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Zaragoza, SEPTIEMBRE 2011. AUTOR: Víctor MartínezYagüe. DIRECTOR: Francisco Javier Brosed. ESPECIALIDAD: Ingeniería Técnica Mecánica. DOCUMENTO 1/2 MEMORIA DISEÑO DE UN PUESTO DE PRÁCTICAS CON UN ROBOT Y UN SOPORTE PARA UN SISTEMA DE VISIÓN Y CREACIÓN DE LOS GUIONES DE PRÁCTICAS. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 2 RESUMEN DEL TRABAJO REALIZADO. El proyecto consiste en el diseño de un puesto de prácticas con un robot y un soporte para un sistema de visión y la realización de tres guiones de prácticas que servirán como punto de partida cuando el puesto esté creado. El diseño se divide en dos partes: una es el diseño de la zona de trabajo del robot compuesto por un verjado de seguridad que delimite la zona de trabajo y los sistemas de seguridad que eviten posibles accidentes. El segundo es el diseño de un soporte de visión artificial y elección de los equipos que lo conforman con el que, en futuros proyectos tras modelar y calibrar estos equipos, se puedan utilizar para la realización de mediciones de piezas con geometría compleja. El robot utilizado será el modelo KUKA KR3 propiedad de la Universidad de Zaragoza. Los guiones de prácticas incluyen: las medidas de seguridad en la zona de trabajo del robot, la definición de bases y herramientas en Solid Edge, el trabajo a realizar en el simulador KUKA Sim y movimientos de comprobación de las bases y herramientas definidas. Con ello se pretende que los alumnos aprendan a utilizar las bases y herramientas para definir los movimientos de un robot y que conozcan los riesgos existentes en el trabajo con los mismos. Con la construcción de este puesto de prácticas existirá la posibilidad de que otras asignaturas como: Tecnología mecánica, Fundamentos de la tecnología eléctrica, Automatización industrial, Seguridad y Prevención de Riesgos en procesos industriales, entre otras, puedan realizar también prácticas en este puesto. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 3 ÍNDICE: 1. INTRODUCCIÓN........................................................................................6 1.1. Marco del proyecto...............................................................................6 1.2. Objetivos y alcance del proyecto..........................................................9 1.3. Ubicación...........................................................................................10 1.4. Resumen del presupuesto.................................................................10 1.5. Realizador del proyecto. Fecha y Firma.............................................12 2. CONOCIMIENTOS PREVIOS...................................................................13 2.1. Robot utilizado para las prácticas......................................................14 2.2. Uso de bases y herramientas con el robot.........................................16 2.3. Movimientos del robot........................................................................20 2.4. Funcionamiento de los sistemas de visión artificial............................21 3. EXPLICACIÓN DEL PUESTO DE PRÁCTICAS.......................................26 3.1. Diseño de la zona de trabajo del robot...............................................26 3.1.1. Introducción. ...............................................................................26 3.1.2. Alcance del robot KR3................................................................28 3.1.3. Puerta de acceso........................................................................31 3.1.4. Interruptor de seguridad..............................................................31 3.1.5. Entrada de la pieza en la zona de trabajo...................................35 3.1.6. Seguridad en el área de riesgo...................................................35 3.1.7. Elementos indicativos. Dispositivos lumínicos............................ 36 3.1.8. Dispositivos de paro de emergencia...........................................37 3.1.9. Conclusiones y resumen del presupuesto..................................37 3.1.10. Búsqueda de información........................................................39 3.2. Diseño del soporte de medición.........................................................40 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 4 3.2.1. Introducción. ...............................................................................40 3.2.2. Láser...........................................................................................46 3.2.2.1. Introducción.........................................................................46 3.2.2.2. Láseres posibles para el diseño del conjunto......................47 3.2.2.3. Tabla resumen de los láseres..............................................51 3.2.2.4. Elección del láser.................................................................52 3.2.2.5. Enlaces visitados para la obtención de información............52 3.2.3. Cámara web................................................................................53 3.2.3.1. Introducción.........................................................................53 3.2.3.2. Webcams posibles para el diseño del conjunto...................54 3.2.3.3. Tabla resumen características Webcams............................57 3.2.3.4. Elección de la Webcam.......................................................59 3.2.3.5. Enlaces visitados para la obtención de información............59 3.2.4. Diseño del soporte formado por dos cámaras y un láser............60 3.2.4.1. Despiece soporte montado..................................................63 3.2.4.2. Despiece conjunto cámara. .................................................66 3.2.4.3. Despiece conjunto láser.......................................................71 3.2.4.4. Tabla resumen. Piezas a fabricar y piezas comerciales......74 3.2.4.5. Montaje del soporte.............................................................75 3.3. Definición de bases y herramientas para la medición de las piezas..76 3.3.1. Fase inicial..................................................................................77 3.3.2. Definición de bases.....................................................................78 3.3.3. Definición de herramientas.........................................................81 3.3.4. Trabajo con los robots. ...............................................................85 3.3.5. Desarrollo del trabajo en el robot KR3........................................89 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 5 3.3.6. Desarrollo del trabajo en el robot KR5........................................90 4. PRESUPUESTO.......................................................................................92 4.1. Presupuesto zona de trabajo del robot. .............................................92 4.2. Presupuesto soporte de visión...........................................................94 4.3. Presupuesto del equipo de medición.................................................95 4.4. Resumen del presupuesto.................................................................95 5. EXPLICACIÓN DE LA REALIZACIÓN DE LOS GUIONES DE PRÁCTICAS.....................................................................................................96 5.1. Introducción. ......................................................................................96 5.2. Objetivos de las prácticas..................................................................96 5.3. Forma de trabajo y asignación de tiempos a las sesiones.................97 6. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO.................................................99 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................................99 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 6 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. Marco del proyecto. El proyecto surge a raíz de varios proyectos de investigación realizados por el Departamento de Fabricación de la Universidad de Zaragoza, en base al “Modelado de un robot manipulador antropomórfico de seis ejes y de un sensor de triangulación láser para la medición de piezas de geometría compleja” y de los conocimientos y prácticas existentes en la asignatura FIO (Fabricación Integrada por Ordenador). Estos proyectos exponen el modelado de un sensor óptico por triangulación láser integrado con un robot manipulador para la medición de piezas de geometría compleja. El modelo del sistema integrado tiene en cuenta el sensor y la geometría del manipulador así como la posición relativa de los elementos durante el proceso de medición. Con el desarrollo de estos proyectos las empresas de un sector productivo tan competitivo y estratégico para nuestra economía como es el de la automoción y su industria auxiliar, sujeto a niveles de exigencia cada día más elevados, podrán disponer de mejores sistemas de inspección en línea de alto rango y altamente funcionales a un precio económico, lo que permitirá elevar su grado de competitividad garantizando la calidad del 100% de sus productos para diversos criterios a un coste de inspección asumible e intentando conseguir los cero defectos. