Estructura (III)

Siguiendo con la platina anterior, se realiza una regata para la entrada en el tubo por que en uno de los costados se encuentra la soldadura de union del tubo.(figura 10.1)

figura 10.1

Se prueba el juego que tiene y si el angulo fresado de las aristas es suficiente para el encaje
(figura 10.2)

figura 10.2

Sin desfijar el conjunto de las tres platinas se tornea un eje central de 24mm para no bloquear la parte interna del rodamiento. (figura 10.3)

figura 10.3

Se retira la platina de 3mm dejando el conjunto de 12mm para tornearlo asta 40mm que es el tamaño exterior del rodamiento (figura 10.4)

figura 10.4

Estructura (II)

Para la base se aplica tubo de 120x120 con un grosor de 4 mm de pared tambien es una medida suministrada por los mayoristas del hierro.Es cortado a una longitud de 250mm. (figura 9.1)

figura 9.3

Para la fijación de los cojinetes o de la base o para dar cuerpo a nivel estructural utilizaremos platina de 12mm. (figura 9.2)

figura 9.2

Se cortan dos unidades de platina de 12mm a 115mm para dejar un margen de error por la desviación del corte. Para las protecciones como cobertura del husillo o como bloqueador del rodamiento se utilizara chapa de 2mm se corta a las medidas marcadas de 115x115mm. (figura 9.3)

figura 9.3

Se escuadra una plantilla para dar referencia los puntos a taladrar y se marca con un permanente una cara para dejarlas siempre ensambladas en la misma posicion.(figura 9.4)

figura 9.4

Se ha taladrado a 3mm pasando todo conjunto de tornillos que fijaran las tres platinas, de esta forma todas quedaran fresadas a la misma altura si descuadrar-se en el momento de fijarlas en el interior del tubo. (figura 9.5)

figura 9.5

El grosor del tubo genera un radio que con las aristas vivas no nos permitiria entrar, la solucion que se ha optado es la de fresar 3mm a 45º cada una de las esquinas. (figura 9.6)

figura 9.6

Estructura (I)

A nivel estructural se utiliza el estandard de tubo 40x80 y 3mm de pared para formar la extension del brazo de esta forma simplificamos el plegado y el corte de una medida no normalizada.

Se imprime una plantilla para marcar el hierro para evitar errores en la cara superior y inferior. Tambien se corta un tramo de tubo 80x40 con una logitud de 250mm. (figura 8.1)

figura 8.1

despues de marcar y taladrar de forma pasante para tener una referencia del taladrado respecto la cara superior y inferior, se remata taladrando la cara donde se asienta el eje a 6mm y a 10mm donde passara la cabeza del tornillo. (figura 8.2)

figura 8.2

Se ha marcado el centro del eje que se utilizara como referencia para la corona de 60mm (figura 8.3)  

figura 8.3

En esta imagen se puede apreciar el taladrado de cuatro tornillos centrado respecto la circunferencia.
(figura 8.4)

figura 8.4

Mecanizado (II)

Siguiendo con el eje del apartado anterior, se mecanizara la bulona a partir de un macizo de 60mm (figura 7.1). Se refrenta la cara y cilindramos asta obtener el diámetro de 40mm (figura 7.2)

figura 7.1

figura 7.2

Con el mandril escalamos con las brocas asta obtener un diametro de 20mm con una profundidad de 20mm que es por encima del grosor necesario para la bulona como punto final (figura 7.3)

figura 7.3

Con lema de tronzar cortamos a 10mm de la cara refrentada y obtenemos la cabeza que se soldara en el eje para dejarlo terminado (figura 7.4)

figura 7.4

Se comprueba el salto de la cabeza la correcta altura y los diámetros antes de mecanizar el resto para no desperdiciar tiempo (figura 7.5)

figura 7.5

Con una fresadora y un plado divisor de tres garras se mecaniza los cuatro agujeros que fijaran el brazo al eje taladrando a 3,3mm para a posterior roscar con macho de M4 y se deja listo para soldar (figura 7.6)

figura 7.6

Soldamos y pulimos la cabeza dejándola plana con unos acabados visuales aceptables, comprobamos no tener deformación en los cuatro agujeros que forman parte de la cabeza y finalmente la damos por valida (figura 7.7)

figura 7.7

Se mecaniza el casquillo que separara los dos rodamientos que van situados en el eje. Este casquillo tiene que tener unas medidas de 22mm exterior, 17,1mm interior y una longitud de 15mm (figura 7.8)

figura 7.8

Mecanizado (I)

La primera pieza que mecanizaremos es el acople del motor con el eje del brazo, para no tornear un macizo de 40mm desechando la mayor parte del material,  se trabajara con un macizo de 30mm y la cabeza con los cuatro agujeros pasantes se acoplaran soldandolo a testa al eje.

figura 6.1

Se trabaja con un  macizo de hierro de 30mm de diámetro y una longitud de 80mm con las dos caras refrentadas.

