REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL

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1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE ELECTRÓNICA MENCIÓN: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA PARA LA OPERATIVIDAD DE UN BRAZO ROBÓTICO TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA PRESENTADO POR: Br. ARIANNA GEORGINA FERRER HERNÁNDEZ Br. DEOVANNY RAFAEL GÓMEZ MANZANERO Br. ANDRÉS MANUEL MONTENEGRO MATOS FACILITADORES: Msc. JOHANNA FERRER Dr. RICARDO CARABALLO MARACAIBO, MARZO 2012

2 INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA PARA LA OPERATIVIDAD DE UN BRAZO ROBÓTICO

3 VEREDICTO iii

4 iv

5 v

6 DEDICATORIA En primer lugar a Dios por darnos vida, por bendecirnos con una familia maravillosa y contar con la sabiduría necesaria para lograr esta meta tan importante para continuar nuestro camino. A nuestros padres por creer y confiar en nosotros. Gracias por guiarnos por el buen camino, por lo buenos consejos, por todo el amor y por inculcar en nosotros un espíritu de superación para ser mejor cada día. A nuestros hermanos, por estar allí siempre apoyándonos. A nuestros abuelos por todo el amor que nos han dado. A nuestros tíos por estar cerca de nosotros apoyándonos y aconsejándonos en todo momento. A nuestros amigos por demostrarnos cada día que su amistad es incondicional y porque en ellos siempre encontramos el ánimo y la fuerza que nos acompaña día a día, por escucharos, y regalarnos los mejores momentos. Arianna, Deovanny, Andres. vi

7 AGRADECIMIENTOS En primer lugar agradecer a Dios Todopoderoso por bendecirnos con salud, sabiduría para alcanzar esta meta tan importante. A nuestros Padres por estar siempre a nuestro lado apoyándonos de manera incondicional. Así mismo, se extiende nuestro agradecimiento a la MSc. Johanna Ferrer, por aceptar ser nuestra Tutora Académica y trabajar con nosotros en la realización de esta investigación. Gracias por su apoyo y confianza, así como su capacidad para guiar nuestras ideas. Ha sido un aporte invaluable, no solamente en el desarrollo de este trabajo sino en nuestra formación como Profesionales, su orientación y exigencia como profesora en las cátedras que cursamos con ella, permitió manifestar lo mejor de nosotros para lograr destacarnos. Por último, pero no menos importante, agradecemos a unos muy recordados profesores que marcaron huella en nuestro paso por la Universidad, sin ánimo de olvidar a los también merecedores, vaya nuestro agradecimiento, A: Yadira Matos, Yasmir Matos, Ender Pereira, Ángel Villalobos, Petra Ortega, Exida Arteaga, José González y Gustavo Urdaneta. Gracias a cada uno de ustedes, por permitirnos el honor y el privilegio de haber sido sus alumnos, brindándonos sus conocimientos, tiempo, paciencia y apoyo. Arianna, Deovanny, Andrés vii

8 Ferrer H. Arianna G, Gómez M. Deovanny R, Montenegro M. Andrés M. INTERFAZ HOMBRE-MÁQUINA PARA LA OPERATIVIDAD DE UN BRAZO ROBÓTICO. Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica. Mención Automatización y Control. Maracaibo, RESUMEN El presente estudio tuvo como propósito fundamental desarrollar una interfaz hombre-máquina (HMI) para la operatividad de un brazo robótico. La investigación se ubicó dentro de un enfoque proyectivo, no experimental, de campo y transversal. En la recolección de los datos del presente estudio se empleó la técnica de la observación para analizar el funcionamiento del proceso de control y así mejorar las estrategias de diseño y control efectivo. Esta investigación está basada en nueve fases expuestas por José María Angulo (1986) para el desarrollo de una interfaz hombre-máquina que domine y capte correctamente instrucciones de programación para realizar movimientos: Fase I: Definición de las especificaciones; Fase II: Esquema general del hardware; Fase III: Ordinograma general; Fase IV: Adaptación entre hardware y software; Fase V: Ordinogramas modulares y codificación del programa; Fase VI: Implementación del hardware; Fase VII: Depuración del software; Fase VIII: Integración del hardware y software; Fase IX: Construcción del modelo definitivo y pruebas finales. El análisis de los resultados señala que la herramienta de diseño gráfico Labview es un recurso accesible, de fácil uso, gran precisión y garantiza la visualización y control de los movimientos del brazo robótico. Para la elaboración de esta interfaz se utilizó un micro controlador que facilitó el control necesario del brazo. Palabras Claves: Interfaz, brazo robótico, micro controlador. viii