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 7 Las prácticas y conocimientos impartidos en la asignatura FIO nos van a servir como punto de partida ya que contienen conocimientos acerca del manejo del robot, declaración de bases, declaración de herramientas y otros aspectos relacionados con la robótica. Con la realización de este proyecto se pretende crear un puesto de prácticas para el manejo de un robot manipulador antropomórfico de seis ejes que se asemeje a los puestos de trabajo de robots que existen hoy en día en las empresas. Además del manejo del robot se ha realizado el diseño de un soporte de visión que con el desarrollo de este proyecto sólo servirá para realizar las comprobaciones de la asignación de bases y herramientas tanto al soporte como a la pieza. Dejaremos como trabajo futuro la creación, calibración y modelado del soporte de visión para que los alumnos puedan realizar prácticas de medición con el equipo diseñado. El puesto de prácticas contará con una zona segura donde trabaje el robot de KUKA, modelo (KR3). En este puesto los alumnos aprenderán los elementos de seguridad necesarios y los métodos de trabajo que rigen en las empresas que trabajan con uno o varios robots. También será necesario enseñar las instrucciones necesarias para trabajar con programas de CAD, en este caso utilizaremos Solid_Edge para la definición de bases y herramientas, y aprenderán también a utilizar el simulador que proporciona KUKA, para realizar pruebas del manejo y movimientos del robot, antes de realizar los movimientos con el robot físico. Todas estas acciones se realizarán en el mismo aula donde está situado el robot ya que está provista con todo el soporte informático necesario. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 8 Como se ha comentado de forma introductoria, el puesto de prácticas se ha diseñado lo más parecido al mundo laboral, intentando que su coste sea el menor posible, pero con unas especificaciones mínimas para que los alumnos comprendan todos los conocimientos que se les quiere transmitir en las prácticas. El diseño del soporte se ha creído apropiado realizarlo con elementos cotidianos que nos rodean hoy en día, como son el láser y las webcam, demostrando a su vez que para investigar no es necesario poseer unos equipos muy sofisticados y caros sino tener claro qué es lo que se quiere conseguir y los requisitos mínimos para obtener los resultados previstos. Estos resultados previstos son el aprendizaje de los alumnos. Para otro tipo de investigaciones más técnicas estos elementos se quedarán escasos y será necesario utilizar unos equipos con unas características superiores. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 9 1.2. Objetivos y alcance del proyecto. Este proyecto tiene un objetivo global que es la creación de un puesto de prácticas. Como antecedentes a este proyecto hay creadas unas prácticas del manejo del robot en la asignatura de FIO y una serie de trabajos realizados por el departamento de Fabricación de la Universidad de Zaragoza, comentados anteriormente y expuestos de una forma más extensa en el anexo 2 “Conocimientos previos”. En este proyecto se han abordado los siguientes objetivos:  Diseño de una zona segura para que trabaje el robot.  Diseño del soporte de medición.  Creación de los guiones de prácticas. El alcance del proyecto es el diseño del puesto de prácticas y el desarrollo de los guiones de prácticas. Estos guiones de prácticas serán tres y contendrán información acerca de la seguridad en la zona de trabajo del robot, definición de bases y herramientas en Solid Edge y por último el trabajo con el simulador KUKA Sim y el robot. Como sólo se ha diseñado y no se ha creado, quedará para futuros proyectos todo lo relacionado con el análisis de imagen del equipo de medición, la puesta en marcha de la construcción del puesto y la puesta a punto del puesto de prácticas. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 16 2.2. Uso de bases y herramientas con el robot. En este proyecto se han utilizado la definición de bases y herramientas para situar elementos como: el robot, el soporte diseñado, la referencia de la pieza en la mesa y la pieza ejemplo a medir. Debe quedar claro que el uso de bases y herramientas no es sólo aplicable al trabajo de un robot con el sistema de visión diseñado en este proyecto, sino que su utilización puede adaptarse a infinidad de elementos como por ejemplo pistolas de soldadura, difusores de pintura, diseños de una herramienta propia y un sinfín de elementos, siempre y cuando sepamos cómo utilizarlas. Por eso en este apartado vamos a explicar de forma resumida cómo se han utilizado las bases y herramientas en este proyecto, explicando ambos conceptos y definiendo como objetivo de las prácticas la utilización de las mismas. Las bases y herramientas del robot serán asignadas en el simulador KUKA Sim con las mediciones de cada elemento obtenidas del diseño en CAD. Estas bases y herramientas son utilizadas para definir elementos que serán reconocidos en el espacio por el propio robot. Para describir la posición y la orientación de los distintos objetos en el espacio (por ejemplo, la base del robot (Base Robot), el extremo de la brida del robot (Tool_01), los orificios a medir de la pieza (Tools), la base del sistema de visión (Láser Cámara) o los objetos que serán manipulados por el robot) hemos utilizado sistemas de referencia. Nuestro sistema de referencia es el conjunto de ejes “X, Y, Z” tal que los ejes “X” e “Y” forman entre sí un ángulo recto, y el eje “Z” se obtiene como producto vectorial entre el eje “X” y el eje “Y”. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 17 FIGURA 2-3. Sistema de referencia. Estos sistemas de referencia son solidarios con los objetos que representan. Para realizar las transformaciones entre los distintos sistemas de referencia que intervienen se utilizarán matrices de traslación y rotación. Las posiciones y orientaciones de los objetos se refieren a un sistema de coordenadas fijo en el universo denominado “Base World”, y dado que sólo tenemos un robot en el diseño de nuestra celda la “Base Robot” la haremos coincidir con la “Base World”.  Definición de un punto en el espacio. Un punto en el espacio se define mediante un vector posición de dimensión 3 x 1 (X, Y, Z). Como comentamos anteriormente, asociamos un sistema de referencia a cada uno de los objetos que intervienen en el espacio del robot. Para describir la orientación de un elemento en el espacio se agrega un sistema de referencia solidario con el elemento y se describe la orientación relativa de este sistema de referencia con respecto a otro mediante los parámetros (A, B, C). Esta orientación relativa de un sistema de referencia respecto a otro se representa mediante una matriz de rotación. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 18 FIGURA 2-4. Dos sistemas de referencia. Cuando se describe un sistema de referencia, se debe indicar tanto su posición como su orientación respecto de algún sistema de referencia fijo. Se necesita un vector de posición que señale su origen y una matriz de rotación respecto del sistema de referencia fijo. Así da lugar a los seis parámetros que deberemos definir para indicar la posición de cada uno de los elementos, estos son: X, Y, Z, A, B, C.  