto con el Agua, ya que el va-
ciado de las botellas se genera por medio del giro de la estación, cuando las botellas
se encuentran destapadas. El actuador permite que el vaciado de las botellas sea
realizado sin movimientos complejos del robot. Esta solución es muy práctica y sen-
cilla, en donde sólo se requiere de un contenedor de l´ıquido debajo de la estación,
que reciba el l´ıquido en la ca´ıda. El vaciado de las botellas (tercera tarea de esta
tesis) será logrado para las seis botellas juntas y en un m´ınimo de tiempo.
2.4.4. Elección de la Planta de Reciclaje
Para la elección de la Planta de Reciclaje se compararon las ventajas y desven-
tajas de las tres soluciones planteadas. La siguiente Tabla muestra la comparación
de las soluciones dependientes de los costos. En la primera solución posible, el
Robot desarrolla todas las tareas del Reciclaje, pero la solución para el vaciado del

l´ıquido es poco práctica y el Reciclaje esta proyectado solo para una botella a la vez.
Aparte de eso, la solución es cara y requiere de dispositivos FESTO como una cinta
transportadora y separadores y sensores que encarecen el resultado.
La segunda solución posible es más económica que la primera, pero aún as´ı poco
práctica. Ambas soluciones fueron proyectadas sólo para una botella a la vez, es
decir el Robot realizará para cada botella todas las tareas del Reciclaje, lo cual no
minimiza el tiempo del proceso ni los movimientos que el Robot debe desarrollar
dentro de él. La separación de los chips es efectuada por arriba, lo cual implica di-
ficultades para la operación del Robot, no pudiendo iniciar la separación del chip
siguiente sin haber entregado el anterior.
La tercera solución no es sólo más práctica que las dos primeras, si no que
también más económica y compacta. Su diseño planeado para seis botellas, per-
mite un trabajo rápido y práctico del Robot en un área m´ınima de operación. Con
sólo un actuador las tareas del Reciclaje quedarán resueltas, ocupando menor en-
erg´ıa para accionar la planta, menos recursos y menos programación que en las
otras dos soluciones. Para esta solución se deberá construir una base de apoyo que
soporte el movimiento del actuador y las seis botellas llenas, construcción que no
estará contemplada dentro de los costos, por ser parte del trabajo del personal del
taller del IRT. Los garfios paralelos serán diseñados para seis cuellos de botellas.
Con la ayuda de la construcción de apoyo, el trabajo del actuador se verá simplifica-
do. La comparación de las soluciones según sus ventajas y desventajas y costos se
ve resumida en la Tabla 2.14
).
4
Precios en euros, obtenidos del catálogo 2005/2006 de FESTO

Solución Dispositivo Precio Ventajas Desventajas
Solución 1 2 Cilindros 107.40 - Robot - Solución poco
2 Estacio- 2 Separadores 680.68 realiza práctica y cara
nes 2 Sensores ópticos 170.40 todas - Muchos dispositivos
proyectadas 2 Sensores posición 74.00 las Tareas - Robot peligro de
para 1 1 Cinta transport. 900 contacto con el agua
botella 4 Válvulas mononoest. 217.60 - Sólo para una botella
Accesorios 288.37
TOTAL 1 13 Dispositivos 2438.45
Solución 2 1 Pinzas paralelas 190 - Robot sin - Sólo para una botella
2 Estacio- 2 Cilindros 107.40 contacto con - Poco práctica
nes 1 Cilindor DSL 900 el agua separación de chips
proyectada 4 Sensores posición 148 - Una estación - Dif´ıcil conexión
para 1 Accesorios 400 soluciona dos entre separación de
botella tareas tapas y fábrica modelo
Solución 3 1 Pinzas HGDS 980 - Práctica y
1 Estación 2 Sensores posición 74 económica
proyectada 2 Válvulas mononoest. 108.80 - Sólo 1
para 6 1 Válvulas biestable 74.90 estación
botellas 1 Sensores ópticos 85.20 compacta y
Accesorios 288.37 robusta
Tabla 2.1: Elección de la Planta de Reciclaje: ventajas, desventajas y costos

Cap´ıtulo 3
Implementación de la Planta de
Reciclaje
3.1. La Planta de Reciclaje
La solución escogida para la Planta de Reciclaje a implementar fue diseñada
y construida en el instituto IRT. La construcción de la estación constituye el desa-
rrollo de una estructura de apoyo para las seis botellas en la estación. Cada parte
de la construcción fue desarrollada de tal forma, que la Planta de Reciclaje pueda
facilitar las tareas del robot en el reciclaje. Los dibujos técnicos fueron probados y
entregados al personal de Taller del Instituto IRT para la construcción completa de
la estación. La estación es simulada y representada por la figura 3.4. Para poder
poner en funcionamiento el Proceso de Reciclaje, se deben adquirir los dispositivos
res-pectivos para su accionamiento, los cuales ya fueron presentados por la Tabla
2.1. Se analizaron los catálogos FESTO para encontrar una aplicación racional de
dispositivos FESTO en el reciclaje. Para el Proceso de embotellamiento se requiere
en la fábrica Modelo de variados y costosos dispositivos (actuadores, sensores, cin-
tas transportadoras, etc.). Con la tercera solución aqu´ı planteada se logra que el
35

