Actualmente las empresas generan una carga muy pesada de trabajo en la localización y el almacenamiento de los productos, repercutiendo en el tiempo, búsqueda y organización del material, además del costo económico que cuesta mantener un almacén ya que dependiendo de la magnitud, es la cantidad de salarios que se pagan a la gente requerida para sacar el material necesario. Aparte de los beneficios que ya en las industrias se utilizan para obtener un aprovechamiento máximo de todos los espacios libres, un mejor manejo de las mercancías gracias a la distribución de fuerzas y la variedad de motores y por último un montaje mucho más rápido y eficiente de los productos industriales.Nos basamos en un problema real que presentan las empresas.

El problema es que se manejan gradientes (Parte electrónica de los grandes equipos de resonancia magnética) y cuenta diferentes colores de epóxico. En la empresa han sucedido errores como mala colocación del material, equivocación de número de series al embarcar el producto incorrecto, también pierden mucho tiempo en la organización y colocación del material en sus almacenes donde sería mucho más eficaz un sistema automatizado para agilizar el proceso. Por esta razón es que nuestro proyecto de la clase de Laboratorio de Mecatrónica consiste en un diseño de un almacén automatizado cuya función principal es reducir los movimientos y el tiempo de colocación de objetos y espacios en un mismo almacén.

Step 1: Funcionamiento Del Almacén Automático

Step 2: Descripción Del Proyecto

Nuestro almacén automatizado cuenta con una estructura de 275 x 330 x 110 mm de perfiles de aluminio y es muy parecido a lo que es un robot cartesiana de dos ejes cuyo movimientos están adjuntos con un motor Nema 17 que hace girar un tornillo sin fin, este motor que gira da movimiento a una estructura de izquierda y derecha, de arriba para abajo dependiendo de la señal del sensor. El sensor de color mide unos cuadros con diferentes colores y dependiendo de la señal del sensor de regreso es el color del cuadro, al momento de obtener esa señal el programa detectará el color y mandará una señal de posición ya preestablecida a nuestros dos motores, que están en el eje x y en el eje y. Una vez que los dos motores se posicionaron en la señal que fue enviada, se activará un mecanismo de piñón cremallera que sirve como empuje para dejar el cuadro en el espacio del almacén, se retrae el mecanismo de piñón cremallera y los motores regresan a su posición original para poder tomar de nuevo la siguiente pieza.

Step 3: Sistema Mecánico

El diseño de los componentes mecánicos de los sistemas de control de movimiento empleados en el proyecto fueron una parte importante para el funcionamiento del proyecto. Se utilizó un mecanismo de etapa lineal motorizada de eje único con transmisión de tornillo de bolas que traduce el movimiento rotativo en movimiento lineal para el eje x y x. La estructura sobre la cual el sistema de control de movimiento fue montado fue una parte importante a considerar al momento de diseñarlo ya que afecta directamente el desempeño del sistema. La estructura es firme y evita problemas de resonancia y desequilibrio del sistema. Se acoplaron dos perfiles de aluminio de 20 x 20 mm para lograr la estabilidad de la estructura del eje X ya que sobre éste se montaría el sistema Y y Z. Las dos guías lineales sirvieron para soportar la masa de la carga del sistema Y y Z, asegurando un movimiento suave y en línea recta, minimizando la fricción al momento del desplazamiento en x. Se utilizaron 2 acoplamientos helicoidales en los motores Nema 17 que evitan rebotes y pueden operar a velocidad constante con desalineamientos y funcionar a alta velocidad. Estos acoplamientos se colocaron en el eje del motor y se les dió un espacio evitando reducciones en el espacio de trabajo del mecanismo lineal. Del mismo modo, para lograr un mejor desplazamiento, se utilizaron dos baleros LM8UU en la base que carga el mecanismo lineal en X logrando que el desplazamiento del sistema por las guías lineales fuera más óptimo.

Para acoplar el mecanismo de movimiento lineal en Y con el mecanismo lineal de X se diseñó e imprimió en 3D una pieza especial que soportará y asegurará la plataforma base y los soportes para las vigas y el tornillo infinito de Y. Adicionalmente, se le agregó la ranura para depositar y asegurar la tuerca. Los orificios de los extremos se les colocará los baleros lineales.