Definición de base. Es un sistema de referencia que está fijo en el espacio, independientemente de si el robot cambia de posición. Todas las bases que se definan en nuestro diseño estarán referidas a la “Base World”. Si trasladamos la “Base World” a otra ubicación, la “Base Robot” estará referenciada a la “Base World” y la “Base Láser Cámara” y “Base Referencia Pieza” seguirán manteniendo la misma posición respecto a la “Base Robot”. A la hora de trabajar con bases daremos la definición de su posición respecto de la Base Robot. La principal ventaja del uso de bases es que si realizamos los movimientos de las herramientas del robot con respecto a la “Base Láser Cámara”, si el soporte MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 19 de visión cambia de ubicación, sólo deberemos definir en el control del robot el cambio de ubicación de esta base con respeto a la “Base Robot”, sin tener que modificar cada una de las posiciones definidas de las herramientas en la base.  Definición de Tool (herramienta). Es un sistema de referencia fijo al elemento que lo asignamos. Este sistema de referencia se mueve solidario con el elemento al que ha sido asociado y su origen de coordenadas se conoce como “BRIDA”. Esta “BRIDA” es la herramienta por defecto del robot y su posición en el sistema de referencia robot, está fijada por los parámetros del modelo del robot. Esta Tool ha sido el sistema de referencia elegido para definir el resto de herramientas.  Ilustración gráfica de los sistemas de coordenadas de base y herramienta. FIGURA 2-5. Sistemas de coordenadas de base y herramienta. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 20  WORLD, universal o global de la célula, es fijo.  ROBOT, o global del mecanismo, por defecto coincide con WORLD y si se cambia se define respecto del WORLD.  BASE, sistema de coordenadas de la zona de trabajo, definido respecto de WORLD.  BRIDA, es la herramienta por defecto del robot, su posición en el Sistema Referencia ROBOT está fijada por los parámetros del modelo del robot.  TOOL o local de la herramienta, definida respecto de la BRIDA. 2.3. Movimientos del robot. Hay tres tipos de movimiento que se podrán realizar con el robot:  Movimiento punto a punto (PTP). El robot desplaza el TCP al punto de destino a lo largo de la trayectoria más rápida. La trayectoria más rápida no es, por regla general, la trayectoria más corta y por ello no es una recta. Dado que los ejes del robot se mueven de forma rotacional, las trayectorias curvas pueden ser ejecutadas de forma más rápida que las rectas. No puede predecirse la trayectoria exacta.  Movimiento lineal (LIN). Podemos dirigir la trayectoria del movimiento. El robot conduce el TCP con una velocidad definida al punto de destino a lo largo de la trayectoria más corta. El trayecto más corto es siempre una recta. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 21  Movimiento circular. Como en el movimiento lineal comentado en el punto anterior, el movimiento circular también permite controlar la trayectoria. La trayectoria queda definida por el punto de arranque, un punto intermedio y el punto de destino. 2.4. Funcionamiento de los sistemas de visión artificial. La visión artificial es una disciplina que engloba todos los procesos y elementos que proporcionan ojos a una máquina. Las estructuras del mundo tridimensional que se pueden deducir en visión artificial incluyen no sólo sus propiedades geométricas (forma, tamaño y localización de objetos), sino también sus propiedades materiales (color, iluminación, textura y composición). La visión tanto para un hombre como para un ordenador consta principalmente de dos fases: captar una imagen e interpretarla. A pesar de la complejidad que presenta el ojo humano, la fase de captación de imágenes hace mucho tiempo que está resuelta. El ojo del ordenador es la cámara y su retina un sensor que es sensible a la intensidad luminosa. Así que en la visión artificial lo que resta es interpretar las imágenes, distinguir los objetos de la escena, extraer información de ellos y resolver aspectos más particulares según las necesidades que se deseen satisfacer. Las tareas de procesado consisten en algoritmos matemáticos que calculan nuevas intensidades luminosas para los pixels y la mayoría, aunque sencillos, consumen gran cantidad de tiempo de cálculo, tanto mayor cuanta mayor MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 22 resolución tenga la imagen. Representa un inconveniente cuando se pretende que el ordenador sea capaz de ver en tiempo real, es decir, que responda de forma casi instantánea a cómo se producen las imágenes frente a sus ojos. Para que un sistema funcione en tiempo real en necesario estudiar todos los métodos posibles y la forma de realizarlos con la menor carga computacional posible.  Etapas de un sistema de visión artificial. FIGURA 2-6. Etapas de un sistema de visión artificial. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 23  Componentes de un sistema de visión. Todo sistema de visión tendrá unos componentes mínimos aunque en función de los resultados que deseemos obtener podremos añadir o suprimir algún elemento para obtener mediciones 2D o mediciones 3D (visión estéreo). o Subsistema de iluminación: conjunto de elementos que producen una radiación electromagnética que incide sobre los objetos a visualizar. Por ejemplo: láseres, lámparas… o Subsistema de captación: son los elementos que convierten la radiación luminosa reflejada en señales eléctricas. Fundamentalmente se habla de sensores CCD o CMOS. o Subsistema de adquisición: la señal eléctrica procedente de las cámaras forma la señal de vídeo. Hay una tendencia creciente a que su naturaleza sea de tipo digital, pero todavía existen muchas señales de carácter analógico. Para ser tratadas hay que muestrearlas y cuantificarlas. Ambas tareas son realizadas por las tarjetas de adquisición. Existen diferentes tipos de buses desde PCI hasta VMP. Recientemente también se están empleando las tecnologías USB o FireWire. o Subsistema de procesamiento: suele ser un ordenador o clúster de ordenadores, dependiendo de los algoritmos de visión artificial. Parten de una representación digital de las imágenes y procesan esta información hasta alcanzar otro tipo de información de más alto nivel. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 24 o Subsistemas periféricos: conjunto de elementos receptores de la información de alto nivel. Puede ser un monitor, un automatismo, una impresora mostrando las características… La posibilidad de dotar a las cámaras de un filtro que les permita recibir la misma longitud de onda que el subsistema de iluminación, permite centrar la atención de éstas en una región de la imagen donde visualizar exclusivamente lo deseado, despreciando la exploración del resto.  Modos de medición. o Con la utilización de una cámara y un láser obtendremos una imagen para la medición del elemento en 2D. FIGURA 2-7. Medición cámara y láser. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 25 o Con la utilización de dos cámaras obtendremos una imagen para la medición del elemento en 3D (Estéreo binocular). Sin la utilización de un subsistema de iluminación como el láser, se nos podrán presentar inconvenientes como sombras en el elemento que dificulten el análisis de la imagen. FIGURA 2-8. Medición con dos cámaras. o Con la utilización de dos cámaras y un láser obtendremos una imagen para la medición del elemento en 3D utilizando el láser como subsistema de iluminación. Si disponemos de dos imágenes de una misma escena tomadas desde dos posiciones diferentes conocidas, y si podemos identificar en ambas los dos puntos correspondientes a un mismo punto P de la escena, entonces podremos calcular por triangulación la posición del punto P en el espacio. La principal dificultad es identificar los pares correspondientes de puntos de imagen. En el apartado de diseño del soporte de medición podremos apreciar que el soporte puede realizar cualquiera de estos modos de medición comentados anteriormente. