REPÚPLICA BOLIVARAIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO ESPECIALIZACIÓN DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE TRAZADO Y CORTE MEDIANTE ROBOTS INDUSTRIALES PARA DISMINUIR EL TIEMPO DE TRABAJO, INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN Y MEJORAR LA CALIDAD

Autor: Gustavo I. Rodríguez N. Tutor: MSc. Wilmer Sanz

Trabajo de grado para optar al título de Especialista en Automatización Industrial San diego, Octubre 2014

REPÚPLICA BOLIVARAIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO ESPECIALIZACIÓN DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

CONSTANCIA DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR ACADÉMICO

Quien suscribe,

hace constar que ha leído el Proyecto del Trabajo de

Especialización presentado por el ciudadano Gustavo I. Rodríguez N. portador de la cédula de identidad Nº 17.353.508, titulado Automatización del proceso trazado y corte mediante un Robot Industrial para disminuir tiempo de trabajo e incrementar la producción, presentado como requisito parcial para optar al Grado de Especialista en Automatización Industrial, y acepta la Tutoría del mencionado proyecto durante su etapa de desarrollo hasta su elaboración y evaluación, según las condiciones de la Dirección General de Estudios de Postgrado de la Universidad José Antonio Páez y sus correspondientes Reglamentos. En San Diego, a los _____ días del mes de ________________ del año dos mil _____________

________________________ C.I.: 7.130.496 MSc. Wilmer Sanz. San diego, Octubre 2014

ÍNDICE GENERAL

Índice general ......................................................................................................................... i Lista de figuras y tablas ........................................................................................................ iv Dedicatoria ........................................................................................................................... ix Agradecimientos .................................................................................................................... x Resumen informativo ........................................................................................................... xi Introducción ........................................................................................................................... 1 Capitulo I ............................................................................................................................... 3 El problema ........................................................................................................................... 3 Planteamiento del problema .......................................................................................... 3 Formulación del problema............................................................................................. 4 Objetivo General ........................................................................................................... 5 Objetivos Específicos .................................................................................................... 5 Justificación de la investigación .................................................................................... 5 Alcance y delimitación .................................................................................................. 6 Capitulo II.............................................................................................................................. 7 Marco teórico......................................................................................................................... 7 Antecedentes...................................................................................................................... 7 Bases teóricas .................................................................................................................... 9 Definición de términos básicos ........................................................................................... 39 Capitulo III .......................................................................................................................... 40 Marco metodológico ............................................................................................................ 40 Nivel de la investigación ............................................................................................. 40 Diseño de la investigación ........................................................................................... 40 Modalidad de Investigación ........................................................................................ 40 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ........................................................ 40 Técnicas de procesamiento y análisis de datos............................................................ 41 i

Procedimiento metodológico ................................................................................... 41 FASE I. Diagnóstico del proceso de trazado y corte ............................................... 41 FASE II. Factibilidad técnica y económica de la automatización mediante Robots Industriales. ................................................................................................. 41 FASE III. Diseño del espacio de trabajo, la colocación de las telas, la fijación del robot y su condición de arranque....................................................................... 42 FASE IV. Diseño del programa para la ejecución de las tareas relativas al proceso de trazado y corte mediante el software RobotStudio................................ 42 FASE V. Evaluación de la eficiencia del proceso de automatización implementado con los robots industriales, sobre la base de indicadores cuantificables relativos a la productividad, eficiencia y calidad. ............................ 42 Capitulo IV ...................................................................................................................... 43 Resultados del diagnóstico del proceso de trazado y corte de prendas textiles............... 43 Seguridad ................................................................................................................. 44 En cuanto al área de Operación ............................................................................... 47 En cuanto a Calidad ................................................................................................. 48 En el área de Servicio .............................................................................................. 49 Conclusiones del diagnostico .................................................................................. 49 Recomendaciones .................................................................................................... 49 Capitulo V ....................................................................................................................... 50 Factibilidad técnica y económica de la propuesta ........................................................... 50 Factibilidad técnica.................................................................................................. 50 Alternativa Nº1 ........................................................................................................ 50 Alternativa Nº2 ........................................................................................................ 52 Alternativa Nº3 ........................................................................................................ 54 Alternativa Nº4 ........................................................................................................ 56 Equipos y materiales para cualquier alternativa ...................................................... 58 Capitulo VI ...................................................................................................................... 60 Propuesta de ingeniería.................................................................................................... 60 Automatización del proceso de trazado y corte de las prendas textiles mediante Robots Industriales .......................................................................................................... 60 Objetivo de la propuesta .......................................................................................... 60 Justificación ............................................................................................................. 60 ii

Desarrollo ................................................................................................................ 60 Selección del sistema automatizado ........................................................................ 61 Diseño de la estación robótica ................................................................................. 61 Diseño de la herramienta de corte ........................................................................... 64 Simulación ............................................................................................................... 65 Evaluación de la eficiencia .................................................................................... 101 Conclusiones.................................................................................................................. 104 Recomendaciones .......................................................................................................... 105 Bibliografía .................................................................................................................... 106 ANEXOS ....................................................................................................................... 109 Rutina Main Robot 1 ............................................................................................. 110 Rutina Main Robot 2 ............................................................................................. 112

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LISTA DE FIGURAS Y TABLAS Figura 1. Robot de estructura moderna con 6 grados de libertad. .................................. 12 Figura 2. Cadena cinemática abierta. ............................................................................. 14 Figura 3. Tipos de articulaciones.................................................................................... 15 Figura 4. Perdida de grados de libertad en estructura con dos eslabones; a) a dos grados de libertad y b) un grado de libertad. .................................................................. 16 Figura 5. Configuraciones básicas de Robots manipuladores industriales..................... 17 Figura 6. Robot Industrial ABB IRB 1600..................................................................... 18 Figura 7. Manipulador con configuración angular y muñeca con tres grados de libertad. ........................................................................................................................... 19 Figura 8. Botonera de programación. ............................................................................. 23 Figura 9. El robot y su entorno. ...................................................................................... 24 Figura 10. Métodos de programación. ............................................................................ 26 Figura 11. Estructura de un programa en RAPID. ......................................................... 28 Figura 12. Crear estación robótica.................................................................................. 37 Figura 13. Interfaz gráfica RobotStudio. ........................................................................ 37 Figura 14. Máquina de corte hojilla circular de 2 pulgadas. .......................................... 45 Figura 15. Máquina de corte de hojilla circular de 4 pulgadas. ..................................... 46 Figura 16. Máquina de corte de hojilla recta de ocho pulgadas. .................................... 46 Figura 17. Corte realizado de forma incorrecta. ............................................................. 47 Figura 18. Robot Industrial ABB modelo IRB 1600...................................................... 51 Figura 19. Rango de área de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 16006/1.45, las unidades de medida expresadas en milímetros. ............................................ 51 Figura 20. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 120-3/0.6. .................................... 53 Figura 21. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 120-3/0.6. ........... 53 Figura 22. Radio de giro máximo para el eje numero uno de Robot Industrial ABB IRB 120-3/0.6. ................................................................................................................ 53 Figura 23. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 140. ............................................. 55 Figura 24. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 140. .................... 55 Figura 25. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 2400-10. ...................................... 56

iv

Figura 26. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 2400-10, las unidades de medida expresadas en milímetros. .............................................................. 57 Figura 27. Estación robótica, modelo 3D. ...................................................................... 62 Figura 28. Rieles sobre los cuales se mueve la mesa de trabajo. ................................... 63 Figura 29. Panel de control del operador........................................................................ 63 Figura 30. División de la estación robótica. ................................................................... 64 Figura 31. Cabezal del láser CO2 sin editar. .................................................................. 64 Figura 32. Cabezal del láser CO2. .................................................................................. 65 Figura 33. Controlador IRC5.......................................................................................... 66 Figura 34. Vista interior del controlador IRC5. ............................................................. 67 Figura 35. Tarjeta de entradas y salidas digitales 24V DC. ........................................... 67 Figura 36. Pines de conexión Bus DeviceNet. ............................................................... 70 Figura 37. Diagrama del flujo del programa. ................................................................. 71 Figura 38. Ventana nueva estación de trabajo. ............................................................... 72 Figura 39. Asistente para nuevos sistemas de controlador. ............................................ 72 Figura 40. Nombre y ubicación de la estación de trabajo. ............................................. 73 Figura 41. Clave del controlador. ................................................................................... 74 Figura 42. Claves de accionamiento. .............................................................................. 74 Figura 43. Opciones del controlador. ............................................................................. 75 Figura 44. Menú contextual, establecer posición del Robot. ......................................... 76 Figura 45. Definir posición del Robot. ........................................................................... 77 Figura 46. Crear herramienta de trabajo. ........................................................................ 77 Figura 47. Crear herramienta de trabajo, información del TCP. .................................... 78 Figura 48. Estación robótica terminada. ......................................................................... 79 Figura 49. Trazado blusas olímpicas. ............................................................................. 79 Figura 50. Trazado de pantalones 3/4............................................................................. 80 Figura 51. Trazado pantalón tobillero. ........................................................................... 80 Figura 52. Trazado pantalones 3/4 sobre la mesa de corte. ............................................ 81 Figura 53. Menú crear objeto de trabajo. ....................................................................... 82 Figura 54. Ventana, crear objeto de trabajo, propiedades. ............................................. 82 Figura 55. Ventana Elementos, visualización objetos de trabajos. ................................ 83 v

Figura 56. Posición de inicio o arranque para ambos Robots. ....................................... 83 Figura 57. Crear objetivo, en la posición actual del Robot. ........................................... 84 Figura 58. Selección opción curva de la barra de herramientas. .................................... 84 Figura 59. Modo de ajuste, Ajustar a objetos, de la barra de herramientas.................... 84 Figura 60. Barra de herramientas - Selección del robot, objeto de trabajo, herramienta y instrucción Move por defecto a crear. ..................................................... 85 Figura 61. Crear trayectoria con curva. .......................................................................... 85 Figura 62. Crear trayectoria a partir de curva, opciones. ............................................... 86 Figura 63. Trayectorias automáticas creadas.................................................................. 87 Figura 64. Sentido de la trayectoria ................................................................................ 87 Figura 65. Invertir trayectoria......................................................................................... 88 Figura 66. Objetivos de trabajo. ..................................................................................... 89 Figura 67. Ver Robot en el objetivo. .............................................................................. 89 Figura 68. Modificar objetivo, girar. .............................................................................. 90 Figura 69. Opciones girar objetivo. ................................................................................ 90 Figura 70. Objetivos creados y orientados correctamente. ............................................. 91 Figura 71. Menú contextual, configuración de los ejes del Robot. ................................ 92 Figura 72. Configuración de los ejes del Robot. ............................................................ 92 Figura 73. Objetivos de trabajo y trayectorias para el segundo Robot, trazado pantalón 3/4. ................................................................................................................... 93 Figura 74. Estación robótica, con todos los objetivos creados trazado pantalón 3/4 ..... 94 Figura 75. Modificar instrucción. ................................................................................... 95 Figura 76. Sincronizar con controlador virtual............................................................... 95 Figura 77. Sincronizar trayectorias con el controlador virtual. ...................................... 96 Figura 78. Configurar simulación................................................................................... 96 Figura 79. Ventana configurar simulación. .................................................................... 97 Figura 80. Activar Rastreo de TCP. ............................................................................... 97 Figura 81. Robots realizando el corte de pantalones 3/4, mitad del proceso. ................ 98 Figura 82. Robots realizando el corte de pantalones 3/4, proceso terminado. ............... 98 Figura 83. Robots realizando el corte de blusas, mitad del proceso............................... 99 Figura 84. Robots realizando el corte de blusas, proceso terminado. ............................ 99 vi

Figura 85. Robots realizando el corte de pantalones tobilleros, mitad del proceso. .... 100 Figura 86. Robots realizando el corte de pantalones tobilleros, proceso terminado. ... 100

Tabla 1. Clasificación de los Robots según la AFRI. ...................................................... 11 Tabla 2. Clasificación de los Robots industriales en generaciones. ................................ 12 Tabla 3. Juego de instrucciones del RAPID .................................................................... 32 Tabla 4. Lista de cotejo proceso de trazado y corte. ....................................................... 43 Tabla 5. Rango de movimiento de los ejes del robot IRB 1600-6/1.45. ......................... 51 Tabla 6. Especificaciones de alcance, carga para robot IRB 1600-6/1.45. ..................... 52 Tabla 7. Especificaciones cantidad de ejes, protección, montaje y controlador para robot IRB 1600-6/1.45..................................................................................................... 52 Tabla 8. Dimensiones físicas robot IRB 1600-6/1.45. .................................................... 52 Tabla 9. Rango de movimiento de los ejes del robot IRB 120-3/0.6. ............................. 54 Tabla 10. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot IRB 120-3/0.6. .......... 54 Tabla 11. Especificaciones cantidad de ejes, protección, montaje y controlador para robot IRB IRB 120-3/0.6. ................................................................................................ 54 Tabla 12. Dimensiones físicas robot IRB 120-3/0.6. ...................................................... 54 Tabla 13. Rango de movimiento de los ejes del robot modelo IRB 140. ........................ 55 Tabla 14. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot modelo IRB 140. ....... 56 Tabla 15. Especificaciones cantidad de ejes, montaje y controlador para robot modelo IRB 140. ............................................................................................................. 56 Tabla 16. Dimensiones físicas robot modelo IRB 140. ................................................... 56 Tabla 17. Rango de movimiento de los ejes del robot modelo IRB 2400-10. ................ 57 Tabla 18. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot modelo IRB 240010. .................................................................................................................................... 57 Tabla 19. Especificaciones cantidad de ejes, montaje y controlador para robot modelo IRB 2400-10. ...................................................................................................... 57 Tabla 20. Dimensiones físicas robot modelo IRB 2400-10. ........................................... 58 Tabla 21. Cantidad de robots por alternativa................................................................... 58 Tabla 22. Costo total por alternativa. .............................................................................. 59 Tabla 23. Conexión conector X1. .................................................................................... 68 vii

Tabla 24. Conexión conector X2. .................................................................................... 68 Tabla 25. Conexión conector X3. .................................................................................... 68 Tabla 26. Conexión conector X4. .................................................................................... 69 Tabla 27. Conexión conector X5. .................................................................................... 69 Tabla 28. Conexión de las entradas al controlador.......................................................... 70 Tabla 29. Señales de salidas del controlador ................................................................... 70 Tabla 30. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de blusas olímpicas............. 101 Tabla 31. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de pantalones tobilleros. ..... 101 Tabla 32. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de pantalones 3/4. ............... 101 Tabla 33. Tiempo del proceso automatizado de trazado y corte de blusas olímpicas ... 101 Tabla 34. Tiempo del proceso simulado, trazado y corte de pantalones tobilleros. ...... 102 Tabla 35. Tiempo del proceso automatizado de trazado y corte de pantalones 3/4. ..... 102 Tabla 36. Comparativa proceso manual vs automatizo. ................................................ 102 Tabla 37. Porcentaje de aumento en la producción. ...................................................... 103

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DEDICATORIA

A mi padre y madre, que me dieron la vida, por su apoyo incondicional, sabiduría, fortaleza y ganas de trabajar que siempre han estado presente, ayudándome a lograr todas las metas propuestas en esta vida.

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AGRADECIMIENTOS

Primero a Dios por darme la salud, la fuerza y sabiduría para lograr las metas y objetivos planteados. A mi madre, padre, y demás familiares por su apoyo incondicional, que de una u otra manera me han ayudado a lograr mis objetivos, A mis compañeros de estudios que me acompañaron durante la carrera, en especial a Néstor Urdaneta y Simón Cordido, los cuales me apoyaron y compartieron sus conocimientos y amistad. Agradezco a todas las demás personas que de alguna manera colaboraron con la realización de este trabajo, y los que me han apoyado.