CAPÍTULO 3. IMPLEMENTACI ÓN DE LA PLANTA DE RECICLAJE 36
Robot sólo requiera de un Actuador para el desarrollo del Proceso de Reciclaje.
Para un proceso similar la fábrica FESTO requiere de costosas estaciones automa-
tizadas. Con la Planta de Reciclaje aqu´ı planteada, las Tareas del Reciclaje serán
solucionadas con los costos m´ınimos.
3.1.1. El Actuador
Para la Planta de Reciclaje se requiere de un dispositivo actuador, el cual desarro-
lle las acciones de sostener paralelamente y de girar al mismo tiempo. El elemento
elegido es el que representa la figura 3.1. Este elemento contiene una configuración
tan robusta, que con él no es requerido ningún elemento mayor de actuación en el
Reciclaje. Este dispositivo contiene tanto una unidad de pinzas paralelas como una
unidad de girado. Su configuración permite movimiento precisos y rápidos en la suje-
ción de algún elemento y su rotación. Es un elemento robusto y sobredimensionado
para las tareas que se presentan en esta memoria.
Figura 3.1: Unidad de pinzado, basculante HGDS FESTO para la implementación
de la planta
La utilización de este actuador permite el requerimiento de un m´ınimo de válvu-
las y sensores para el accionamiento de la Planta (m´ınimo número de elementos

de accionamiento). Se eligió este dispositivo para el trabajo con las seis botellas, el
cual es también usado en la planta discreta de la fábrica modelo, pudiendo compro-
bar su robustez y funcionamiento. La Unidad giratoria con unidad de pinzado HGDS
de FESTO es una combinación de un actuador semigiratorio y una pinza paralela.
Alternando la aplicación de presión entre las conexiones, el componente basculante
hace que la aleta bascule a uno y otro lado dentro del cuerpo. El movimiento bascu-
lante es transferido a la pinza que gira en 180◦
. Las levas de tope regulables sirven
para limitar el ángulo de giro con topes fijos ajustables con amortiguación integrada
para permitir un ajuste de precisión. La velocidad del componente basculante se
ajusta por medio de válvulas reguladoras de caudal de un sólo sentido (reguladores
externos del caudal de escape). Alternando la aplicación de presión entre las cone-
xiones del cilindro que acciona las pinzas, hace avanzar y retroceder el vástago del
cilindro. Un sistema mecánico de palancas transfiere el movimiento longitudinal del
vástago a las pinzas (véase [?]). Luego del análisis del catálogo del instrumento
HGDS y de las instrucciones de uso del fabricante se concluyó que se debe cons-
truir una estructura de apoyo para el dispositivo. La primera razón para construirlo
era que la unidad de pinzado no permite pinzas demasiado largas, por el peligro a
dañar la parte mecánica de la pinza. La estructura proyectada debe facilitar el tra-
bajo de las pinzas paralelas tanto en el cierre como en la apertura de sus pinzas
y también en el momento del giro de la estación. El funcionamiento de la estación
completa será desarrollado de manera exhaustiva en los siguientes cap´ıtulos.
Figura 3.2: Válvula biestable 5/2 Figura 3.3: Válvula monoestable 5/2
Para accionar este instrumento se requiere de dos válvulas, una para la unidad
de pinzado del dispositivo y una para la unidad basculante. Las válvulas escogi-

das son una biestable y una monoestable (véase Figura 3.2 y 3.3). Una válvula
monoestable en funcionamiento requiere de una fuente de energ´ıa constante para
su accionamiento. Una válvula biestable, por el contrario, requiere para conmutar,
de un impulso de voltaje por un instante pequeño de tiempo. Cuando la fuente de
energ´ıa desaparece, la válvula biestable permanece en la última posición donde
se encontraba y la válvula monoestable regresa a su posición inicial o no conmu-
tada. La válvula monoestable será usada para accionar la unidad basculante del
dispositivo. Cuando la fuente de energ´ıa no se encuentre presente, la unidad gira-
toria permanecerá en su posición inicial o, si es que ya estaba accionada, volverá a
su posición inicial girando con este movimiento la Estación de Reciclaje a su posi-
ción de comienzo. La válvula biestable en cambio, será empleada para accionar la
unidad de pinzado (Pinzas paralelas). Cuando la fuente de energ´ıa no se encuentre
presente y en el caso que la estación haya sido previamente invertida, las botellas
no caerán al suelo, por encontrarse las pinzas cerradas (válvula biestable conmu-
tada antes del giro). Los sensores a usar en el Reciclaje son los que pertenecen a
este instrumento y son dos detectores de proximidad, uno para cada unidad. Estos
detectores de proximidad son sensores que conmutan sin necesidad de contacto di-
recto. Son usados en procesos técnicos para reconocimiento de posición de piezas y
herramientas, como también para medidas de seguridad. Son acoplados en los dis-
positivos en pequeñas ranuras, de manera que indiquen la posición de éste (unidad
de pinzado cerrada o abierta, unidad giratoria girada o en posición inicial) (véase
[?]).
3.1.2. Construcción de la Planta de reciclaje
Como el proyecto fue planteado para seis botellas, se deb´ıa construir una estruc-
tura base lo suficientemente robusta para sostener las seis botellas llenas durante el
proceso de Reciclaje, facilitando el trabajo del Robot en las tareas que él realizara.

