Actividades sobre robot industrial de tres grados de libertad

Relación de actividades para desarrollar los contenidos  de robótica de 4º de ESO en el apartado de Robots industriales,  basadas  en el paquete Industry Robots de FischerTechnics.

·         Currículo oficial

o        Contenidos 4º ESO

8. Control y robótica.

·         Percepción del entorno: sensores empleados habitualmente.

·         Lenguajes de control de robots: programación. Realimentación.

Criterios de evaluación

·         Montar un robot que incorpore varios sensores para adquirir información en el entorno en el que actúa.

·         Desarrollar un programa que permita controlar un robot y su funcionamiento de forma autónoma, en función de la realimentación que reciba.

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·         Objetivos didácticos.

o        Estudio de un brazo robot industrial: Actuadores, sensores, interfaz de control, grados de libertad, articulaciones y tipos,  área de trabajo, tipo y definición de tareas.

o        Programación de un robot. Leguaje de programación por diagrama de flujo LLWIN.

·         Actividades

Las siguientes actividades tienen como objetivo el desarrollo de los contenidos del currículo oficial  anteriormente  mencionados. No obstante, no será necesario realizar todas ellas ya que algunas tienen una misma finalidad y su elección vendrá determinada por el tiempo disponible. Asimismo, determinadas actividades pueden realizarse  de forma similar con otros tipos de robot, por lo que no sería necesario repetirlas.

1ª Montaje, comprobación y puesta en marcha.

El montaje de los robots propuestos por el fabricante es una actividad idónea, tanto por la prescripción de los criterios de evaluación oficiales, como por el valor didáctico propio. El montaje particular de los robots 2º, 3º y 4º de la caja permite al alumno:

·         El estudio y montaje de una estructura portante y diversos sistemas de uniones desmontables.

·         El estudio y montaje de los diversos mecanismos de transmisión de movimiento.

·         La disposición de los sensores de control de forma apropiada.

·         La conexión de los motores y de los sensores en los correspondientes puertos de la interfaz de control.

·         Ajustes finales, y comprobación del funcionamiento.

Se estima como idónea agrupaciones de no más de cuatro alumnos dado el tamaño de los modelos y su duración está entorno a las 8 horas.

Esta excesiva duración de montaje, así como, la gestión del piecerío en el taller y el desgaste que se producirá en sucesivos montajes y desmontajes desaconsejan su realización, al menos con grupos grandes. Por ello se proponen, de forma alternativa, las dos actividades siguientes .

2ª Análisis, mediante dibujos esquemáticos.

Como sustitutivo del montaje se propone mantener los modelos montados de un curso para otro, y realizar actividades de análisis en las que los alumnos a la vista del robot deberán identificar, localizar, etc. los siguientes aspectos:

·         El nº de motores disponibles y los puertos de conexión correspondientes.

·         Tipos de articulaciones y sus movimientos. Grados de libertad

·         Volumen de trabajo

·         Trabajo de la herramienta o pinza manipuladora

·         Localización, tipo y puerto de conexión de todos los sensores, así como su función.

El trabajo consistirá en un informe acompañado de un dibujo esquemático del robot en el que se detallan los aspectos mencionados. La observación del modelo se realizará en grupo, y el informe deberá ser individual. Se adjunta modelo, ficheros para Autocad Rob_Indust4.dwg y Rob_Indust4_2.dwg. El tiempo estimado es de 3 horas para la reproducción completa, aunque se propone entregar a los alumnos fotocopia con zonas cubiertas, con objeto de ser completado por el alumno.

3ª Análisis, mediante la búsqueda y corrección de averías provocadas.

En esencia, esta actividad consiste en modificar el robot por parte del profesor, cambiando de posición 5 o 6 piezas o grupos de piezas, y pedir al grupo de alumnos que analicen el conjunto comparándolo con el modelo del manual, para  detectar y corregir los cambios, comprendiendo la mecánica global de todo el conjunto. Finalmente, se comprobará que todo funciona correctamente conectándolo al ordenador y se elaborará un informe de todos los cambios realizados. Se adjunta modelo en ficheros, Informe_averias.doc, y Informe_averias.pdf. Para el informe se pueden incorporar fotografías tomadas antes y después. Tiempo estimado 2 horas.

4ª Programación. Ejercicios de iniciación.

Esta primera serie de ejercicios de programación tratan de introducir al alumno en el lenguaje LLWIN de manera progresiva, como ya he dicho, es posible que esta parte se explique con otro tipo de robot o con otros montajes. Al conectar el robot al ordenador, no debemos olvidar,  comprobar siempre el estado de la conexión mediante la herramienta de "Diagnóstico de la Interfaz". Y en el caso de que sea la primera vez que el alumno utiliza LLWIN, sería conveniente hacer una descripción general  del programa y alguna demostración.