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 32 de extracción del accionador permite a los interruptores de seguridad evitar que la puerta protectora se abra involuntariamente. Estos dispositivos incluyen los sistemas programables de seguridad. FIGURA 3-5. Interruptor PSENmench. Precio PSEN me 1S: 2 x 111,5 € = 223 €. Para que estos dispositivos de seguridad produzcan la parada de emergencia del robot han de conectarse al mismo de alguna forma. El esquema eléctrico del interruptor es el siguiente: MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 33 FIGURA 3-6. Circuito del interruptor. El esquema de la figura indica que cuando el interruptor esté cerrado dará una señal y cuando esté abierto no emitirá ninguna señal. Una vez tenemos claro que el interruptor es el encargado de enviar la señal, lo siguiente que nos falta es un receptor que la reciba, la interprete y dé la orden de actuación pertinente al robot. Para que esto sea posible se podrían dar varias soluciones posibles: la primera de ellas sería conectar un autómata entre el interruptor y el robot para que recibiendo la señal del interruptor enviase la orden de actuación al robot. La segunda opción, que es la que hemos escogido para este proyecto, es utilizar el robot como autómata ya que en el panel de control del robot se encuentra el conector X11, que posee una serie de acciones similares al funcionamiento del autómata. FIGURA 3-7. Conector X11. Este conector tiene un número definido de entradas y salidas que interactúan con el robot según unas señales. En el esquema de la FIGURA 3.8 podemos apreciar que hay dos canales de seguridad: MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 34 FIGURA 3-8. Esquema del conector X11. Nuestros dos interruptores irán conectados a la entrada 20 y 21 como External E-STOP (Emergency STOP) y las salidas al 1 y 2. De tal forma que cuando abramos la puerta, la ESC (Electronic Safety Circuit) recibirá una señal de que el interruptor está abierto, y enviará una señal para que el robot realice una parada de emergencia. Para poder volver a trabajar se tendrá que cerrar la puerta y resetear la alarma. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 35 3.1.5. Entrada de la pieza en la zona de trabajo. El aporte de material para el puesto de prácticas serían las distintas piezas a medir por el sistema. El robot manipulador es el que cogería la pieza colocada en el lugar asignado y procedería a realizar los movimientos para la correcta medición. Las medidas de prevención a tomar para que el alumno no entre en la zona de trabajo será habilitar un hueco en la verja de la zona de trabajo por el que pueda coger la pieza. Como hemos comentado anteriormente, las piezas a medir se dejarán ya dentro de la zona de trabajo, así que el aporte de material no se efectuará desde el exterior. No obstante en el anexo 3 mostraremos a los alumnos posibles formas de realizar un aporte de material desde el exterior de la zona de trabajo sin interrumpir la acción que esté realizando el robot. 3.1.6. Seguridad en el área de riesgo. Estos dispositivos son muy importantes a la hora de trabajar en la zona de riesgo, es decir, dentro del puesto de trabajo del robot. En la realización de operaciones de mantenimiento, calibración y ajustes, se puede dar el caso de que exista algún punto oculto a la vista, que alguien cierre la puerta con los elementos de seguridad, rearme el robot y se ponga en marcha de tal forma que produzca un accidente a la persona que se encuentre dentro. Por este motivo debe instalarse un elemento de seguridad adicional, como una alfombra sensible o una seta de emergencia, que proteja a la persona que se encuentre dentro del vallado. Para el caso de nuestro puesto de prácticas será el botón de MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 36 paro de emergencia de la consola que llevará consigo la persona situada en el interior. 3.1.7. Elementos indicativos. Dispositivos lumínicos. Estos dispositivos muestran de forma visual si el robot está en funcionamiento, reposo, parada de emergencia, etc. Dependiendo del significado atribuido a cada color, hay colores universales ya establecidos como el verde indicando funcionamiento, o el rojo indicando paro. Estos dispositivos se utilizan cuando hay varias máquinas dentro de la célula o un alto número de movimientos. En el diseño de nuestro puesto de prácticas, sólo será necesario indicar con un dispositivo lumínico de color los momentos en los que el robot esté en movimiento. El robot ya tiene un dispositivo lumínico naranja en la parte superior de su cuerpo que se enciende mientras el robot se mantiene en movimiento, por lo tanto aprovecharemos para conectarlo al dispositivo lumínico que situaremos en la verja. FIGURA 3-9. Dispositivo lumínico de tres colores FIGURA 3-10. PIT si 1.1 muting lamp. Precio: - PIT si 1.1 muting lamp: 35 €. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 37 3.1.8. Dispositivos de paro de emergencia. La colocación de estos dispositivos de paro de emergencia ha de ser adecuada. En el caso de nuestra célula, no va a ser necesario añadir ninguno, ya que tenemos dos de instalados, y con los cierres de la puerta la seguridad del puesto de prácticas queda garantizada. La localización se encuentra: uno en el panel de mando del robot y otro en la consola del robot. FIGURA 3-11. Dispositivo de paro de emergencia. 3.1.9. Conclusiones y resumen del presupuesto. Toda la información mostrada en este documento acerca de la seguridad y prevención en el área de trabajo de robots, es un resumen de la información contenida en el anexo 3 de las medidas de prevención que pueden ser instaladas en el puesto de prácticas. Ya que esta instalación se realiza para docencia este puesto de prácticas podrá adecuarse a la realización de prácticas de alguna asignatura que no se haya contemplado en este proyecto, como prevención de riesgos, electrónica, automatización de procesos, metrología, dejando un campo muy amplio de posibilidades de utilización. También hay que destacar que como en todo lo MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 38 que hay que invertir dinero, se ha intentado diseñar la zona de trabajo del robot con el menor coste posible de la instalación. Por lo tanto simplificaremos al máximo la instalación pero asegurando que cumple con los requisitos para que los alumnos comprendan el modo de funcionamiento de cada uno de los elementos y cómo es la zona de trabajo simplificada de un robot que el día de mañana los alumnos encontrarán en las empresas adecuándonos lo máximo posible a la norma. Cabe destacar que cuando se lleve a cabo la implementación de este puesto de prácticas podrá ser susceptible de cambios en cuanto a los elementos que la conforman debido a que la Universidad puede contar con ofertas de proveedores asociados pero estará guiado por este diseño.  Los elementos indispensables a instalar serían: o Verja de seguridad para la zona de trabajo del robot. Coste: 4 postes esquineros: 4 x 78,3 € = 313,2 €. 4 postes centrales: 4 x 70,9 € = 283,6 €. 1 puerta sencilla (anchura 1500 mm): 103,4 €. 7 verjas (anchura 1500 mm): 7 x 149,6 € = 1047,2 €. o Interruptores de seguridad para el cierre de la puerta. PSEN me 1S: 2 x 111,5 € = 223 €. o Dispositivos lumínicos. PIT si 1.1 muting lamp: 35 €. COSTE TOTAL DE LA INSTALACIÓN = 2005,4 €. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 39 Dado que el coste de la instalación es un poco elevado, podríamos mencionar una medida de ahorro que hiciese rebajar el coste de la instalación. El plan de ahorro que se propone es buscar una colocación de la zona de trabajo de tal forma que dos de los lados de la verja sean una pared y de esta forma sólo tendríamos que comprar la mitad de las protecciones: - 1 postes esquineros: 1 x 78,3 € = 78,3 €. - 2 postes centrales: 2 x 70,9 € = 141,8 €. - 4 verjas (anchura 1500 mm): 4 x 149,6 € = 598,4 €. Ahorro = 818, 5 € COSTE TOTAL CON EL PLAN DE AHORRO = 1186,9 €. 3.1.10. Búsqueda de información. - Catálogo Kaiser-Kraft. Verja de protección. www.kaiserkraft.com - Catálogo Brühl. Verjas y elementos de seguridad. - Guía técnica de seguridad en robótica. Gobierno de Aragón. - Robots corporativos. Universidad de Cataluña. - BOE 155. Normativa. - Catálogo Pilz. Elementos de seguridad. - Catálogo Jokab Safety. Elementos de seguridad. - Fegemu automatismos. Alfombras de seguridad. - Cerramientos de seguridad: http://www.interempresas.net - Cerramientos de seguridad: http://www.logismarket.es - Seguridad instalaciones robotizadas: http://www.oni.escuelas.edu.ar - Riesgos laborales: http://www.leia.es MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 40 3.2. Diseño del soporte de medición. 