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AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE TRAZADO Y CORTE MEDIANTE ROBOTS INDUSTRIALES PARA DISMINUIR EL TIEMPO DE TRABAJO, INCREMENTAR LA PRODUCCIÓN Y MEJORAR LA CALIDAD

Autor: Ing. Gustavo I. Rodríguez N. Tutor: MSc. Wilmer Sanz Fecha: Octubre 2014 RESUMEN INFORMATIVO El proyecto que se presenta se basa en la propuesta de la automatización del proceso de trazado y corte, mediante robots industriales, para la empresa G.R.E. Manufacturas ubicada en Valencia. El objetivo de dicha propuesta es lograr la disminución del tiempo de trabajo, mejorar la calidad del producto, y aumento de la producción, debido a que el proceso actual se realiza de forma manual, el tizado1 y el corte de la tela, el cual puede llevar un tiempo desde 45 minutos hasta una hora y media, dependiendo de la complejidad, el corte de la tela se realiza de igual forma, manual, por lo que pueden ocurrir errores por parte del operador que puedan dañar la pieza, o realizar un mal corte, afectando la calidad del producto final. El trabajo a realizar propone diagnosticar el proceso de trazado y corte, determinar la factibilidad económica proporcionando varias alternativas de Robots Industriales, diseño de la estación robótica, simulación del proceso de trazado y corte, y evaluar la eficiencia del proceso en base a indicadores cuantificables relativos a la productividad, eficiencia y calidad. Los Robots usados para la simulación fueron de la Marca ABB modelo IRB 1600, y el software RobotStudio, para el diseño de la estación robótica se usó Autocad. Este estudio se trata de un proyecto factible, el cual se refiere a una propuesta de automatización, donde aparte de lograr los objetivos antes mencionados, se logra mejorar la seguridad al operador evitando los riesgos laborales que puedan ocurrir por un mal manejo de las máquinas de cortar tela. Descriptores: Rapid (código de programación), RobotStudio (software de programación), Corte, Trazado, Tizado

1. Tizado: proceso mediante el cual se realiza el dibujo del patrón mediante una tiza a la tela.

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INTRODUCCIÓN

La elaboración de este trabajo tiene por objetivo realizar un estudio de proyecto factible, que consiste en la propuesta de la automatización del proceso de trazado y corte mediante Robots Industriales para la empresa G.R.E. Manufacturas, el cual tiene como principal actividad la elaboración de ropa deportiva para damas. En la actualidad la empresa realiza la operación de trazado y corte de forma manual, esto lleva como consecuencia que el proceso sea lento y laborioso. El objetivo principal es aumentar la producción, disminuir los tiempos de trabajo y mejorar la calidad del producto final. Este planteamiento sugiere la utilización de Robots Industriales ABB IRB 1600. El texto del proyecto se desarrollará, dividiéndose en VI capítulos, los cuales se irán especificando con sus respectivos contenidos. En el capítulo I, se describirá el problema del cual la empresa amerita su pronta solución, además se planteará la formulación del problema, los objetivos de la investigación, el objetivo general, los objetivos específicos, la justificación y el alcance de la investigación. El capítulo II se basará en el marco teórico, donde se sustentarán los fundamentos teóricos relacionadas con el planteamiento de la situación presente, en cuanto a robótica industrial, lenguaje de programación RAPID, y RobotStudio. Se presentan los antecedentes y bases teóricas recopiladas referentes al tema existente. En el capítulo III se introducirá lo concerniente al marco metodológico del proyecto, con lo que se obtendrían las técnicas a aplicarse en la obtención de información, datos y el desarrollo de la metodología, dividiéndose en fases metodológicas en un orden lógico. En el capítulo IV se presentan los resultados del diagnóstico del proceso de trazado y corte de prendas textiles, para ello se realizó una lista de cotejo, la cual se fue desarrollando para verificar que en realidad se necesitaba la automatización del proceso. En el capítulo V se estudia la factibilidad técnica y económica, presentando 4 propuestas distintas, usando como base Robots usados para disminuir el costo de la inversión, demostrando que si se puede realizar la automatización. En el capítulo VI se muestra el diseño de la estación robótica realizada en Autocad, tomando en cuenta el espacio de trabajo que tienen que cubrir los robots para la opción seleccionada, el diseño del gripper o herramienta de trabajo, usando como base un modelo en 3D

al cual se le realizaron modificaciones para adaptarlo al proyecto, para luego pasar por la simulación en RobotStudio, y por último

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se evaluó la eficiencia del proceso.

CAPITULO I EL PROBLEMA Planteamiento del problema Los Robots aparecieron en la industria en los años 60 con un comienzo un poco incierto, pero luego demostraron su utilidad y eficacia, haciéndose común su uso en las fábricas e industrias, específicamente en las automovilísticas durante los años 70 y 80. En la actualidad la cantidad de Robots instalados ha tocado techo debido a que se han llegado a cubrir todas aquellas funciones donde su uso era económicamente rentable. Durante estos 50 años de la robótica, las capacidades de los robots han ido evolucionando, soportada por los avances del software así como del hardware, utilizando un sistema de control y sistema sensorial, como las aportaciones de las áreas del diseño mecánico y nuevos tipos de materiales. Así mismo los aportes de los algoritmos realizados por equipos de investigadores, han contribuido a esta evolución. Con el transcurso del tiempo, el Robot ha demostrado su alta eficiencia, es rápido, preciso, no se cansa y se coordina a la perfección con el resto de los demás Robots y máquinas que están en el proceso. Altas prestaciones le permiten tener una precisión milimétrica e incluso menor, localizar piezas con las que tiene que trabajar, comunicación con diversos equipos, programación mediante software, entre otros. La IFR (International Federation of Robotics), indica en su último reporte ejecutivo del 2012 que actualmente en el mundo hay aproximadamente 1,3 millones de robots utilizándose en la industria, en el 2011 se vendieron aproximadamente 139.300 unidades en todo el mundo, de las cuales solo 1.450 unidades iban destinadas a Centro y Sudamérica. Los rubros de la industria en los cuales son más utilizados los robots según el IFR son: electrónica, automotriz, y manufactura de productos químicos y plásticos. Los robots en el área de electrónica son mayormente utilizados para acomodar y soldar componentes de las tarjetas electrónicas. En el sector automotriz, las tareas para las cuales son utilizados los robots son: soldadura y pintado de carrocerías. En el rubro de manufactura de químicos y plásticos, son utilizados para los procesos peligrosos y para los

controles de calidad, y en el sector textil son usados para realizar los cortes de las prendas de vestir, de carteras, zapatos, bolsos, asientos, etc. En relación a lo antes expuesto y para el objeto de esta investigación existe la empresa G.R.E Manufacturas, dedicada a la confección de ropa deportiva para damas, para ello cuenta con una variedad de máquinas de corte. El proceso de confección de ropa comienza con la selección de las piezas tomando en cuenta el pedido solicitado por el cliente o para reponer el stock (diseño, talla y color), luego se seleccionan los rollos de tela y se procede a realizar el tendido de la tela más angosta para hacer el tizado de los patrones, a continuación se procede a medir el largo total del trazado y se retira de la mesa para comenzar el tendido de las telas restantes con el mismo largo de la tela tizada, una vez terminado se procede nuevamente a colocar el paño de tela trazado encima de los otros paños de tela. Con una máquina de corte de hojilla circular o vertical, según sea necesario, se procede manualmente a realizar el corte siguiendo las líneas trazadas en el paso anterior, todo el proceso dura aproximadamente entre dos a cuatro horas de tiempo, dependiendo de la complejidad del corte. Una vez cortadas las piezas pasan al área de costura para la confección de la prenda de vestir, luego es revisada para verificar la calidad del producto, posteriormente es empacada y llevada al almacén para su distribución final. Como se puede observar el proceso de trazado y corte de la tela es realizado de manera manual, lo cual trae como consecuencia incremento en el tiempo para dibujar los patrones y organizarlos de manera eficiente, desperdicio en el momento de corte de tela, imperfecciones en el corte debido a una mala maniobra del operador. En virtud de lo antes expuesto en esta investigación se propone automatizar las etapas de trazado y de corte de las telas, mejorando los tiempos de trabajo, mayor producción y mejor calidad en el producto.

Formulación del problema ¿Cómo se puede automatizar el proceso de trazado y corte para lograr el aumento de la producción, calidad del producto y mejorar los tiempos de trabajo?

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Objetivo General Proponer la automatización del proceso de trazado y corte mediante Robots Industriales que permitan disminuir el tiempo de trabajo, incremento de la producción y mejorar la calidad del producto.

Objetivos Específicos •

Diagnosticar el proceso de trazado y corte que se realiza en las telas.

•

Determinar la factibilidad técnica y económica de la automatización mediante robots industriales.

•

Diseñar el espacio de trabajo, la colocación de las telas, la fijación de los robots, y su condición de arranque (soft home).

•

Diseñar el programa para la ejecución de las tareas relativas al proceso de trazado y corte mediante el software RobotStudio.

•

Evaluar la eficiencia del proceso de automatización implementado con los robots Industriales, sobre la base de indicadores cuantificables relativos a la productividad, eficiencia y calidad.

Justificación de la investigación Con la automatización del proceso de trazado y corte se obtendrán los siguientes beneficios: •

En cuanto a lo económico: incremento en la producción.

•

En cuanto a lo tecnológico: Precisión en el corte de tela, los trazados se guardaran en una computadora y en la memoria del robot, teniendo registro de los distintos tipos de cortes que se puedan realizar.

•

En cuanto a lo teórico: Sirve de base para otros trabajos que tengan aplicaciones con características similares.

•

En cuanto a lo académico: Este proyecto formara parte de la biblioteca de la Universidad José Antonio Páez.

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Alcance y delimitación La realización de este proyecto, aplica al proceso de trazado y corte, usando robots industriales, y para la demostración de los resultados se utilizara el software de simulación RobotStudio, paquete de software de robots ABB.

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CAPITULO II MARCO TEÓRICO En este capítulo se presentan algunos trabajos relacionados con la presente investigación así como las bases teóricas que servirán como sustento para el análisis y la interpretación de los resultados.

Antecedentes Pizarro, V, y otros (2012). Diseñaron e implementaron un mecanismo de agarre para mano robot antropomórfica, el mismo hace referencia al acople cinemático del dedo pulgar al gripper robótico antropomórfico presentando en Aviles, debido a que este dedo por su ubicación se encuentra fijo por debajo de los otros dedos, imposibilitando de esta manera realizar los movimiento de rotacional y de cierre. Propiedades que dan importancia al momento de manipular objetos con precisión. Este acople en el gripper permitirá realizar diferentes tipos de configuraciones para el agarre de objetos y ser acoplado como gripper en el Robot UMNG1 u otros Robots existentes. El acople implico la aplicación conocimientos adquiridos en la disciplina profesional, especialmente en áreas relacionadas con: mecánica, electrónica, evaluación de proyectos de ingeniería y programación. El aporte de este trabajo de investigación al proyecto que se desea realizar fue el cómo diseñaron el objeto de agarre, importante al momento de seleccionar la herramienta de corte que utilizara el gripper.

Por otro lado Domínguez.,

C, y otros (2012). Diseñaron

y simularon un

dispositivo robótico para organizar medicamentos. Dentro de la identificación del producto se evaluó la posición del eje X, por medio de una cámara web, a la hora de ubicarlo para su posterior manipulación, no siempre este se encontrara centrado o alineado con respecto al gripper (en el eje X), así como también en el eje Y; para facilitar la conversión de cm a pixeles, se trazó una línea base para la posición de los productos. Por el diseño del dispositivo robótico, el cual estará limitado tanto a las restricciones del tamaño del estante,

como a las de movilidad, y velocidad que se pueden encontrar en las droguerías de gama baja, teniendo en cuenta los puntos a evaluar se seleccionara un diseño de tipo cartesiano, para evitar obstaculizar a los encargados y a su vez facilitar los cálculos cinemáticos del manipulador . El aporte de este trabajo es como utilizaron la información de las coordenadas X Y recibidas mediante fotos para realizar la búsqueda de las medicinas.

Cristancho Ovalle, y otros. (2010). Realizaron la simulación en un entorno de realidad virtual de la preforma de agarre en una mano robótica usando visión artificial. En este trabajo se presenta la simulación de preforma de agarre, por medio de un software de clasificación y la integración de un entorno realidad virtual, en el que se analizan figuras primitivas por medio de visión artificial. Las figuras son clasificadas por medio de una red neuronal, según los parámetros característicos extraídos de cada una de las imágenes capturadas por la cámara. Lo anterior se logra analizando el modelo cinemático de la mano robótica antropomorfa diseñada en CAD, sin tener en cuenta todos los movimientos de la muñeca y los movimientos de abducción y aducción de los dedos, ya que por el modelo mecánico que posee la mano con la que se trabajó, estos movimientos son imposibles de lograr. El aporte de este trabajo es el estudio cinemático que realizaron al Robot así como también el software que desarrollaron.

Jiménez Robayo, Cesar Eduardo. (2009). Realizaron la construcción de un Robot manipulador tipo SCARA con sistema de visión de máquina, que pueda ser utilizado como herramienta didáctica en asignaturas de Robótica y Control. Con el fin de brindar una herramienta que ayude al entendimiento de conceptos básicos y avanzados de robótica y control, se desarrolló una plataforma de aprendizaje donde se apliquen de manera práctica estos temas. Este trabajo presenta el diseño, construcción y puesta en marcha de un Robot manipulador SCARA de 4DOF, enfocado para la enseñanza de la materias de robótica y control, se realiza una descripción global y especifica de diseño tanto en el ámbito mecánico, electrónico e informático de la plataforma. Se formula y comprueba el modelo matemático del manipulador a través de varios métodos, se aplican técnicas convencionales de control tanto en la simulación como en el Robot construido. El aporte de este trabajo es la plataforma informática que usaron. 8

Bases teóricas Según la Asociación de Industrias Robóticas (RIA) un Robot Industrial es un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables, programadas para realizar tareas diversas. Esta definición ligeramente modificada, ha sido adoptada por la Organización Internacional de Estándares (ISO) que define el Robot Industrial como un manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz de manipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales según trayectorias variables programadas para realizar diversas tareas. Por último, la Federación Internacional de Robótica (IFR) en su informe técnico ISO/TR 83737 (septiembre 1988) distingue entre Robot Industrial de manipulación y otros Robots, realizando la siguiente definición: Por Robot Industrial de manipulación se entiende una máquina de manipulación automática, reprogramable y multifuncional con tres o más ejes que puede posicionar y orientar materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales para la ejecución de trabajos diversos en las diferentes etapas de la producción industrial, ya sea en una posición fija o en movimiento.

Clasificación del Robot Industrial La maquinaria para la automatización rígida dio paso al Robot con el desarrollo de controladores rápidos, basados en el microprocesador, así como un empleo de servos en bucle cerrado, que permiten establecer con exactitud la posición real de los elementos del Robot y establecer el error con la posición deseada. Esta evolución ha dado origen a una serie de tipos de Robots, que se citan a continuación:

Manipuladores: Son sistemas mecánicos multifuncionales, con un sencillo sistema de control, que permite gobernar el movimiento de sus elementos, de los siguientes modos: Manual: Cuando el operario controla directamente la tarea del manipulador. De secuencia fija: cuando se repite, de forma invariable, el proceso de trabajo preparado previamente. 9

De secuencia variable: Se pueden alterar algunas características de los ciclos de trabajo.

Robots de repetición o aprendizaje: Son manipuladores que se limitan a repetir una secuencia de movimientos, previamente ejecutada por un operador humano, haciendo uso de un controlador manual o un dispositivo auxiliar. En este tipo de Robots, el operario en la fase de enseñanza, se vale de una pistola de programación con diversos pulsadores o teclas, joystics, o bien utiliza un maniquí, o a veces, desplaza directamente la mano del Robot. Los Robots de aprendizaje son los más conocidos, hoy día, en los ambientes industriales y el tipo de programación que incorporan, recibe el nombre de "gestual".

Robots con control por computador: Son manipuladores o sistemas mecánicos multifuncionales, controlados por un computador, que habitualmente suele ser un microordenador. En este tipo de Robots, el programador no necesita mover realmente el elemento de la máquina, cuando la prepara para realizar un trabajo. El control por computador dispone de un lenguaje específico, compuesto por varias instrucciones adaptadas al Robot, con las que se puede confeccionar un programa de aplicación utilizando solo el terminal del computador, no el brazo. A esta programación se le denomina textual y se crea sin la intervención del manipulador. Las grandes ventajas que ofrecen este tipo de Robots, hacen que se vayan imponiendo en el mercado rápidamente, lo que exige la preparación urgente de personal cualificado, capaz de desarrollar programas similares a los de tipo informático.

Robots inteligentes: Son similares a los del grupo anterior, pero, además, son capaces de relacionarse con el mundo que les rodea a través de sensores y tomar decisiones en tiempo real (auto programable).

10

Micro-Robots: Con fines educacionales, de entretenimiento o investigación, existen numerosos Robots de formación o Micro-Robots a un precio muy asequible y, cuya estructura y funcionamiento son similares a los de aplicación industrial. En la

Tabla 1 se muestra la clasificación de los Robots Industriales según la

AFRI

Tabla 1. Clasificación de los Robots según la AFRI. Tipo A Tipo B

Manipulador con control manual o telemando. Manipulador automático con ciclos preajustados; regulación mediante fines de carrera o topes; control por PLC; accionamiento neumático, eléctrico o hidráulico. Robot programable con trayectoria continua o punto a punto. Carece de conocimiento sobre su entorno. Robot capaz de adquirir datos de su entorno, readaptando su tarea en función de estos.

Tipo C Tipo D

Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007. La IFR distingue entre cuatro tipos de Robots: •

Robot secuencial.

•

Robot de trayectoria controlable.

•

Robot adaptativo.

•

Robot tele manipulado.

En la

Tabla 2 se muestra la clasificación de los Robots industriales en generaciones.

Características Morfológicas Se describen las características más relevantes propias de los Robots y se proporcionan valores concretos de las mismas, para determinados modelos y aplicaciones.

Grados de libertad Son los parámetros que se precisan para determinar la posición y la orientación del elemento terminal del manipulador. También se pueden definir los grados de libertad, como los posibles movimientos básicos (giratorios y de desplazamiento) independientes. 11

En la

Figura 1 se muestra el esquema de un Robot de estructura moderna con 6

grados de libertad, tres de ellos determinan la posición en el espacio del aprehensor (q1, q2 y q3) y los otros 3, la orientación del mismo (q4, q5 y q6).

Tabla 2. Clasificación de los Robots industriales en generaciones. 1ra Generación 2da Generación

3ra Generación

Repite la tarea programada secuencialmente. No toma en cuenta las posibles alteraciones de su entorno. Adquiere información limitada de su entorno y actúa en consecuencia. Puede localizar, clasificar (visión) y detectar esfuerzos y adaptar sus movimientos en consecuencia. Su programación se realiza mediante el empleo de un lenguaje natural. Posee la capacidad para la planificación automática de sus tareas.

Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007.