Primer programa. Bloques funcionales: Inicio, Parada, Puesta en marcha y parada de un motor, Temporizador.
Realizar un programa que gire el robot hacia la derecha durante dos segundos y se pare. Segundo programa. Recursividad.
Partiendo del programa anterior, hacer que el robot vuelva a su posición original y repita el ciclo indefinidamente.Tercer programa. Ejecución simultanea de procesos.
Conseguir que dos motores realicen a la vez un ciclo similar al anterior. Cuarto programa. Bloque funcional: Lectura de entrada de sensor digital.
Hacer que el motor 1 gire el robot hasta la posición de referencia y se pare.

5ª Programación. Ejercicios avanzados.

Los modelos 2, 3 y 4 de la caja Industry Robots disponen de un sistema de control del movimiento de los motores basado en el recuento de los impulsos producidos al actuar una rueda de 4 dientes sobre un sensor de pulsador, imitando en cierta forma a los motores paso a paso. Esta característica les diferencia de los robots móviles y los neumáticos propuestos por Fischer.

Primer programa. Variables, lectura y recuento de impulsos, visualización de los valores de variables.
Añadir al programa anterior un proceso simultáneo que cuente los impulsos de la entrada E2 y muestre esa cantidad en pantalla.

Se recomienda usar este procedimiento para evaluar el recorrido máximo en pulsos de control, de cada articulación, llevándolas manualmente (con la herramienta de diagnóstico de interfaz) hasta la posición más alejada de la de referencia posible y ejecutando el programa para cada motor. Estos valores nos ayudarán a determinar otras posiciones intermedias. Para la pinza sería el valor de la abertura máxima y los pulsos que se producen hasta cerrarse por completo.

Segundo programa. Recuento en sentido inverso.
Hacer que el robot gire hasta la posición de referencia y después vuelva a la posición de partida.

Tercer programa. Subprogramas y bloque funcional Posición (parada del programa hasta que una variable de recuento llega hasta un valor concreto)
Realizar un programa que coloque el brazo del robot orientado a 20 pulsos desde la posición de referencia.

 6ª Análisis del programa de ejemplo y diseño de secuencias diferentes.

a) Análisis. Subprogramas, Secuencia de operaciones.  .....

  El programa cuenta con 4 subprogramas para llevar a la posición de origen a cada una de las articulaciones HOME_M1, HOME_M2, HOME_M2 y PINZA_ABIERTA. El quinto subprograma, POSICIONAR, tiene como misión llevar a la pinza a cada una de las posiciones de trabajo desde cualquier posición anterior, para ello debe controlar las posiciones absolutas en cada momento y deducir el número de pasos necesario para la nueva posición.

  En este subprograma se hace girar  a los motores en un sentido o en otro en función de si se encuentra en una posición anterior o posterior a la de destino.

      Obsérvese el uso de las variables E43, E33, E42 y E32 que controlan el movimiento de los motores 2 y 3 en este caso, su valor es 0 o 1, en función de si gira a derecha o no, gira a izquierda o no.

      Un sexto subprograma, CERRAR_PINZA, se encarga de cerrar la pinza hasta una abertura determinada. Dicha abertura se puede modificar para diferentes objetos mediante el parámetro EA del Terminal de control.

      En el programa principal se establecen 4 posiciones de trabajo con sus correspondientes valores en pulsos de control de cada motor valores V11, V12 y V13, y se establecen una secuencia de acciones controlada por el valor de la variable V1 (VAR1) que se incrementa al final de cada acción para preparar la siguiente. Según esto, se tienen la siguientes acciones:

      Al finalizar cada acción y después de incrementarse V1, el flujo de programa vuelve al inicio donde un selector a base de comparaciones determina qué acción se llevará a cabo.

b) Ejercicios.

Una vez comprendido el funcionamiento general del programa, y a base de modificaciones del mismo, se propone:

1.      Modificar los valores de las posiciones y el valor del parámetro EA y observar lo que ocurre. Anotar los resultados para una memoria posterior.

2.      Realizar una secuencia con dos posiciones: Después de llevar todas las articulaciones al origen, la pinza del robot debe coger el barril en la posición 1 y llevarlo a la posición 2, soltarla y retirarse, esperar 2 segundos y volver a llevarla a la posición 1, soltarla y repetir el proceso.
Escribir una tabla de acciones y sus valores V1 correspondientes, y realizar el programa modificando debidamente el de ejemplo.

Solución:

Nota 1: Antes de modificar el programa de ejemplo se recomienda grabarlo con otro nombre para no borrarlo, conviene hacerlo al principio, nada más cargarlo.

Nota 2: Cuando se comienza un nuevo programa (comando Nuevo) LLWin  nos da la posibilidad de utilizar una plantilla para el robot industrial. Esta plantilla contiene los subprogramas y la estructura del programa de ejemplo, lo que le convierte en una alternativa útil para realizar programas con diferentes secuencias.

Otras propuestas de  programas.

·         Puesta en marcha de los tres motores de posición de forma simultánea durante dos segundos y retorno a su posición.

·         El programa repite indefinidamente la acción anterior.

·         El robot realiza la acción anterior un número limitado de veces (p.e. 5 veces) y se pare.

·         Movimiento simultáneo de las cuatro articulaciones hasta sus posiciones de referencia respectivas.