3.2.1. Introducción. En este apartado de la memoria se va a explicar el diseño que se ha realizado del soporte que conforma el conjunto de medición. Mostraremos cada una de las piezas que requieran ser fabricadas y cada una de las piezas comerciales utilizadas. Este documento se complementa con el anexo 1 que contiene todos los planos. Antes del diseño del soporte fue necesario elegir las cámaras y el láser que iban a ser utilizados para el diseño. En el apartado 3.2.2 de este documento se comentarán las propiedades requeridas para las cámaras y el láser, y también la decisión tomada para escoger una de ellas para la realización del diseño. Para este diseño es necesario destacar la importancia del peso de todo el conjunto, ya que la idea principal era diseñar un soporte muy versátil y que pudiese ser acoplado tanto a la brida del robot como a la mesa en la que se encuentra apoyado el robot. Por este motivo el peso no debe alcanzar los tres kilogramos, límite de carga superior especificado por el fabricante del robot. Además del peso, otro aspecto que debíamos tener en cuenta era que el coste económico del soporte fuese el menor posible, pero con todas las prestaciones necesarias para que los alumnos comprendan el funcionamiento de un sistema de visión para medición. En el momento del diseño del soporte es donde tenemos que pensar cómo queremos que sea el soporte final, pensar en diseños sencillos ya que siempre que se deba fabricar una pieza hay que ser muy consciente de cómo fabricarla. Si es muy compleja, es lógico que los procesos, máquinas y herramientas necesarios eleven el coste de fabricación y por lo tanto aumente el coste económico del soporte. Por eso mismo esta etapa MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 41 del diseño es fundamental y es donde más tiempo se ha invertido ya que, partiendo de una idea principal, se va desarrollando el modelo y una vez que se tiene la visualización global del soporte, se ha de pensar en simplificar cada una de las piezas para su fabricación. A lo largo del documento se citarán algunas aclaraciones del diseño que mostrarán este trabajo realizado con la simplificación de las piezas. El diseño del soporte se ha realizado con un programa de CAD, denominado Solid_Edge con el se han realizado todos los planos contenidos en el anexo 1. Tras el diseño de fabricación, el siguiente paso al que debemos hacer frente en lo que respecta a un soporte que puede registrar diversas variaciones de posición según nuestras necesidades, es que el montaje sea lo más sencillo posible. Con sencillo nos referimos a que no sea difícil de montar, ni sea muy costoso en cuanto al tiempo invertido en ello, ni sean necesarias herramientas especiales para su montaje. El anexo 1 también contendrá un apartado con los planos que muestren el orden y alguna aclaración del montaje, intentando crear un proceso con el que guiarse. Por último y dado que el soporte esta diseñado para medir tenemos que tener en cuenta también en el diseño, que una vez montado y calibrado, mantenga esa posición sin alterarse hasta que el usuario así lo requiera para que los datos de la medición sean fiables. En la FIGURA 3-12 podemos apreciar el soporte al que nos estamos refiriendo en esta introducción. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 48 algunos requisitos comunes a todos los láseres, y finalmente se adjuntará una tabla resumen con las características particulares de cada uno de ellos. El primer requisito, común a todos los láseres mostrados a continuación, es que son módulos láser cuya proyección genera una línea. De esta forma en vez de visualizar sólo un punto al iluminar la cara de la pieza a medir, podemos visualizar una línea en la superficie de la cara y, por tanto, se obtendrán un mayor número de puntos para realizar la medición. El segundo requisito común a todos ellos es que debían tener un precio razonable para la realización del puesto de prácticas con un bajo coste. A continuación se muestra la imagen de cada uno de los láseres y posteriormente una tabla resumen con las características particulares.  LML: Módulo láser proyectando una línea. FIGURA 3-19. LML.  YCHG-650L: Módulo láser rojo con línea ajustable. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 49 FIGURA 3-20. YCHG-650L.  LN - 60: Módulo láser proyectando una línea. FIGURA 3-21. LN-60.  03016AL: Módulo láser ajustable, generador de línea roja. FIGURA 3-22. 03016AL.  03015L: Módulo láser proyecta una línea. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 50 FIGURA 3-23. 03015L. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 51 3.2.2.3. Tabla resumen de los láseres. Láser LML Láser YCHG-650L Láser LN - 60 Láser 03016AL Láser 03015L Tipo de láser: Clase 2 o 3a Clase 2 o 3a Clase 2 o 3a Clase 2 o 3a Clase 3a Longitud de onda: 650nm o 635nm 650nm 650nm o 635nm 650nm 650nm Potencia: 1 o 3mW <1mW , <3mW 1 o 3mW 1 o 3mW <1, < 3mW Voltaje: 3V DC 3V DC 3V DC 3V DC 3V DC Amperaje: 35mA 35mA 35mA 30mA 35mA Tª de la operación: (-10ºC) hasta (+40ºC) (-10ºC) hasta (+40ºC) (-10ºC) hasta (+40ºC) (-10ºC) hasta (+40ºC) (-10ºC)hasta(+40ºC) Lente: Plástica recubierta de A/R Plástica 2 lentes vidrio ajustable Plástica Circuito: Control autom. de pot(APC) Divergencia: <2,0 mrd <2,0 mrd <2,0 mrd <2,0 mrd <2,0 mrd Proyección: Línea (ángulo de 90º) Línea (foco ajustable) Línea (ángulo de 60º) Línea (ángulo de 110º) Línea (ángulo de 90º) Longitud del láser: 40 mm 35 mm 22 mm (+ / - 0,5) 26 mm 20 mm Diámetro del láser: 11,5 mm 12 mm 10 mm (+ / - 0,1) 12 mm 11 / 12,5 mm Longitud de los cables: 120 mm 55 mm 100 mm (4 pulgadas) 100 mm 100 mm Capa exterior: Metálica Metálica Metálica Latón Plástica <1mW, 650 nm -> 18,75 € <1mW -> 14,95 € <1mW, 650 nm -> 11,25 € <1mW ->14,95 € <1mW -> 9,40 € <3mW, 650 nm -> 22,45 € <3mW -> 14,95 € <3mW, 650 nm -> 11,25 € <3mW ->14,95 € <3mW -> 9,40 € <3mW, 635 nm -> 26,25 € <1mW, 635 nm -> 14,80 € Precio <3mW, 635 nm -> 14,80 € TABLA 3-1 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 52 3.2.2.4. Elección del láser. Para el diseño del soporte de visión se ha escogido el láser “03015L”, principalmente por dos motivos: el primero de ellos es el tamaño, su longitud es la menor de todos ellos, y reduce por lo tanto las medidas del soporte que lo contenga. El segundo es su bajo coste, es el más barato de todos cumpliendo con todos los requisitos establecidos anteriormente. 3.2.2.5. Enlaces visitados para la obtención de información.  Láseres cuya proyección es un punto: http://www.todolasers.com/index.php?route=product/category&path=25  Definición del Fan Angle (ángulo de la línea proyectada por el láser): http://www.coherent.com/products/?1717/Lasiris-SNF-Lasers  Punteros láser: http://translate.google.es/translate?hl=es&langpair=en|es&u=http://www.z-bolt.com/fastbrowse-all-laser-pointers.html  Características y precios de los módulos láser generadores de línea: http://www.apinex.com/ret2/Laser-Line-Generators.html  Página de venta de láseres: http://laserpointer.en.alibaba.com/product/387390632- 210490751/808nm_Infrared_Laser_Pointer_300mw.html MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 53 3.2.3. Cámara web. 3.2.3.1. Introducción. Se han escogido cinco modelos distintos de webcams que satisfagan las necesidades para el desarrollo del puesto de prácticas. Se van a comentar algunos requisitos comunes a todas las webcams, y finalmente se adjuntará una tabla resumen con las características particulares de cada una de ellas. El primer requisito común a todas las webcams mostradas a continuación, es que el ajuste del zoom se realice manualmente y no automáticamente, de esta forma la distancia focal de la cámara se mantendrá fija en cada medición y no cambiará, así podremos conocer con exactitud la medida real de la pieza. El segundo requisito común a todas ellas es que la resolución del sensor sea como mínimo de 640 x 480 píxeles, dado que son webcams comerciales de bajo presupuesto, se estableció como la resolución mínima para la realización de la medición. Otro requisito a tener en cuenta es que posean botón para instantáneas, ya que facilita la captura de imágenes con una sola acción. A continuación se muestra la imagen de cada una de las webcams con su precio, y posteriormente una tabla resumen con las características particulares. Para finalizar, se muestran los enlaces utilizados para la obtención de toda la información. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 54 3.2.3.2. Webcams posibles para el diseño del conjunto.  Logitech Webcam C250. o Enlace principal: -http://www.logitech.com/es-es/webcam-communications/webcams/devices/5864 FIGURA 3-24. Logitech C250. PRECIO: 29 €.  Microsoft lifeCam VX-1000. o Enlace principal: http://www.twenga.es/precios-LifeCam-VX-1000-MICROSOFT-Webcam-81802-0 FIGURA 3-25. VX-1000. PRECIO: 19 €. