¡Descarga Sistema Automatizado de Selección de Cajas con Brazo Robótico - Prof. Rosales Lopez y más Monografías, Ensayos en PDF de Gestión de Proyectos solo en Docsity!
INSTITUTO SUPERIOR TECNOLOGICO
CIBERTEC
“Año del Bicentenario de la consolidación de nuestra
independencia, y de la conmemoración de las heroicas
batallas de Junín y Ayacucho”
“PROCESO DE SELECCIÓN DE CAJAS MEDIANTE UN BRAZO ROBOTICO, UNA FAJA TRANSPORTADORA Y SENSOR RGB” PROYECTO MECATRONICO I
DOCENTE:
WILLIAM RODRIGO TUMBALOBOS VASQUEZ
CICLO: V
MODULO: 2024 - 01
INTEGRANTES:
✓ Junior Samuel Rosario Rivera
✓ Wilmer Mamani Sucasaire
✓ Saturnino Concepción Olivares
✓ Brayan Clifer Ingaruca Bartolo
✓ Adams Jesús Sánchez Rivera
✓ Ailton Jefferson Leandro Ramos
INDICE DE CONTENIDO
1.1 INTRODUCCIÓN
En la era de la automatización industrial, la eficiencia en los procesos de selección y clasificación de objetos es fundamental para optimizar la producción y la logística. En este contexto, el desarrollo de sistemas inteligentes y precisos se convierte en una prioridad para las empresas que buscan mejorar su competitividad en el mercado. El presente proyecto se enfoca en la implementación de un sistema de selección de cajas que combina tecnologías avanzadas como un brazo robótico, una faja transportadora y un sensor RGB. Esta solución tiene como objetivo principal agilizar el proceso de selección de cajas, garantizando una alta precisión en la clasificación de objetos en función de sus características visuales. La integración de un brazo robótico proporciona la capacidad de manipular las cajas de manera flexible y precisa, adaptándose a diferentes tamaños y formas. La faja transportadora actúa como el medio principal para el transporte de las cajas a lo largo del proceso de selección, mientras que el sensor RGB desempeña un papel crucial en la detección y clasificación de las cajas en función de su color y otras características visuales. En este documento, se detallará el diseño, la implementación y las pruebas del sistema de selección de cajas, así como su integración en un entorno de producción real. Se discutirán los algoritmos de procesamiento de imágenes utilizados para analizar los datos capturados por el sensor RGB, así como los algoritmos de control necesarios para coordinar las acciones del brazo robótico y la faja transportadora. Además, se explorarán las posibles aplicaciones de esta tecnología en diversos sectores industriales, así como las mejoras futuras que podrían implementarse para aumentar aún más la eficiencia y la precisión del sistema. En resumen, este proyecto representa un avance significativo en la automatización de los procesos de selección y clasificación de objetos, demostrando el potencial de la integración de tecnologías avanzadas como el brazo robótico y el sensor RGB para mejorar la eficiencia y la productividad en entornos industriales.
1.2 FUNDAMENTACIÓN
La automatización de procesos en entornos industriales se ha convertido en una práctica crucial para mejorar la eficiencia operativa y la competitividad de las empresas. En este contexto, el proceso de selección y clasificación de objetos juega un papel fundamental en la optimización de la producción y la logística. La implementación de sistemas avanzados de selección de cajas, como el propuesto en este proyecto, se justifica por las siguientes razones: Eficiencia Operativa: Los métodos tradicionales de selección y clasificación de cajas pueden ser laboriosos, lentos y propensos a errores humanos. La introducción de tecnologías automatizadas, como el brazo robótico y el sensor RGB, permitirá una selección más rápida y precisa de las cajas, lo que conducirá a una mejora significativa en la eficiencia operativa. Reducción de Costos: La automatización de procesos suele conducir a una reducción de los costos laborales y a una disminución de los errores de selección. Al minimizar la intervención humana en tareas repetitivas y propensas a errores, se reducen los costos asociados con el retrabajo y las pérdidas de inventario. Flexibilidad y Adaptabilidad: El uso de un brazo robótico proporciona una gran flexibilidad y adaptabilidad en el proceso de selección. Este sistema puede ser programado para manipular cajas de diferentes tamaños, formas y pesos, lo que permite su aplicación en una variedad de entornos industriales y líneas de producción. Precisión en la Clasificación: El sensor RGB permite la captura de información visual detallada sobre las cajas en tiempo real. Esto permite una clasificación precisa basada en criterios como el color, la forma y otras características visuales, lo que garantiza una selección más precisa y confiable de los objetos. Optimización de la Logística: Un proceso de selección de cajas eficiente y preciso contribuye directamente a la optimización de la cadena de suministro y la logística. La capacidad de seleccionar y clasificar rápidamente las cajas según sus características facilita su almacenamiento, transporte y distribución, mejorando así la eficiencia general de la cadena de suministro. En resumen, la implementación de un sistema automatizado de selección de cajas utilizando un brazo robótico, una faja transportadora y un sensor RGB se justifica por sus beneficios en términos de eficiencia operativa, reducción de costos, flexibilidad, precisión en la clasificación y optimización de la logística, lo que lo convierte en una inversión estratégica para mejorar la competitividad y el rendimiento de las operaciones industriales.
