REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA

MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

EFECTOR FINAL PARA USO DE ROBOT INDUSTRIAL TIPO APLICADOR

DE CEMENTO LÍQUIDO

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA

PRESENTADO POR:

Br. WILLIAN JOSÉ ABREU COLINA Br. TOMAS JOSÉ ALVARADO PIÑA

Br. DIEGO ANDRÉS HERNÁNDEZ SAAVEDRA Br. JHON JAIRO PAZ QUINTERO

FACILITADORES:

Msc. ANGEL VILLALOBOS Dr. RICARDO CARABALLO

MARACAIBO, MARZO DE 2012

ii

EFECTOR FINAL PARA USO DE ROBOT INDUSTRIAL TIPO APLICADOR

DE CEMENTO LÍQUIDO

iii

VEREDICTOS

iv

v

vi

vii

DEDICATORIA

Primeramente a Dios todo poderoso nuestro padre, por darnos la vida y la

oportunidad de cumplir esta meta trazada.

A nuestros padres por ser siempre nuestra guía y apoyo, por creer y

confiar en nosotros todo este tiempo.

A nuestros hermanos por siempre darnos fuerzas para seguir adelante en

todo momento.

A nuestros demás familiares, amigos y aquellas personas que de una

forma u otra estuvieron presentes compartiendo y brindando apoyo

incondicional en este largo camino para alcanzar tan preciada meta.

Willian, Tomas, Diego y Jhon.

viii

AGRADECIMIENTOS Primeramente a Dios Padre, por darnos la fe y el conocimiento.

A la Universidad por permitirnos haber cursado nuestras carreras en la

misma.

A nuestros tutores, Msc. Ángel Villalobos y Dr. Ricardo Caraballo, por la

ayuda, disposición y apoyo recibido en todo momento.

A nuestros padres, familiares y amigos que de una u otra manera

aportaron su apoyo a la presente investigación.

Willian, Tomas, Diego y Jhon.

ix

ÍNDICE GENERAL

CONTENIDO

PORTADA…………………………………………………………..

TÍTULO………………………………………………………………

VEREDICTOS……………………………………………...............

DEDICATORIA……………………………………………………..

AGRADECIMIENTOS……………………………………………...

ÍNDICE GENERAL…………………………………………………

ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………...

ÍNDICE DE CUADROS…………………………………………….

RESUMEN…………...……………………………………………...

ABSTRACT…………...…………………………………………….

INTRODUCCIÓN…………………………………………………...

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA

1. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN OBJETO DE

ESTUDIO…………………………………………………..………..

2. OBJETIVO GENERAL………………………………………...

2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………….

3. JUSTIFICACIÓN……………………………………………….

4. DELIMITACIÓN………………………………………………...

CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO

PÁG.

i

ii

iii

vii

viii

ix

xii

xiv

xv

xvi

1

4

4

9

9

9

11

14

x

1. ANTECEDENTES………………………………………...……

2. BASES TEÓRICAS……………………………………………

2.1. ROBOT……………………………………………………

2.1.1. DEFINICIÓN…………………………………………...

2.1.2. ROBOT INDUSTRIAL………………………………...

2.1.2.1. DEFINICIÓN…………………………………………

2.1.2.2. ANATOMÍA…………………………………………..

2.1.2.3. CONTROL…………………………………………...

2.1.2.4. SISTEMAS DE IMPULSIÓN……………………….

2.1.2.5. FLANGE……………………………………………...

2.2. EFECTOR FINAL………………………………………..

2.2.1. DEFINICIÓN…………………………………………...

2.2.2. TIPOS…………………………………………………..

2.2.2.1. PINZAS………………………………………………

2.2.2.2. HERRAMIENTAS…………………………………...

2.3. MICROCONTROLADORES……………………………

2.3.1. APLICACIONES DE LOS

MICROCONTROLADORES………………………………….

2.3.2. ARQUITECTURA BÁSICA LOS DE

MICROCONTROLADORES………………………………….