9 Ferrer H. Arianna G, Gomez M. Deovanny R, Montenegro M. Andres M. MAN-MACHINE INTERFACE FOR THE OPERATION OF A ROBOTIC ARM. Dr. Rafael Belloso Chacín University. Faculty of Engineering. School of Electronics. Mention Automation and Control. Maracaibo, ABSTRACT The main purpose of this research was to develop a man-machine interface (HMI) for the operation of a robotic arm. The research was located within a projective approach, no experimental, field and transversal. In terms of collecting data, the technique of observation was used to analyze the performance of the control process and improve design strategies and effective control. This research is based on nine stages set by Jose Maria Angulo (1986) for the development of human-machine interface that correctly captures and handles programming instructions to make movements: Phase I: Definition of the specifications, Phase II: Overview of hardware, Phase III: general flow chart; Phase IV: Adaptation of hardware and software; Phase V: modular flow charts and coding of the program, Phase VI: Implementation of the hardware, Phase VII: software Debugging, Phase VIII: Integration of hardware and software; phase IX: Construction of the final model and final tests. The analysis of results shows that Labview is an accessible and an easy to use graphical design tool which not only has high precision, it also ensures the display and control of robotic arm movements. To make this interface a micro controller was use that provided the necessary control of the arm. Key Words: interface, robotic arm, micro controller. ix

10 INDICE GENERAL VEREDICTO... DEDICATORIA.. AGRADECIMIENTO. RESUMEN... ABSTRACT... INDICE GENERAL INDICE DE FIGURAS... ÍNDICE DE CUADROS. INTRODUCCION... Pág iii vi vii viii ix x xv xvi 1 CAPÍTULO I. EL PROBLEMA 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. 2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN OBJETIVO GENERAL 2.2. OBJETIVO ESPECÍFICOS 3. JUSTIFICACIÓN DELIMITACIÓN.... CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO.. 1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN BASES TEÓRICAS x

11 2.1. INTERFAZ.. 3. INTERFAZ HOMBRE MÁQUINA (HMI) 3.1. DEFINICIÓN TIPOS INTERFAZ GRÁFICA INTERFAZ CONCRETA DISPOSITIVOS ENTRADA DISPOSITIVOS DE SEÑALAMIENTO Y DE POSICIONAMIENTO DISCIPLINAS QUE INTERVIENEN EN LA HMI CIENCIA DE LA COMPUTACION CIENCIAS COGNITIVAS LAS MATEMATICAS LA SOCIOLOGIA LA ERGONOMIA MODELO DE DISEÑO DE UNA HMI MODELO DISEÑO MODELO USUARIO NOVATOS USUARIOS ESPORÁDICOS USUARIOS FRECUENTES, CON CONOCIMIENTOS xi ix

12 MODELO DEL USUARIO O PERCEPCIÓN DEL SISTEMA IMAGEN DEL SISTEMA DISEÑO DE UNA HMI DAR CONTROL AL USUARIO REDUCIR LA CARGA DE MEMORIA A CORTO PLAZO DEL USUARIO CONSISTENCIA DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SALIDA VIDEO CAMARA CASCO Y GUANTE VIRTUAL LECTOR DE CÓDIGO DE BARRAS ESCÁNER DE DOCUMENTOS LENGUAJE HABLADO. 4. MÉTODOS DE PROGRAMACIÓN PROGRAMACIÓN POR GUIADO O APRENDIZAJE 4.2. PROGRAMACIÓN TEXTUAL NIVEL ROBOT NIVEL OBJETO NIVEL TAREA LABVIEW PANEL FRONTAL DIAGRAMAS DE xii xii x