Selección de Propuesta: Después de evaluar las alternativas, se ha determinado que la Alternativa 3: Sistema Automatizado con Brazo Robótico y Sensor RGB es la propuesta más adecuada para el proyecto de selección de cajas. Esta decisión se basa en las siguientes consideraciones: ✓ Eficiencia y Precisión: La integración de un brazo robótico y un sensor RGB ofrece una combinación de alta precisión y velocidad en el proceso de selección de cajas, lo que garantiza una mayor eficiencia operativa en comparación con el sistema manual y otras alternativas. ✓ Flexibilidad y Adaptabilidad: La capacidad del sistema para adaptarse a diferentes tamaños, formas y características visuales de las cajas proporciona una mayor flexibilidad en la producción y la logística, lo que permite su aplicación en una variedad de entornos industriales. ✓ Rendimiento Costo-Beneficio: Aunque la alternativa automatizada puede tener un costo inicial más elevado, se espera que los beneficios en términos de reducción de costos operativos, mejora de la calidad y aumento de la productividad compensen esta inversión a largo plazo. En resumen, la propuesta de un sistema automatizado con brazo robótico y sensor RGB ofrece la mejor combinación de eficiencia, precisión y flexibilidad para el proceso de selección de cajas, lo que la convierte en la opción preferida para el proyecto.
CAPITULO 2: PRIMER AVANCE
DEL PROYECTO
2.2 ALCANCE DEL PROYECTO
El proyecto del proceso de selección de cajas mediante un brazo robótico, una faja transportadora y un sensor RGB se refiere a la implementación de un sistema automatizado que utiliza tecnología robótica y sensores avanzados para seleccionar y clasificar cajas en un entorno industrial. Este sistema integrado permite la manipulación precisa de las cajas a lo largo de una línea de producción o almacén, identificando y seleccionando las cajas según sus características visuales, como color, forma y tamaño, mediante el uso de un brazo robótico para la manipulación física de las cajas y un sensor RGB para la detección y análisis visual. : El alcance del proyecto incluye, pero no se limita a:
- Diseño y planificación del sistema de selección de cajas, incluyendo la disposición del brazo robótico, la faja transportadora y la ubicación del sensor RGB.
- Adquisición o desarrollo de los componentes necesarios, como el brazo robótico, la faja transportadora y el sensor RGB.
- Integración y ensamblaje de los componentes del sistema en el entorno de producción existente.
- Desarrollo y programación del software para el control y coordinación del sistema, incluyendo algoritmos de procesamiento de imágenes para el sensor RGB.
- Calibración y ajuste de los componentes del sistema para garantizar su correcto funcionamiento y precisión en la selección de cajas.
- Realización de pruebas exhaustivas del sistema para verificar su funcionamiento y precisión en la selección de cajas, utilizando diferentes tamaños, formas y colores de cajas.
- Identificación y optimización de áreas de mejora en el proceso de selección de cajas, ajustando parámetros y configuraciones para maximizar la eficiencia y precisión del sistema.
- Elaboración de documentación detallada del proyecto, incluyendo códigos de programación, diagramas de instalación, especificaciones técnicas y costos de componentes.