2.3.2.1. EL PROCESADOR O UCP………………………..

2.3.2.2. MEMORIA……………………………………………

2.3.2.3. PUERTAS DE ENTRADA Y SALIDA……………..

14

18

18

18

18

18

18

19

19

20

20

20

20

21

21

23

24

24

25

26

28

xi

2.3.2.4. RELOJ PRINCIPAL…………………………………

2.4. LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN……………………

2.4.1. DEFINICIÓN…………………………………………...

2.4.2. TIPOS DE LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN……

2.4.2.1. JAVA………………………………………………….

2.4.2.2. LABVIEW…………………………………………….

2.4.2.3. LENGUAJE ENSAMBLADOR O ASSEMBLER…

2.5. MOTORES DC…………………………………………...

2.5.1. DEFINICIÓN…………………………………………...

2.5.2. TIPOS DE MOTORES………………………………..

2.5.2.1. MOTOR SÍNCRONO……………………………….

2.5.2.2. SERVOMOTOR……………………………………..

2.5.2.3. MOTOR PASO A PASO……………………………

2.6. SENSORES………………………………………………

2.6.1. DEFINICIÓN…………………………………………...

2.6.2. CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES……………

2.6.2.1. SENSORES MECÁNICOS………………………...

2.6.2.2. SENSORES ELÉCTRICOS………………………..

2.6.2.3. SENSORES MAGNÉTICOS……………………….

2.6.2.4. SENSORES TÉRMICOS…………………………..

3. SISTEMA DE VARIABLES…………………………………….

3.1. DEFINICIÓN NOMINAL…………………………………

3.2. DEFINICIÓN CONCEPTUAL…………………………..

29

29

29

29

30

30

30

31

31

31

31

32

32

32

32

33

33

33

33

33

34

34

34

xii

3.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL………………………….

CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO

1. TIPO DE INVESTIGACIÓN…………………………………...

2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN…………………………...

3. TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS………………

4. POBLACIÓN……………………………………………………

5. METODOLOGÍA UTILIZADA…………………………………

6. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES………….

CAPÍTULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

1. ANÁLISIS DE LOS DATOS Y DISCUSIÓN DE LOS

RESULTADOS……………………………………………………...

1.1. ANÁLISIS SEGÚN CADA FASE……………………….

CONCLUSIONES…………………………………………………..

RECOMENDACIONES…………………………………………….

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………

ANEXOS……………………………………………………………..

A. INSTRUMENTO DE VALIDACIÓN…………………………..

B. CODIFICACIÓN ASSEMBLER DEL LAZO DE CONTROL.

C. PANEL DE CONTROL (LABVIEW)..………………………...

D. DIAGRAMA DE BLOQUES (LABVIEW)…………………….

E. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES…………………….......

34

36

36

37

39

40

42

46

52

52

52

78

80

81

84

85

92

93

93

94

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURAS

1. Diagrama de bloques del efector final……………………….

2. Diagrama de flujo general del funcionamiento……………...

3. Diagrama de flujo de la IHM…………………………………..

4. Diagrama de configuración inicial del PIC…………………..

5. Diagrama de lógica de control del PIC………………………

6. Modelo del circuito impreso…………………………………..

7. Despiece de las partes mecánicas que conforman el

prototipo……………………………………………………………...

PÁG.

56

58

62

63

65

68

70

xiv

ÍNDICE DE CUADROS

CUADROS

1. Materiales y equipos a utilizar………………………………..

2. Cuadro de actividades…………………………………………

3. Cronograma de actividades…………………………………..

4. Especificación de los componentes utilizados……………...

PÁG.

41

46

48

73

xv

Abreu C. Willian J, Alvarado P. Tomas J, Hernández S. Diego A, Paz Q. Jhon J. EFECTOR FINAL PARA USO DE ROBOT INDUSTRIAL TIPO APLICADOR DE CEMENTO LÍQUIDO. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Mención Automatización y Control. Maracaibo. 2012.

RESUMEN

El presente estudio tuvo como propósito fundamental el diseño y desarrollo de un efector final para uso de robot industrial tipo aplicador de cemento líquido. La investigación se ubicó dentro de un enfoque proyectivo, descriptivo, de campo, transversal y no experimental. Para la recolección de los datos del presente estudio, se empleó la observación directa o simple. Se aplicó a una población de objeto; constituida por los materiales y equipos utilizados. El instrumento empleado, es la verificación por un experto en el área de robótica para comprobar el cumplimiento de los objetivos. Todo lo anterior para analizar el funcionamiento del proceso de control efectivo. Esta investigación está basada en nueve fases expuestas por José María Angulo (1986), para el desarrollo de un efector final para uso de robot industrial tipo aplicador de cemento líquido, que domine y capte correctamente instrucciones de programación para realizar movimientos: Fase I: Definición de las especificaciones; Fase II: Esquema general del hardware; Fase III: Ordinograma general; Fase IV: Adaptación entre hardware y software; Fase V: Ordinogramas modulares y codificación del programa; Fase VI: Implementación del hardware; Fase VII: Depuración del software; Fase VIII: Integración del hardware y software; Fase IX: Construcción del modelo definitivo y pruebas finales. El análisis de los resultados señala, que el recurso más preciso y accesible para garantizar el control de instrucciones y visualización de un efector final tipo aplicador de cemento líquido, es la herramienta gráfica para pruebas, control y diseño LabVIEW; conjuntamente comunicado con un microcontrolador destina a gestionar la lógica de control y facilitar el envío y recepción de comandos y variables del efector. Se dio cumplimiento a todos los objetivos propuestos. Palabras Clave: Efector final, robot industrial, cemento líquido.