La Planta de reciclaje fue desarrollada en Aluminio y a partir de los dibujos técnicos
en el apéndice. Ella contiene una construcción robusta para el sostenimiento y giro
de las seis botellas durante el reciclaje. La base para la posición de las seis bote-
llas, junto con el Instrumento de FESTO, más las pinzas paralelas para seis botellas,
más los respectivos elementos de la estructura de apoyo y el buje con los rodamien-
tos para el giro de la estación, en conjunto serán llamados de aqu´ı en adelante la
Estación o Planta de Reciclaje (véase Figura 3.4, diseño en 3D).
Figura 3.4: Estación: La Planta de Reciclaje
Cada elemento de la Estación será nombrado y su utilidad dentro de la Planta
de Reciclaje se describirá completamente:
Para tomar las seis botellas por el cuello de manera firme se diseñaron antes que
todo las Pinzas paralelas para la unidad de pinzado del instrumento (véase Figura
3.5). Estas pinzas deben cerrarse y sostener igualmente y al mismo tiempo las seis
botellas por el cuello. La distancia entre cada boquete de las pinzas para sostener
cada botella fue medida de manera precisa para que el Garfio del Robot pudiera

entrar en esa región a separar cada tapa sin rozar las botellas contiguas (véase
Figura 3.13). El inicio de las pinzas se acoplará al instrumento, unidad de pinzado
paralelo, según las indicaciones del fabricante.
Figura 3.5: Pinzas para seis botellas, acopladas al dispositivo FESTO
El final de las pinzas será sujeto por medio de un elemento de apoyo, que permite
el libre movimiento horizontal de las pinzas y que contiene un buje con rodamiento
en su interior (véase figura 3.8). Las Pinzas paralelas fueron construidas de tal for-
ma, que al cerrar pasen exactamente en cada cuello de cada botella, para sostener-
las lo suficientemente fuerte. Esto es también importante por motivos de seguridad
al momento de girar la Estación. Las pinzas permiten la sujeción de las seis botel-
las al mismo tiempo. Cuando se encuentran abiertas deben estar separadas una
de la otra lo suficiente para que el Robot pueda depositar una botella sobre la base
de la Estación (véase Figura 3.10). Las Pinzas fueron construidas en Forma de L
de modo que el punto del centro de masas de la parte móvil se encontrara en la
linea del eje de giro de la unidad basculante del instrumento FESTO. Estas Pinzas
sostendrán las seis botellas durante toda la realización de las tareas del proceso
de reciclaje. La unidad de pinzado presenta una pequeña dife-rencia en mil´ımetros
entre su estado cerrado y su estado abierto. Es por ello, que las Pinzas fueron con-
struidas de manera precisa para que su funcionamiento fuera el óptimo en cada una
de las tareas descritas con anterioridad. En otras palabras, al abrir deben permitir
el posicionamiento de las botellas sobre la Base por medio del Robot, y al cerrar, la
sujeción de las seis botellas paralelamente.

Para la seguridad de la sujeción de las botellas durante el trabajo del robot, se
debe sujetar también el instrumento, no permitiendo movimiento en ningún sentido
mientras gira. Para lograr esto, se diseñaron los elementos respectivos siguientes:
el Apoyo 1 donde irá montado el instrumento, el Apoyo 2 que permite el giro de la
estación por medio de un pasador que se dirige al buje de rodamientos y el elemento
en cola de milano que sostiene el instrumento por su extremo final al apoyo 1 (véase
Figura 3.6).
Figura 3.6: Soportes
El Apoyo 1 fue diseñado de manera tal, que el Instrumento pudiera ser acoplado
a él por medio de la cola de milano, no permitiendo movimientos durante el giro de
su unidad. El Apoyo 1 y 2 irán fuertemente acoplados a una mesa no permitiendo
el movimiento de la estación. El apoyo 2 sostiene la estación mediante un pasador.
Esta última pieza y el buje permiten que la estación pueda ser basculada en 180◦
por medio del dispositivo FESTO. El punto medio del buje o el eje de giro de este

debe estar posicionado exactamente en el eje de giro del dispositivo FESTO. Luego
se diseñó la Base para el posicionamiento de las seis botellas.
Figura 3.7: Base para seis botellas
Esta Base contiene una superficie con seis calados donde el Robot dejará las
botellas, las cuales no podrán moverse mientras el Robot realiza la tarea de posi-
cionamiento de las demás botellas (véase Figura 3.7). Lo anterior permite que las
seis botellas se encuentren siempre sobre una posición determinada y que no se
muevan antes de que las pinzas paralelas se hayan cerrado.
Figura 3.8: Elemento de apoyo para las pinzas y para el buje de rodamientos
El extremo A de la Base se acopla a un elemento que contiene un buje con
rodamientos (véase Figura 3.8). El extremo B de la Base se acopla por medio de dos
otros elementos al dispositivo FESTO por ambos lados de sus caras (véase Figura
3.9). Dos elementos reemplazarán las piezas de plástico que se encuentran en el
dispositivo de fábrica, para ir acoplados a él y a la Base (Figura 3.9). La Estación
completa y las válvulas respectivas para el accionamiento de ella fueron puestas

sobre una mesa de modo de no permitir movimiento alguno. Exactamente abajo de
la estación fue creado un agujero a la mesa, de modo que en el vaciado de las
botellas, el agua pueda caer hacia el deposito de l´ıquido y para que el Robot separe
los chips de las tapas sin complicaciones por debajo de la estación.
Figura 3.9: Elemento acoplado a ambos lados del instrumento
3.1.3. Funcionamiento de la Planta
El Robot industrial toma una botella llena desde el Tray, la desplaza hacia la
Estación y la deja sobre la base de ella en su posición respectiva (véase Figura
3.10). Cuando el Robot acaba la tarea de vaciar un Tray de seis botellas llenas y de
posicionar las botellas sobre la base de la Estación, acciona la unidad de pinzado
del dispositivo FESTO, cerrando con esta acción las pinzas paralelas, que desde
ese momento sostienen a las seis botellas conjuntamente. Una vez que las botellas