Como primera etapa reducimos el diámetro 22mm con una longitud de 20mm esto formara parte de la sujeción de la cabeza mas el casquillo de 22mm como tope del rodamiento, de momento no se reduce el diámetro para hacer la fijación de la cabeza para poder tener todavía cuerpo para fijar en las pinzas del torno (figura 6.2).

figura 6.2

Se voltea la pieza fijándola por el diámetro de 22mm realizamos un taladrado con broca de contrapunto y la fijamos para tener el menor error y se reduce el diámetro del resto del cuerpo asta 17mm obteniendo una tolerancia por encima de un H7 ya que interesa la mayor perfección posible para clavar el rodamiento sobre el eje (figura 6.3).

figura 6.3

Sin retirar la pieza del torno reducimos el diámetro de los primeros 16mm asta 10mm de esta forma el torno no ha perdido la centricidad en todo el eje, se puede deducir que la longitud marcada en el plano es de 10mm y el diámetro de 6,36mm se a optado por una mayor longitud por que no supone un problema posterior recortarlo pero si alargarlo, el diámetro de 6mm no mostraba la robustez buscada de esta forma optamos por 10mm ya que no supone un sobresfuerzo para el motor  pero si u n beneficio estructural (figura 6.4).

figura 6.4

En la (figura 6.4) se puede observar el reborde como sobrante en la sección de 22mm en este punto fijaremos el plato en la sección de 17mm retiraremos el reborde sobrante y reduciremos el diámetro de los primeros 10mm a 20mm para fijar la cabeza del eje.

figura 6.5

En el torno de la universidad no disponemos de lemas de tronzar dejamos la ultima etapa del eje

Disseño y simulacion 3D (III)

Después de evaluar las cargas se ultima el diseño para facilitar el montaje y la reparación con las mejores prestaciones posibles. Analizaremos el brazo por secciones empezando por la base

1. Esta pieza la realizaremos con pletina de hierro mecanizada para entrar con tolerancia H7 en el tubo con apriete en el diámetro interior para clavar el rodamiento la fijaremos en el tubo mediante cuatro pasadores

2. Como rodamientos se utilizaran dos del modelo 6203 con un diámetro exterior  40mm y interior de 17mm que dará cuerpo al eje del brazo

3. Para reducir la fuerza cortante que se aplica sobre el eje, debido al peso y la longitud del brazo mecanizamos un separador que nos distanciara los cojinetes un centímetro entre ambos. Este separador entrara con juego al eje.

4. Esta chapa bloquea el paso del rodamiento que no decaiga del eje bloqueando el brazo a cierta altura y dando soporte al motor

5. Es el cuerpo de la base donde va fijado todo el conjunto

6. El eje tiene una cabeza de 40mm  para fijar el brazo con cuatro tornillos, un grueso que actúa  como separador de 22mm para evitar la fricción entre la base y el brazo, posteriormente mantiene el diámetro de 17mm durante 44mm donde van fijados los cojinetes. Para terminar se reduce el diámetro a 10mm que es un diámetro aceptable para el acoplamiento del que disponemos.

figura 5.1

figura 5.2

Electronica (I)

Antes de ultimar el disseño del brazo hay que tener en cuenta los motores que utilizaremos para hacer las pruebas de torque y comprobar la completa movilidad movilidad en toda su trayectoria.

Al ser un brazo robotico se tiene que tener conocimiento en todo momento de la posicion en la que se encuentran los ejes, existen diversos tipos de motor para cumplir estos requerimentos.

El motor Paso a Paso o PaP (figura 4.1) es un motor que funciona mediante el desplazamiento angular de esta forma por cada impulso desplaza un numero de grados concretos a las caracteristicas del motor manteniendo el eje estatico en ese punto.

Como ventaja:
- El precio de estos motores es bajo y son faciles de adquirir gracias al boom de las impresoras 3D y los CNC amateurs que los usan en su mayoria

Como desventajas:
- Si ejerce mas fuerza que el par que dispone pierde pasos y por tanto en la posicion que se encuentra es erronea.
- El movimiento que realiza no es continuo si no por pulsos relentizando el brazo y generando un movimiento antinatural.
- Se calientan debido a que circula corriente en todo momento por el motor para mantener el eje en posicion
- El motor genera vibraciones y ruido a partir de estas.

figura 4.1

El Motor de lazo cerrado closed-loop (figura 4.2) es un potor hibrido por que utiliza elementos del servomotor pero utilizando un motor PaP con el uso de un encoder para generar un lazo cerrado pudiendo aplicar un PID.