13 5. TELEOPERACIÓN ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE TELEOPERACIÓN OPERADOR O TELEOPERADOR DISPOSITIVO TELEOPERADO CONTROL Y CANALES DE COMUNICACIÓN SENSORES SISTEMA DE VARIABLES DEFINICIÓN NOMINAL DEFINICIÓN CONCEPTUAL 6.3. DEFINICIÓN OPERACIONAL HERRAMIENTAS Y EQUIPOS UTILIZADOS.. CAPITULO III. MARCO METODOLÓGICO.. 1. TIPO DE INVESTIGACIÓN DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN TÉCNICA DE RECOLECCIÓN DE DATOS. 4. POBLACION METODOLOGÍA UTILIZADA. 6. CUADRO Y CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES.. CAPITULO IV. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ANALISIS DE LOS DATOS Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DESARROLLO DE CADA FASE 2. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS xiii

14 CONCLUSIONES.... RECOMENDACIONES... REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. ANEXOS.... A. ORDINOGRAMA GENERAL B. ESPECIFICACIONES DE LOS COMPONENTES DEL HARDWARE. C. INTEGRACION DEL HARDWARE. D. INSTRUMENTO DE VALIDACION. E. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES xii xiv

15 ÍNDICE DE FIGURAS FIGURAS Pág. 1. DIAGRAMA DE BLOQUE DE LA INTERCONEXIÓN DEL HARDWARE.. 68 } xv

16 ÍNDICE DE CUADROS CUADROS Pág 1. CUADRO DE ACTIVIDADES CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES. 60 } xvi

17 INTRODUCCION Los avances de la ciencia especializada en la robótica han puesto al hombre en un plano intermedio, cada día es aún más fuerte la necesidad de realizar simulaciones y copias que contengan exactamente el comportamiento y hablando en términos más profundos formas complejas de pensar (inteligencia artificial).el propósito notorio y casi global de este proceso de réplica, nace de fabricar medios o sistemas organizados mecánicos y artificiales eficientes que de algún modo sustituyan el desempeño humano en las distintas áreas que mueven al mundo, como lo son: áreas industriales, domésticas, agropecuarias, manufacturera, entre otras. En la actualidad, las compañías de diseño y fabricación robótica han ido implementando en los mercados alrededor del mundo, nuevos sistemas de simulación compleja. Dichos sistemas pueden variar de un país a otro en función de los requerimientos operativos y tecnológicos de hardware y software en particular. En Venezuela predomina el uso de interfaces de software que comprenden la parte de aplicación que el usuario posee, observa y con la cual interactúa. Esta interfaz está relacionada con la arquitectura y el código que ejecuta la función del software, que incluye las pantallas, ventanas, controles, la documentación y el entrenamiento. En tal sentido, con la finalidad de aportar una forma sencilla, útil y precisa de simulación robótica surgió la necesidad de desarrollar un sistema de interfaz

18 2 hombre-máquina que permita obtener mediante el dominio de instrucciones de programas y medios de transmisión el comportamiento exacto de referencia que se desee. Esta investigación se desarrolló en 4 capítulos. En el capítulo I, se especifica el planteamiento del problema, los objetivos de la investigación, la justificación y la delimitación. En el capítulo II se establecen los antecedentes y las bases teóricas que definen las variables de la investigación. Luego en el capítulo III se plantea el tipo de investigación, su diseño, técnicas de recolección de los datos, se identifica la población y se establece cual será la metodología utilizada. Finalmente en el capítulo IV se hace referencia al análisis y discusión de los resultados dando conclusiones y recomendaciones. }

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