se encuentran sostenidas, el Robot acciona la unidad basculante del dispositivo,
haciendo girar la Estación de Reciclaje en 180◦
en sentido horario. Con esta acción
las botellas se encontrarán ahora invertidas con respecto a la posición inicial. La
posición invertida de las botellas ayuda al Robot a realizar la tarea de separar chips
Figura 3.10: Robot posiciona botellas so-
bre Base para el Reciclaje
Figura 3.11: Estación gira, Robot toma
chips-Herramienta, separa chips
Mientras la Estación gira el Robot recoge la Herramienta de chips y la dirige ha-
cia la estación de Reciclaje. Luego mueve sus eslabones de manera de posicionar
su Garfio por debajo de la estación, perpendicular a la primera botella y comienza
la separación de los chips (véase Figura 3.11). El Robot separa los seis chips de
las tapas, realizando un movimiento especial de sus eslabones para lograrlo (véase
explicación de los movimientos en sección 3.4.2). Cuando un chip ha sido separa-
do, resbala por medio de la fuerza de la gravedad hacia la base de la herramienta,
quedando en ella prisionero. Cada chip siguiente que sea separado quedará en la
herramienta sobre el chip anterior. Esta tarea es realizada para las seis botellas,
donde los movimientos programados son repetidos seis veces. Cuando la tarea de
separación de chips es lograda, el Robot desplaza la herramienta hacia el deposito
de chips, dejando caer los seis chips juntos y paralelamente desactiva la segunda
válvula de manera que la Estación gire volviendo a su posición inicial (esto es logra-
do con una válvula monoestable). Al mismo tiempo el Robot entrega la herramienta
dejándola en su posición fija y espera cuando la Estación haya girado para proceder

a separar las tapas. Una vez que la Estación se encuentra en su posición inicial, con
seis botellas tapadas y llenas sobre la base, comienza la separación de las tapas.
El Robot desplaza su garfio hacia la primera botella posicionada y con movimientos
lineales separa una tapa, para posteriormente entregarla en el deposito respectivo.
Figura 3.12: Estación gira, Robot deja
Herramienta y separa las tapas
Figura 3.13: Botella afirmada por el cuello,
Robot tira la tapa hacia arriba
Esta tarea será realizada por el Robot para las seis botellas, teniendo que pro-
gramar una vez los movimientos que serán repetidos seis veces. Cuando las bote-
llas se encuentran destapadas y las seis tapas fueron entregadas, el Robot gira la
Estación en 180◦
en sentido horario. En esta posición será llevado a cabo el vaciado
de las seis botellas, paralelamente. El agua fluye desde las botellas destapadas ha-
cia un deposito de l´ıquido. El programa espera un momento antes de volver a girar
la Estación, para el vaciado completo de las botellas. Pasado este tiempo el Robot
gira nuevamente la Estación (esta vez en sentido contrario) hacia su posición origi-
nal, activa la válvula respectiva abriendo las pinzas paralelas y dejando las botellas
libres sobre la base. Cuando las botellas han sido separadas de sus elementos,
están listas para ser entregadas a la Planta Discreta de la fábrica Modelo para el
proceso de embotellamiento y el funcionamiento continuo. Para la entrega de las
botellas se requiere de un Sensor sobre la entrada de la cinta transportadora, que
indique que esa posición se encuentra libre para la acción de posicionar una botella
sobre ella. Con esta Estación de Reciclaje a construir, las tareas requeridas serán
solucionadas rápidamente y para las seis botellas al mismo tiempo. El Robot po-

drá realizar los procesos de manera rápida para cada botella, finalizando cada tarea
con la ejecución de la acción sobre las seis botellas. Con la correcta programación
del Robot se podrá optimizar aún más el tiempo de trabajo de él, el cual ya se ve
favorecido por la elección de esta Estación de Reciclaje, y en lo económico, por la
correcta y sólo indispensable adquisición de instrumentos FESTO, queriendo decir,
que el proceso de Reciclaje será rápido, práctico y económico.
3.1.4. La Planta de Reciclaje construida
Los esbozos de la tercera solución para la Planta (dibujos técnicos en el Apéndice)
fueron analizados y aprobados por el IRT para su desarrollo completo como estruc-
tura de aluminio en el taller. La Figura 3.14 muestra la Planta de Reciclaje construida
a partir de los diseños 3D realizados.
Figura 3.14: La Planta de Reciclaje construida para el IRT, Aachen
La mejor ubicación para la Estación de Reciclaje es frente a la Estación 9 de
Transporte, cerca de la cinta transportadora para el abastecimiento de botellas vac´ıas,