2.3 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES (diagrama de Gantt) CUADRO DE ACTIVIDADES S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S
1 Propuesta, selección y desarrollo de los Aspectos Generales del Proyecto
2 ELABORACIÓN^ DEL^ PRIMER^ AVANCE^ DEL^ PROYECTO
3 Compra de componentes y elaboración del presupuesto del proyecto
4 Elaboración^ de^ la^ lista^ de materiales^ utilizados^ en el^ proyecto
5 Desarrollo del diagrama de Gantt
6 DISEÑO^ MECÁNICO^ DEL^ PROYECTO
7 Elaboración de manual de ensamblaje del brazo robótico y su descripción
mecánica
8 Ensamblaje^ del^ brazo^ robótico^ y prueba^ de^ los^ Servomotores
9 Diseño de medidas de las piezas de la faja transportadora en SolidWorks y su
descripción mecánica
10 Ensamblaje,^ construcción^ mecánica^ de^ la^ faja^ transportadora^ y^ prueba^ de^ su
funcionamiento con el motor reductor
11 DISEÑO^ DIGITAL^ Y^ ELECTRÓNICO^ DEL^ PROYECTO
12 Codificación^ en^ Arduino del^ Brazo^ Robótico
13 Codificación^ en^ Arduino^ del^ Sensor RGB
14 Diseño^ del^ circuito electrónico^ del^ Brazo^ Robótico
15 Diseño^ del^ circuito electrónico^ del^ Sensor^ RGB
16 Informe final, prueba del proceso y presentación del video
2.4 ELABORACIÓN DE PRESUPUESTO
TABLA DE COSTO DEL PROYECTO MECATRONICO “SELECCIÓN DE
CAJAS MEDIANTE UN BRAZO ROBOTICO, UNA FAJA TRANSPORTADORA
Y SENSOR RGB”
COMPONENTES - MATERIALES CANTIDAD COSTO^ UNITARIO
(soles)
TOTAL
(soles) Arduino UNO R3 1 30.0 30. Servomotores 5 15.0 75. Cables 5 m^ 0.70^ 3. faja (Lona) 1 0.0 0. Chasis de la faja (Metal) 1 0.0 0. Silicona 1 1.0 1. Motor reductor 1 25.0 25. Fuente Alimentación DC 9V 2 5.0^ 10. Sensor RGB (TCS 34725) 1 28.0 28. Protoboard 1 10.0 10. Esqueleto del brazo robótico 1 50.0 50. Controlador de velocidad 1 12.0 12. Cautín 1 2.0 2. Caja de Cartón 1 0.5 0. Pasajes y viáticos 5 9.4 47 Cautín 1 3.0 3. Cinta aislante 1 3.0 3. TOTAL 300.
CARACTERISTICAS TECNICAS: ARDUINO UNO R Tensión de funcionamiento 5V Voltaje de entrada (límite) 6 - 20V Corriente DC por Pin I/O 20mA Memoria flash 32KB ATmega328P de los que 0,5 KB son utilizados por el gestor de arranque. Longitud 68,6 mm Peso 25 g
2.5 LISTA DE MATERIALES
ARDUINO UNO R
Arduino Uno R3 es una placa electrónica de las muchas que tiene Arduino y con la que es muy fácil introducirse en el mundo de la programación electrónica, Arduino es una plataforma de código abierto (open-source) lo que permite realizar proyectos y modificaciones tanto de hardware como de software a cualquier persona sin ningún problema. La placa electrónica Arduino Uno R3 puede ser alimentada de varias formas, con un cable USB conectado al ordenador o con una fuente externa, cuenta con un zócalo donde se conecta un Jack de 2,1mm para conectar un adaptador que se encuentre entre los rangos de 7 – 12v que es la tensión recomendada. La placa cuenta con un conector USB tipo-B para conectarlo al ordenador con el cual podemos programarlo y a su vez alimentarlo. Microcontrolador ATmega328P Voltaje de entrada (recomendado) 7 - 12V Digital pines I/O 14 (de los cuales 6 proporcionan una salida PWM) Pines de entrada analógica 6 Corriente DC para Pin 3.3V 60mA SRAM 2KB ATmega328P Velocidad de reloj 16 MHz Anchura 53,4 mm EEPROM 1KB ATmega328P PWM digital pines I/O 6
PLACA PROTOBOARD
La Placa Protoboard o placa Board es un tablero con orificios que se encuentran conectados eléctricamente entre sí de manera interna. De esta manera resulta sencillo establecer las conexiones que forman un sistema eléctrico. En ella se realizan pruebas de circuitos, insertando componentes electrónicos y cables como un puente. Se puede considerar que en el Protoboard se realiza el boceto de un circuito electrónico donde se realizan las pruebas funcionales necesarias antes de que se muevan sobre un circuito impreso. CANAL CENTRAL El canal central está ubicado en la parte central de la lámina y está fabricado con un material aislante. Su función es separar las zonas de conexión superior e inferior de la placa, y así cuando se conecten circuitos integrados en la tabla Protoboard, se mantengan aislados los pines de ambos lados de dicho circuito integrado. BUSES Los buses se encuentran a los costados de la placa Protoboard, y generalmente se emplean para conectar la tierra del circuito y sus voltajes de suministro. Los buses generalmente se indican con franjas negras o azules para marcar el bus de tierra y franjas rojas para marcar el bus de voltaje positivo. PISTAS Las pistas están separadas por filas de orificios conectados eléctricamente entre sí; cada fila (indicada con números) tiene conexión entre sí, y cada columna (indicada con letras) es independiente eléctricamente con las demás columnas, es decir, los orificios solo están conectados de forma horizontal.