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 55  Genios i-Look 300. o Enlace principal: http://www.pixmania.com/es/es/3815667/art/genius/ilook-300.html#pix-review FIGURA 3-26. i-Look 300. PRECIO: 9.95 €.  TRUST WB – 1400 – 100K. o Enlace principal: http://www.trust.com/products/product.aspx?artnr=14382 FIGURA 3-27. Trust WB-1400-100K. PRECIO: 12 €. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 56  Targus USB 2.0 Webcam. o Enlace principal: http://www.twenga.es/precios-USB-2.0-Webcam-TARGUS-Webcam-115476-0 FIGURA 3-28. Trust USB 2.0. PRECIO: 22.20 €. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 57 3.2.3.3. Tabla resumen características Webcams. Referencia Logitech Quickcam C250 LifeCam VX-1000 Genius i-Look 300 TRUST WB-1400T Targus USB 2.0 REQUISITOS DEL SISTEMA Espacio de disco duro, mínimo 200 MB 300 MB 60 MB 32MB 32 MB Procesador mínimo 1 GHz 550 GHz 1.2 GHz 200 MHz 200 MHz Memoria interna, mínimo (RAM) 256 MB 256 MB 128 MB 100 MB 32 MB USB Sí Sí Sí Sí Sí Unidad de CD-ROM o DVD-ROM Sí Sí Sí Sí Sí Conexión a Internet Sí Sí Sí Sí Sí Tarjeta de sonido Sí Sí No No No AUDIO Micrófono incorporado Sí Sí No No No CONECTIVIDAD Interfaz USB USB USB USB USB Tamaño de cable 1.8 m 1.8 m 2.0 m 2.0 m 2.0 m Tipo de cable USB USB USB USB USB CONTROL DE ENERGÍA USB suministro de corriente Sí Sí Sí Sí Sí VIDEO Velocidad de captura en vídeo digital 30 fps 30 fps 30 fps 30 fps 30 fps SENSOR DE LA IMAGEN Resolución del sensor 640 x 480 Píxeles 640 x 480 Píxeles 640 x 480 Píxeles 640 x 480 Píxeles 640 x 480 Píxeles Tipo de sensor CMOS CMOS CMOS CMOS CMOS ENFOQUE Enfoque manual Sí Sí Sí Sí Sí SISTEMA OPERATIVO / SOFTWARE Software incluido Logitech Vid. Controladores y utilidades CrazyTalk Avatar Creator, Cam Suite Video Impresión Controladores y utilidades CÁMARA FOTOGRÁFICA MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 64 Antes de comenzar con los desgloses de las piezas comerciales, hay que aclarar que cuando se construya el puesto de prácticas no necesariamente han de ser las piezas comerciales aquí nombradas las que se instalen en el puesto. Sólo deberán cumplir las especificaciones que las definen, aunque el proveedor sea distinto o sean un poco distintas en la forma, si no afecta a lo diseñado podrá ser totalmente válido.  Piezas comerciales. Designación pieza Proveedor Cantidad Material ΣPeso (Kg) Perfil M-BLOKAN F-20x20 ROSE+KRIEGER 1 Aluminio 0,1617 Tornillo allen M6, L 25 Rationalstock 4 Acero 0,0312 Tornillo allen M5, L 25 Rationalstock 2 Acero 0,0114 Unión guía perfil comercial ROSE+KRIEGER 2 Aluminio 0,0002 Total 7 0,2045 TABLA 3-3 Imágenes de las piezas comerciales.  Perfil M-BLOCAN F-20x20 FIGURA 3-35. Perfil M-Blokan F-20x20.  Unión guía perfil comercial FIGURA 3-36. Unión guía perfil comercial. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 65  Tornillo allen M5, L25 FIGURA 3-37. Tornillo allen M5, L25.  Tornillo allen M6, L25 FIGURA 3-38. Tornillo allen M6, L25.  Piezas a fabricar. Designación pieza Cantidad ΣPeso (Kg) Plano de pieza Sujección robot mesa o brida 1 0,0679 Plano 5 Pieza para elevar perfil 1 0,0553 Plano 6 TOTAL 2 0,1232 TABLA 3-4 Imágenes de las piezas a fabricar.  Pieza para elevar perfil FIGURA 3-39. Pieza para elevar perfil.  Sujección robot mesa o brida FIGURA 3-40. Sujección robot mesa o brida. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 66 En la FIGURA 3-39 apreciamos una pieza con un diseño muy sencillo, se trata de un ortoedro con dos orificios para alojar los tornillos que unan la pieza “sujeción robot mesa o brida” con el perfil. En la FIGURA 3-40 apreciamos la pieza que se atornillará, bien a la mesa, bien a la brida del robot. En el caso del montaje en la brida del robot, el círculo central de menor diámetro alojará un casquillo de registro con la brida del robot. El agujero no simétrico de la figura alojará otro casquillo que servirá también para registrar la posición del soporte con la brida. El resto de orificios servirán para alojar los tornillos de sujección. 3.2.4.2. Despiece conjunto cámara. La primera aclaración que se debe realizar es que el soporte de visión completo está formado por dos conjuntos “cámara” idénticos en cuanto a las piezas que lo forman. Por lo tanto en la columna de cantidad estarán incluidas las piezas para formar los dos conjuntos y no sólo uno. En la realización del diseño se ha procurado que el giro de la base donde se apoya la cámara no estuviese muy elevado con respecto al eje de giro en que se fija la orientación, de forma que el eje de visión de la cámara estuviese lo más cerca posible del eje de giro del soporte para no introducir además del giro una traslación del eje óptico. Por último mencionar que el soporte valdría para una amplia variedad de cámaras, aunque para la realización del diseño se haya escogido la webcam Targus USB 2.0 entre las cinco propuestas. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 67 La siguiente figura muestra el explosionado del conjunto “cámara”. FIGURA 3-41. Explosionado del conjunto cámara. El plano de despiece de este conjunto se encuentra en el anexo planos, es el plano 3 denominado “Despiece conjunto cámara”.  Piezas comerciales. Designación pieza Proveedor Cantidad Material ΣPeso (Kg) Casquillo cámara y láser Rationalstock 1 + 1 = 2 Acero 0,0028 Boutet_tirador_2746i_n(M6, L 20) Rationalstock 1 + 1 = 2 0,1214 Tornillo allen 4762, M3, L 16 Rationalstock 1 + 1 = 2 Acero 0,0026 Unión guía perfil comercial ROSE+KRIEGER 2 + 2 = 4 Aluminio 0,0004 Bulón D3, L 20 Rationalstock 4 + 4 = 8 Acero 0,0088 Tornillo allen M5, L 12 Rationalstock 2 + 2 = 4 Acero 0,0149 Tornillo allen M3, L 10 Rationalstock 1 + 1 = 2 Acero 0,0020 Webcam Tragus USB 2.0 Twenqa 1 + 1 = 2 0,1600 Total 32 0,3129 TABLA 3-5 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 68 Imágenes de las piezas comerciales.  Casquillo cámara y láser FIGURA 3-42. Casquillo cámara láser.  Boutet tirador M6, L 20 FIGURA 3-43. Boutet tirador.  Tornillo M3, L 16 FIGURA 3-44. Tornillo M3, L 16.  Bulón D3, L 20 FIGURA 3-45. Bulón D3, L 20.  Tornillo M5, L 12 FIGURA 3-46. Tornillo M5, L12.  Tornillo M3, L10 FIGURA 3-47. Tornillo M3, L10. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 69  Webcam Targus FIGURA 3-48, Webcam Targus.  Webcam simplificada en CAD FIGURA 3-49. Webcam simplificada en CAD.  Piezas a fabricar. Designación pieza Cantidad ΣPeso (Kg) Plano de pieza Pieza giro cámara 2 0,0742 Plano 7 Base sujección cámara 2 0,0698 Plano 8 Unión soporte cámara y láser a perfil 2 0,1582 Plano 9 TOTAL 6 0,3022 TABLA 3-6 Imágenes de las piezas a fabricar.  Pieza giro cámara FIGURA 3-50. Pieza giro cámara.  Base sujección cámara FIGURA 3-51. Base sujección cámara. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 70  Unión soporte cámara y láser a perfil. FIGURA 3-52. Unión soporte cámara y láser. Nos gustaría destacar en este conjunto el diseño de alguna pieza en concreto. La orientación del giro de la cámara se fija con el boutet tirador (FIGURA 3-43) y con la pieza denominada “giro cámara” (FIGURA 3-50) que lleva el orificio superior roscado. De esta forma facilitamos el montaje y aligeramos el peso sin ser necesaria una tuerca. Los bulones (FIGURA 3-45) sirven para colocar las piezas con una determinada orientación fija, de este modo al encajarlos estamos asegurando que la posición relativa entre las piezas que intervienen sea prácticamente la misma. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 71 3.2.4.3. Despiece conjunto láser. El conjunto láser tiene un diseño muy similar al conjunto “soporte cámara”, de hecho tienen una pieza en común a fabricar denominada “unión soporte cámara y láser a perfil” (FIGURA 3-52) que en los planos aparece como “unión soporte c. y l. a perfil” para simplificar la escritura. Por otro lado como se aprecia en las tablas todas las piezas comerciales necesarias ya se han utilizado en el conjunto anterior a excepción del láser. La siguiente figura muestra el explosionado del conjunto “láser”. FIGURA 3-53. Explosionado del conjunto láser. El plano de despiece de este conjunto se encuentra en el anexo planos, es el plano 4 denominado “Despiece conjunto láser”. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 72  Piezas comerciales. Designación pieza Proveedor Cantidad ΣPeso (Kg) Casquillo cámara y láser Rationalstock 1 Acero 0,0014 Boutet_tirador_2746i_n(M6, L 20) Rationalstock 1 0,0610 Unión guía perfil comercial ROSE+KRIEGER 2 Aluminio 0,0002 Bulón D3, L 20 Rationalstock 4 Acero 0,0044 Tornillo allen M5, L 12 Rationalstock 2 Acero 0,0074 Tornillo allen M3, L 10 Rationalstock 4 Acero 0,0040 Láser 03015 L Lasiris 1 0,0800 Total 15 0,1584 TABLA 3-7 Imágenes de las piezas comerciales.  