y de la cinta por donde llegan los Trays llenos. Esta posición permite que el Robot
se mueva menos en el proceso, minimizando el gasto de energ´ıa y aumentando las
ganancias de tiempo entre cada Tray reciclado. La cinta para el abastecimiento de
las botellas se encuentra cerca de la Estación 9, y por ende, cerca de la Estación
de Reciclaje, lo que permite que el Robot entregue cada botella rápidamente en el
abastecimiento de la Planta Discreta. En el proceso de Reciclaje sólo las botellas po-
drán ser entregadas por el Robot de regreso a la Planta discreta, por la cercan´ıa del
Robot a la cinta transportadora para el abastecimiento de ellas. Las tapas y chips en
cambio, serán entregados a paquetes respectivos por la lejan´ıa de sus cintas trans-
portadoras de abastecimiento. El agua en tanto, será entregada a un depósito de
l´ıquido. Se pretende a futuro lograr que los chips y tapas puedan ser entregados en
proceso también por el Robot, para ello se requiere una ampliación de las entradas
de las cintas transportadoras, de modo que el Robot alcance, dentro de su área de
trabajo, la entrega de las partes. La Planta de Reciclaje fue probada offline, es decir,
conectada a las válvulas y al aire a presión, de manera de comprobar el correcto
funcionamiento del dispositivo FESTO (cierre de pinzas, y girado). Se probó si las
pinzas sujetaban correctamente las seis botellas paralelamente y se ajustó la ve-
locidad de girado de la Estación. Los sensores de posición en el dispositivo fueron
posicionados y probados, de manera que indicaran si las pinzas se encontraban
cerradas y si la estación hab´ıa girado en 180◦
. Las pruebas fueron pasadas con
éxito.
3.2. Configuración de la comunicación
La comunicación será configurada en la unidad de control del Robot. Para ello
se requiere de la definición de ciertos datos en dos documentos dentro del Software
del Maestro Robot. Estos documentos son pfbms.ini e iosys.ini, los cuales deben
ser configurados antes de comenzar la comunicación entre los dispositivos de cam-

po (Maestro-Esclavo). La Figura 3.15 muestra la estructura de la comunicación a
realizar entre el Maestro, Robot Industrial KUKA, y el Esclavo, et-200 SIEMENS. La
unidad de control del Robot tomará el accionamiento de la Planta de Reciclaje y por
ende el control del Proceso. Estos datos (que deben ser configurados) proporcionan
la correcta comunicación entre las partes. El dato pfbms.ini contiene la configu-
ración del Esclavo. Cuando la comunicación Maestro/Esclavo comienza, la unidad
de control del Maestro reconoce, gracias al dato pfbms.ini, al Esclavo para confi-
gurarlo. El Robot ha sido integrado como Esclavo de la fábrica modelo y en este dato
se debe activar la parte Maestra del Robot que no se encuentra en funcionamiento.
Figura 3.15: Comunicación de los elementos de campo y accionamiento de la Planta
pfbms.ini
En este dato se puede configurar el Robot como Maestro/Esclavo. En nuestro
trabajo se dejará la configuración actual como está y se agregará la configuración
del Robot como Maestro. Para ello, se debe copiar el dato ldb del Esclavo en la
carpeta del Maestro bajo C : ROBOTER KRC INIT, de manera que la unidad
de control del Robot pueda leerlo. Este dato permite al Maestro configurar al Esclavo
y comenzar la conexión para el env´ıo de información. En este caso el dato ldb fue
creado en el Software Simatic Manager y se llamará kuka16.ldb. Las siguientes
l´ıneas muestran la configuración del archivo:

[MASTER]
MASTER USED=1; activa la parte Maestra de la tarjeta
DATABASE PATH=init/kuka16.ldb; lee el dato ldb para configurar al esclavo
FIRMWARE PATH=drivers/fw 5613.bin;
WATCHDOG TIME=20
MAPPING USED=0
MAPPING PATH=init/
En el archivo iosys.ini se debe configurar las Entradas y Salidas digitales a usar
en proceso, para el correcto env´ıo y captura de información Maestro/Esclavo.
iosys.ini
Para el sistema PROFIBUS DP se realizará la siguiente configuración de en-
tradas y salidas. La dirección escogida para el sistema PROFIBUS es la 5. Esta
dirección debe ser configurada en el archivo iosys y en el Esclavo. Para ello se debe
setear la dirección en el Esclavo mediante el interruptor DIP, de manera de obtener
la dirección del sistema PROFIBUS a utilizar, la cual debe ser la misma para to-
das las partes (véase subcap´ıtulo 2.1.2). Aqu´ı se configura la Tarjeta PROFIBUS
Siemens Master/Slave CP5614:
[PBMASL]
;—-INPUTS——–; entradas
; Robot como Maestro (Entradas al Robot)
INB8=5,0,x2; $in[65-80]; configura las entradas al Robot
; Robot como Esclavo (Entradas a la fábrica)
INB6=127,0,x1 ; configura las entradas hacia la fábrica modelo

;—-OUTPUTS——-; salidas
; Robot como Maestro
OUTB8=5,0,x2 ; $out[65-80] ; configura las salidas del Robot
; Robot como Esclavo (Salidas a la fábrica)
OUTB6=127,0,x2 ; configura las salidas hacia la fábrica
Para explicar las l´ıneas de programa anteriores, se dará un ejemplo:
La l´ınea INB8=5,0,x2 significa:
INB8:
IN: Entrada
B: Byt
8: octavo byt
5: Dirección PROFIBUS
0: set point, cual Entrada en ese Byt está siendo ocupada
x2: 16 bits se ocuparán (x1: 8 bits se ocuparán).
Entonces, las Entradas tienen 16 bits libres. Es lo mismo que si se utilizara:
INB8=5,0,x1
INB9=5,1,x1,
Estas dos entradas son de 8 bits (x1). La dirección 127 es para la parte Esclava
de la tarjeta CP5614/13.