CABLE JUMPER
Un jumper, saltador o puente es un elemento que permite cerrar el circuito eléctrico del que forma parte dos conexiones. La función del cable macho-macho es con frecuencia usado en el tablero Protoboard haciendo posible la conexión de dos elementos ingresados en dicho tablero. El puente generalmente suele estar soldado a la PCB, como los GPIO de una Rasbperry Pi (machos), o las entradas y salidas de una placa Arduino (hembras). Gracias a una pequeña pieza de plástico con una chapa conductora en su interior, se puede insertar fácilmente en estos terminales para puentear las conexiones. Por supuesto, el cable jumper tiene varios tipos: Según su fisionomía : los hay macho y hembra, pero en el mercado vas a encontrar variaciones de cables con extremos homogéneos o heterogéneos. Es decir: ✓ Hembra-hembra en los dos extremos. ✓ Hembra-macho. ✓ Macho-macho en ambos extremos. Según la conexión : según la conexión, suelen tener terminales aislados, que son los más comunes y los que pueden ser macho y hembra, y también hay algunas versiones especiales con pinzas de cocodrilo en su/s punta/s. Este tipo de pinzas se pueden usar para tomar lecturas, o puentear componentes de forma temporal cuando no existe un conector específico, permitiendo anclar la pinza en un borne o conductor. En este proyecto utilizaremos el cable jumper Macho-macho ya que es un elemento que permite cerrar el circuito eléctrico del que forma parte dos conexiones. La función del cable macho-macho es con frecuencia usado en el tablero Protoboard y en la placa Arduino haciendo posible la conexión de dos elementos ingresados en dicho tablero. Se conoce como macho-macho debido al fragmento que sobresale de los extremos del cable.
SENSOR RGB (TCS 34725)
El dispositivo TCS3472 es un sensor de color que proporciona mediciones digitales de luz roja, verde, azul (RGB) y claridad. Incorpora un filtro de bloqueo de infrarrojos para minimizar la interferencia de la luz IR y garantizar mediciones precisas. Con alta sensibilidad y amplio rango dinámico, es ideal para diversas condiciones de iluminación y materiales atenuantes. Sus aplicaciones incluyen control de retroiluminación LED RGB, iluminación LED, dispositivos de salud/fitness, control industrial y diagnóstico médico. Además, su capacidad para detectar luz ambiental lo hace útil en dispositivos como teléfonos móviles y televisores, donde ajusta automáticamente el brillo de la pantalla para una visualización óptima y ahorro de energía. El TCS3472 también tiene un modo de bajo consumo de energía entre mediciones para reducir aún más el consumo promedio de energía.
¿Cómo funciona un TCS34725?
El c es un sensor óptico que incorpora una matriz de 3x fotodiodos, junto con 4 conversores analógico digital de 16bits (ADC) que realizan la medición de los fotodiodos. La matriz de3x4 está formada por fotodiodos filtrados para rojo, verde, azul, y sin filtro (clear). Todos los sensores están filtrados para infrarrojos.
CONTROLADOR DE VELOCIDAD
Funcionamiento:
Este módulo se trata de un control o variador PWM de la velocidad para motores DC. Este módulo, con la simple conexión, por medio de los terminales de ajuste roscado, el voltaje V+ y V- que son la entrada de corriente a suministrar al motor entre 4.5v y 35v y luego debes de conectar a M+ y M- las salidas al motor DC. Al girar la perilla del módulo, se genera una variación en la corriente inducida en el motor que va desde 0A hasta 5A, (no es un variador de voltaje) con la variación en la intensidad de la corriente, se varia la velocidad a un voltaje constante.
- PWM (Modulación por Ancho de Pulso): Este controlador utiliza la técnica de modulación por ancho de pulso para regular la cantidad de energía que se suministra al dispositivo conectado. Funciona enviando una serie de pulsos eléctricos a alta frecuencia, donde el ancho de cada pulso determina la cantidad de potencia que se transmite. Al variar la anchura de los pulsos, se puede controlar la cantidad de energía entregada al dispositivo, lo que a su vez regula su velocidad o intensidad.
- Capacidad de Corriente (5A) y Potencia (90W): El controlador está diseñado para manejar una corriente máxima de 5 amperios y una potencia máxima de 90 vatios. Esto significa que puede controlar dispositivos que requieren hasta 90W de potencia y una corriente de hasta 5A de manera segura y eficiente.
- Dimmer: La función de dimmer permite ajustar la intensidad de la luz en el caso de lámparas LED u otros dispositivos de iluminación. Al variar la anchura de los pulsos PWM, se puede controlar la cantidad de luz emitida, permitiendo ajustarla a diferentes niveles de brillo. CARACTERÍSTICAS CONTROLADOR DE VELOCIDAD DIMER PWM 5A 90W Voltaje de funcionamiento: 4.5V DC – 35V DC. Corriente de salida: 0 – 5A. Ciclo de trabajo PWM: 1% - 100% Potencia de salida: 90W (máx.) Corriente de reposo: 7uA (en espera). Frecuencia PWM: 20 Khz. Tamaño: 30 mm x 26 mm x 149 mm (sin rango). El control NO varía el voltaje, varia la intensidad de la corriente.