Láser 03015 L FIGURA 3-54. Láser 03015L  Láser diseño CAD FIGURA 3-55. Láser diseño CAD. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 73  Piezas a fabricar. Designación pieza Cantidad ΣPeso (Kg) Plano de pieza Unión soporte cámara y láser a perfil 1 0,0791 Plano 9 Pieza giro láser 1 0,0481 Plano 10 Amarre láser 1 0,0084 Plano 11 Base sujección láser 1 0,0266 Plano 12 TOTAL 4 0,1622 TABLA 3-8 Imágenes de las piezas a fabricar.  Pieza giro láser FIGURA 3-56. Pieza giro láser.  Amarre láser FIGURA 3-57. Amarre láser.  Base sujección láser FIGURA 3-58. Base sujeción láser. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 80 para este puesto de prácticas y estará situada en la base del robot definida anteriormente. Aunque el robot cambiase de ubicación, será el sistema de referencia global de la célula, y respecto a él estarán definidas todas las bases en coordenadas globales. Más adelante será definida la tool_01, que coincidirá con la mano_robot o brida, esta herramienta será utilizada como el sistema de referencia local del robot. La “Base Láser_Cámara” definirá el sistema de referencia de la zona de trabajo, nos mostrará la zona de visión y en ella será donde posicionemos la pieza para su verificación y medición. Esta base estará definida respecto de la “Base World”. La “Base Referencia Pieza” definirá la posición de la mesa donde colocaremos la pieza para ser cogida por el robot y empezar los movimientos programados. Esta base estará definida respecto de la “Base World”. Las tres bases definidas anteriormente quedan representadas en la FIGURA 3- 61, mostrando su orientación y posición en el espacio. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 81 FIGURA 3-61. Representación de las tres bases, 3.3.3. Definición de herramientas. El siguiente paso que daremos será definir las herramientas del robot. Estas herramientas estarán asignadas a cada uno de los orificios o elementos significativos de la pieza a medir. A la hora de definirlas en el programa de diseño CAD actuaremos de la misma forma con la que definimos anteriormente las dos bases: será necesario definir un sistema de coordenadas para cada punto significativo y le asignaremos la orientación de los ejes con la premisa de que el eje “z” esté orientado siempre del material hacia el exterior. Base Referencia Pieza Base L áser Cámara Base Robot MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 82 FIGURA 3-62. Definición de herramientas. Como en la imagen anterior no se pueden apreciar correctamente las herramientas definidas y no se puede designar el nombre asociado a cada una de ellas, las siguientes figuras dejarán claramente definidas cada una de las herramientas con el elemento al que están asociadas y el nombre que se les ha asignado. El origen de referencia de la pieza es la tool_02 y a partir de ella se nombrarán todas las demás herramientas siguiendo el sentido horario. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 83 FIGURA 3-63. Tools en la base de la pieza. En esta figura se muestran todas las herramientas definidas en la base de la pieza a medir. A lo largo del proyecto se utilizarán estos términos para referirnos a las herramientas asignadas. tool_02 tool_03 tool_04 tool_05 tool_06 tool_07 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 84 En el centro del orificio del tubo de la pieza estará definida la herramienta tool_tubo. FIGURA 3-64. Tool tubo. La siguiente figura muestra las dos herramientas asociadas a los dos orificios de la pata con los sentidos de sus ejes, que son distintos para cada una de ellas, el orificio exterior de la pata será definido como tool_pata (1) y el orificio interior de la pata será definido como tool_pata (2). FIGURA 3-65. Tool pata (1). FIGURA 3-66. Tool pata (2). tool_ tubo Tool_pata (1). Tool_pata (2) MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 85 3.3.4. Trabajo con los robots. Una vez tenemos definidos todos los elementos de la pieza y asignados a una herramienta del robot, nos falta definir el sistema de referencia mano robot o brida: este sistema de referencia será el origen respecto al cual se definan las herramientas del robot en coordenadas locales. Este sistema estará definido como tool_01 y será el nombre que utilicemos a lo largo del proyecto. En este punto vamos a tener que diferenciar el trabajo realizado ya que para la realización de este apartado se han utilizado dos robots distintos. Aunque en principio el robot utilizado para la realización de las prácticas es el robot KR3, no está de más diseñar este sistema de bases y herramientas para ambos por si fuese necesario utilizar el otro robot. Es el robot de KUKA KR5. Esta pequeña aclaración y el hecho de que no se pueda trabajar de la misma forma con ambos robots es debida a la distinta orientación del eje “y” en el sistema de referencia “mano robot” en cada uno de los robots. Para ver la diferencia estas dos imágenes sirven como aclaración gráfica. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 86  Tool_01 en simulador del KR3. FIGURA 3-67. Tool_01 en simulador del KR3.  Orientación de los ejes proporcionado por el fabricante del KR3. FIGURA 3-68. Orientación de los ejes del KR3. Y X MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 87  Tool_01 en simulador del KR5. FIGURA 3-69. Tool_01 en el simulador del KR5.  Orientación de los ejes proporcionado por el fabricante del KR5. FIGURA 3-70. Orientación de los ejes del KR5. Y X MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 88 Esta distinta orientación de los ejes de la tool_01, afectará a las medidas con las que quede definida cada herramienta asociada a los elementos de la pieza y por tanto será necesario bifurcar dos rutas de trabajo: en KR3 y en KR5. Antes de comenzar cada una de las líneas de trabajo, cabe destacar que aquí es donde comenzará el trabajo con el simulador y se tendrán que asignar los nombres de las herramientas definidos anteriormente a los nombres de las herramientas predefinidos por el simulador. Esto es debido a que en el simulador no se puede cambiar el nombre de las herramientas, están nombradas por defecto, por lo tanto se adjunta una tabla con la relación de los nombres del CAD con el simulador.  Relación de nombres CAD – Simulador. DESIGNACIÓN CAD SIMULADOR Mano - robot tool_01 tool_01 Agujero brida 2 tool_02 tool_02 Agujero brida 3 tool_03 tool_03 Agujero brida 4 tool_04 tool_04 Agujero brida 5 tool_05 tool_05 Agujero brida 6 tool_06 tool_06 Agujero brida 7 tool_07 tool_07 Tubo tool_tubo tool_08 Pata exterior tool_pata(1) tool_09 Pata interior tool_pata(2) tool_10 Sistema visión Base_Láser_Cámara Base[2] Base Robot Base_robot Base[1] Base Referencia Pieza Base Referencia Pieza Base[3] TABLA 3-12 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 89 3.3.5. Desarrollo del trabajo en el robot KR3. El trabajo mostrado en la siguiente tabla es la medición de la posición de cada herramienta con respecto a la Tool_01 en coordenadas locales y a la posición de la Base Láser_Cámara con respecto a la base del robot. Las herramientas están definidas en el sistema de coordenadas según los ejes X, Y, Z, y los otros parámetros A, B y C, que se nombran ahora por primera vez hacen referencia al ángulo de los ejes de la herramienta girados con respecto a los ejes definidos del sistema de referencia de la mano del robot. El primer giro A, hace referencia al giro sobre el eje Z. El segundo giro B, hace referencia al giro sobre el eje Y. El tercer giro C, hace referencia al giro sobre el eje X. Estos giros se contabilizan sobre ejes girados, es decir, una vez girado uno de ellos el siguiente giro se mide a partir del eje ya girado.  Medición en KR3. X Y Z A B C Tool_02 58 -73,18 140,94 90 0 90 Tool_03 58 -41,88 196,58 90 0 90 Tool_04 58 38,72 188,58 90 0 90 Tool_05 58 38,72 128,58 90 0 90 Tool_06 58 -41,41 126,09 90 0 90 Tool_07 58 -56,26 135,73 90 0 90 Tool_ tubo -60,6 81,44 158,58 -135 -45 135 Tool_pata(1) -21,03 -34,92 201,35 0 0 90 Tool_pata(2) -21,03 -32,42 201,35 -180 0 90 HERRAMIENTAS Base Robot a Base Cámara 520,5 48,54 189,87 0 0 0 TABLA 3-13 MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 96 5. EXPLICACIÓN DE LA REALIZACIÓN DE LOS GUIONES DE PRÁCTICAS. 