Desarrollo de un prototipo a escala para la automatización de la estación de tratamientos térmicos de las campanas exteriores de las juntas homocinéticas de la empresa Transejes utilizando robótica colaborativa y visión artificial

Este proyecto de grado se realiza el diseño, construcción y validación de un prototipo a escala para la automatización de una estación de trabajo. Se usaron programas como SolidWorks para el diseño estructural, teniendo en cuenta dimensiones de una estación de trabajo real (tanto a escala 1:1 como a...

Full description

Autores:
Ortega Sepúlveda, Gerson David
Castro Pereira, Jeimmy Lizeth
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2020
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/13713
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/13713
Palabra clave:
Mechatronic
Robotic integration
Scale prototype
Automation
Robotics
Software development
Artificial intelligence
Mecatrónica
Automatización
Robótica
Desarrollo de software
Inteligencia artificial
Integración robótica
Prototipo a escala
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description Este proyecto de grado se realiza el diseño, construcción y validación de un prototipo a escala para la automatización de una estación de trabajo. Se usaron programas como SolidWorks para el diseño estructural, teniendo en cuenta dimensiones de una estación de trabajo real (tanto a escala 1:1 como a la escala trabajada); código en Python para la conexión por medio de un socket con el brazo robótico utilizado, generación y uso de una interfaz humano-máquina para el control manual del prototipo, entrenamiento y uso de un modelo de visión artificial para reconocimiento de la pieza deseada; código en Matlab para la captura de las imágenes y de nubes de puntos obtenidas a través de un Kinect v2. También se realizó la programación de los movimientos cíclicos en el controlador del propio brazo robótico, conociendo con anterioridad los puntos de paso de la estación, dejando como variable la posición de inicio del proceso, la cual era estimada gracias al modelo pre-entrenado y a las nubes de puntos obtenidas. Elementos del diseño tales como el paso del tornillo de la guía lineal, la velocidad del motor paso a paso utilizado, los elementos de seguridad extra (como finales de carrera) también fueron programados en el controlador del brazo robótico para un correcto funcionamiento y para agregar capas de seguridad por software al proceso.
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Se usaron programas como SolidWorks para el diseño estructural, teniendo en cuenta dimensiones de una estación de trabajo real (tanto a escala 1:1 como a la escala trabajada); código en Python para la conexión por medio de un socket con el brazo robótico utilizado, generación y uso de una interfaz humano-máquina para el control manual del prototipo, entrenamiento y uso de un modelo de visión artificial para reconocimiento de la pieza deseada; código en Matlab para la captura de las imágenes y de nubes de puntos obtenidas a través de un Kinect v2. También se realizó la programación de los movimientos cíclicos en el controlador del propio brazo robótico, conociendo con anterioridad los puntos de paso de la estación, dejando como variable la posición de inicio del proceso, la cual era estimada gracias al modelo pre-entrenado y a las nubes de puntos obtenidas. Elementos del diseño tales como el paso del tornillo de la guía lineal, la velocidad del motor paso a paso utilizado, los elementos de seguridad extra (como finales de carrera) también fueron programados en el controlador del brazo robótico para un correcto funcionamiento y para agregar capas de seguridad por software al proceso.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO A PLANTEAR ............................................................... 7 1.1 DESCRIPCIÓN BREVE DEL PROBLEMA ...................................................................... 7 1.2 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA................................................................................. 7 2. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 9 2.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................................................... 9 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS................................................................................................. 9 3. ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................... 9 4. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 10 4.1 JUNTAS HOMOCINÉTICAS RZEPPA ............................................................................... 10 4.2 ROBOT INDUSTRIAL ........................................................................................................ 10 4.3 ELEMENTOS TERMINALES O FINALES .......................................................................... 11 4.4 METODOLOGÍA PARA LA GENERACIÓN DE TRAYECTORIAS ..................................... 11 4.5 VISIÓN ARTIFICIAL ........................................................................................................... 12 4.6 TIPOS DE SISTEMAS DE VISIÓN ARTIFICIAL INDUSTRIAL .......................................... 13 4.6.1 Sensores de visión ........................................................................................................ 13 4.6.2 CÁMARAS INTELIGENTES Y SISTEMAS DE VISIÓN INTEGRADOS .......................... 