Figura 1. Robot de estructura moderna con 6 grados de libertad. Fuente: Facultad Informatica de Barcelona, 2014. Un mayor número de grados de libertad conlleva un aumento de la flexibilidad en el posicionamiento del elemento terminal. Aunque la mayoría de las aplicaciones industriales requieren 6 grados de libertad, como las de la soldadura, mecanizado y paletización, otras más complejas requieren un número mayor, tal es el caso en las labores de montaje. Tareas más sencillas y con movimientos más limitados, como las de la pintura y paletización, suelen exigir 4 o 5 grados de libertad. 12

La zona de trabajo se subdivide en áreas diferenciadas entre sí, por la accesibilidad especifica del elemento terminal (aprehensor, herramienta o gripper), es diferente a la que permite orientarlo verticalmente o con el determinado ángulo de inclinación. También queda restringida la zona de trabajo por los límites de giro y desplazamiento que existen en las articulaciones.

Capacidad de carga El peso, en kilogramos, que puede transportar la garra del manipulador recibe el nombre de capacidad de carga. A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de la propia garra. En modelos de Robots industriales, la capacidad de carga de la garra, puede oscilar de entre 205Kg. y 0.9Kg. La capacidad de carga es una de las características que más se tienen en cuenta en la selección de un Robot, según la tarea a la que se destine. En soldadura y mecanizado es común precisar capacidades de carga superiores a los 50kg.

Exactitud y Repetibilidad La resolución: para el robot en su conjunto, se entiende como la menor variación posible en el posicionamiento del efector final. La resolución viene dada por los sensores de posición empleados, los actuadores y los componentes electrónicos incluyendo tanto los de almacenamiento y procesamiento digital como los de conversión analógica-digital y digital-analógica. La cinemática el error modelado: el modelo de la cinemática del Robot no empareja al Robot exactamente. Como resultado los cálculos de ángulos de la juntura requeridos contienen un error pequeño. Los errores de la calibración: la posición determinada durante la calibración puede estar apagada ligeramente, mientras se está produciendo un error en la posición calculada. Los errores del azar: los problemas se levantan conforme el Robot opera. Por ejemplo, fricción, torcimiento estructural, la expansión termal, la repercusión negativa, la falla en las transmisiones, etc. pueden causar las variaciones en la posición.

13

Morfología de los Robots Los Robots industriales son, esencialmente, brazos articulados. De forma más precisa, un manipulador industrial convencional en una cadena cinemática abierta formada por un conjunto de eslabones o elementos de la cadena interrelacionados mediante articulaciones o pares cinemáticos, tal como se ilustra en la Figura 2. La articulación de rotación suministra un grado de libertad consistente en una rotación alrededor del eje de la articulación. Esta articulación es la más empleada. En la articulación prismática el grado de libertad consiste en una traslación a lo largo del eje de la articulación. En la articulación cilíndrica existen dos grados de libertad: una rotación y una traslación, como se indica en la

Figura 3.

La articulación planar está caracterizada por el movimiento de desplazamiento en un plano que se muestra en la

Figura 3, existiendo por tanto

dos grados de libertad. Por último, la articulación esférica combina tres giros en tres direcciones perpendiculares en el espacio.

Figura 2. Cadena cinemática abierta. Fuente: Ollero Baturone, 2007. Los grados de libertad son el número de parámetros independientes que fijan la situación del órgano terminal. El número de grados de libertad suele coincidir con el número de eslabones de la cadena cinemática. Así, en la Figura 4a, se ilustra una estructura con dos eslabones, dos articulaciones prismáticas y dos grados de libertad. Sin embargo, pueden existir casos degenerados, tal como el que se ilustra en la Figura 4b en la cual se aprecia que, aunque existan dos eslabones y dos articulaciones 14

prismáticas, tan sólo se tiene un grado de libertad. Por consiguiente, en general, el número de grados de libertad es menor o igual que el número de eslabones de la cadena cinemática.

Estructuras básicas La estructura típica de un manipulador consiste en un brazo compuesto por elementos con articulaciones entre ellos. En el último enlace se coloca un órgano terminal o efector final tal como una pinza o un dispositivo especial para realizar operaciones. Se consideran, en primer lugar, las estructuras más utilizadas como brazo de un Robot manipulador. Estas estructuras tienen diferentes propiedades en cuanto a espacio de trabajo y accesibilidad a posiciones determinadas. En la cuatro configuraciones básicas.

Figura 3. Tipos de articulaciones. Fuente: Ollero Baturone, 2007.

15

Figura 5 se muestran

Figura 4. Perdida de grados de libertad en estructura con dos eslabones; a) a dos grados de libertad y b) un grado de libertad. Fuente: Ollero Baturone, 2007. El espacio de trabajo es el conjunto de puntos en los que puede situarse el efector final del manipulador. Corresponde al volumen encerrado por las superficies que determinan los puntos a los que accede el manipulador con su estructura totalmente extendida y totalmente plegada. Por otra parte, todos los puntos del espacio de trabajo no tienen la misma accesibilidad. Los puntos de accesibilidad mínima son los de las superficies se delimitan el espacio de trabajo ya que ellos sólo puede llegarse con una única orientación.

Configuración cartesiana Se ilustra en la

Figura 5a, la configuración tiene tres articulaciones

prismáticas (3D o estructura PPP). Esta configuración es bastante usual en estructuras industriales, tales como pórticos, empleadas para el transporte de cargas voluminosas. Las especificación de la posición de un punto se efectúa mediante las coordenadas cartesianas (x,y,z). Los valores que deben tomar las variables articulares corresponden directamente a las coordenadas que toma el extremo del brazo. Por consiguiente en esta configuración, se simplifica la tarea del controlador del Robot que debe generar las órdenes para ejecutar una trayectoria definida mediante una secuencia de puntos expresados en coordenadas cartesianas. Sin embargo, la configuración no resulta adecuada para acceder a puntos situados en espacios relativamente cerrados y su volumen de trabajo es pequeño cuando se compara con la que puede obtenerse con otras configuraciones.

16

Configuración cilíndrica Esta configuración tiene dos articulaciones prismáticas y una de rotación (2D, 1G). La primera articulación es normalmente de rotación (estructura RPP), la R designa rotación y la P prismática, como se muestra en la

Figura 5b la posición se especifica de

forma natural en coordenadas cilíndricas.

Configuración polar o esférica Esta configuración se caracteriza por dos articulaciones de rotación y una prismática (2G, 1D o estructura RPP). En este caso, las variables articulares expresan la posición del extremo del tercer enlace en coordenadas polares, tal como se muestra en la Figura 5c.

Figura 5. Configuraciones básicas de Robots manipuladores industriales. Fuente: Ollero Baturone, 2007.

17

Configuración angular Esta configuración es una estructura con tres articulaciones de rotación (3G o RRR), tal como se muestra en la

Figura 5d, la posición del extremo final se

especifica de forma natural en coordenadas angulares.

La estructura tiene un mejor acceso a espacios cerrados y es fácil desde el punto de vista constructivo. Es muy empleada en Robots manipuladores industriales, especialmente en áreas de manipulación que tenga una cierta complejidad. En

Figura

6 se muestra un Robot Industrial típico, existente en un gran número de laboratorios de investigación y desarrollo en robótica. De hecho, la configuración angular es la más utilizada en educación y actividades de investigación y desarrollo.

Orientación del efector final El movimiento de un brazo robótico provisto de una muñeca con un efector final es frecuente tratarlo en dos pasos. En primer lugar, se mueve el brazo para posicionar el extremo del último enlace y, posteriormente, se orienta la muñeca para que el efector final tenga la orientación adecuada. No obstante, existen tareas que puede requerir el movimiento simultáneo del brazo y la muñeca.

Figura 6. Robot Industrial ABB IRB 1600. Fuente: ABB ROBOTICS.

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En tareas de montaje en un plano recto, puede que no sea necesario ningún grado de libertad adicional ya que el trabajo siempre es en dirección perpendicular al plano del montaje. Tal como sucede en el montaje de componentes electrónicos. Sin embargo, en otras tareas de manipulación, suele ser necesario que el efector final tenga una determinada orientación en el espacio. Esto se consigue con la muñeca del manipulador. En la Figura 7 se puede observar un manipulador angular provisto de una muñeca que añade tres grados de libertad de rotación a la estructura. Estos tres ángulos permiten especificar la orientación del efector final en el espacio. De esta forma, se llega a los seis grados de libertad (tres del brazo y tres de la muñeca) que se necesitan en un caso general para especificar una posición y una orientación en el espacio.

Figura 7. Manipulador con configuración angular y muñeca con tres grados de libertad. Fuente: Ollero Baturone, 2007. Efectores finales Es el elemento que se coloca en el extremo del último enlace del manipulador y que suministra la capacidad de agarre del objeto que se pretende manipular, o la colocación de una herramienta apropiada para la tarea (pintura, soldadura, etc.). Las características que hay que tener en cuenta para su diseño son: capacidad de carga, fuerza de agarre, geometría y dimensiones de los objetos que debe manejar tolerancias, tipos de movimientos que puede realizar, alimentación (neumática, eléctrica, 19

hidráulica), tiempo de actuación del mecanismo de agarre y característica de la superficie de contacto. Los efectores finales más simples son pinzas mecánicas, típicamente con dos dedos y accionamiento neumático todo o nada.

Programación de Robots Programar un Robot consiste en indicar paso por paso las diferentes acciones (moverse a un punto, abrir o cerrar la pinza, etc.) que éste deberá realizar durante su funcionamiento automático. La flexibilidad en la aplicación del Robot y, por tanto, su utilidad dependerá en gran medida de las características de su sistema de programación. En la actualidad no existe normalización alguna en cuanto a los procedimientos de programación de Robots. Por el contrario, cada fabricante ha desarrollado su método particular, válido únicamente para sus propios Robots. Sin embargo, existen algunos sistemas de programación que han servido de modelo para el desarrollo de otros. Tal es el caso del lenguaje AL (Finkel,1974) desarrollado por la Universidad de Stanford en los años setenta y que ha servido de referencia para muchos de los sistemas comerciales existentes. Los escasos intentos de unificar en cierta medida los procedimientos de programación de Robots no han tenido hasta la fecha el reconocimiento y la aceptación necesarios. De entre estos, tal vez el más destacable haya sido el denominado IRDATA (Rembold,1985) (reconocido como estándar por la VDI alemana), concebido por la Universidad de Karlsruhe como un código intermedio entre el sistema de programación utilizado y el propio sistema de programación del Robot. Existen diversos criterios para realizar una clasificación de los métodos de programación de Robots. Algunas atienden a la potencia del método, mientras que otras clasificaciones hacen referencia al sistema empleado para indicar la secuencia de acciones a realizar. Este segundo criterio es más ilustrativo al momento de dar a conocer las alternativas existentes para programar un Robot, siendo por esta razón el que se va a seguir. Según este criterio, un Robot puede ser programado mediante lo que se denomina guiado o mediante un procedimiento textual, existiendo Robots que conjugan ambos tipos. 20

Este primer nivel de división admite un segundo, atendiendo a la potencia y particularidades de! método de programación. Las características de cada procedimiento de programación serán más o menos ventajosas según la aplicación a la que se destina el Robot.

Programación por guiado La programación por guiado o aprendizaje consiste en realizar al Robot, o a una maqueta del mismo, la tarea (llevándolo manualmente por ejemplo) al tiempo que se registran las configuraciones adoptadas (trayectoria), para su posterior repetición de manera automática. Para guiar al Robot por las trayectorias o puntos deseados se utilizan diferentes soluciones. Si los actuadores del Robot están desconectados y es el programador quien debe aportar directamente la energía para mover el Robot, se trata de un guiado pasivo. En este caso, el programador puede tomar el extremo del Robot y llevarlo hasta los puntos deseados siguiendo las trayectorias más adecuadas. La unidad de control del Robot registrará, de manera automática, la señal de los sensores de posición de las articulaciones en todos los puntos recorridos. Este tipo de guiado se denomina guiado pasivo directo. Un ejemplo de Robot Industrial programado por este procedimiento se encuentra en los Robots de pintura de la firma Gaiotto. La dificultad física de mover toda la estructura del Robot se resuelve con la utilización del guiado pasivo por maniquí. En este caso se dispone de un doble del Robot mientras que éste permanece fuera de línea. El maniquí posee idéntica configuración que el Robot real, pero es mucho más ligero y fácil de mover. La programación se efectúa llevando de la mano a este doble, mientras que la unidad de control muestrea y almacena, con determinada frecuencia, los valores que toman los sensores de posición de las articulaciones, para su posterior repetición por el Robot. Los Robots de pintura, fabricados por Nordson se programan utilizando este procedimiento. Frente a estos sistemas pasivos, otra posibilidad permite emplear el propio sistema de accionamiento del Robot, controlado desde una botonera o un bastón de mando, para que sea éste el que mueva sus articulaciones. Se dirá entonces que se trata de un guiado activo. Ejemplos de este tipo se encuentran en los Robots de la antes ASEA y ahora ABB 21

(ARLA), FANUC o en los de Cincinnati Milacron (T3). En este caso, lo habitual es que la unidad de control únicamente registre aquellas configuraciones del Robot que el programador indique expresamente. Atendiendo a la potencia del sistema, se puede hablar de guiado básico y de guiado extendido

Guiado básico El Robot es guiado consecutivamente en los puntos por los que se requiere que pase durante la fase de ejecución automática del programa. Durante ésta, la unidad de control interpola dichos puntos según determinadas trayectorias. En ocasiones no es posible incluir ningún tipo de estructuras de control dentro del programa, por lo que los puntos son recorridos siempre secuencialmente, en el mismo orden en que se programaron. Un caso límite de este tipo de programación sería la utilizada en casi todos los Robots de pintura, en los que la unidad de control muestrea automáticamente los puntos recorridos por el Robot con una frecuencia muy alta

Guiado extendido Permite especificar, junto a los puntos por los que deberá pasar el Robot, datos relativos a la velocidad, tipo de trayectoria, precisión con la que se desea que se alcancen los puntos, control del flujo del programa, atención a entradas y salidas binarias, etc. En este caso, el método de guiado utilizado es el de la botonera o joystick, ver Figura 8. La programación por guiado extendido aumenta notablemente la potencia del sistema de programación. Los métodos de programación por guiado son muy útiles e incluso necesarios en ocasiones. Además presentan ventajas, ya que son fáciles de aprender y que requieren un espacio de memoria relativamente pequeño para almacenar la información. Sin embargo, presentan una serie de inconvenientes, de los que el más destacable es la necesidad de utilizar al propio Robot y su entorno para realizar la programación, obligando a sacar al Robot de la línea de producción e interrumpiendo ésta. Otros inconvenientes frecuentes son la inexistencia de una documentación del programa y la dificultad de realizar

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modificaciones en el mismo, inconvenientes ambos que conducen a una difícil depuración y puesta a punto de las aplicaciones

Figura 8. Botonera de programación. Fuente: Global Robots Usa. Programación textual Como alternativa a la programación por guiado, el método de programación textual permite indicar la tarea al Robot mediante el uso de un lenguaje de programación específico. Un programa se corresponde ahora, como en el caso de un programa general, con una serie de órdenes que son editadas y posteriormente ejecutadas. Existe, por lo tanto, un texto para el programa. La programación textual puede ser clasificada en tres niveles: Robot, objeto y tarea, dependiendo de que las órdenes se refieran a los movimientos a realizar por el Robot, al estado en que deben ir quedando los objetos manipulados o al objetivo (o subobjetivo parcial) a conseguir. En el estado actual, la programación de Robots se queda materialmente en el primero de ellos (nivel Robot), existiendo una gran cantidad de lenguajes de programación textual a este nivel (Bonner,1982), de entre los que se pueden destacar por orden cronológico:

AL

(Universidad de Stanford - 1974) (Finkel,1974). 23

AML

(IBM - 1979) (Taylor,1982).

LM

(Universidad de Grenoble, SCEMI 1981).

VAL TI

(UNIMATION - 1983) (Staübli,1992).

V+

(ADEPT - 1989) (Adept,1989).

RAPID

(ABB-1994)(ABB,1994]

Se han realizado diversos intentos de desarrollar lenguajes a nivel objeto [Koutsou81], pero las dificultades (facilidad de programación, reducción de líneas de comandos) con que se han encontrado los investigadores han impedido una implementación eficiente del lenguaje. Como ejemplos pueden citarse:

LAMA(MIT - 1976) (Lozano,1976). AUTOPASS (IBM - 1977) (Leberman,1977). RAPT

(Universidad de Edimburgo - 1978)(Poppleston,1978) (Ambler,1986).

Para aclarar el modo en que se programaría un Robot en cada uno de los niveles anteriormente mencionados, se va a resolver una tarea concreta utilizando las tres alternativas. La

Figura 9 representa el Robot y su entorno. Se pretende

situar la pieza A, sobre la que se apoya la pieza B, en el interior del orificio de la pieza D.

Figura 9. El robot y su entorno. Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007. 24

A continuación se presenta el programa en los tres niveles de manera simplificada y utilizando lenguajes hipotéticos: Mover_a P1 via P2 Vel =0.2*VELMAX Pinza = ABRIR Prec = ALTA Mover_recta_a P3 Pinza = CERRAR Espera= 0.5 Mover_recta_a P1 Prec = MEDIA Vel = VELMAX Mover_a P4 via P2 Prec = ALTA Vel = 0.2 *VELMAX Mover_recta_a P5 Pinza = ABRIR

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

Situarse en un punto sobre la pieza B Reducir la velocidad Abrir la pinza Aumentar la precisión Descender verticalmente en línea recta Cerrar la pinza para coger la pieza B Esperar para garantizar cierre de pinza Ascender verticalmente en línea recta Decrementar la precisión Aumentar la velocidad Situarse sobre la pieza C Aumentar la precisión Reducir velocidad Descender verticalmente en línea recta Abrir pinza

Programación Nivel Robot Es necesario especificar cada uno de los movimientos que ha de realizar el Robot, así como la velocidad, direcciones de aproximación y salida, apertura y cierre de la pinza, etc. Será necesario también descomponer la tarea global en varias subtareas, como por ejemplo, quitar B de A (poniendo B sobre C), introducir A en D, etc. Para el ejemplo que se está considerando, la operación que consiste en colocar B sobre C tendría el siguiente aspecto: Situar B sobre C haciendo coindidir LADO_B1 con LAD0_C1 y LADO_B2 con LADO_C2 ; Situar A dentro D haciendo coincidir EJE_A con EJE_HUECO_D y BASE_A con BASE_D ;

Programación Nivel Objeto Disminuye la complejidad del programa. La programación se realiza de manera más cómoda, ya que las instrucciones se dan en función de los objetos a manejar. Un planificador de la tarea se encargará de consultar una base de datos y generar las instrucciones a nivel de Robot.