3.3. Señales binarias y control del proceso
Las entradas y salidas fueron configuradas, de modo que el Robot pueda tomar
el control del proceso de la Planta. Estas señales son enviadas hacia el Esclavo
por medio del sistema de comunicación PROFIBUS. La configuración de entradas y
salidas fue lograda como sigue a continuación:
Señales binarias
OUT: Las salidas desde la unidad de control del Robot (Maestro) son entradas
para el et-200 (Esclavo).
IN: Las entradas hacia la unidad de control (Maestro) son salidas para el et-200
(Esclavo).
Salidas (OUT)
Las salidas para el accionamiento de los actuadores de la Estación son tres y
actúan a través del Esclavo. Estas salidas accionan las válvulas de control respecti-
vas. La primera salida es requerida para hacer girar la estación. Esta salida acciona
una válvula 5/2 monoestable. Cuando la válvula es accionada, la unidad basculante
es activada, de tal manera que la estación gira una vez en el sentido horario en 180◦
.
La segunda y tercera salida accionan una válvula 5/2 biestable. La segunda salida
es requerida para abrir las pinzas paralelas del dispositivo; la tercera salida es re-
querida para cerrar las pinzas paralelas. Para cerrar o abrir las pinzas paralelas con
capacidad para 6 botellas, se requiere sólo de un pulso en cada lado de la válvula.
Para girar la Estación y para que se quede en esa posición girada, se requiere de
constante accionamiento de la válvula monoestable.
Entradas (IN)
Las entradas que vienen desde la estación de reciclaje, son dos. Estas señales
vienen desde los dos sensores de posición y son enviadas por ellos hacia el Esclavo

et-200 Slave, desde donde son enviadas al Maestro. Estos sensores indican en que
posición se encuentran los pistones dentro del dispositivo. Un sensor de posición se
encuentra integrado a la unidad de pinzado y el otro a la unidad basculante.
Entrada Estado Pin, et200
OUT 68 1: Dispositivo girar en sentido horario PIN 50
true/false 0: Dispositivo hacia posición inicial
OUT 69 1: abrir Pinzas paralelas PIN 53
PULSE
OUT 70 1: cerrar Pinzas paralelas PIN 54
PULSE
Entradas Estado Pin, et200
IN 68 1: Pinzas están cerradas PIN 10
true/false 0: Pinzas están abiertas
IN 69 1: Dispositivo está girado en sentido horario PIN 13
true/false 0: Dispositivo en posición inicial
Tabla 3.1: Entradas y Salidas desde el Robot, PIN de conexión en el et200
As´ı se puede saber si es que el Dispositivo se encuentra accionado en una de
sus unidades. La Tabla 3.1 señala cual Bit será usado para el Proceso de Reciclaje
y a que Pin representa en el dispositivo esclavo et-200. Esta Tabla permite conocer
lo que hasta ahora ha sido utilizado, para futuras ampliaciones de la planta.
3.4. Programación del Robot KUKA
En las siguientes l´ıneas se explicará el funcionamiento del programa escrito en
lenguaje KUKA para el Reciclaje, el cual contiene distintos subprogramas. Cada
subprograma realizará una tarea determinada dentro del Proceso. Los programas
son independientes entre s´ı.

3.4.1. Sistemas de coordenadas
El Robot se desplaza siempre dependiente de sistemas de coordenadas (véase
Figura 3.16), los cuales son elegidos y configurados para las tareas determinadas.
Para la programación de un Robot es importante setear con anterioridad a la progra-
mación, los sistemas de coordenadas a utilizar dentro de los programas de movimien-
tos. De esta manera, cada punto elegido dentro de la trayectoria de sus seis es-
labones, pertenecerá a un sistema de coordenadas BASE y aun sistema de co-
ordenadas Herramienta (TOOL). Los sistemas de coordenadas disponibles para
los movimientos del Robot Industrial KUKA de seis grados de libertad, son los si-
guientes, obtenidos desde el catálogo KUKA de programación (véase [?]).
Figura 3.16: Sistemas de coordenadas del Robot
Sistema de Coordenadas Mundo WORLD: El sistema de coordenadas WORLD
(sistema de coordenadas universales) es un sistema de coordenadas cartesiano
situado en un punto fijo. Sirve como sistema de coordenadas de origen para los
sistemas de coordenadas BASE y ROBROOT.
Sistema de coordenadas del Robot: El origen del sistema de coordenadas
ROBROOT está siempre en la base del Robot y está referido al sistema de coor-
denadas WORLD. Ello permite definir un corrimiento del Robot hacia el sistema de

coordenadas WORLD.
Sistema de coordenadas espec´ıfico de los ejes: En el sistema de coorde-
nadas espec´ıfico de los ejes, se puede desplazar individualmente cada uno de los
ejes del Robot en la dirección axial positiva o negativa. Para ello se utilizan las teclas
de desplazamiento desde el joystik de KUKA, que permite desplazar simultánea-
mente 3 o 6 ejes.
Sistema de coordenadas BASE: El sistema de coordenadas BASE es un sis-
tema de coordenadas cartesiano. Este sistema se mide de tal modo que su origen
se encuentra en una pieza o en un dispositivo. Como el ser humano razona en coor-
denadas cartesianas, el Robot será programado en este sistema de coordenadas,
por su sencilla manera de comprensión. En el estado de suministro, el origen del
sistema de coordenadas BASE se encuentra en la base del Robot. El sistema de
coordenadas BASE está referido al sistema de coordenadas WORLD.
Sistema de coordenadas de la Herramienta TOOL:
El sistema de coordenadas TOOL es un sistema de coordenadas cartesiano.
Este sistema está posicionado de tal manera que su origen está situado en la he-
rramienta. El sistema de coordenadas TOOL está referido al sistema de coorde-
nadas BASE. El sistema de coordenadas TOOL de la herramienta es también un
sistema de coordenadas cartesiano. Su origen es posicionado en la herramienta
que se acopla al Robot, en este caso, será ubicado en el garfio de reciclaje. Este
sistema se mueve con la herramienta, cuando el Robot la desplaza dentro del área
de trabajo. Este sistema de coordenadas está referido al sistema de coordenadas
BASE. Para la programación del Robot se deben programar m´ınimo dos sistemas de
coordenadas. En otras palabras, se requiere de un sistema de coordenadas BASE
configurado en la Estación de reciclaje y un sistema de coordenadas TOOL confi-
gurado en la Herramienta, los cuales serán usados en Proceso.