Con los 2 mecanismos lineales acoplados podemos obtener movimientos controlados en los ejes X y Y. Finalmente, acoplando una pieza que se diseñó para soportar el actuador lineal que estará depositando los materiales en los contenedores del almacén en sí.

Por la parte del almacén, se realizó a base de perfiles de aluminio de 25mm y uniones las cuales se pueden acoplar para funcionar como un esquinero o una unión tipo T. Para asegurarlas se utilizaron pequeños tornillos que los fijaban con los perfiles e impiden el movimiento.

Después de ensamblar el mecanismo Gantry con el almacén, por medio de 2 uniones en cada extremo a través de tornillos m5, obtenemos el producto final.

En las vistas lateral y frontal del mecanismo podemos apreciar diferentes aspectos del proyecto: El espacio que queda entre el almacén y el mecanismo de movimiento en Y, el cuál es para acoplar el actuador de movimiento lineal al calzón, sin que choque con el almacén.

Step 4: Lista De Materiales

Step 5: Sistema Eléctrico/Electrónico

Materiales

2 motores NEMA 17 o equivalentes 2 Arduino Uno o equivalentes 1 CNC Shield 2 Drivers para motores a pasos A4988 1 Puente H Doble L298N Driver para Motores 1 Sensor CNY70 1 motor DC 9-12V 1 fuente de poder de 12V a 1.2A

Para el sistema de control de movimiento en el eje X y Y se utilizaron dos motores NEMA 17. Estos motores fueron seleccionados para este proyecto ya que rotan parcialmente por pulsos digitales que hacen girar los rotores a una revolución establecida que hará que la base se coloque en la posición deseada, además de su costo económico y su fácil control. El sistema eléctrico fue programado y conectado a dos microcontroladores Arduino UNO para su control. Con un microcontrolador fue posible controlar los motores NEMA 17, mientras que el otro Arduino fue utilizado para controlar el motor DC y recibir la señal del sensor de luz. El CNC shield, montado sobre un Arduino Uno, fue utilizado para manejar los motores a paso. Para esto, fue necesario adicionar el Driver A4988, el cual se utilizó para mandar la señal de potencia a los motores NEMA 17. Para el correcto funcionamiento de los motores, fue importante colocar un puente H L298N para mandar la señal de potencia al motor de corriente directa. El motor DC es utilizado para extender y retraer la plataforma del sistema de movimiento lineal piñón cremallera en Z. El sensor CNY70 es un sensor óptico reflectante con salida de transistor. Este sensor regresa un valor de voltaje dependiendo del color que se coloque frente a él. El sensor se coloca en la parte en donde se recibe el material y se coloca en el eje Z para que el programa reciba la señal y el mecanismo lineal pueda comenzar su movimiento. Para lograr el movimiento de todo el sistema eléctrico se necesitó una fuente de poder de 12V que fue conectada al CNC shield y al puente H L298N con la finalidad de brindar la potencia necesaria para el movimiento de los motores del sistema.

Step 6: Softwares Utilizados

El software utilizado fue desarrollado en NI LabVIEW utilizando los módulos VISA para la comunicaciòn serial con un Arduino que tiene cargado GRBL, el cual le permite interpretar código G. Además se utilizaròn modulos de LIFA para controlar el otro Arduino, el cual controla un motor de corriente directa y recibe la señal del sensor de color CNY70.

Step 7: Manual De Uso - Interfaz De Usuario

1. Iniciar el programa.

2. Seleccionar correctamente los puertos COM, GRBL debe ser el puerto que controla los motores a pasos, mientras que LIFA el puerto que controla el motor DC y el sensor de color.

3. Esperar a que el buffer de lectura muestre y borre el mensaje inicial.

4. Presionar el botón ALMACENAR después de haber ubicado la pieza sobre la plataforma de entrada.

5. Esperar a que se almacene la pieza.

Durante el acomodo se puede observar el color que se leyó, las ubicaciones a las que llegará el gantry en la pestaña de destino y la posición actual en el buffer de lectura. No intentar parar el programa en medio de un movimiento ya que esto causará que el programa no responda.