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Nivel Tarea El programa se reduce a una única sentencia ya que se especifica qué es lo que debe hacer el Robot en lugar de cómo debe hacerlo. Ensamblar A con D

Es importante destacar que, cada vez con mayor notoriedad, los sistemas de programación de Robots tienden a combinar los dos modos básicos (guiado y textual), permitiéndose desarrollar el programa mediante la escritura de las instrucciones, y utilizando la posibilidad de guiado en línea en aquellos momentos en que sea necesario. Sistemas como RAPID de ABB, VAL II de Staübli y V+ de AdeptTechnology son ejemplos de esta ambivalencia. Como resumen, la Figura 10 recoge los diferentes métodos de programación de Robots existentes. Métodos de programción

Guiado

Pasivo

Directo (Gaiotto)

Maniquí (Nordson)

Textual

Activo

Nivel Robot (V+, RAPID)

Nivel Objeto (RAPT)

Nivel Tarea

ARLA ABB Figura 10. Métodos de programación. Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007.

Lenguaje de programación RAPID El lenguaje RAPID, desarrollado por la empresa ABB para su nueva generación de Robots, constituye uno de los últimos lenguajes de programación de Robots aparecido en el mercado. Su lanzamiento en el año 1994 supone un paso adelante en el desarrollo de herramientas de programación para Robots comerciales.

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Constituye un lenguaje de programación textual de alto nivel que incluye algunas características importantes, tales como la utilización de funciones y procedimientos, la posibilidad de usar rutinas parametrizables, la estructura completamente modular del programa o la posibilidad de declarar rutinas y datos como locales o globales. Un programa escrito en RAPID consiste en una serie de instrucciones que describen el trabajo del Robot. Cada instrucción tiene asociada una serie de parámetros que definen de forma completa la acción a realizar. Estos parámetros específicos a cada instrucción pueden ser valores numéricos, referencias a un dato, expresiones de datos, llamadas a funciones e incluso en algunos casos cadenas de caracteres. Los programas se desarrollan en la paleta de programación bajo un entorno de menús dirigidos. A través del joystick situado en la propia paleta y de los diversos botones adicionales (tipo de movimiento, ejes externos, entradas/salidas) se puede también realizar entrada de datos por guiado e interaccionar con el entorno en cualquier momento. Los programas también pueden ser escritos directamente en un PC con un editor de texto convencional, para ser posteriormente volcados en la memoria del Robot a través de un disquete o unidad usb. Se trata de un lenguaje altamente estructurado que recuerda a un lenguaje de programación de propósito general. Los programas desarrollados en RAPID se denominan tareas e incluyen el programa en si junto con varios módulos de sistema, módulos que contienen rutinas y datos de tipo general, independientes del programa pero que pueden ser utilizados por él en cualquier momento. A su vez, el programa puede ser dividido en varios módulos, uno de los cuales ha de ser el principal. Cada uno de estos módulos contiene submódulos

de

datos,

además

de

diversas

rutinas

de

ejecución.

La

Figura 11 muestra de forma esquemática la organización de esta estructura. La definición de módulos se realiza especificando su nombre y sus atributos, como por ejemplo que se trata de un módulo del sistema (SYSMODE) o que no se puede modificar (VIEWONLY).

27

Figura 11. Estructura de un programa en RAPID. Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007. Existen tres tipos diferentes de rutinas o subprogramas posibles: Procedimiento: Rutina que no devuelve ningún valor y se utiliza como una instrucción. Función: Rutina que devuelve un dato de tipo específico y se utiliza como una expresión. Rutina TRAP: Son rutinas que se asocian a interrupciones y se ejecutan cuando éstas se activan. No pueden llamarse nunca de forma explícita.

Los datos a manejar pueden ser de dos tipos: Tipo de dato atómico: No se define en función de otro tipo y no se puede dividir en diferentes componentes. Tipo de dato registro: Está compuesto por una serie ordenada de componentes con sus respectivos nombres. Los componentes pueden ser a su vez de tipo atómico o de tipo registro.

Los datos, que se pueden definir como globales o locales tanto en módulos como en subrutinas, pueden a su vez ser definidos como: Constantes: (CONS) representan datos de un valor fijo a los que no se puede reasignar un nuevo valor. 28

Variables: (VAR) son datos a los que se les puede asignar un nuevo valor durante la ejecución del programa. Persistentes: (PERS) se trata de variables en las que cada vez que se cambia su valor durante la ejecución del programa, también se cambia el valor de su inicialización.

Los tres tipos básicos de datos habituales con los que se trabaja son: Numérico: num. Lógico: bool. Cadena: string.

Es importante destacar la existencia de una serie de estructuras predefinidas de datos con distintos campos para la utilización por parte del usuario. Se muestran a continuación algunos ejemplos: Confdata Descripción: estructura para especificar la configuración del Robot. Campos:

cfl: cuadrante del eje 1. cf4: cuadrante del eje 4. cf6: cuadrante del eje 6.

Ejemplo: VAR confdata conf10:=[ 1,1,-1,0];

Loaddata Descripción: describe la carga colocada en la muñeca del Robot. Campos:

mass: peso de la carga en kilogramos. cog:

centro de gravedad de la carga.

aom: orientación de los ejes de inercia en el centro de gravedad expresada como cuaternios. ix, iyiz: momentos de inercia de la carga alrededor del eje x, eje y y eje z expresado en kgm2. Ejemplo: PERS loaddata pieza:=[5,[50,0,50],[1,0,0,0],0,0,0];

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Tooldata Descripción: estructura para especificar las características de una herramienta. Campos:

robhold: define si el Robot tiene la herramienta o no. tframe: sistema de coordenadas de la herramienta (posición y orientación de la herramienta). tload: dato tipo loaddata.

Ejemplo: PERStooldata pinza := [TRUE,[[97,0,220],[0.924,0,0.383,0]][5,[23,0,75],[1,0 ,0,0],0,0,0];

Robtarget Descripción: se utiliza para definir la localización del Robot y de los ejes externos. Campos:

trans: desplazamiento en x,y,z del sistema de coordenadas. rot: rotación del sistema de coordenadas como cuaternios. robconf: configuración del Robot (cf1, cf4, cf6 y cfx). extax: posición de los ejes externos.

Ejemplo: VAR robtargetposicion:=[[600,500,225],[1,0,0,0],[1,1,0,0],[11,12,9E9,9E9,9E9 ,9E9]];

Motsetdata Descripción: se utiliza para la definición de algunos parámetros de movimiento que afectan a las instrucciones de posicionamiento del programa. Campos:

vel.oride: velocidad como porcentaje de la programada vel.max: velocidad máxima en mm/s sing.wrist: desviación de la orientación de la herramienta para evitar singularidad de la muñeca. sing.arm: desviación de la orientación de la herramienta para evitar singularidad en el brazo. 30

El sistema de programación RAPID posee una variada gama de instrucciones para controlar el flujo de ejecución del programa, entre las que destacan: llamadas a rutinas con distintos parámetros, instrucciones de repetición tipo FOR, tipo IFo tipo WHILE .Se cuenta además con las operaciones aritméticas habituales (asignación,+,-,*,/) que se pueden asociar tanto a números como a vectores o matrices (con las limitaciones oportunas), con algunas funciones matemáticas particulares como son: Add, Clear, Incr, Decr, Absy operadores booleanos para el tratamiento de variables tipo bool. El control de movimientos del Robot se encuentra especialmente cuidado, existiendo primeramente unos parámetros generales de movimiento que afectan a todas las instrucciones de movimiento, a no ser que en la propia instrucción se indique lo contrario. Algunos de estos parámetros son: AccSet: máxima aceleración permitida. SingArea: método de interpolación en puntos singulares. GripLoad: peso de la pieza a manipular VelSet: velocidad máxima y sobre velocidad.

Las instrucciones generales de movimiento se definen en base a cómo posicionar el punto central de la herramienta (TCP), pudiéndose utilizar las siguientes. MoveC: mover el TCP de manera que éste describa un círculo. MoveJ: mover el Robot con trayectoria articular (isócrona o coordinada en articulares). MoveL: mover el TCP del Robot describiendo una línea recta.

Estas instrucciones tienen asociados una serie de parámetros, definidos como variables de los tipos generales predefinidos. La forma de programar estas instrucciones. MoveJ [\Conc] ToPointSpeed [\V] \ [\T] Zone [\Z] Tool [\WObj]

[\Conc]: ejecución concurrente. Se ejecutan las siguientes instrucciones a medida que el Robot se mueve. ToPoint: punto destino del Robot (tipo de dato: robtargef). Si se graba directamente por guiado aparecerá un asterisco (*). Speed: velocidad que afecta al movimiento (tipo de dato: speeddata). 31

[\V]: velocidad específica del TCP (tipo de dato: num). [\T]: tiempo en segundos que debe tardar en realizar el movimiento (tipo de dato: num). Zone: zona del movimiento para que se empiece a ejecutar la siguiente instrucción (tipo de dato: zonedata). [\Z]: precisión del TCP (tipo de dato.- num). Tool: la herramienta en uso (tipo de dato: tooldata). [\WObj]: objeto de trabajo con el que el movimiento está relacionado (tipo de dato: wobjdata).

Los movimientos se programan a base de posiciones definidas, es decir, se le dice al Robot que se mueva desde donde se encuentra a una posición determinada. El sistema permite manipular señales de entrada/salida de diversas maneras. Se definen los nombres de las señales en los parámetros del sistema y a través de una llamada a la función correspondiente se puede leer su valor (Dlnput) o modificarlo (SetDO). Es posible, igualmente, la manipulación al mismo tiempo de un grupo de señales. Se permite también la comunicación con la paleta de control, tanto para mostrar mensajes en pantalla (TPWrite), como para leer la información que se introduzca a través de ella (TPRedStr) Es posible la lectura/escritura a través de un canal o fichero tanto en ASCII como en binario. Existe además la posibilidad de que el programador controle las acciones a realizar cuando en una determinada subrutina aparece un error no previsto, por ejemplo división por cero. Son importantes también las instrucciones que posibilitan el manejo de un reloj de tiempo, que se puede utilizar durante la ejecución del programa para controlar determinadas acciones. En la Tabla 3 se muestra el juego de instrucciones del RAPID con una breve explicación de la aplicación de cada una de ellas.

Tabla 3. Juego de instrucciones del RAPID Instrucción Función RAPID :=

Asignar un valor. Obtener el valor absoluto

Abs() 32

Asdasd

Continuación tabla 3. AlnputO

Leer el valor de una señal de entrada analógica

AecSet

Reducir la aceleración

Add

Sumar un valor numérico

Clear

Borrar un valor

ClkStart

Iniciar un reloj para la toma de tiempos

ClkStop

Parar un reloj para la toma de tiempos

comment

Comentario

CompactIF

Si se cumple una condición, entonces... (una instrucción)

ConfJ

Controlar la configuración durante movimiento articular

ConfL

Monitoriza la configuración del Robot durante movimiento en línea recta

Decr

Decrementar en 1

EXIT

Terminar la ejecución del programa

FOR

Repetir un número de veces

GetTimeO

Leer el valor de la hora actual como valor numérico

GOTO

Ir a una nueva instrucción

GripLoad

Definir la carga del Robot

HoldMove

Interrumpir el movimiento del Robot

IF

Si se cumple una condición, entonces...; de otra manera,..

Incr

Incrementar en 1

InvertDO

Invertir el valor de una salida digital

label

Nombre de una línea

LimConfL

Definir la desviación permitida en la configuración del Robot

MoveC

Mover el Robot en movimiento circular

MoveJ

Movimiento articular del Robot

MoveL

Movimiento del Robot en línea recta

Offs()

Desplazamiento de la posición del Robot

Open

Apertura de un fichero o de un canal serie

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Continuación tabla 3. Present()

Comprobar que se utiliza un parámetro opcional

ProcCall

Llamada a un nuevo procedimiento

PulseDO

Generar un pulso en una señal digital de salida

RAISE

Llamada a un manejador de errores

RelMove

Continuar con el movimiento del Robot

Reset

Reset de una salida digital

RETRY

Recomenzar tras un error

RETURN

Terminar la ejecución de una rutina

Set

Set de una salida digital

SetAO

Cambiar el valor de una salida analógica

SetDO

Cambiar el valor de una salida digital

SetGO

Cambiar el valor de un grupo de salidas digitales

SingArea

Definición de la interpolación alrededor de puntos singulares.

Stop

Parar la ejecución de un programa

TEST

Dependiendo del valor de la expresión...

TPErase

Borrar el texto de la paleta de programación

TPReadFK()

Leer las teclas de función de la paleta de programación

TPWrite

Escribir en la paleta de programación

VelSet

Cambiar la velocidad programada

WaitDI

Esperar hasta el set de una entrada digital

WaitTime

Esperar un tiempo determinado

WaitUntil

Esperar hasta que se cumpla una condición

WHILE

Repetir mientras ...

Write

Escribir en un fichero de caracteres o en un canal serie

WriteBin

Escribir en un canal serie binario

Fuente: Barrientos, Balaguer, & Aracil, 2007.

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Programación desde la PC Cabecera de un programa RAPID: %%% VERSION:1 LANGUAGE:ENGLISH %%% Código del programa, siempre estructurado en módulos: MODULE carga_CNC Cuerpo del programa ENDMODULE

Por ejemplo, en este módulo se incluirían todos los datos e instrucciones correspondientes a la carga de una pieza en una máquina CNC. Dentro de un módulo: declaraciones de datos y procedimientos (rutinas): MODULE carga_CNCVAR pos posic1 := [100, 200, 300]; VAR pos posic2 := [200, 200, 100];... PROCrutina1 ...instrucciones ... ENDPROCPROC rutina2 ...Instrucciones... ENDPROC ENDMODULE

Siempre debe existir la rutina main() que llama a las demás. Ejemplo de programa completo. %%% VERSION:1 LANGUAGE:ENGLISH %%% MODULE movimiento_y_agarre !posición pedida: x=100, y=200, z=300 CONST pos posic1 := [100, 200,300]; !orientación pedida, igual a la de la base del !Robot CONST orientori1 := [1, 0, 0,0]; !configuración: cuadrantes 0, 0 y -1CONST confdataconfig1 := [0, 0, -1, 1]; !ejes externos: el valor 9E9 indica que no !existen CONST extjointejes1 := [9E9, 9E9, 9E9, 9E9,9E9, 9E9]; !el objetivo para el Robot incluye todos los !datos: CONST robtargetrob1 := [posic1, ori1, config1, ejes1]; PROC main() !Espera a que la señal digital di5 esté

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!activada!(espera a tener

una pieza !disponible) WaitDIdi5, 1; !Se mueve a la posición programada el línea !recta Se supone definida la herramienta !tool1 MoveLrob1, v200, fine, tool1; !Activa la señal digital do3! (activa la pinza !del Robot) Setdo3; ENDPROC ENDMODULE

RobotStudio Es un software de simulación el cual permite realizar la programación sin necesidad de estar conectado al robot, se pueden crear estaciones robóticas completas, y simular todo un proceso, este paquete de software trae el controlador virtual IRC5 que según ABB, es una copia exacta del controlador físico, el cual es suministrado con el Robot. El controlador también contiene una unidad virtual de programación, el cual permite manejar el Robot simulado de la misma forma que un Robot real. RobotStudio también permite la conexión con controladores reales, el cual se conoce como el modo online.

Crear una estación robótica Se puede crear una estación desde cero, o usar una existente ya preconfigurada, como se puede observar en la Figura 12, una vez seleccionada la estación que se desea, se comienza a cargar el controlador correspondiente.

Interfaz RobotStudio La interfaz gráfica de RobotStudio contiene los siguientes elementos visuales los cuales se detallan en la Figura 13. Barra menús: se encuentran todos los menús que permiten realizar todas las operaciones del RobotStudio, desde programar los objetivos, configurar la simulación, abrir y cerrar las estaciones, etc. Barra de herramientas: permite realizar cambios a todo lo relacionado con las propiedades de los objetos, herramientas, robots, todos los iconos que aparecen en este menú, se puede buscar de forma contextual en la barra de menús.

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Figura 12. Crear estación robótica. Fuente: El Autor. Navegador de objetos y elementos: Aparecen los robots, las geometrías importadas, objetos modelados desde el mismo RobotStudio, las herramientas del Robot, así como también, los puntos por donde tiene que pasar el Robot.

Figura 13. Interfaz gráfica RobotStudio. Fuente: El autor. 37

Área gráfica: Está todo lo relacionado con el modelado en 3D, los Robots, la estación robótica. Ventana de Salida: Muestra todo tipo de información relacionada con las operaciones que se hagan con el RobotStudio, puede indicar si hay errores en la programación, si ha realizado de forma satisfactoria la carga del programa al controlador virtual, etc. Estado del controlador: Indica si el controlador está funcionando de forma correcta, además muestra la posición exacta en coordenadas del Robot.