13 4.6.3 SISTEMAS DE VISIÓN AVANZADOS ............................................................................ 13 4.7 ETAPAS DE LA VISIÓN ARTIFICIAL ................................................................................ 13 4.7.1 Iluminación ..................................................................................................................... 13 4.7.2 Adquisición .................................................................................................................... 14 4.7.3 Procesamiento ............................................................................................................... 14 4.7.4 Ejecución ........................................................................................................................ 14 4.8 Tipos de iluminación ........................................................................................................ 14 4.8.1 Iluminación Direccional ................................................................................................. 14 4.8.2 Iluminación Difusa ......................................................................................................... 14 4.8.3 Iluminación a contraluz ................................................................................................. 15 6. PLAN DE TRABAJO ......................................................................................................... 17 7. RESULTADOS ESPERADOS .............................................................................................. 18 8. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................. 18PregradoThis degree project is the design, construction and validation of a scale prototype for the automation of a workstation. Programs such as SolidWorks were used for structural design, considering dimensions of a real workstation (both at 1: 1 scale and at the worked scale); Python code for connection through a socket with the robotic arm used, generation and use of a human-machine interface for manual control of the prototype, training and use of an artificial vision model to recognize the desired part; Matlab code to capture the images and point clouds obtained through a Kinect v2. The programming of the cyclical movements was also carried out in the controller of the robotic arm itself, knowing in advance the points of passage of the station, leaving the starting position of the process as a variable, which was estimated thanks to the pre-trained model and the point clouds obtained. Design elements such as the screw pitch of the linear guide, the speed of the stepper motor used, the extra safety elements (such as limit switches) were also programmed into the robot arm controller for correct operation and to add layers of security by software to the process.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 ColombiaDesarrollo de un prototipo a escala para la automatización de la estación de tratamientos térmicos de las campanas exteriores de las juntas homocinéticas de la empresa Transejes utilizando robótica colaborativa y visión artificialDevelopment of a scale prototype for the automation of the heat treatment station of the external hoods of the constant velocity joints of the company Transejes using collaborative robotics and artificial visionIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicRobotic integrationScale prototypeAutomationRoboticsSoftware developmentArtificial intelligenceMecatrónicaAutomatizaciónRobóticaDesarrollo de softwareInteligencia artificialIntegración robóticaPrototipo a escala[1] J. Pelegrí, «Beneficios de la Automatización con Robots Colaborativos,» 21 Junio 2019. [En línea]. Available: https://blog.universal-robots.com/es/beneficios-robots- colaborativos. [Último acceso: 11 Agosto 2019].[2] Federación de Aseguradores Colombianos, «Fasecolda,» 7 Mayo 2019. [En línea]. Available: https://fasecolda.com/index.php?cID=2646 .[3] UNIVERSAL ROBOTS, Manual de Usuario UR3/CB3, Odense, 2014.[4] R. L. Norton, Diseño de Máquinas: Un enfoque integrado, México: Pearson Educación, 2011[5] E. Cuevas, D. Zaldivar y M. Pérez, Procesamiento digital de imágenes con MATLAB y Simulink., México: Alfaomega, 2010[6] G. A. Lozano Mantilla y J. J. Orduz Rodriguez, «Diseño de un sistema de visión artificial para la revisiónd el nivel de llenado de bebidas embotelladas,» Barranquilla, 2015. [[7] D. Tabuena Alcusón, «Implantación de robots colaborativos en línea de producción,» Valladolid, 2017. [[8] Universal Robots, «FABRICACIÓN DE AUTOMÓVILES REALIZADA POR ROBOTS COLABORATIVOS,» [En línea]. Available: https://www.universal- robots.com/es/industrias/automoci%C3%B3n-y-subcontratistas/. [Último acceso: 15 02 2020].[9] EuroTaller, «EuroTaller,» 09 Octubre 2015. [En línea]. Available: https://www.eurotaller.com/noticia/juntas-homocineticas-que-son-y-para-que-sirven- sabes-cuando-hay-que-cambiarlas[10] N. P. Navarro Narvaez, «Modelo cinemático y dinámico de un manipulador de 5 grados de libertad articulado verticalmente,» Lima, 2011.[11] F. Rivera y L. F. Rosas, «Propuesta de solución al problema de generación de trayectorias de tiempo mínimo para un brazo manipulador de seis grados de libertad mediante un aplicativo basado en una trayectoria específica en un ambiente simulado,» Bogotá, 2009.[12] E. A. M. 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