Como ventaja:
-Son mas silenciosos gracias a su frecuencia de resonancia menor gracias a la retroaliemntacion y control de posicion
-No pierden pasos por que disponen de un encoder que mantiene la posicion del eje.
-No se calientan por el control de corriente de las bobinas

como desventaja:
- Su precio es tres veces mayor que el de un motor paso a paso
- No son comunes por tanto es mas difícil adquirirlos

figura 4.2

El Servomotor (figura 4.3) es un motor que puede ser tanto DC como AC  con un control electronico de posicion utilizando un encoder y una tacometrica des esta forma tienes conocimiento de la tension y el torque que esta aplicando en ese momento y en la posicion que se encuentra

Como ventaja:
-Tienen mayor torque que los otros tipos de motor
-Tienen una mayo relacion peso potencia
-Tienen una mayor resolucion
-Tienen un mayor par de inercia
-Puedes encontar mas diversidad de potencias

como desventaja:
el costo de este tipo de motores es muy alto
la programación es mas compleja pero mas completa

figura 4.3

Disseño y simulacion 3D (II)

Con el diseño ya planteado empezamos a solventar todos los puntos críticos que nos aparecen como una cobertura sobre las partes móviles como protección hacia las personas o a las impurezas externas hacia el husillo (figura 3.1).

La fijación y unión entre ejes podemos verla en la figura 3.2 donde se contempla el uso de rodamientos para el movimiento rotativo y un cojinete lineal para el de traslación también el casquillo trapezoidal para la transmisión de movimiento al husillo a falta de simulación de fuerzas por la torsión que sufren sobre el eje debido al peso y la longitud del brazo

El casquillo d'acoplamiento de motor sobre los ejes de rotacion estan pendientes de diseño ya que tenemos que contemplar la flexion del eje para no forzar el motor con un acoplamiento directo
durante todo este periodo utilizamos materiales y componentes estandard para facilitar la compra y las medidas

figura 3.1

figura 3.2

Disseño y simulacion 3D (I)

En un inicio plantearemos el concepto del diseño que buscamos desarrollar. La distribucion de motores y la colocacion del brazo interno y externo, como la forma de accionamiento del eje Z de translacion
para esto nos simplificaremos a un diseño rudimentario sobreponiendo los motores y aproximando las medidas que buscamos satisfacer se puede observar todo esto en la figura 2.1

En la figura 2.2 se observa el brazo fraccionado, se puede ver el funcionamiento del eje Z mediante un husillo actuando sobre el motor y este conectado a una varilla lisa para hacer un movimiento lineal
para no perder altura de trabajo el brazo externo se encuentra por encima del brazo interno

El motor del brazo interno trabaja sobre la base, queda pendiente la fijación del motor y del eje, de la misma forma el motor del brazo externo.

Bienvenida y Introduccion

Bienvenidos,

Este es un proyecto realizado por la universidad Tecnocampus Mataro Maresme.

Durante la realizacion de este blog disseñaremos un brazo robotico tipo Scara veremos las distintas modificaciones durante el disseño y todo su proceso de fabricacion.

Un Scara, es un robot formado por dos ejes de rotacion y uno de translacion (mirar figura 1.1) utilizado en aplicaciones industriales pensadas en un plano con funciones como distribuir, recoger y colocar, atornillar, entre otras.

figura 1.1

Partiendo de esta base observamos los distintos diseños de los fabricantes actuales.

En el Scara de la figura 1.2 tiene el motor del eje interior en la base del brazo. El motor del eje exterior y del eje de translacion se encuentran sobre el mismo brazo externo. Es el disseño mas utilizado debido a que todos los motores trabajan sobre los ejse sin apenas generar error por repetición.

En el Scara de la figura 1.3 tiene el motor del eje de translacion que se encuentra en la base. El motor del eje interior y el motor del eje exterior se encuentra en el brazo interior. dejando el brazo exterior sin carga. No es un robot muy extendido es capaz de levantar mayores cargas que el disseño de la figura 1.2 debido a que su eje vertical es mas robusto por trabajar desde la base pero es lento en el eje de translacion por tener que levantar la carga mas la suma de las dos bases.

En el Scara de la figura 1.4 tiene todos los motores ubicados en la base quitando gran parte de la inercia generada por su masa haciendolo un robot muy rapido pero incapaz de levantar cargas de cierto peso y con una mayor tendencia al error ya que el movimiento no es aplicado directamente sobre el eje

figura 1.2

figura 1.3

figura 1.4