ROBOT MANIPULADOR SCARA RRP – PEAKLE APLICADO A LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA Elaborado por: Pototo (Roberto del Olmo) Eduardo Abbo Andrea Ustáriz Kristine Moore Lucía Almaral Endrina Farfán

INDUSTRIA FARMACÉUTICA JUSTIFICACIÓN DEL DISEÑO DEL ROBOT SCARA-PEAKLE INDUSTRIA FARMACÉUTICA PROCESO DE EMPAQUETAMIENTO DE AMPOLLAS LUEGO DE LA ESTERILIZACIÓN FINAL RESTRICCIONES DEL PROCESO Manejo del proceso a bajas velocidades para evitar Creación de columnas de aire modificación de la temperatura Rompimiento de las ampollas Alteración química del contenido de las ampollas por los cambios de temperatura Mantenimiento de un ambiente limpio y libre de bacterias Precisión

VISTA LATERAL DEL ROBOT MORFOLOGÍA VISTA LATERAL DEL ROBOT

Modelos de articulaciones básicas MORFOLOGÍA ESTRUCTURA MECÁNICA RRP 3 grados de libertad Modelos de articulaciones básicas

ACCIONAMIENTO DIRECTO MORFOLOGÍA × TRANSMISIONES Y REDUCTORES ACCIONAMIENTO DIRECTO (Direct drive DD) En el accionamiento directo el eje del actuador se conecta directamente a la carga o articulación sin la utilización de un reductor intermedio, que introducen una serie de desventajas como son el juego angular, rozamiento o disminución de rigidez del accionador, que pueden impedir alcanzar los valores de precisión y velocidad requeridos para la aplicación seleccionada.

× × √ ACTUADORES Neumáticos Hidráulicos Eléctricos MORFOLOGÍA Generar el movimiento de los elementos del robot según las órdenes dadas por la unidad de control ACTUADORES MISIÓN × × √ Neumáticos Hidráulicos Eléctricos Los motores de corriente continua se descartan porque es obligado el mantenimiento de las escobillas en su constitución, lo que puede ocasionar problemas con la limpieza Por otro lado, el funcionamiento a bajas velocidades de los motores paso a paso no es suave, lo cual implica un peligro al manejar las ampollas por la pérdida de precisión POR LO TANTO, SE UTILIZARÁN MOTORES AC

VENTAJAS DEL MOTOR AC PARA EL PEAKLE MORFOLOGÍA VENTAJAS DEL MOTOR AC PARA EL PEAKLE No presenta problemas de mantenimiento, pues no tiene escobillas Como los devanados están en contacto directo con la carcasa existe una gran capacidad de evacuar calor El control de posición se suele realizar sin la utilización de un sensor externo adicional, así se aprovecha el detector de posición del rotor que posee el propio motor SISTEMA SENSORIAL SENSORES ANGULARES DE POSICIÓN Resolver: captador angular que ofrece buena robustez mecánica durante el funcionamiento del robot, inmunidad a contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones SENSORES LINEALES DE POSICIÓN LVDT :transformador diferencial de variación lineal, debido a que posee infinita resolución, poco rozamiento, alta repetibilidad, alta linealidad, gran sensibilidad y respuesta dinámica elevada. SENSORES DE VELOCIDAD, necesarios para mejorar el comportamiento dinámico de los actuadores del robot. Se utilizarán tacómetros, acoplados en el eje. SENSORES DE PRESENCIA capaces de detectar la presencia de un objeto mediante un radio de acción determinado.

MORFOLOGÍA SISTEMA DE CONTROL

MORFOLOGÍA SISTEMA DE CONTROL

DISPOSICIÓN DE MOTORES Y SENSORES MORFOLOGÍA DISPOSICIÓN DE MOTORES Y SENSORES

Encargado de interaccionar directamente con el entorno del robot MORFOLOGÍA ELEMENTO TERMINAL Encargado de interaccionar directamente con el entorno del robot End-effector de aprehensión, consiste en una caja dentro de la cual están adheridos 4 cilindros con un diámetro de 2 cm. cada uno con un mecanismo de inflado que se acciona al tener el 40% de la altura de la ampolla en su interior, lo cual permite sujetarlos hasta colocarlos en su posición final, la caja.

PLANO DE IMPLEMENTACIÓN APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA FARMACÉUTICA El robot se encuentra en el centro de la celula de trabajo, de manera de aprovechar al máximo su campo de acción. PLANO DE IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA O LAY-OUT

Volumen al que puede llegar ESPACIO DE TRABAJO CAMPO DE ACCIÓN Volumen al que puede llegar el extremo del robot

DIRECTA INVERSA MATRIZ JACOBIANA CINEMÁTICA DEL ROBOT La cinemática del robot estudia el movimiento del mismo con respecto a un sistema de referencia. Así como también se interesa por la descripción analítica del movimiento espacial del robot como una función del tiempo, y en particular por las relaciones entre la posición y la orientación del extremo final del robot con los valores de sus coordenadas articulares. DIRECTA INVERSA MATRIZ JACOBIANA

Sistemas de coordenadas utilizados para calcular la cinemática directa CINEMÁTICA DEL ROBOT CINEMÁTICA DIRECTA La cinemática directa consiste en determinar cuál es la posición y orientación del extremo final del robot, con respecto a un sistema de coordenadas que se toma como referencia, conocidos los valores de las articulaciones y los parámetros geométricos de los elementos del robot. Sistemas de coordenadas utilizados para calcular la cinemática directa

Los valores de las articulaciones para los siguientes puntos: CINEMÁTICA DEL ROBOT CINEMÁTICA INVERSA La cinemática inversa resuelve la configuración que debe adoptar el robot para una posición y orientación del extremo conocidas. En nuestro caso, dichos puntos serían en primer lugar el punto donde el robot sujeta las ampollas, los que corresponden a la trayectoria hasta llegar finalmente al punto final, donde se colocan las ampollas en una caja. Los valores de las articulaciones para los siguientes puntos:

CINEMÁTICA DEL ROBOT MATRIZ JACOBIANA Relación entre las velocidades de las coordenadas articulares y las de posición y orientación del extremo del robot.

