Este documento describe el desarrollo de un brazo mecatrónico controlado por microcontrolador. Explica los componentes clave del brazo como motores paso a paso, estructura mecánica y circuitos de potencia y control. También define qué es un robot industrial según varias asociaciones y describe las etapas de construcción del prototipo del brazo mecatrónico.

1. BRAZO MECATRÓNICO Expositor Univ. Williams Cruz Basilio 08 de Octubre del 2007 Sucre – Bolivia

2. Introducción Hoy en día, los países evolucionados tecnológicamente, cuentan con plantas robotizadas en casi todos los procesos que involucran riesgo o contaminación, ya sea por: radiación o intoxicación. Los robots son máquinas construidas con el objeto de efectuar tareas que podrían poner en riesgo la salud o la vida. Desde el punto de vista comercial, no obstante, se los utiliza para reemplazar al hombre cuando se trata de bajar la razón de costo a productividad. Un Robot generalmente es una estructura electromecánica que en general cuenta con un brazo que puede, entre otros componentes, incluir: sensores para variables múltiples, cámaras electrónicas de observación, radio enlaces para control inalámbrico, motores para transporte etc.

3. Cont.. Estos aparatos pueden operar en reacción a estímulos o información ofrecida por sensores o pueden realizar tareas fijas con rutinas establecidas por programas almacenados. Este trabajo consiste en un prototipo que deja ver que estos sistemas, pueden diseñarse, calcularse y montarse en nuestro medio, apropiando tecnologías y satisfaciendo exigencias de funcionalidad operativa, recurriendo al trabajo multidisciplinario, adecuadamente dirigido y coordinado.

4. Cont.. La “ Asociación de Industrias Robots (RIA)” , define a un Robot Industrial, como un manipulador multifuncional reprogramable capaz de mover materia, piezas, herramientas, o dispositivos especiales, según las rutinas o trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas. La “ Organización Internacional de Estándares (ISO)” coincide con esta definición del Robot Industrial al cual lo define como: manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.

5. Cont.. Es interesante revisar la definición establecida por la “ Asociación Francesa de Normalización (AFNOR)” , que define primero el manipulador y, basándose en dicha definición, el robot: Manipulador : mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados entre sí, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puede ser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lógico. Robot : manipulador automático servo-controlado, reprogramable, polivalente, capaz de posicionar y orientar piezas, útiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoria variables reprogramables, para la ejecución de tareas variadas. Normalmente tiene la forma de uno o varios brazos terminados en una muñeca. Su unidad de control incluye un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepción del entorno. Normalmente su uso es el de realizar una tarea de manera cíclica, pudiéndose adaptar a otra sin cambios permanentes en su material.

6. Localización

7. Tamaño “ SIMULADOR ROBOTIZADO DE MOVIMIENTO CONTROLADO POR MICROCOMPUTADOR DE A BORDO “BRAZO MECATRÓNICO” su estructura se extiende a las siguientes partes: Estructura mecánica Conjunto de 4 motores paso a paso unipolares – bipolares de acción. Banco de Diodos de protección Interface de potencia Interface de control Microcontrolador BS2X y PC.

8. Factibilidad técnica económica

9. Diagrama en bloques ETAPA DE POTENCIA ESTRUCTURA MECÁNICA ORDENADOR MICROCONTROLADOR ETAPA DE COTROL

10. Etapas de construcción Objetivo Potencia de los Motores (Paso a paso, Servomotores, Continua) Estructura Mecánica Circuito de Potencia Banco de diodos de protección Circuito de Control Microcontrolador (CPU) Programación

11. Objetivo General El sistema mecatrónico, debe realizar actividades controladas por un computador auto contenido y preprogramado que controla una rutina o trayectorias variables para un sistema electromecánico en respuesta al software almacenado en una memoria y a estímulos externos ofrecidos por sensores de diferente índole.