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DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS

Gripper: también llamados End Effectors o simplemente herramientas, son los elementos que se colocan al robot a fin de que cumpla una o varias funciones específicas.

Controlador: componente del robot que procesa la información captada por los sensores, y según las instrucciones del programa que almacena, regula el movimiento de los motores u otros dispositivos de salida.

Cinemática: es el estudio de los movimientos de un robot. En un análisis cinemático la posición, velocidad y aceleración de cada uno de los elementos del robot son calculados sin considerar las fuerzas que causan el movimiento. La relación entre el movimiento y las fuerzas asociadas son estudiadas en la dinámica de robots.

Antropomorfismo: tendencia a atribuir rasgos y cualidades humanos a las cosas.

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CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO

Nivel de la investigación Fidias, 1999 plantea, "El nivel de investigación se refiere al grado de profundidad con que se aborda un objeto o fenómeno" (p.19), por lo tanto este proyecto se define como una investigación de tipo descriptiva, el cual es definido por (Fidias., 1999) "consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno individuo o grupo con el fin de establecer su estructura o comportamiento."

Diseño de la investigación La naturaleza de este proyecto está basada en una Investigación de Campo ya que se realizara en el lugar donde ocurren los hechos, al respecto (FEDUPEL, 2006) plantea: “Se entiende por Investigación de Campo, el análisis sistemático de problemas en la realidad con el propósito bien sea de describirlos, interpretarlos, entender su naturaleza y factores constituyentes, explicar sus causas y efectos, o predecir su ocurrencia”.

Modalidad de Investigación Está enmarcado en las características propias de un estudio de Proyecto Factible, porque se refiere a la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organización o grupos sociales. (FEDUPEL, 2006).

Técnicas e instrumentos de recolección de datos De acuerdo a (Fidias., 1999), "Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información." (p.25), por lo tanto se usaran medios impresos, libros y electrónicos disponibles estos últimos en internet, cámara digital fotográfica, videograbadora.

Técnicas de procesamiento y análisis de datos (Fidias., 1999), establece "en este punto se describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan: clasificación, registro, tabulación y codificación si fuere el caso" (p.25), por lo tanto se usara el análisis e interpretación, gráficos, tablas, para descifrar lo que revelan los datos que serán recogidos. Se usará el lenguaje de programación RAPID, el entorno de programación y simulación RobotStudio y el software de dibujo Autocad.

Los recursos utilizados fueron: computadora, libros, revistas, cámara fotográfica, cámara de video y medios electrónicos de información, así como también personal calificado para realizar las distintas tareas de programación y dibujo en software.

Procedimiento metodológico Para alcanzar los propósitos planteados en la investigación, la misma se configuro por fases, las cuales se detallan a continuación

FASE I. Diagnóstico del proceso de trazado y corte En esta fase se realizó una inspección de cómo se realiza el proceso de trazado y corte, utilizando la investigación científica simple, creando una recopilación documental de las características y técnicas, que sirvieron como base de conocimientos, para los programas que se realizaron tanto en la computadora como la programación del robot.

FASE II. Factibilidad técnica y económica de la automatización mediante Robots Industriales. Se evaluaron si los equipos y software tienen las capacidades técnicas requeridas para la propuesta realizada, así como el análisis de costo y beneficios para poder adquirir y operar el sistema de automatización robótica.

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FASE III. Diseño del espacio de trabajo, la colocación de las telas, la fijación del robot y su condición de arranque Se realizó el diseño del espacio de trabajo en Autocad para tener los planos detallados del lugar de posicionamiento de la mesa de trabajo, las telas, robots, y demás instrumentos necesarios, se realizó el entorno virtual en Robotstudio de lo mencionado anteriormente, para terminar con la condición de arranque del Robot Industrial previa programación.

FASE IV. Diseño del programa para la ejecución de las tareas relativas al proceso de trazado y corte mediante el software RobotStudio. Se realizó el análisis del Robot Industrial, como también el software, para crear un programa amigable al usuario, usando RobotStudio, en donde estarán los trazados previamente diseñados, que permitan al operador seleccionar el trazado que se desea realizar, enviando esta programación al robot para que pueda realizar el corte.

FASE V. Evaluación de la eficiencia del proceso de automatización implementado con los robots industriales, sobre la base de indicadores cuantificables relativos a la productividad, eficiencia y calidad. La simulación del proceso se realizaron mediante las herramientas incluidas en el software de programación Robotstudio y AutoCad, los cuales permiten hacer la representación de un Robot virtual con el que se puede verificar el comportamiento de la programación implementados en el programa de usuario.

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CAPITULO IV RESULTADOS DEL DIAGNÓSTICO DEL PROCESO DE TRAZADO Y CORTE DE PRENDAS TEXTILES

En el siguiente capítulo se muestran los resultados del diagnóstico para el proceso de trazado y corte que se realiza en las telas, para ello se aplicó la lista de cotejo, dividida en cuatro secciones, entre ellas: seguridad, operación, calidad y servicio, desarrollando cada una de ellas y explicando cada ítem que lo contiene. A continuación la lista de cotejo:

Tabla 4. Lista de cotejo proceso de trazado y corte. Empresa: GRE MANUFACTURAS FP. Dirección: Urb. Los Naranjos Av. 97. Valencia Edo. Carabobo Departamento: Producción. Sub División: Día: Mes: Corte y Trazado 01 Octubre

Año: 2013

Hora: 9:00 am Si No

Seguridad 1 Cuenta el personal con la vestimenta, implementos y utensilios necesarios x para realizar el proceso de corte y trazado. 2 Las máquinas de corte poseen algún sistema de seguridad para evitar que el operador por error toque la hojilla o disco cortante 3 La máquina de corte se apaga si el operador por error toca la hojilla o disco cortante 4 La vía de tránsito del operador está libre de obstáculos. x

x x

Continuación Tabla 4 Operación 5 El proceso de trazado lo realiza el operador 6 Los patrones están digitalizados 7 El proceso de corte lo realiza el operador 8 El proceso de corte y trazado se realiza siguiendo un procedimiento previamente establecido 9 Alguna de las etapas del proceso de trazado y corte se realiza de manera automatizada 11 Desde que se organiza el trazado y se realiza el corte el tiempo de trabajo es de 2 a 4 horas, dependiendo de la complejidad del corte 12 Se cuantifica la cantidad de tela desperdiciada Calidad 13 El grosor del tizado puede afectar la calidad del corte 14 Se alinean los patrones de acuerdo al sentido de la fibra de la tela 15 Pueden ocurrir imperfecciones en el corte debido a la falta de precisión que puede tener el operador al seguir la línea trazada o debido a un mal trazado Servicios 16 Se cumplen con los tiempos de entrega establecidos 17 El cliente queda satisfecho con la entrega del producto final Fuente: El autor.

x x x x x x x x x x

x x

Una vez aplicada la lista de cotejo se puedo evidenciar lo siguiente en cuanto a:

Seguridad Los trabajadores de la empresa objeto de estudio cuenta con las herramientas necesarias, utensilios y vestimenta tales como, calzado de goma, para evitar posibles accidentes debido a resbalones por pisos húmedos o desniveles, o por cortocircuitos, gafas de protección ocular, tapa bocas desechables para no aspirar la pelusa que se desprende al cortar las prendas, guantes de seguridad metálicos de cinco dedos para el proceso de corte. Esto evidencia el cumplimiento con el artículo número 59 de la LOPCYMAT la cual señala que "a los efectos de la protección de las trabajadores y trabajadoras, el trabajo deberá desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas que asegure a los trabajadores y trabajadoras el más alto grado posible de salud física y mental" y el articulo 58 refuerza: de manera que el empleador o empleadora, el o la contratante o la empresa beneficiaria según el caso adoptarán las medidas necesarias para garantizar que, con

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carácter previo al inicio de su labor, los trabajadores y trabajadoras a que se refiere el artículo anterior reciban información y capacitación adecuadas acerca de las condiciones inseguras de trabajo a las que vayan a estar expuestos así como los medios o medidas para prevenirlas. Dependiendo de la cantidad de tela a cortar se utilizan diferentes máquinas de cortes, entre ellas están dos máquinas de hojilla circular de dos pulgadas y cuatro pulgadas, y una máquina de hojilla vertical de ocho pulgadas, la máquina de hojilla circular de dos pulgadas (ver Figura 14), sirve para cortar hasta 16 paños de tela, no posee ningún dispositivo de seguridad, solo la banda plástica en la parte superior, para evitar cualquier accidente de tipo laboral al operador.

Figura 14. Máquina de corte hojilla circular de 2 pulgadas. Fuente: El autor. Igualmente la máquina de corte de

hojilla circular de cuatro pulgadas, ver

Figura 15, sirve para cortar hasta 22 paños de tela, esta máquina carece de un sistema de seguridad al igual que la máquina anterior y así evitar algún tipo de accidente que atente contra la integridad física del operador.

Por último está la máquina con una hojilla de ocho pulgadas (ver Figura 16), la misma es capaz de cortar hasta 100 paños de tela, debido a que la máquina no tiene ningún tipo de protección, puede provocar un accidente laboral, por tal razón es muy importante que el operador use el guante de seguridad metálico.

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Figura 15. Máquina de corte de hojilla circular de 4 pulgadas. Fuente: El autor.

Figura 16. Máquina de corte de hojilla recta de ocho pulgadas. Fuente: El autor. Cabe destacar que las máquinas mencionadas anteriormente no tienen ningún tipo de dispositivo de seguridad o sensor, la cual las apague al momento de detectar la mano del operador, por lo que la persona que trabaja en esta área debe estar muy concentrado en la actividad que está desarrollando para evitar algún accidente.

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Cumpliendo con los artículos número 59 y 58 de la LOPCYMAT, se pudo evidenciar que no existe algún obstáculo que impida al operador trabajar de forma correcta, se puede mover alrededor de toda la mesa de trabajo sin ningún problema, para así poder realizar todo el trazado y el corte.

En cuanto al área de Operación En el proceso de trazado, se pudo evidenciar que el mismo se realiza de forma manual, lo cual puede traer como consecuencias un tizado mal realizado, no haber organizado de forma óptima las prendas al momento de realizar el marcaje en la tela, o la colocación indebida de los patrones sin seguir las líneas de la fibra de la tela, al momento de realizar el dibujo de las diferentes partes de la prenda que se han de cortar según la distribución de los patrones previamente estudiada para tener un mayor aprovechamiento de la tela, pero como se mencionó anteriormente esto puede no ocurrir. En este mismo orden de ideas se encuentra el proceso de corte manual, usando la máquina de corte adecuada según sea el caso, el operador debe de seguir fielmente la línea trazada previamente con una tiza con la máquina, realizando el corte exactamente en la línea, si el operador comete algún error puede ocasionar problemas en la siguiente fase en la línea de producción. En la Figura 17 se puede apreciar un corte mal realizado.

Figura 17. Corte realizado de forma incorrecta. Fuente: El autor.

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El proceso de trazado y corte se lleva a cabo realizando su respectivo procedimiento, el cual viene desde la orden de pedido, colocado de la tela en la mesa de corte, selección de las telas y colores, luego se eligen los patrones dependiendo del tipo de prenda que se desea cortar, se hace el trazado en la tela y por último la etapa de corte. Cabe destacar que ninguna parte del proceso esta automatizada, todo se realiza de forma manual usando los respectivos implementos y herramientas para realizar el trabajo, lo cual puede traer como consecuencia que se puedan cometer errores por parte del operador, bien sea por un descuido o una equivocación al momento de realizar la actividad, como lo puede ser un mal trazado en la tela, o no seguir fielmente la línea tizada al realizar el corte, dependiendo de la complejidad del trazado y del corte, el proceso completo (Tendido de tela, trazo y corte) puede durar entre 2 a 4 horas. Si se realiza un mal trazado, debido a que no hay un orden lógico en la colocación de los patrones en la tela, puede ocurrir un gran desperdicio en la materia prima, ocasionando a su vez pérdidas monetarias para la empresa, situación que no se desea, al contrario, hay que lograr una máxima eficiencia en el trazado, haciendo que la cantidad de tela que se desperdicia sea mínima. Actualmente no se tiene un registro de cuanta tela se está desperdiciando, por lo que no se sabe con exactitud el monto total monetario que se está perdiendo, adicionalmente la empresa no cuenta con ningún tipo de software con el cual se puedan realizar los cálculos de desperdicios para llevar un control y registro rápido, oportuno y eficaz.

En cuanto a Calidad Al realizar el tizado sobre la tela, las líneas deben ser nítidas, finas y bien definidas y existir una holgura de entrada de corte para que la máquina pueda entrar de forma fácil en zonas de curvas de ángulos menores a 90º grados. Si no existe una holgura adecuada para la máquina de corte, el resultado en la calidad se verá afectada. Según cada patrón, hay determinadas piezas que deben seguir las líneas del tejido de la tela, por lo tanto se tiene que cumplir la alineación, esta se indica colocando flechas sobre los patrones en el sentido que se deben colocar, los patrones aceptan pequeñas variaciones en relación al alineado previamente establecido.

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En el área de Servicio Actualmente se cumplen con los tiempos de entrega acordados con el cliente, a su vez el cliente queda satisfecho con el producto recibido.

Conclusiones del diagnostico Una vez realizado el diagnostico al proceso de trazado y corte para la confección de prendas de vestir, se pudo verificar que las máquinas de corten no poseen un sistema de seguridad, poniendo en riesgo la integridad física del operador. El proceso de trazado y de corte se realizan de forma manual, pudiendo afectar la calidad del producto, el tiempo de entrega al cliente y pérdidas monetarias, por otro lado no existe un control de la cantidad de tela desperdiciada. Los patrones de las prendas de vestir no están digitalizados por lo que si ocurre algún deterioro o perdida hay que volver a diseñarlos.

Recomendaciones Después analizar el proceso de trazado y corte de prendas de vestir, se propone su automatización mediante Robots Industriales que permitan mejorar el tiempo de trabajo, incremento de la producción y calidad del producto.

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CAPITULO V FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LA PROPUESTA

Una vez analizados los resultados del diagnóstico del proceso de trazado y corte que se realiza en las telas, en donde se confirma la conveniencia de implementar la automatización mediante un Robot Industrial, se procede a la fase II con el estudio de la factibilidad técnica y económica, para determinar: Costos de la tecnología y beneficios técnicos para la operación. A continuación se analizan los siguientes aspectos:

Factibilidad técnica La factibilidad técnica fue orientada a la investigación de los diferentes robots industriales y su controlador, herramientas de corte textil, así como el software disponible para realizar la programación fuera de línea y la simulación del robot, igualmente realizar digitalizaciones, levantamientos de planos y renderizado de la herramienta de trabajo. La propuesta de automatización del proceso de trazado y corte se ha restringido a los diferentes robots de la empresa ABB, debido a la facilidad de información disponible en el mercado y soporte técnico en el país. A continuación se presentan los equipos y materiales necesarios para las cuatro posibles alternativas planteadas.

Alternativa Nº1 La primera alternativa está compuesta por dos robots industriales marca ABB modelo IRB 1600-6/1.45 (ver

Figura 18) de 6 ejes el cual puede soportar

una carga de 6Kg, y es compatible con el controlador IRC5 compacto, a continuación las características básicas del robot:

Figura 18. Robot Industrial ABB modelo IRB 1600. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Figura 19. Rango de área de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 1600-6/1.45, las unidades de medida expresadas en milímetros. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013). En las tablas 5,6,7 y 8 se observan las características básicas del robot IRB 1600 . Tabla 5. Rango de movimiento de los ejes del robot IRB 1600-6/1.45. Eje 1 +180° hasta -180° Eje 2 +150° hasta -90° Eje 3 +65° hasta -245° Eje 4 +200° hasta -200° def. +/-190° revolution Eje 5 +115° hasta -115° Eje 6 +400° hasta -400° def. +/-288 revolution Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

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Tabla 6. Especificaciones de alcance, carga para robot IRB 1600-6/1.45. Robot Alcance (m) IRB 1600-6/1.45 1,45 Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Carga (Kg) 6

Tabla 7. Especificaciones cantidad de ejes, protección, montaje y controlador para robot IRB 1600-6/1.45. Números de ejes Protección Montaje Controlador IRC5 soportado Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

6 IP54 Piso, pared, invertido, inclinado, estante Gabinete simple, gabinete doble, compacto

Tabla 8. Dimensiones físicas robot IRB 1600-6/1.45. Base Altura Peso Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

484 mm x 649 mm 1294 mm 250 Kg

Para la instalación eléctrica de dicho robot se necesita una fuente de voltaje comprendida en el rango de 200V-600V dependiendo de la frecuencia (50Hz o 60Hz)

Alternativa Nº2 La segunda alternativa consta de seis robots industriales marca ABB modelo IRB 120-3/0.6 de 6 ejes (Figura 20), el cual puede soportar una carga de 3Kg, y es compatible con el controlador IRC5 compacto, a continuación las características básicas del robot, las unidades de medida expresadas en milímetros.

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Figura 20. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 120-3/0.6. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Figura 21. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 120-3/0.6. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Figura 22. Radio de giro máximo para el eje numero uno de Robot Industrial ABB IRB 120-3/0.6. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013). 53

En las tablas 9,10,11 y 12 se observan las características básicas del robot IRB 120. Tabla 9. Rango de movimiento de los ejes del robot IRB 120-3/0.6. Eje 1 +165° hasta -165° Eje 2 +110° hasta -110° Eje 3 +70° hasta -110° Eje 4 +160° hasta -160° Eje 5 +120° hasta -120° Eje 6 +400° hasta -400° Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Tabla 10. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot IRB 120-3/0.6. Robot Alcance (mm) IRB 120-3/0.6 580 Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Carga (Kg) 3

Tabla 11. Especificaciones cantidad de ejes, protección, montaje y controlador para robot IRB IRB 120-3/0.6. Números de ejes Protección Montaje Controlador IRC5 soportado Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

6 IP30 Cualquier ángulo Gabinete simple, gabinete doble, compacto

Tabla 12. Dimensiones físicas robot IRB 120-3/0.6. Base Altura Peso Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

180mm x 180mm 700 mm 25 Kg

Alternativa Nº3 La tercera alternativa está compuesta por seis Robot Industrial marca ABB modelo IRB 140 de 6 ejes (Figura 23) el cual puede soportar una carga de 6Kg, compatible con el controlador IRC5 compacto, a continuación las características básicas del robot.