3.4.2. Movimientos
Los movimientos para la programación del Robot son Movimientos PTP y Movimien-
tos LIN (véase [?]).
Movimiento punto a punto (PTP):
El movimiento punto a punto (PTP) es la manera más rápida de mover la pun-
ta de la herramienta (Tool Center Point: TCP) desde la posición actual hasta una
posición de destino programada. La unidad de control calcula para ello las dife-
rencias de ángulo necesarias para cada eje. Los movimientos en los distintos ejes
se sincronizan (PTP sincrónico) de forma que todos los ejes comiencen y terminen
el movimiento al mismo tiempo. Esto significa que sólo el eje con el recorrido más
largo, el llamado eje directriz, se desplaza con el valor l´ımite de aceleración y veloci-
dad programado. Todos los demás ejes se mueven solamente con las aceleraciones
y velocidades necesarias para alcanzar el punto final del movimiento. Este tipo de
movimiento permite alcanzar la aceleración máxima de movimiento del Robot, en
donde la trayectoria no está definida en el espacio, lo que puede ser peligroso para
efectos de colisión con objetos.
Movimiento lineal (LIN):
Para un movimiento lineal, la unidad de control del Robot calcula una recta des-
de la posición actual (en el programa, éste es el último punto programado) hasta la
posición que se indicó en la instrucción de movimiento. Para movimientos lineales se
dará la posición final de manera cartesiana. En un movimiento de este tipo el Robot
desplaza los eslabones más lentamente que un un movimiento Punto a Punto, pero
con mayor precisión. Se utilizará este movimiento cuando el Robot se encuentra en
un área de conflicto, en donde los movimientos rápidos pudieran presentar peligro.
En algunas tareas los movimientos deben ser precisos y lentos, pero se puede pro-
gramar en cortas distancias un movimiento PTP, ya que es poco probable que el
Robot no realize una trayectoria lineal entre dos puntos muy cercanos.

Movimiento circular (CIRC): Movimiento de la Herramienta con definida acele-
ración a través de un arco descrito en el espacio por el Robot. Este movimiento no
será usado en la presente Tesis, porque no se precisa para las tareas que aqu´ı se
realizarán.
Programación de un movimiento
Cuando se requiere guardar un punto del espacio, se puede seleccionar en el
menú de operación, el tipo de movimiento que se va a realizar desde ese o hacia
ese punto, la aceleración del movimiento y los respectivos sistemas de coordenadas
programar (BASE y TOOL). La siguiente Figura 3.17 representa el formulario en li-
nea para la entrega de información por parte del usuario, para los valores de progra-
mación de un movimiento (véase [?]). Cuando un punto fue seleccionado, aparece
el siguiente menú para la programación del movimiento:
Figura 3.17: Programación de un movimiento PTP
Al grabar un punto se tienen las siguientes órdenes de programa:
PTP X0 Vel= 100 % PDAT2 Tool[14]:Garfio Base[15]: Mesa

Esta linea de programa significa: el movimiento es de punto a punto (PTP), el
punto grabado se llama X0, la aceleración del movimiento está a 100 %, y los sis-
temas de coordenadas de este punto son uno de Herramienta TOOL: Garfio y uno
de BASE: Mesa.
3.4.3. Configuración de los sistemas de coordenadas
Para la programación del Robot en la presente memoria, se utilizarán tres sis-
temas de coordenadas: dos BASE-SC y un TOOL-SC.
El primer sistema de coordenadas BASE (véase Figura 3.18) fue seteado sobre
la Estación de Reciclaje. Este sistema permite que el Robot sólo requiera el conocer
un punto donde se encuentra la primera botella a reciclar, y la distancia entre dos
botellas. Gracias al sistema de coordenadas se puede desplazar al Robot hacia el
punto siguiente donde se encuentra cada botella, sin necesidad de guardar los seis
puntos para las seis botellas. El programa completo es dependiente de este sistema
de coordenadas. Si se requiriese posicionar la Estación de Reciclaje en otro lugar
dentro del laboratorio, se necesitar´ıa tan sólo desplazar con ella también el sistema
de coordenadas, quedando el programa dependiente del sistema nuevo, con los
mismos movimientos.
Figura 3.18: Sistema de coordenadas BASE: Estación
El segundo sistema de coordenadas BASE (véase Figura 3.19) fue posicionado

sobre la Paleta, donde se ubica el Tray lleno con seis botellas, posicionado por el
Robot. Con este sistema de coordenadas el Robot requiere sólo de un punto en
donde se encuentra el punto medio del TRAY sobre la Paleta y la distancia entre
ése punto y cada botella (distancia que es igual pero con distintos sentidos). Se
guardó el punto medio del TRAY donde el Robot posiciona este sobre la Paleta. Los
siguientes seis puntos donde las seis botellas se encuentran, serán generados a
partir de éste inicial. Si el TRAY se desplazara a otra dirección, se necesitar´ıa tan
sólo guardar nuevamente el punto medio del TRAY, para seguir operando con el
mismo programa.
Figura 3.19: Sistema de coordenadas
BASE: Tray Figura 3.20: Sistema de coordenadas
TOOL: Herramienta
El tercer sistema de coordenadas es un sistema TOOL o de herramienta seteado
sobre el Garfio del Robot. Con este Sistema se puede mover la herramienta del
Robot (Garfio de Reciclaje) sobre un punto fijo en el espacio (véase Figura 3.20).
3.4.4. El programa principal
El Programa principal contiene diversas Subrutinas que son llamadas desde él.
Ellas realizarán tareas determinadas en el Proceso. El accionamiento completo del
proceso es controlado por el Robot. Cuando se desea reciclar un TRAY lleno, se