12. Motores paso a paso Ideales para automatismos donde se requieren mecanismos muy precisos. Característica principal: se pueden mover un paso a la vez por cada pulso que se les aplica. Este paso puede variar desde 90º (4 pasos) hasta 1.8º (200 pasos). Se pueden quedar enclavados en una posición (si hay corriente por una o mas de sus bobinas) o estar totalmente libres (no hay corriente en ninguna bobina). ROTOR: varios imanes permantentes. ESTATOR: bobinas. La excitación de las bobinas debe ser exactamente manejada por un CONTROLADOR.

13. Especificaciones Tensión de operación Resistencia de los arrollamientos nº de pasos por revolución (o ángulo de cada paso) Torque o cupla disponible Velocidad máxima de operación Otros: peso, cte. máxima/bobina, etc. Resolución: número de pasos para completar una vuelta (mayor cantidad de pasos, mayor resolución).

14. Motores Unipolares, Bipolares Tienen 5 o 6 terminales, con una derivación en el centro de cada bobina. Los puntos medios(1 y 2) se conectan a c.c. y los terminales (a y b) a masa alternativamente. El rotor de la figura es un magneto de 6 polos. Cada arrollamiento o bobina está distribuido entre 2 polos en el estator.

15. Funcionamiento 2 arrollamientos excitados: posición estable, S y N, N y S enfrentados. 1 arrollamiento excitado: posición estable, N y S enfrentados. El rotor giró ½ paso . 2 arrollamientos excitados: posición estable (similar a la inicial). El rotor giró 1 paso .

16. Tipos de steppers Existen 3 tipos básicos: De reluctancia variable De imán permanente Híbridos Se diferencian por el tipo de construcción (uso o no de imanes permanentes en el rotor y estatores de acero laminado).

18. Estructura

19. Circuito de potencia

20. Cont..

22. Los microcontroladores ¿Qué es un microcontrolador? Microcontrolador (µC): Dispositivo integrado que incluye un m icroprocesador, memoria y dispositivos periféricos (dispositivos de ENTRADA/SALIDA, convertidores A/D, puerto de comunicación, etc.). Los PICS son microcontroladores de la casa Microchip .

23. Programación Ej. '{$STAMP BS2} 'Motor B Muñeca ' VARRIABLES DIRB=%1111 tiempo CON 1300 index VAR Byte 'bajar OUTB=%0001 PAUSE tiempo OUTB=%0011 PAUSE tiempo OUTB=%0010 PAUSE tiempo 'subir PAUSE tiempo OUTB=%1100 PAUSE tiempo OUTB=%0100 PAUSE tiempo OUTB=%0110 PAUSE tiempo OUTB=%0010 PAUSE tiempo OUTB=%0011 PAUSE tiempo OUTB=%0001

25. Conclusiones Es posible incorporar microcontroladores en las aplicaciones rutinarias de control automático. Los resultaos emergentes del uso de motores de paso a paso en aplicaciones de bajo torque logran movimientos de precisión aceptables para la mayoría de las aplicaciones practicas industriales. Existen las condiciones para programar microcontroladores en cuanto a capacidad humana y tecnología de laboratorios El complejo electromecánico, electrónico e informático logrado, ha demostrado que es posible integrar disciplinas con buenos resultados.

26. Ganador de l Desafío D uracell Un estudiante de New Jersey , Tom Kennedy , ganó $20 . 000 en 1999 por la presentación de su proyecto “ Dispositivo Antirobo para Computadoras Portátiles ” en la competencia de Duracell . Los ganadores del 2 nd y 3 rd lugar, también usaron un módulo BASIC Stamp II.

27. Dosificador de Azúcar en Letonia La fábrica de caramelos más grande de Letonia, emplea un BASIC Stamp II para controlar el orificio dosificador en su maquinaria de producción de caramelos .

28. Programas de Ingeniería Mecánica en Universidades Control del robot de vuelo autónomo de la Universidad de Irvine, California

29. Repetición de Disparos e Indicador LCD Barry Heacox usó un BASIC Stamp I para agregar la opción de repetición automática a su fusil de proyectiles de pintura Un LCD serial de 2x16 , muestra la cantidad de munición disponible .

30. Adquisición de Datos en las Cuevas Carlsbad– Nuevo México, California Se toman datos de humedad y temperatura con un módulo BASIC Stamp II.

31. Fin de la presentación Gracias por su Atención