54

Figura 23. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 140. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Figura 24. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 140. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

En las tablas 13,14,15 y 16 se observan las características básicas del robot IRB 140. Tabla 13. Rango de movimiento de los ejes del robot modelo IRB 140. Eje 1 360° Eje 2 200° Eje 3 280° Eje 4 Ilimitado Eje 5 240° Eje 6 Ilimitado Fuente: manual del usuario ABB IRB 140. 55

Tabla 14. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot modelo IRB 140. Robot Alcance (mm) modelo IRB 140 670 izquierda y 810 derecha Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

Carga (Kg) 6

Tabla 15. Especificaciones cantidad de ejes, montaje y controlador para robot modelo IRB 140. Números de ejes Montaje Controlador IRC5 soportado Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

6 Cualquier ángulo Gabinete simple, gabinete doble, compacto

Tabla 16. Dimensiones físicas robot modelo IRB 140. Base Peso Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

400mm x 450mm 98 Kg

Alternativa Nº4 La cuarta alternativa está compuesta por dos robots industriales marca ABB modelo IRB 2400-10 de 6 ejes (Figura 25) el cual puede soportar una carga de 12Kg, y es compatible con el controlador IRC5 gabinete simple o doble, a continuación las características básicas del robot.

Figura 25. Robot Industrial ABB modelo robot IRB 2400-10. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013). 56

Figura 26. Rango de trabajo del Robot Industrial ABB modelo IRB 2400-10, las unidades de medida expresadas en milímetros. Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013) En las tablas 17,18,19 y 20 se observan las características básicas del robot IRB 2400. Tabla 17. Rango de movimiento de los ejes del robot modelo IRB 2400-10. Eje 1 360º Eje 2 210º Eje 3 125º Eje 4 400º Eje 5 240º Eje 6 800º Fuente: manual del usuario ABB IRB 2400.

Tabla 18. Especificaciones de alcance, carga y brazo para robot modelo IRB 2400-10. Robot Alcance (m) Carga (Kg) modelo IRB 140

1.55

10

Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013)

Tabla 19. Especificaciones cantidad de ejes, montaje y controlador para robot modelo IRB 2400-10. Números de ejes Montaje Controlador IRC5 soportado Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

6 Piso, invertido Gabinete simple, gabinete doble

57

Tabla 20. Dimensiones físicas robot modelo IRB 2400-10. Base Peso Fuente: (ABB ROBOTICS, 2013).

723mm x 600mm 380 Kg

Equipos y materiales para cualquier alternativa •

Mesa de trabajo de 1,8 metros de ancho por 2,4 metros de largo.

•

Base de aluminio para la mesa de trabajo.

•

Computadora con el software y hardware necesario para el uso de la alternativa correspondiente.

•

Laser CO2 para el robot, el cual va a realizar el corte.

•

Vigas las cuales van a sujetar el Robot.

Ahora bien, sabiendo que se tiene que cubrir un área de trabajo de 1,8x2,4 dependiendo de la alternativa seleccionada, se necesitaran dos o más robots, para totalidad del área donde se realizara el corte, por lo que técnicamente, la propuesta automatización es factible, utilizando cualquiera de las 4 alternativas antes señaladas. En la Tabla 21. Cantidad de robots por alternativa. se muestra la cantidad de Robots a usar según cada alternativa. Tabla 21. Cantidad de robots por alternativa. Alternativa 1 2 3 4 Fuente: El autor.

Cantidad de robots para cubrir área de trabajo 2 6 6 2

Factibilidad económica En cuanto a factibilidad económica, en la tabla 22 se describen los costos necesarios según cada alternativa planteada para robots usados o nuevos, se indica en la

58

tabla, cabe destacar que se puede buscar en el mercado robots reconstruidos para un menor costo, como se puede observar para la alternativa uno.

Tabla 22. Costo total por alternativa. Alternativa

Descripción Costo Bs Total Bs Robots usados 522.060,00 1 Software 80.450,00 687.510,00 Materiales 85.000,00 Robots usados 1.423.800,00 2 Software 80.450,00 1.596.750,00 Materiales 92.500,00 Robots usados 1.160.464,00 3 Software 80.450,00 1.333.414,00 Materiales 92.500,00 Robots nuevos 926.600,00 4 Software 80.450,00 1.092.050,00 Materiales 85.000,00 Nota: estos precios corresponden a una paridad cambiaria 1 U.S $ = Bs 11,30 Fuente: El autor.

Con lo planteado anteriormente, la empresa puede realizar un análisis de costos necesarios para la automatización del proceso de corte y trazado, seleccionando la opción más conveniente, en donde se pueda determinar rápidamente que la puesta en marcha es factible, adicionalmente se puede señalar que la empresa dispone del tiempo para el desarrollo y la aplicación, necesarias para las pruebas del sistema. Por lo tanto queda demostrado que la propuesta es factible y existe un abanico de alternativas posibles para realizar dicho trabajo.

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CAPITULO VI PROPUESTA DE INGENIERÍA AUTOMATIZACIÓN DEL PROCESO DE TRAZADO Y CORTE DE LAS PRENDAS TEXTILES MEDIANTE ROBOTS INDUSTRIALES

El presente capitulo se presenta la propuesta de automatización del proceso de trazado y corte de prendas textiles, mediante robos industriales que permiten disminuir el tiempo de trabajo, incremento de la producción y mejorar la calidad del producto.

Objetivo de la propuesta Incrementar la producción, mejorar de la calidad del producto y disminuir los tiempos de trabajo en la fabricación de prendas textiles.

Justificación Con la automatización del proceso de trazado y corte, se puede disminuir el tiempo de trabajo, incremento de la producción y mejora en la calidad del producto, debido a que se estaría realizando por medio de robots industriales, los cuales son previamente programados para realizar los movimientos que se le indiquen a una velocidad previamente establecida, se eliminara por completo cualquier error que pueda existir al realizar el corte de forma manual, se dispondrá de una estación robótica en la cual el operador no tiene acceso, asegurando el resguardo de su integridad física. Una de las ventajas que presenta el sistema automatizado propuesto es que se puede programar para que la operación se lleve a cabo usando paneles de control, donde el operador pueda seleccionar el corte que se va a ejecutar. Desarrollo Se desarrolló el proyecto en tres etapas, la primera consiste en la selección de una de las alternativas planteadas, la segunda etapa trata sobre el diseño de la herramienta de trabajo, de la estación robótica, y la simulación de los robots, por último se hace la

determinación de la eficiencia del sistema automatizado, en base a los parámetros relativos a la productividad, eficiencia y calidad.

Selección del sistema automatizado Se plantearon cuatro alternativas posibles, con robots industriales ABB, las cuales se describen a continuación: La primera alternativa se basa dos robots IRB 1600-6/1.45 de 6 ejes, el cual cada uno tiene un alcance de trabajo de 1,45 metros, usando el controlador IRC5 compacto . La segunda alternativa emplea seis robots IRB 120-3/0.6 de 6 ejes, el cual cada uno tiene un alcance de trabajo de 0,58 metros, usando el controlador IRC5 compacto . La tercera alternativa trata de seis robots IRB 140 de 6 ejes,el cual cada uno tiene un alcance de trabajo de 0,81 metros, usando el controlador IRC5 compacto. La cuarta alternativa presenta dos robots IRB 2400-10 de 6 ejes, el cual cada uno tiene un alcance de trabajo de 1,55 metros, usando el controlador IRC5 compacto. De las alternativas antes mencionadas se eligió la primera opción, la cual es la más económica en cuanto a costos.

Diseño de la estación robótica La estación robótica se diseñó en AutoCad, ver Figura 27, en donde se puede observar las defensas de color amarillo y gris, para evitar el paso de cualquier operador y prevenir cualquier accidente mientras los robots están en funcionamiento. Las vigas de color anaranjado son las que van a sostener a los robots, en el medio de las vigas colocadas de forma horizontal, se localiza una base cuadrada, lugar donde estará posicionado el robot de forma vertical, toda la estación robótica se exporta como formato IGES en AutoCad, el cual es usado RoboStudio para importar todo el modelo en 3D.

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Figura 27. Estación robótica, modelo 3D. Fuente: El autor.

Para poder mover la mesa de corte, se cuenta con dos rieles manipulados por un motor, el cual es habilitado por medio del panel localizado en el pedestal, los rieles permiten trasladar la mesa fuera del lugar de trabajo de los robots, tal como se aprecia en la Figura 28.

En el panel de control, ver Figura 29, se encuentra una serie botones, los cuales permiten al operador seleccionar el trazado y el corte a realizar, así como también, inicio y parada del proceso de corte, y por último los botones para mover la mesa de corte, todo esto permite realizar las operaciones fuera del área de los robots, asegurando así la integridad física del operador.

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Figura 28. Rieles sobre los cuales se mueve la mesa de trabajo. Fuente: El autor.

Figura 29. Panel de control del operador. Fuente: El autor.

Como se puede observar en la Figura 30, la estación robótica está dividida en dos partes, por medio de las barandas de seguridad, la primera parte es en donde van a ir posicionados los robots, y la 2da parte es donde se colocaran las unidades de control para cada robot, por lo que se cuenta con dos puertas que permiten el acceso a dichas aéreas. Para la puerta que permite el acceso al área de los robots se cuenta con un sensor inductivo colocado en el marco de la puerta, cuando la puerta se abre se activa el sensor, provocando así una parada del proceso de corte.

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Figura 30. División de la estación robótica. Fuente: El autor.

Diseño de la herramienta de corte Para el diseño de la herramienta se usó como base el modelo 3D, CO2 Laserhead obtenida de (Werkel, 2014) la cual se muestra en la Figura 31.

Figura 31. Cabezal del láser CO2 sin editar. Fuente: Werkel, 2014.

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Al modelo en 3D existente se realizaron varias modificaciones, tales como: •

Se realizó la base del gripper en forma circular.

•

Se le agregaron 3 tubos cilíndricos a la herramienta, los cuales sirven para sujetar la herramienta a la base del gripper.

•

Se eliminó una de las dos perillas circulares del modelo original en 3D.

En la Figura 32 se puede apreciar el modelo 3D final obtenido luego de haber realizo los cambios mencionados anteriormente.

Figura 32. Cabezal del láser CO2. Fuente: El autor. Simulación El robot IRB2400, es controlado a través de un controlador IRC5 (ver Figura 33), fabricado por ABB, el cual posee las siguientes especificaciones técnicas: •

Sistema multiprocesador. 65

•

Bus PCI.

•

Sistema USB.

•

Lenguaje de programación RAPID de alto nivel

•

Señales digitales de 24V DC o a relé.

•

Manejo total de señales de 8192.

•

SoportaDeviceNet, PROFINET, PROFIBUS DP, Ethernet/IP.

Figura 33. Controlador IRC5. Fuente: ABB ROTOTICS, 2014. En la Figura 34 se puede observar el interior del controlador, en donde se pueden agregar hasta 4 módulos de entradas y salidas digitales y analógicas, gateways y encoders.

Para realizar la simulación no es necesario agregar un módulo de entradas y salidas digitales, debido a que las señales son simuladas por el mismo software, sin embargo para realizar el montaje físico si se necesita el módulo DSQC 328A el cual se explica a continuación.

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Figura 34. Vista interior del controlador IRC5. Fuente: Integrated PLC and Robot Controller, 2014.

El módulo DSQC 328A (ver Figura 35), posee 16 entradas y salidas digitales de 24V DC, donde los led de status se encuentra en la parte superior, enumerados desde el uno hasta el dieciséis, los conectores X1 y X2 son salidas digitales, y los conectores X3 y X4 son entradas digitales, por último el conector X5 sirve para realizar la conexión DeviceNet. Tanto las salidas como las entradas están ópticamente aisladas, en la

Tabla 23, Tabla 24, Tabla 25, se detallan las funciones de cada pin.

Figura 35. Tarjeta de entradas y salidas digitales 24V DC. Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

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Tabla 23. Conexión conector X1. Función del pin Nombre de la señal Salida ópticamente aislada Salida ch 1 Salida ópticamente aislada Salida ch 2 Salida ópticamente aislada Salida ch 3 Salida ópticamente aislada Salida ch 5 Salida ópticamente aislada Salida ch 6 Salida ópticamente aislada Salida ch 6 Salida ópticamente aislada Salida ch 7 Salida ópticamente aislada Salida ch 8 Salida ópticamente aislada Tierra para la salidas 1-8 Salida ópticamente aislada 24V para las salidas 1-8 Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

X1 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabla 24. Conexión conector X2. Función del pin Nombre de la señal Salida ópticamente aislada Salida ch 9 Salida ópticamente aislada Salida ch 10 Salida ópticamente aislada Salida ch 11 Salida ópticamente aislada Salida ch 12 Salida ópticamente aislada Salida ch 13 Salida ópticamente aislada Salida ch 14 Salida ópticamente aislada Salida ch 15 Salida ópticamente aislada Salida ch 16 Salida ópticamente aislada Tierra para la salidas 9-16 Salida ópticamente aislada 24V para las salidas 9-16 Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

X2 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Para las entradas de X3 y X4, la corriente es de 5.5 mA (24V DC), un capacitor se puede conectar a la tierra para prevenir alguna perturbación. Tabla 26, Tabla 27, se puede observar la tabla de conexión para cada conector.

Tabla 25. Conexión conector X3. 68

Función del pin Entrada ópticamente aislada Salida ópticamente aislada Salida ópticamente aislada Salida ópticamente aislada

Nombre de la señal Entrada ch 1 Entrada ch 2 Entrada ch 3 Entrada ch 4

X2 Pin 1 2 3 4

Continuación tabla 25. Entrada ch 5 Salida ópticamente aislada Salida ópticamente aislada Entrada ch 6 Salida ópticamente aislada Entrada ch 7 Salida ópticamente aislada Entrada ch 8 Salida ópticamente aislada Tierra para las entradas 1-8 Salida ópticamente aislada 24V para las entradas 1-8 Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

5 6 7 8 9 10

Para las entradas de X3 y X4, la corriente es de 5.5 mA (24V DC), un capacitor se puede conectar a la tierra para prevenir alguna perturbación. Tabla 26. Conexión conector X4. Función del pin Nombre de la señal Entrada ópticamente aislada Entrada ch 9 Salida ópticamente aislada Entrada ch 10 Salida ópticamente aislada Entrada ch 11 Salida ópticamente aislada Entrada ch 12 Salida ópticamente aislada Entrada ch 13 Salida ópticamente aislada Entrada ch 14 Salida ópticamente aislada Entrada ch 15 Salida ópticamente aislada Entrada ch 16 Salida ópticamente aislada Tierra para las entradas 9-16 Salida ópticamente aislada 24V para las entradas 9-16 Fuente: ABB Automation Technologies, 2004. Tabla 27. Conexión conector X5.

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X2 Pin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Nombre de la señal X5 Pin 1 Tierra fuente de voltaje - Negro 2 Señal baja Bus CAN - Azul 3 Escudo 4 Señal alta Bus CAN - Blanco 5 24VDC fuente de voltaje - Rojo 6 Tierra lógica 7 Bit 0 (LSB) 8 Bit 1 9 Bit 2 10 Bit 3 11 Bit 4 12 Bit 5 (MSB) Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

Figura 36. Pines de conexión Bus DeviceNet. Fuente: ABB Automation Technologies, 2004.

En la Tabla 28 se muestra la conexión de las entradas al controlador, de los botones que estarán en el panel de control, y en la Tabla 29 las señales de salida.

Tabla 28. Conexión de las entradas al controlador.

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Señal Inicio Parada Puerta cerrada Área 1 Trazado blusas Trazado Pantalones 3/4 Trazado Pantalones tobilleros Ir a la posición de descanso Seguir proceso Fuente: El autor.

Pin 1 2 3 4 5 6 7 8

Conector X3 X3 X3 X3 X3 X3 X3 X3

Identificación BOTON_INICIO PARADA SENSOR_PUERTA BLUSAS PANT34 PANT_TOBI IR_INICIO SEGUIR_PROC

Conector X1 X1 X1 X1

Identificación LUZ_LASER LUZ_LASER_2 LUZ_VERDE LUZ_ROJA

Tabla 29. Señales de salidas del controlador Señal Laser Robot 1 Laser Robot 2 Luz Verde Luz Roja Fuente: El autor.

Pin 1 2 3 4

Antes de comenzar a realizar la simulación, es necesario realizar un diagrama de flujo de cómo se desea el programa, el cual se puede observar en la Figura 37, en el cual se verifica que las condiciones de seguridad se cumplan antes de comenzar a realizar cualquier parte del proceso. Una vez que se han cumplido las condiciones, se procede a preguntar sobre cual corte se desea realizar, una vez seleccionada la opción, se realiza una subrutina que contiene específicamente el trazado y corte a realizar, luego de terminado si no se ha seleccionado el botón de apagado, se comienza desde el inicio del diagrama de flujo, de lo contrario se procede terminar el proceso.

Para efectos de la simulación, solo se crearon los 3 trazados de más uso, cabe destacar que existen una variedad de trazados distintos.