debe llamar este Programa principal, el cual desarrolla las tareas en un orden deter-
minado
3.4.5. Explicación de la Programación KUKA
Separación de seis botellas desde un Tray
Como ya se explicó anteriormente se seteó un sistema Base sobre el TRAY para
poder tomar las botellas. Los Programas realizados en esta Tesis estarán siempre
dependientes de los Sistemas de Coordenadas BASE: BASE Tray y TOOL: Robot-
er Greifer. Se desplazó un Tray lleno hacia la Paleta y sobre ella fue posicionado.
Exactamente el Punto donde el Robot abre su Garfio y deja libre el Tray fue grabado
(véase Figura 3.19). Desde ese punto se desplazó el Garfio en una distancia en el
eje positivo z (hacia arriba, perpendicularmente), para alcanzar un Punto llamado
P0. Este Punto P0 será el Punto inicial del Programa Principal. Cuando se conoce
la distancia en el eje z, se puede desplazar el Garfio del Robot en la misma distan-
cia hacia abajo (eje negativo z) desde el Punto grabado P0. Esto nos permite tener
como Punto inicial a P0, un punto conocido y con distancia conocida hacia el Punto
de tomado del Tray. Se presenta un ejemplo de un programa que será usado en esta
Tesis, el cual es un Programa Ayuda y no será escrito en el programa definitivo de
esta Tesis:
As´ı se graba un punto, donde el Garfio del Robot deja el TRAY sobre la Paleta:
PTP Tray Punto Vel= 100 % PDAT2 Tool[14]:Robot Garfio
Base[15]:BASE Tray
La acción anterior para grabar un punto fue explicada más arriba. Este punto es
copiado, de tal manera que se pueda modificar su configuración:
XP0=XTray Punto

Ahora el punto P0 es igual al Tray Punto. Desde este Punto se desea desplazar
el Garfio en el eje positivo z:
XP0.z=XTray Punto.z+100
El Punto P0 fue desplazado en 100mm en el eje positivo z. Cuando P0 es gene-
rado se puede mover el Robot, la Herramienta, programando lo siguiente:
LIN P0 Vel= 2 m/s CPDAT1 Tool[14]:Robot Greifer Base[15]:BASE Tray
Con otras palabras, el Robot describe un movimiento recto de 100mm en el eje
positivo z.
Figura 3.21: Programación de toma de botellas desde el Tray
Este Punto alcanzado es el Punto inicial. En este momento se conoce, que el
Tray se encuentra una distancia de 100mm por debajo de ese Punto. El Progra-
ma completo de la toma de botellas desde el Tray será dependiente de este punto
grabado. El Robot puede con sólo éste Punto, tomar las seis botellas del Tray y des-
plazarlas a la Estación de Reciclaje. Para ello se calcularon en el Programa los seis
Puntos, donde las seis botellas se encuentran (véase Figura 3.21). Los Puntos P1,
P3 y P5 serán generados a partir de P0. Los otros Puntos para las siguientes tres
botellas de la mitad inferior serán copiados (espejo) de los Puntos P1, P3 y P5. Para
hacerlo más claro, se ha copiado un fragmento del Programa en éste cap´ıtulo. Éste

aclara como el Robot alcanza las botellas y como él las toma desde el Tray, para el
reciclaje. Cuando se ha encontrado el Punto P0 con el Programa Ayuda, se puede
programar como Punto inicial de éste Proyecto:
PTP P0 Vel= 100 % PDAT7 Tool[14]:Robot Greifer
Base[15]:BASE Tray
Cuando el Punto fue grabado, se copia para poder trabajar sobre la copia, no
perjudicando el punto anterior.
Xerste=XP0
El Punto Xerste contiene las mismas coordenadas que P0, es el mismo Punto.
Luego se logra la Posición que se desea alcanzar. El Robot tomará como primera
botella la botella en la esquina superior izquierda. La botella al medio de la fila
puede ser tomada solamente cuando el Robot ya ha tomado las botellas en ambas
esquinas de la fila. Por la forma del Tray el Robot debe girar su Garfio en un de-
terminado ángulo A, para que con esa posición pueda cerrar su Garfio y tomar la
botella (véase Figura 3.21). El Punto donde se encuentra la primera botella es igual
al Punto P0 desplazado en el eje x y en el eje y, girado en un ángulo A. Este Punto
es generado de la siguiente forma:
Xerste.x=XP0.x+40
Esto quiere decir que el Punto Xerste está ahora 40mm adelante del Punto P0,
en el eje positivo x.
Xerste.y=XP0.y+54
El Punto Xerste está ahora 54mm a la izquierda del Punto P0, en el eje y positivo.
Xerste.a=XP0.a+48
Aqu´ı el Robot gira su Garfio en el plano xy en un ángulo de 48◦
. Esto permite, que
el Garfio alcance la primera botella sin golpear las botellas en la cercan´ıa (al medio

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