xvi

Abreu C. Willian J, Alvarado P. Tomas J, Hernández S. Diego A, Paz Q. Jhon J. END EFFECTOR FOR USE OF INDUSTRIAL ROBOT TYPE APPLICATOR OF LIQUID CEMENT. Dr. Rafael Belloso Chacín University. Engineering Faculty. Electronics School. Mention Automatization and Control. Maracaibo. 2012.

ABSTRACT

The present study had as fundamental intention the design and development of an end effector for use of industrial robot type applicator of liquid cement. The investigation was located within a projective, descriptive approach, of field, cross-sectional and non-experimental. For the harvesting of the data of the present study, the direct observation or simple was used. It was applied to an object population; constituted by the materials and used equipment. The used instrument is the verification by an expert in the robotics area to verify the fulfillment of the objectives. All the previous one to analyze the operation of the process of effective control. This investigation is based on nine phases set out by Jose Maria Angle (1986), for the development of an end effector for use of industrial robot type applicator of liquid cement, that dominates and catches instructions of programming correctly to make movements: Phase I: Definition of the specifications; Phase II: General scheme of hardware; Phase III: General flow sheet; Phase IV: Adaptation between hardware and software; Phase V: Modular flow sheets and codification of the program; Phase VI: Implementation of hardware; Phase VII: Purification of software; Phase VIII: Integration of hardware and software; Phase IX: Final construction of the definitive model and tests. The analysis of the results indicates, that the resource most precise and accessible to guarantee the control of instructions and visualization of an end effector type applicator of liquid cement, is the graphical tool for tests, control and design LabVIEW; jointly communicated with a microcontroller, it destines to manage the control logic and to facilitate the shipment and reception of commands and variables of the effector. Fulfillment occurred to all the proposed objectives. Key words: end effector, industrial robot, liquid cement.

INTRODUCCIÓN

El siglo XXI constituye una época donde uno de los objetivos primordiales

es el desarrollo de nuevas tecnologías que faciliten las labores de los seres

humanos. Por ello, la automatización se presenta como una de las

respuestas a esta interrogante. El principal enfoque de la automatización

tiene lugar en los procesos industriales, donde se requieren realizar

actividades que muchas veces pueden ser peligrosas para la intervención

laboral humana, y a su vez no es suficientemente adecuada para la

producción en masa que pueda requerir una empresa.

En la actualidad, los robots industriales están destinados a hacer una

infinidad de tareas dentro de la industria, presentando ventajas tales como

repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración

con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de

trabajo.

Los robots industriales tienen infinidades de aplicaciones, y para que los

mismos puedan ejecutarlas, en la muñeca del brazo del robot de propósito

general es colocado un efector final; este será el dispositivo que se

encargará de realizar la tarea específica que es requerida. El efector final es

parte de las herramientas de uso especial para un robot, y existe una amplia

gama de efectores necesarios para cumplir una gran variedad de funciones

de trabajo diferentes, clasificados como pinza o herramienta.

2

Esto es razón suficiente para incursionar en el área de la robótica

industrial, diseñando un efector final que más adelante pueda ser utilizado en

la industria venezolana, a pesar de que existen infinidades de aplicaciones

para los robots industriales, en este proceso de investigación se enfatiza que

no existen muchos diseños para aplicadores de pegamentos. De esta

manera, el propósito de esta investigación consiste en diseñar un efector

final tipo aplicador de cemento líquido.

La misma se desarrolla en cuatro (04) capítulos; a saber: El primero de

ellos plantea el problema presente en la investigación y los objetivos

propuestos para cumplir la resolución de la problemática, de igual manera se

plantea la justificación y la delimitación.

En el segundo capítulo, se analizan los antecedentes y las bases teóricas

utilizadas como fundamento en la investigación y son definidas las variables.

El tercer capítulo define el tipo de investigación, el diseño y la

metodología utilizada para el alcance de los objetivos, y asimismo se

encuentran la técnica de recolección de los datos, la población, el cuadro

y cronograma de actividades.

Finalmente, en el cuarto capítulo, se exponen los datos y los resultados

de la investigación son analizados y discutidos, para poder concluir sobre

ellos y realizar las recomendaciones necesarias.