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Figura 37. Diagrama del flujo del programa. Fuente: El autor.

En el anexo se puede encontrar el diagrama de flujo ampliado y la programación en RAPID correspondiente al diagrama de flujo. La simulación se realizó con el software de ABB RobotStudio, que se explica a continuación. El primer paso a realizar una vez abierto el RobotStudio, es crear una nueva estación de trabajo, esto se hace presionando sobre el menú archivo, nueva estación, creando una ventana en donde hay una serie de opciones, como se puede apreciar en la Figura 38, se hace click sobre Nuevo, lo cual produce que aparezca el asistente para nuevos sistemas, ver Figura 39.

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Figura 38. Ventana nueva estación de trabajo. Fuente: El autor.

Figura 39. Asistente para nuevos sistemas de controlador. Fuente: El autor. Se presiona el botón Next, en la nueva pantalla se pide el nombre con el cual se desea guardar, así como también se solicita el directorio como se puede ver en la Figura 40, para cambiar el directorio solo basta con presionar sobre los puntos “...”, y elegir el nuevo, para efectos de la simulación se dejó la dirección por defecto, luego se pasa a la siguiente pantalla. La clave del controlador se suministra físicamente al realizar la compra del robot, sin embargo no es necesaria si solo se va a realizar la simulación, para ello se activa la casilla Clave Virtual, ver Figura 41, automáticamente se escribe una clave, se presiona el botón Next.

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Figura 40. Nombre y ubicación de la estación de trabajo. Fuente: El autor. Ahora se indican la cantidad de robots de la estación (ver Figura 42), el cual puede ser un máximo de 4, esto se realiza agregando las claves de accionamientos presionando dos veces la tecla -->, una vez más se presiona el botón Next hasta llegar a la pantalla de las opciones del controlador.

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Figura 41. Clave del controlador. Fuente: El autor.

Figura 42. Claves de accionamiento. Fuente: El autor. En el menú de opciones del controlador (ver Figura 43), se seleccionaron las siguientes opciones. •

Secondlanguage: Spanish 75

•

Hardware: 709-x DeviceNet

•

Safety controller: 810-2 Premium

•

Motion performance: 603-1 AbsoluteAccuracy

•

MotionCoordinationPart 1:MultiMoveIndependent

•

Motionsupervision: 613-1 CollisionDetection

•

I/O control: AdvancedRAPID

•

Drive Module 1 -->Drive module application:IRB1600-5/1.45

•

Drive Module 2 -->Drive module application:IRB1600-5/1.45

Figura 43. Opciones del controlador. Fuente: El autor.

Luego de haber seleccionado las opciones correspondientes, se presiona Next hasta llegar a la ventana final, para terminar la creación de la estación, luego aparece en pantalla la ventana de la Figura 38, ahora con la nueva estación de trabajo en la lista, se presiona sobre el nombre el cual fue escrito anteriormente y se procede abrir la estación. 76

La estación solo aparece con los dos Robots, para ello se importa la estación robótica creada en Autocad, y se ubican los robots en las posiciones de las bases de las vigas, procedimiento que se realiza de la siguiente forma: •

Menú Archivo --> importar geometría

•

Se busca el archivo .igs el cual fue creado previamente en AutoCad.

•

Finalmente se abre el archivo, y RobotStudio hace el resto del proceso de importación. Para ubicar los robots en la posición exacta, en la ventana objetos, se presiona click

derecho sobre el Robot deseado, y en el menú contextual se presiona sobre establecer posición, Figura 44. Se crea una ventana, (ver Figura 45), donde se escriben los valores en X,Y,Z en milímetros para posicionar el robot en la posición que se busca, así como también la orientación en grados, luego hay que indicarle al controlador la nueva referencia de los Robots.

Figura 44. Menú contextual, establecer posición del Robot. Fuente: El autor.

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Figura 45. Definir posición del Robot. Fuente: El Autor. Por último se importa la herramienta de trabajo, de la misma forma que la estación robótica realizada en AutoCad, en el menú de RoboStudio, se seleccionar crear --> crear herramienta y se abre una nueva ventana, ver Figura 46.

Figura 46. Crear herramienta de trabajo. Fuente: El autor. En nombre, se elige el que el operador del software desee, la pieza que se va a usar como herramienta ya existe en el RobotStudio debido a que hizo la importación, por lo tanto se selecciona Usar existente, si se tienen los demás datos como centro de gravedad,

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momento de inercia y masa, se escriben, de lo contrario se deja como aparece, al presionar Next la próxima pantalla (ver Figura 47) pide los datos de posición y orientación.

Figura 47. Crear herramienta de trabajo, información del TCP. Fuente: El autor. Una vez creada la herramienta, esta parece en la ventana objetos de RoboStudio, se presiona click derecho sobre la herramienta, para abrir el menú contextual, se selecciona desconectar de la biblioteca, y luego guardar como biblioteca, esto se hace con el fin de tener la herramienta ya configurada y disponible para un uso futuro, luego en el menú de RoboStudio, se selecciona archivo --> importar biblioteca y se busca la herramienta creada, y se abre, en la ventana objetos de RoboStudio aparecen los dos robots, la estación robótica, y las dos herramientas, para agregar la herramienta al robot, se presiona sobre una herramienta, y mientras se mantiene presionado se arrastra hacia el robot, luego se suelta, se abre una ventana preguntando si se desea mantener la posición actual de la herramienta, se selecciona No, para que se ubique en el TCP del Robot, también se realiza la importación de la geometría del controlador la cual ya existe en RobotStudio, donde se obtiene ya la estación terminada como se puede visualizar en la Figura 48.

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Figura 48. Estación robótica terminada. Fuente: El autor. Se han creado en Autocad los 3 trazados principales para efectos de la simulación, los cuales son, blusas olímpicas, pantalones 3/4 y pantalones tobilleros, que se pueden ver en las Figura 49, Figura 50 y Figura 51 respectivamente.

Figura 49. Trazado blusas olímpicas. Fuente: El autor.

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Figura 50. Trazado de pantalones 3/4. Fuente: El autor.

Figura 51. Trazado pantalón tobillero. Fuente: El autor.

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Para exportar en Autocad al formato .ige se utilizó el comando IGESEXPORT, luego en RobotStudio se importa el trazado como una geometría, y se modifica la posición para que esta quede arriba de la mesa de corte, como se puede apreciar en la Figura 52.

Figura 52. Trazado pantalones 3/4 sobre la mesa de corte. Fuente: El autor. Una vez que ya el trazado se ha colocado en la posición correcta, se procede a comenzar a trabajar con los Robots, creando los puntos por donde tiene que pasar el láser, para esto, el primer paso a realizar es crear un objeto de trabajo, (ver Figura 53), el cual sirve para guardar los puntos por donde tiene que moverse el Robot y más tarde crear la trayectoria. Se abre una nueva ventana (ver Figura 55) en donde se modifican las propiedades, para este caso solo se realizan cambios en dos propiedades, nombre, el cual es conveniente usar uno que sea fácil de recordar y distinguir debido a que más adelante se crearon más objetos de trabajo, y Posición x,y,z el cual se usa para posicionar, una vez terminado se presiona sobre el botón crear. Se Crean tantas unidades de trabajo como se crean necesarias, para este trazado, para cada pantalón, pretina y triángulos se creó un objeto de trabajo, en la ventana elementos del RobotStudio se encuentran todos los objetos de trabajos creados para cada robot, en la Figura 55 se muestra los objetos de trabajo de los dos Robots para el trazado de los pantalones 3/4.

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Figura 53. Menú crear objeto de trabajo. Fuente: El autor.

Figura 54. Ventana, crear objeto de trabajo, propiedades. Fuente: El autor.

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Figura 55. Ventana Elementos, visualización objetos de trabajos. Fuente: El autor.

Antes de empezar a crear todos los puntos por donde tiene que pasar la herramienta, se elige como posición de inicio o de descanso, la siguiente configuración de los ejes para ambos Robots, ver Figura 56, la cual es guardada como un punto objetivo, ver Figura 57, obteniendo como resultado un objetivo de trabajo en el wobj0.

Figura 56. Posición de inicio o arranque para ambos Robots. Fuente: El autor.

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Figura 57. Crear objetivo, en la posición actual del Robot. Fuente: El autor. El próximo paso es comenzar a crear el resto de los objetivos, primero se selecciona de la barra de herramientas, Nivel de selección, la opción curva, tal como se muestra en la Figura 58.

Figura 58. Selección opción curva de la barra de herramientas. Fuente: El autor. Solo resta seleccionar de la barra de herramientas, Modo de ajuste, la opción Ajustar a objetos, como se puede apreciar en la Figura 59.

Figura 59. Modo de ajuste, Ajustar a objetos, de la barra de herramientas. Fuente: El autor. Se selecciona el Robot, el objeto de trabajo, la herramienta, y la instrucción por defecto, en la barra de herramientas, ver figura 56, para los objetivos que se van a crear, esto se hace para que estas opciones queden guardadas en su respectivo objeto de trabajo cuando se comiencen a crear los objetivos de trabajo del Robot. 85

Figura 60. Barra de herramientas - Selección del robot, objeto de trabajo, herramienta y instrucción Move por defecto a crear. Fuente: El autor.

Se procede a presionar click derecho del ratón, sobre la primera curva en la cual se desean crear los objetivos (ver Figura 61), selecciono “Crear trayectoria con curva”, para este caso en específico se comenzó con el pantalón 3/4 talla M.

Figura 61. Crear trayectoria con curva. Fuente: El autor. Se crea una nueva venta de dialogo, se presiona sobre añadir nuevo, y se sigue seleccionando el resto de las curvas del pantalón talla M, como se puede apreciar en la Figura 62 se muestran las opciones seleccionadas, a continuación la explicación de cada una de ellas: •

Aproximación (deg):Especificar la rotación alrededor del eje X.

•

Recorrido (deg):Especificar la rotación alrededor del eje Y.

•

Giro (deg): Especificar la rotación alrededor del eje Z.

•

Aproximación (mm): Crear un objetivo de inicio en la distancia especificada en el primer objetivo de la curva, en la dirección de aproximación.

•

Partida (mm): Crear un objetivo de partida en la distancia especificada en el primer objetivo de la curva, en la dirección de aproximación.

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•

Offset de objetivo local: Para crear un offset que será igual en todos los objetivos de la trayectoria.

•

Desv. Línea Max. (mm):Especificar la desviación máxima permitida entre la línea de la curva y la trayectoria. Una tolerancia baja generará más objetivos que una tolerancia alta.

•

Lineal/circular: Seleccionar si la curva debe representarse con movimientos lineales o si debe usarse un movimiento circular en la trayectoria.

•

Distancia mín (mm): Especificar la distancia mínima entre los objetivos. Este cuadro sólo se utiliza si se ha seleccionado un movimiento lineal anteriormente.

•

Rad. Max: Seleccionar el radio máximo para los movimientos circulares en la trayectoria. Los movimientos circulares más grandes serán sustituidos por movimientos lineales. Este cuadro sólo se utiliza si se ha seleccionado un movimiento circular anteriormente.

Figura 62. Crear trayectoria a partir de curva, opciones. Fuente: El autor. 87

Luego de presionar el botón crear, aparecerán tantas trayectorias creadas, como curvas del grafico seleccionadas, con el nombre Path10, Path20 ... y así sucesivamente, como se puede apreciar en la Figura 63.

Figura 63. Trayectorias automáticas creadas. Fuente: El autor. Para este caso en específico se crearon ocho trayectorias, y todos los objetivos fueron guardados en el objeto de trabajo Pant_M_1, se verifica que todas las trayectorias estén en el sentido correcto, esto se hace observando el sentido de la flechas amarillas, (ver Figura 64), si por alguna razón, no está en el sentido adecuado, se presiona click derecho sobre la trayectoria, se despliega un menú contextual, y se selecciona Modificar trayectoria --> Invertir trayectoria --> Avanzado, Figura 65.

Figura 64. Sentido de la trayectoria Fuente: El autor.

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Figura 65. Invertir trayectoria. Fuente: El autor. Todos los objetivos creados, no tienen la orientación correcta, para hacer esto, hay que abrir el objeto de trabajo Pant_M_1, se pueden cambiar los nombres de los objetivos, se decidió hacerlo así para tener un mejor orden al momento de poder modificar el código RAPID, como se puede observar en la Figura 66, están todos los objetivos, para proceder a colocarle la orientación correcta a los objetivos, se selecciona el primero, y se presiona click derecho para que aparezca el menú contextual como se aprecia en la Figura 67, y se selecciona Ver robot en el objetivo, luego en el mismo menú se selecciona, Modificar objetivo --> Girar, (ver Figura 68), apareciendo una ventana como la que se muestra en la Figura 69.

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Figura 66. Objetivos de trabajo. Fuente: El autor. Una vez aplicada la orientación correcta para el primer objetivo, se aplica a todos los objetivos la misma orientación, esto se hace haciendo click derecho sobre el primer objetivo, y se selecciona Copiar orientación, ahora se hace la sección de los objetivos restantes, se presiona de nuevo click derecho y se presiona sobre Aplicar orientación, ahora todos los objetivos tienen la orientación adecuada, de tal forma se evita que el TCP giros innecesarios, se debe de obtener un resultado como se observa en la Figura 70.

Figura 67. Ver Robot en el objetivo. Fuente: El autor.

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Figura 68. Modificar objetivo, girar. Fuente: El autor.

Figura 69. Opciones girar objetivo. Fuente: El autor.

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Figura 70. Objetivos creados y orientados correctamente. Fuente: El autor. Todos las trayectorias creadas para el primer pantalón, se unieron en una sola trayectoria

llamada

PANTM1,

luego

que

se

ha

configurado

la

orientación

satisfactoriamente todos los objetivos, el siguiente paso fue realizar la selección más adecuada de la configuración de los ejes, abriendo la trayectoria PANTM1, se selecciona la primera instrucción MOVE, se presiona click derecho para abrir el menú contextual (ver Figura 71), y se selecciona Configuraciones, donde aparece en pantalla una nueva ventana, ver Figura 72, puede haber desde una cfg hasta 30 o más. Hay que buscar la configuración más adecuada para la primera instrucción, debido a que el resto de las instrucciones dependerán de esta. Es importante seleccionar una buena configuración de ejes, debido a que en el proceso en el cual se mueve el robot, se puede llegar al límite de grados máximo permitido en algún eje, y en ese punto se tenga que cambiar a otra configuración que permita seguir la trayectoria. En algunos casos puede ocurrir que todas las opciones que muestra el software no son factibles, por lo que hay que hacer los trayectos por partes, y a cada uno hacerle una configuración de ejes distinta.

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Figura 71. Menú contextual, configuración de los ejes del Robot. Fuente: El autor.

Figura 72. Configuración de los ejes del Robot. Fuente: El autor. En la Figura 73, se pueden observar todos los objetivos de trabajo y trayectorias creadas para el Robot 2, en el trazado de pantalones 3/4.

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Figura 73. Objetivos de trabajo y trayectorias para el segundo Robot, trazado pantalón 3/4. Fuente: El autor. En la Figura 74, se pueden observar todos los objetivos que fueron creado para el trazado de los pantalones 3/4, se pueden ver algunos trayectos que están fuera de la mesa de trabajo, los cuales están en amarillo como flotando alrededor del Robot, dichas trayectorias tuvieron que ser creadas, debido a que no se encontró una configuración de ejes satisfactoria para un trazado en específico, y el Robot en ocasiones llegaba a su límite máximo de rotación en alguna articulación, por lo que había que buscar otra configuración aparte, que pudiera hacer que siguiera el trazado, cuando se encontraba dicha configuración, el Robot chocaba contra la mesa de trabajo o con el otro Robot, por lo que 94

se hicieron otros trayectos para llevar de forma manual el Robot a la configuración buscada, sin que existiera alguna colisión con algún elemento de la estación de trabajo.

Figura 74. Estación robótica, con todos los objetivos creados trazado pantalón 3/4 Fuente: El autor.

Luego de creado todos los puntos, se procede a modificar la velocidad de cada instrucción. La velocidad seleccionada para la simulación fue de 50mm por segundo, dicha velocidad para la producción puede ser más rápida, pero antes de pasar a la velocidad de producción siempre se trabaja a una más lenta para verificar que todo esté en perfecto funcionamiento. Para realizar el cambio de velocidad, se seleccionan todas las instrucciones, y al hacer click derecho en el menú contextual se selecciona Modificar instrucción, abriendo una nueva ventana como se aprecia en la Figura 75, en el campo Speed se selecciona 50, y en el campo Zone se escoge Fine, para que el robot pase exactamente por donde se le indica, dependiendo del movimiento a realizar puede ser una instrucción Linar o Joint, entre otras.

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Figura 75. Modificar instrucción. Fuente: El autor. Una vez que todas las trayectorias han sido creadas, se procede a realizar la simulación, para ello antes hay que sincronizar todas las trayectoria de ambos Robots al controlador, esto se hace presionando en el menú, Sincronizar con el controlador virtual, ver Figura 76, aparece una nueva ventana, y se seleccionan todas las trayectorias, luego se presiona Aceptar, para comenzar la sincronización, ver Figura 77.

Figura 76. Sincronizar con controlador virtual. Fuente: El autor.

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Figura 77. Sincronizar trayectorias con el controlador virtual. Fuente: El autor. Una vez realizada la sincronización, en el menú simulación se selecciona configurar, (ver Figura 78), en la nueva ventana que aparece en pantalla (Figura 79), en la sección procedimientos se encuentran todas las correspondientes al Robot uno, o al Robot dos, estas se agregan a la secuencia principal según el orden que se desea que el robot realice los movimientos, y se presiona aceptar.