5.1. Introducción. Las prácticas se han elaborado siguiendo el trabajo realizado para la ejecución del proyecto y se encuentran en el anexo 3 del documento 2. El puesto de prácticas se ha diseñado lo más parecido posible a las celdas de trabajo de robots instaladas hoy en día en las empresas para que el alumno se haga una idea de lo que le espera en el mundo laboral. Aunque estas prácticas usan como herramienta un sistema de visión para la medición, estos conceptos sirven para cualquier otra aplicación que pueda realizar un robot: utilización de pistolas de soldadura, colocación de piezas, pistolas de pegamento… 5.2. Objetivos de las prácticas. Los objetivos de las prácticas son los siguientes:  Conocimiento básico de las normas y medidas de seguridad en la zona de trabajo del robot.  Aprendizaje del uso de un programa de parametrizado de piezas 3D basado en un software de diseño asistido por ordenador (CAD) denominado SolidEdge.  Aprendizaje del uso del simulador de robots KUKA Sim.  Aprendizaje del uso y definición de bases y herramientas.  Aprendizaje de los movimientos básicos del robot utilizando bases y herramientas. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 97 5.3. Forma de trabajo y asignación de tiempos a las sesiones. La forma de trabajo de estas prácticas será siguiendo el guión diseñado específicamente para ellas. Para su realización será muy aconsejable haber realizado las prácticas de la asignatura FIO con anterioridad y también haber leído el anexo 2 “Conocimientos previos” antes de su ejecución. Las sesiones, en un principio se realizarán en grupos formados en función de los equipos disponibles. La duración de cada sesión será de tres horas. Las prácticas a realizar son tres:  Práctica 1: asimilación y comprensión de los conceptos contenidos en el anexo 2. Posteriormente se realizará el guión denominado “Seguridad en la zona de trabajo del robot”. El principal motivo de la realización de esta práctica es informar al alumno de los posibles riesgos producidos por la existencia de un robot en un área de trabajo. La finalidad es que el alumno conozca las causas principales de los accidentes en el área de trabajo con robots y las medidas de seguridad que se deberían instalar en el puesto de trabajo o en el puesto de prácticas para reducir al máximo posible las probabilidades de que suceda un accidente provocado por el robot. Parte importante del aprendizaje es que el alumno conozca o por lo menos le suenen las principales normas de seguridad que afectan al MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 98 trabajo con robots, por eso se nombrarán para que si en su día necesita consultar alguna de ellas, sepa a qué norma acudir.  Práctica 2: Definición de bases y herramientas utilizando el programa SolidEdge. Aprendizaje del programa. En esta práctica el alumno conocerá el manejo del programa que actualmente está siendo utilizado por grandes empresas como SIEMENS y que en un futro puede superar en uso al programa mundialmente conocido AutoCad.  Práctica 3: Definición de bases y herramientas utilizando el simulador de KUKA “KUKA Sim”. Comprobación de la asignación con movimientos básicos con el robot KR3. En esta práctica el alumno puede aprender nociones básicas para la programación y el manejo de un robot antropomórfico de seis ejes que cada vez se instala más en las empresas y que son elemento fundamental en las cadenas de producción de automóviles y electrodomésticos. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 99 6. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO. Este diseño del puesto de prácticas posibilita la elaboración de multitud de prácticas distintas, dando cabida a otras asignaturas independientes de la robótica, como pueden: tecnología mecánica, fundamentos de la tecnología eléctrica, planificación y gestión de la producción, automatización, seguridad y prevención de riesgos en procesos industriales, entre otras, dotando al puesto de una gran versatilidad. El diseño del soporte de visión, permite la utilización de diversas técnicas de medición para el aprendizaje o investigación de los alumnos. Como conclusión general creo que este proyecto hace un aporte muy importante al objetivo general de la creación de un puesto de prácticas formado por un robot manipulador y un soporte de visión 3D para la medición de piezas complejas. Como trabajo futuro podemos mostrar varios caminos que culminen en el objetivo global anteriormente mencionado:  Materialización del diseño presentado en este proyecto y su posterior puesta a punto.  Posibilidad de instalar un autómata que gobierne toda la célula.  Introducir elementos que aumenten la automatización del proceso. Por ejemplo, introducir un conveyor en la célula para la alimentación de piezas, que interactúe con el robot, para coger una pieza medirla, dejarla MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 100 en la posición destinada para piezas medidas y vuelva el robot al conveyor para coger otra nueva.  Calibración y modelado de los equipos.  Elaboración de las prácticas de medición con el soporte de visión diseñado. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 101 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS: [1] Juan Carlos Martín, Maria Pilar García, Automatismos industriales, Ed. Editex. [2] KUKA System Software (KSS), Manual Programación por el usuario, Release 4.1, Edición: 15.01.2004 Versión: 06. [3] KUKA System Software (KSS), Manual Programación por el experto, Release 4.1, Edición: 15.01.2004 Versión: 06. [4] Brosed, F.J.; Aguilar, J.J.; Guillomía, D.; Santolaria, J. 3D Geometrical Inspection of Complex Geometry Parts Using a Novel Laser Triangulation Sensor and a Robot. Sensors 2011, 11, 90-110. [5] LÓPEZ PELÁEZ, A. y KRux, M. (2000). "Social Impacts of Robotics and Advanced Automation towards the Year 2010", The IPTS Report, (editado por: The Institute for Prospective Technological Studies, European Commission), n° 48, pp. 34-40. [6] KINGHT, A.L. (1989): "Robots y maquinaria de producción automática", en OIT (1989): Enciclopedia de salud y seguridad laboral en el trabajo, Madrid, Ministerio de Trabajo y Seguridad Social, pp. 2143-2147. [7] J. D. Tardós, Visión por Computador, C. P. S. Universidad de Zaragoza, Apuntes asignatura. [8] Fabricación Integrada por Ordenador, Diseño y fabricación, E.U.I.T.I.Z. Universidad de Zaragoza, Apuntes asignatura. [10] Xavier Izquierdo, Diseño e industrialización de una célula flexible, Escuela Técnica Superior de Barcelona, Apuntes asignatura. MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 102 [11] Práctica 4, Uso de robots, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID, Apuntes asignatura. [12] Guía técnica de seguridad en robótica, Gobierno de Aragón, CEPYME. [13] Rafael Gutiérrez Olivar; Jesús Lambás Pérez; Esther Pascual Albarracín; Tomás Vázquez Gallego, Guía de Referencia Solid Edge v16, U.D. de Expresión Gráfica en la Ingeniería, Universidad Politécnica de Madrid. ENLACES WEB. - Diseño de la zona de trabajo del robot: [14] Catálogo Kaiser-Kraft. Verja de protección. http://www.kaiserkraft.es [15] Catálogo Brühl. Verjas y elementos de seguridad. www.valladodeseguridad.es [16] Catálogo Pilz. Elementos de seguridad. http://www.pilz.com [17] Catálogo Jokab Safety. Elementos de seguridad. http://www.jokabsafety.com/ [18] Fegemu automatismos. Alfombras de seguridad. http://www.fegemuautomatismos.com [19] Seguridad instalaciones robotizadas: http://www.oni.escuelas.edu.ar [20] Riesgos laborales: http://www.leia.es MEMORIA VÍCTOR MARTÍNEZ YAGÜE 103 - Elección de los equipos [21] Láseres cuya proyección es un punto. http://todolasers.com/ [22] Definición del Fan Angle (ángulo de la línea proyectada por el láser). http://www.coherent.com/ [23] Punteros láser. http://z-bolt.com/ [24] Características y precios de los módulos láser generadores de línea. http://www.apinex.com [25] Página de venta de láseres. http://www.laserto.com/ [26] Cámaras CMOS industriales. http://www.compumodules.com [27] Cámaras de video vigilancia. http://www.worldeyecam.com [28] Webcams con enfoque manual. http://www.bueni.es [29] Targus Webcam, Life cam. http://www.twenga.es, http://icecat.biz [30] Logitech Webcam C250. http://www.logitech.com - Proveedores piezas. [31] Perfiles de aluminio. Blocan. http://www.rk-rose-krieger.com [32] Aluminio de mecanización. http://www.lumetalplastic.com/ [33] Tornillería. http://www.rationalstock.com/