DINÁMICA DEL ROBOT DINÁMICA DEL ROBOT La dinámica se ocupa de la relación entre las fuerzas que actúan sobre un cuerpo y el movimiento que en él se origina. SUPOSICIONES: Los cuerpos son simétricos y por ende su centro de masa se ubica en la mitad del link. La inercia “J” incluye la correspondiente inercia de los motores que se ubican en cada articulación.

DINÁMICA DEL ROBOT CUERPO 1 k1 = ½ m1 (q1 L2/2)2 + ½ J1 q 12 u1 = m1 g h1

DINÁMICA DEL ROBOT CUERPO 2 k2 = ½ m2 ([(L2sen (q2)) (q 1 + q 2)]2 + [(L2cos (q2) + L3/2) (q 1 + q 2)]2)+ ½ J2 (q 1 + q 2)2 u2 = m2 g h1

DINÁMICA DEL ROBOT CUERPO 3 k3 = ½ m3 ([(L2cos (q2) + L3) (q 1 + q 2)]2 + [(L2sen (q2)) (q 1 + q 2)]2 + q 3 2 ) + ½ J3 (q 1 + q2)2 u3 = m3 g (h1 – (q3 – L4/2))

DINÁMICA DEL ROBOT Q1 = (1/4m2 L22 + J2)q1 + m2[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22S2C2q2](q1 + q2)] + J2(q1 + q2) + [((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22S2C2q2](q1 + q2)] + J3(q1 + q2) Q2 = m2[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22 S2C2q2](q1 + q2)] + J2(q1 + q2) - m2[(q1 + q2)L22 C2 – (q1 + q2)2(L2C2 + L3/2)L2S2] + m3[((L2C2 + L3/2) + (L2S2)2)(q1 + q2) + [-2 (L2C2 + L3/2) L2S2q2 + 2L22 S2C2q2](q1 + q2)] + J3(q1 + q2) - m3(q1 + q2)2[L22 S2C2 – (L2C2 + L3/2)L2S2] Q3 = m4q3 + m4g

Z (t3 – t2) = 0.02 – 0.6 (t3 – t2) + 0.5/2 (t32 – t22) [cm] PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA Z (t1) = 0.11 – 0.1/2 (t1) [cm]   Z (t1) = 0.10 [cm] t1 = 0.2 [s] Z (t2 – t1) = 0.1 – 0.1 (t2 – t1) [cm]   Z (t2) = 0.02 [cm] t2 = 1.0 [s] Z (t3 – t2) = 0.02 – 0.6 (t3 – t2) + 0.5/2 (t32 – t22) [cm]   Z (t3) = 0.01 [cm] t3 = 1.2 [s]

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA Z (t5 – t4) = 0.01 – 1.1 (t5 – t4) + 0.5/2 (t52 – t42) [cm]   Z (t5) = 0.02 [cm] t5 = 2.4 [s] dz/dt = 0 [cm]   Z (t4) = 0.01 [cm] t4 = 2.2 [s] Z (t6 – t5) = 0.02 + 0.1 (t6 – t5) [cm]   Z (t6) = 0.1 [cm] t6 = 3.2 [s] Z (t) = 0.1 + 1.2 (t7 – t6) - 0.5/2 (t72 – t62) [cm]   Z (t7) = 0.11 [cm] t7 = 3.4 [s]

PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA PolPolinomio característico:   Y (t1) = 0.8661 – 0.1/2 (t1) [cm] Y (t1) = 0.8261 [cm] t1 = 0.8 [s] inomio característico: Y (t2 – t1) = 0.8261 – 0.1 (t2 – t1) [cm]   Y (t2) = - 0.8261 [cm] t2 = 17.322 [s] Y (t3 – t2) = 0.8261 – 2.265 (t3 – t2) + 0.125/2 (t32 – t22) [cm]   Y (t3) = -0.8661 [cm] t3 = 18.122 [s]

Y (t3 – t2) = - 0.8261 + 2.265 (t3 – t2) - 0.125/2 (t32 – t22) [cm] PLANIFICACIÓN DE TRAYECTORIA Y (t1) = - 0.8661 + 0.1/2 (t1) [cm]   Y (t1) = - 0.8261 [cm] t1 = 0.8 [s] Y (t2 – t1) = - 0.8261 + 0.1 (t2 – t1) [cm]   Y (t2) = 0.8261 [cm] t2 = 17.322 [s] Y (t3 – t2) = - 0.8261 + 2.265 (t3 – t2) - 0.125/2 (t32 – t22) [cm]   Y (t3) = 0.8661 [cm] t3 = 18.122 [s]

GRACIAS ! ! ! !