Figura 78. Configurar simulación. Fuente: El autor.

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Figura 79. Ventana configurar simulación. Fuente: El autor. Último paso antes de realizar la simulación, para visualizar en pantalla un registro por donde pasa la herramienta, en el menú simulación, se presiona Monitor, se activa la casilla Activar rastreo de TCP, y en longitud de rastreo se coloca 50000000 mm (ver Figura 80), distancia suficiente para que pueda quedar grabado el rastreo en pantalla, de lo contrario no se podrá visualizar todo el rastreo realizado por la herramienta de trabajo, se aceptan los cambios y se procede a realizar la simulación, presionando reproducir en el menú simulación.

Figura 80. Activar Rastreo de TCP. Fuente: El autor.

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A continuación se muestran una secuencia de imágenes para la simulación de los pantalones 3/4, pantalones tobilleros y las blusas.

Figura 81. Robots realizando el corte de pantalones 3/4, mitad del proceso. Fuente: El autor.

Figura 82. Robots realizando el corte de pantalones 3/4, proceso terminado. Fuente: El autor.

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Figura 83. Robots realizando el corte de blusas, mitad del proceso. Fuente: El autor.

Figura 84. Robots realizando el corte de blusas, proceso terminado. Fuente: El autor.

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Figura 85. Robots realizando el corte de pantalones tobilleros, mitad del proceso. Fuente: El autor.

Figura 86. Robots realizando el corte de pantalones tobilleros, proceso terminado. Fuente: El autor.

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Evaluación de la eficiencia Para medir la eficiencia del proceso automatizado, primero se realizaron las mediciones de tiempo para cada trazado y corte, los cuales se detallan a continuación: Tabla 30. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de blusas olímpicas. Proceso Tendido de las telas Trazado de blusas olímpicas Corte de blusas olímpicas Fuente: El autor.

Tiempo (minutos) 120 30 45

Tabla 31. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de pantalones tobilleros. Proceso Tendido de las telas Trazado de pantalones tobilleros Corte de las pantalones tobilleros Fuente: El autor.

Tiempo (minutos) 120 26 35

Tabla 32. Tiempo del proceso manual de trazado y corte de pantalones 3/4. Proceso Tendido de las telas Trazado de pantalones 3/4 Corte de los pantalones 3/4 Fuente: El autor.

Tiempo (minutos) 120 21 30

Como se puede constatar en las tablas, el tiempo de proceso total para las blusas olímpicas es de 75 min, pantalones tobilleros 61 min y pantalones 3/4 fue de 51 min. Luego de realizada la simulación, se tomaron los tiempos para cada proceso obteniendo los siguientes resultados:

Tabla 33. Tiempo del proceso automatizado de trazado y corte de blusas olímpicas Proceso Tendido de las telas Corte y trazado de blusas olímpicas Fuente: El autor.

Tiempo (minutos) 120 1,2

102

Tabla 34. Tiempo del proceso simulado, trazado y corte de pantalones tobilleros. Proceso Tendido de las telas Corte y trazado de pantalones tobilleros Fuente: El autor.

Tiempo (minutos) 120 1,07

Tabla 35. Tiempo del proceso automatizado de trazado y corte de pantalones 3/4. Proceso Tendido de las telas Corte y trazado de pantalones 3/4 Fuente: El autor.

Tabla comparativa

Tiempo (minutos) 120 2

cantidad de trazados y cortes, proceso manual vs proceso

automatizado

Tabla 36. Comparativa proceso manual vs automatizo. Proceso Blusas olímpicas pantalones leggins pantalones 3/4 Fuente: El autor.

Tiempo manual Tiempo automatizado (minutos) (Minutos) 195 121,20 121,07 181 171

122

Cantidad de cortes de blusas diarios, proceso manual: 

8 í   

 





2,46  !"# $í% &%' %&

   

Cantidad de cortes de pantalones leggins diarios, proceso manual: 8

 í   (



 



2,65  !"# $í% &%' %&

   

Cantidad de cortes de pantalones 3/4 diarios, proceso manual: 103



8 í   

 



*

2,80  !"# $í% &%' %&

   

Cantidad de cortes de blusas diarios, proceso automático: 8





í   ,,,

 



3,96  !"# $í% &%' %&

   

Cantidad de cortes de pantalones leggins diarios, automático: 8





í   ,, *

 



3,96  !"# $í% &%' %&

   

Cantidad de cortes de pantalones 3/4 diarios, automático: 

8 í   

 



,,

3,93  !"# $í% &%' %&

   

Tabla 37. Porcentaje de aumento en la producción. Proceso Blusas olímpicas Pantalones leggins pantalones 3/4 Fuente: El autor.

% 60,97 49,43 40,35

Como se puede notar, la cantidad de cortes aumento para las blusas 60,97%, para los pantalones leggins 49,43% y para los pantalones 3/4 40,35%, el incremento en la producción más significativa fue para las blusas olímpicas. En el proceso simulado, se pudo observar que la herramienta de trabajo realiza el corte exactamente en los puntos indicados, por lo que se descarta algún error de corte en la tela, obteniendo así la mejor calidad posible en el acabado final de la prenda de vestir.

104

CONCLUSIONES

El proceso de trazado y corte actualmente es manual, el cual conlleva a que puedan ocurrir imperfecciones debidos a errores humanos, y la rapidez depende de la habilidad del operador, automatizando el trazado y el corte se logró aumentar la producción, en 60,97% para las blusas olímpicas, 49,43% para los pantalones leggins y 40,35% para los pantalones 3/4, por lo que en términos generales se es capaz de producir una mayor cantidad de prendas de vestir por día laboral.

El tiempo de trabajo en el trazado y corte se disminuyó notablemente, logrando 1,2 minutos para las blusas olímpicas, 1,07 minutos para los pantalones leggins y 2 minutos para los pantalones 3/4, en contraste con los tiempos manuales que sobrepasaban de los 20 minutos.

Al realizar el sistema de forma automatizada, con una estación robótica en donde el operador no tiene acceso al área de trabajo del Robot, se evita cualquier accidente relacionado, y todo el control del proceso se realiza desde un tablero.

Gracias a la automatización del proceso, la calidad del corte es superior a la manual, debido a que los robots pasan exactamente por la trayectoria programada obteniendo un producto final de mejor calidad.

Debido a que los trazados ya se encuentran grabados en el Robot, el operador no tiene que invertir tiempo en ordenar los patrones en orden lógico, disminuyendo el desperdicio de tela.

105

RECOMENDACIONES

Buscar en los mercados, Robots usados en buenas condiciones, para disminuir la inversión a realizar en la compra del robot, el controlador, y demás accesorios.

Se recomienda mejorar y optimizar tanto la programación, así como las trayectorias creadas, para disminuir el tiempo de ejecución del proceso.

Se recomienda automatizar el proceso de tendido de la tela, para disminuir el tiempo de esta parte del proceso en específico y logar una producción con un porcentaje mayor, esto es de gran importancia ya que representa más del 60% del tiempo del proceso manual y más del 98% del tiempo del proceso automatizado.

La programación, instalación y puesta en marcha de los robots lo realizará el personal entrenado en la empresa.

Una vez instalados los robots, se sugiere hacer un mantenimiento periódico.

106

BIBLIOGRAFÍA ABB Automation Technologies. (2004). Aplication manual, device net, Robot controlle 5.0. Suiza. ABB ROBOTICS. (15 de Marzo de 2013). Data Sheet ABB IRB 1600. Obtenido de http://www05.abb.com/global/scot/scot241.nsf/veritydisplay/3b0491a94bd700a248 257c71004ef393/$file/PR10282EN_R8.pdf ABB ROBOTICS. (2013 de Febrero de 2013). Hoja de especificaciones IRB 140. Obtenido de http://search.abb.com/library/Download.aspx?DocumentID=PR10031EN_R14&La nguageCode=en&DocumentPartId=&Action=Launch ABB ROBOTICS. (20 de Febrero de 2013). Hoja de especificaciones IRB 2400. Obtenido de http://www05.abb.com/global/scot/scot241.nsf/veritydisplay/898b798f7e4ed57bc1 257a1d0050dc5f/$file/PR10034%20EN%20R7_HR.pdf ABB ROBOTICS. (20 de Febrero de 2013). Hoja de especificaciones, IRB 120. Obtenido de http://www05.abb.com/global/scot/scot241.nsf/veritydisplay/3bd625bab3c7cae1c1 257a0800495fac/$file/ROB0149EN_D_LR.pdf ABB ROBOTICS. (s.f.). IRC5 - Controllers | ABB. Recuperado el 20 de Abril de 2014, de http://new.abb.com/products/robotics/controllers/irc5 ABB ROBOTICS. (s.f.). ROBOT IRB 1600ID. Recuperado el 20 de Marzo de 2014, de http://new.abb.com/products/robotics/industrial-robots/irb-1600id Barrientos, L., Balaguer, C., & Aracil, R. (2007). Fundamentos de Robótica. México: McGraw-Hill. Craig, J. (2007). Robótica. México: Prentice-Hall. Cristancho Ovalle, L. N., & Zambrano Dueñas, C. A. (s.f.). Repositorio Documental Universidad Militar Nueva Granada. Recuperado el 25 de Mayo de 2013, de

Trabajo de grados: http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/3308/2/CristanchoOvalleLucyN athalie2010.pdf

107

Domínguez Castellar, R. E., & Pinilla, S. (s.f.). Repositorio Documental Universidad Militar Nueva Granada. Recuperado el 24 de Mayo de 2013, de Trabajo de grados:

http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/6713/2/DominguezCastellarRa miroEduardo2012.pdf Facultad Informatica de Barcelona. (s.f.). Características morfológicas del Robot. Recuperado el 15 de Marzo de 2014, de http://wwwpagines.fib.upc.es/~rob/protegit/treballs/Q2_03-04/general/carmorf.htm FEDUPEL. (2006). Manual de Trabajos de Grado de Especialización y Maestría y Tesis Doctorales. Caracas: FEDUPEL.

Fidias., A. (1999). El proyecto de investigación , guía para su elaboración. Caracas: Espisteme. Global Robots Usa. (s.f.). Tech Pendant. Recuperado el 15 de Marzo de 2014, de http://www.globalrobotsusa.com/images/ABB-M93-S3-Teach-Pendant.jpg Hernández, S., Fernández, C., & Baptista, L. (2010). Metodología de la investigación. México: McGraw-Hill. Integrated PLC and Robot Controller. (s.f.). Recuperado el 16 de Marzo de 2014, de

Products Finishing: http://d2n4wb9orp1vta.cloudfront.net/resources/images/cdn/cms/ABB_IRC5_w_AC500_PLC.jpg Mirian, B. (2002). Como se elabora el Proyecto de investigación. Caracas: BL. Consultores y asociados. Servicio editorial. Ollero Baturone, A. (2007). Robótica: Manipuladores y Robots Móviles. México: Alfaomega. Pizarro de la Hoz, V., & Rincon Sánchez, G. A. (s.f.). Repositorio Documental Universidad Militar Nueva Granada. Recuperado el 26 de Mayo de 2013, de

Trabajo de grados: http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/7807/1/PizarrodelaHozVladimir 2012.pdf Repositorio Documental Universidad Militar Nueva Granada. (s.f.). Recuperado el 25 de

Mayo de 2013, de Trabajos de Grado:

108

http://repository.unimilitar.edu.co/bitstream/10654/6684/2/JimenezRobayoCesarEd uardo2009.pdf Werkel. (15 de Enero de 2014). Grabcad Free 3D CAD Library and Collaboration Tools for Engineers. Obtenido de web https://grabcad.com/library/co2-laserhead

109

ANEXOS Diagrama de flujo

110

Programación Robot 1 Rutina Main Robot 1 PROC main() !Pregunta por el boton de parada !si se preisona ir a la interrupcion RUTINA_PARADA CONNECT int_parada WITH RUTINA_PARADA; ISignalDI PARADA,1,int_parada; !Si se abre la puerta del area d elos Robots !Se ejecuta la interrupción CONNECT int_senpuerta WITH RUTINASENSORP; ISignalDI SENSOR_PUERTA,1,int_senpuerta;

!Si se ha presionado el boton inicio se pregunta por !cual es el corte que se va a realizar IF DInput(BOTON_INICIO)=1 mem_inicio:=1; WHILE mem_inicio=1 DO IF DInput(PANT_TOBI)=1 AND DInput(BLUSA)=0 AND DInput(PANT34)=0 Set R1_FUNCIONANDO; Inicio;

THEN

Pret_LegL1; Pant_LegM1; Pant_LegL1; Pant_LegM2; Pant_LegL2; Pant_LegL21; Inicio; Reset R1_FUNCIONANDO; WaitDO R2_FUNCIONANDO,0; ENDIF IF DInput(PANT_TOBI)=0 AND DInput(BLUSA)=1 AND DInput(PANT34)=0 THEN Set R1_FUNCIONANDO; Inicio; BlusaOTTL; BlusaODTL; BlusaODTM; BlusaOTTM; BlusaODTM_2; Inicio; modtray; BlusaODTL_2; BlusaOTTL_2; BlusaOTTM_2; modtray_2; Inicio; Reset R1_FUNCIONANDO; WaitDO R2_FUNCIONANDO,0;

111

ENDIF IF DInput(PANT_TOBI)=0 AND DInput(BLUSA)=0 AND DInput(PANT34)=1 THEN Set R1_FUNCIONANDO; Inicio; PantM1; PantL1; PantL12; PantL13; PantM2; PretL1; PantL2; PantM3; PantM31; PantM32; PantM33; PantM34; PantM35; PantL3; Inicio; Reset R1_FUNCIONANDO; WaitDO R2_FUNCIONANDO,0; ENDIF ENDWHILE ENDPROC !interrupcion de parada TRAP RUTINA_PARADA !Variable tipo Flag para verificar si entro a una subrutina o no mem_pregunta:=0; !Se realiza la parada de movimiento del robot StopMove; INT_PREGUNTA: IF

DInput(SEGUIR_PROC)=1 THEN mem_pregunta:=1; mem_inicio:=1; StartMove;

ENDIF IF

DInput(IR_INICIO)=1 THEN mem_pregunta:=1; mem_inicio:=0; ClearPath; StartMove; Inicio; ClearPath; ExitCycle;

ENDIF IF mem_pregunta = 0 GOTO INT_PREGUNTA; ENDTRAP

112

TRAP RUTINASENSORP StopMove; WaitDI SENSOR_PUERTA,0; StartMove; ENDTRAP

Programación Robot 2 Rutina Main Robot 2 PROC main() !Pregunta por el boton de parada !si se preisona ir a la interrupcion RUTINA_PARADA CONNECT int_parada WITH RUTINA_PARADA; ISignalDI PARADA,1,int_parada; !Si se abre la puerta del area d elos Robots !Se ejecuta la interrupción CONNECT int_senpuerta WITH RUTINASENSORP; ISignalDI SENSOR_PUERTA,1,int_senpuerta; !Si se ha presionado el boton inicio se pregunta por !cual es el corte que se va a realizar IF DInput(BOTON_INICIO)=1 mem_inicio:=1; WHILE mem_inicio=1 DO IF DInput(PANT_TOBI)=1 AND DInput(BLUSA)=0 AND DInput(PANT34)=0

THEN

Set R2_FUNCIONANDO; Inicio; PantLegL1; Pant_LegM1; Pant_LegL2; Pant_LegM2; Triangulo; Pret_LegM1; PretLegM12; Pant_LegL3; PantLegL31; Inicio; Reset R2_FUNCIONANDO; WaitDO R1_FUNCIONANDO,0; ENDIF IF DInput(PANT_TOBI)=0 AND DInput(BLUSA)=1 AND DInput(PANT34)=0 THEN Set R2_FUNCIONANDO; Inicio; mod_tray; BlusaOTTL; BlusaODTL;

113

BlusaODTM; BlusaOTTM; mod_tray2; Inicio; BlusaODTL_2; BlusaOTTL_2; BlusaOTTM_2; BlusaODTM_2; Inicio; Reset R2_FUNCIONANDO; WaitDO R1_FUNCIONANDO,0; ENDIF IF DInput(PANT_TOBI)=0 AND DInput(BLUSA)=0 AND DInput(PANT34)=1 THEN Set R2_FUNCIONANDO; Inicio; PantM1; PantL1; PantL12; PantL13; PantL14; PantL15; PantL16; PantL17; PantL18; PantM2; PantM21; PantM22; PantM23; PantM24; PantM25; PantM26; PantM27; Inicio; PantL2; Inicio; PantM3; PantM3_1; PantM3_2; PantM3_3; PantM3_4; PantM3_5; PantM3_6; PantM3_7; PantL3; Triangulo_34_1; Pret_1; Triangulo_2; Pret_2; Inicio; Reset R2_FUNCIONANDO; WaitDO R1_FUNCIONANDO,0; ENDIF

114

ENDWHILE ENDPROC !interrupcion de parada TRAP RUTINA_PARADA !Variable tipo Flag para verificar si entro a una subrutina o no mem_pregunta:=0; !Se realiza la parada de movimiento del robot StopMove; INT_PREGUNTA: IF

DInput(SEGUIR_PROC)=1 THEN mem_pregunta:=1; mem_inicio:=1; StartMove;

ENDIF IF

DInput(IR_INICIO)=1 THEN mem_pregunta:=1; mem_inicio:=0; ClearPath; StartMove; Inicio; ClearPath; ExitCycle;

ENDIF IF mem_pregunta = 0 GOTO INT_PREGUNTA; ENDTRAP TRAP RUTINASENSORP StopMove; WaitDI SENSOR_PUERTA,0; StartMove; ENDTRAP

115