CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO 1. Tipo de Investigación La presente investigación plantea como objetivo el diseño de un prototipo de robot industrial para la automatización del proceso de conformado de piezas en prensas troqueladoras, con el objeto de minimizar los riesgos asociados a las labores de producción con máquinas industriales donde el operador tiene contacto directo con el proceso en caliente, con el fin de mejorar las condiciones de trabajo y aumentar la productividad en el proceso de fabricación. En tal sentido, la investigación de acuerdo con el propósito tiene un nivel de conocimiento Explicativo, Hernández y otros (1988 p.66) define los estudios explicativos Como su nombre lo indica, su interés se centra en explicar por qué ocurre un fenómeno y en qué condiciones se da este, o por qué dos o más variables están relacionadas. Así mismo la presente investigación también se clasifica como Proyecto Factible, Según el Manual de Trabajo de Grado y Tesis Doctoral (1997, p.3) lo define como la Propuesta de un modelo operativo viable, o una solución posible a un problema de tipo práctico, para satisfacer necesidades de una institución o grupo social, esto concuerda con los alcances la investigación 64
65 de manera que el diseño y posterior puesta en marcha de un prototipo de robot industrial que movilice piezas según el trabajo definido anteriormente con un computador, da una alternativa tecnológica para disminuir los accidentes laborales que involucren las manos para la manipulación de equipos industriales y aumente la productividad. De acuerdo al propósito de la investigación se considera Aplicada, debido a que con su desarrollo se plantea la construcción de un robot industrial que recibe instrucciones a través de un computador, en un periodo de tiempo corto, esta afirmación es soportada en los criterios emitidos por Ary, Jacobs y Razavieth (1989, p.24,25), los cuales señalan que la investigación aplicada como El tipo de estudio que tiene como finalidad resolver un problema en un periodo de tiempo corto. Según el periodo en que se recolecta la información Chávez (2001, p.133) explica lo siguiente acerca de los estudios prospectivos: Estudio en el que toda la información se recogerá de acuerdo a los criterios del investigador y para fines específicos de la investigación después de la planeación de esta. Tomando en cuenta la referencia bibliográfica planteada anteriormente, se puede decir que desde el punto de vista del periodo de recolección de la información, esta investigación califica como Prospectiva debido a que los datos se tomaron directamente por el autor a través de la aplicación de pruebas diseñadas siguiendo los criterios de este.
66 2. Diseño de la Investigación Respecto a los diseños experimentales Hernández y otros (1998, p.107) infieren que Se manipulan deliberadamente una o más variables independientes (supuestas causas) para analizar las consecuencias que la manipulación tiene sobre una o más variables dependientes (supuestos efectos), dentro de una situación de control para el investigador, así mismo Arias (1999, p.21) define la investigación experimental como Proceso que consiste en someter a un objeto o grupo de individuos a determinadas condiciones o estímulos (variable independiente), para observar los efectos que se producen (variable dependiente) Siguiendo los lineamientos de las referencias planteadas, el diseño de esta investigación es de tipo Experimental, debido a que se realizaron pruebas en el laboratorio configurando el prototipo de robot industrial para realizar diferentes movimientos para la movilización de piezas, observando su resolución de movimiento y velocidad. 3. Población y Muestra Según Chávez (2001, p.210) la población la define como el universo de la investigación sobre el cual pretende generalizar los resultados, de igual manera para Hernández y Otros (1998, p.218) la población es el conjunto que concuerda con una serie de especificaciones.
67 Por otra parte en relación a la muestra, Hurtado y Toro (2005), definen a la muestra no probabilística intencional como aquel en el que la muestra no se elige al azar sino que, por razones determinadas el investigador decide, él mismo quiénes serán los integrantes de la misma. Con base en lo anterior, en la presente investigación la población la constituye todos los robots industriales clasificados como antropomórficos o angulares, ya que cuentan como las mismas características al prototipo construido y en relación a la muestra la constituye el prototipo realizado ya que no se tiene acceso a algún otro miembro de la población. 4. Instrumentos Para la obtención de la información se emplean diversas maneras de efectuarlas, según lo planteado por Galtung (1997), se puede decir que la observación directa es aquella en la cual el investigador puede observar y recolectar los datos directamente. Adicionalmente menciona que la observación directa presenta como variantes la observación Intrasubjetiva y la observación intersubjetiva, esta última la cual se basa en el principio de observaciones repetidas que dan la misma respuestas con el mismo observador, las cuales deben producir los mismos datos. Tomando en cuenta la referencia planteada, la recolección de los datos en esta investigación se realizó por medio de la observación directa a través de
68 la variante intersubjetiva ya que se realizaron pruebas para observar el comportamiento del robot industrial en la movilización de piezas, repitiéndose varias veces esperando obtener los mismos resultados cada vez y de esta forma validar la capacidad para la movilización de piezas. Para la recolección de datos medidos se emplearon formatos propios del autor en hojas de cálculo a través del software Microsoft Excel. 5. Procedimiento Para conseguir los objetivos de esta investigación, se empleó la metodología planteada por Angulo (1986), debido a que esta se focaliza en un método sistemático para la elaboración de proyectos conformados por un Hardware y un Software, también se usó la metodología de Ollero (2007) que se enfoca en la elaboración de proyectos de robótica. Se establecieron nueve fases, luego de realizar un análisis de los objetivos de esta investigación y la revisión del contenido teórico existente quedando definidas de la siguiente manera para este estudio: - Fase 1: Diseño de la Célula de Trabajo - Fase 2: Selección de la Morfología del Robot Industrial - Fase 3: Diseño del Hardware - Fase 4: Diseño del Modelo Cinemático - Fase 5: Diseño del Software de Control - Fase 6: Diseño del Software de Programación del Robot
69 - Fase 7: Implementación del Hardware - Fase 8: Integración del Hardware con el Software de Control - Fase 9: Visualización del Funcionamiento del Robot Industrial CUADRO 2: Procedimiento para alcanzar el objetivo 1 Establecer la estructura de la célula de trabajo robotizada y su ciclo de trabajo Diseño de la Célula de trabajo Realizar un esquema del espacio de trabajo de las instalaciones del área de prensas troqueladoras de GURIMETAL C.A Identificar los aspectos que se deben tener en cuenta en seguridad Robótica con revisión bibliográfica. Selección de la Morfología del Robot Industrial Identificar las medidas necesarias para la pinza y el cuerpo del robot tomando en cuenta los tamaños de las matrices de las prensas troqueladoras y las piezas a movilizar Seleccionar las características que debe presentar el robot industrial Elaborar el esquema del sistema a controlar identificando las partes funcionales del robot industrial y cantidad de articulaciones
70 CUADRO 3: Procedimiento para alcanzar el objetivo 2 Diseñar el Hardware del Robot Industrial Diseñar las piezas que componen la estructura mecánica del robot industrial en un programa de diseño asistido por computadora (CAD) con las medidas de las piezas reales. Identificar los actuadores, para seleccionar el más conveniente, a través de revisión bibliográfica en bibliotecas y páginas en internet de hojas de especificaciones de varios modelos Diseño del Hardware Revisar libros, manuales y especificaciones técnicas de distintos microcontroladores, piezas electrónicas y demás componentes para seleccionar los mas convenientes Diseñar el circuito electrónico de la tarjeta controladora de actuadores Diseñar el circuito electrónico del sistema de sensores y codificadores Identificar las especificaciones técnicas del robot industrial a partir de los planos electrónicos, los componentes electrónicos, los actuadores y el microcontrolador CUADRO 4: Procedimiento para alcanzar el objetivo 3 Realizar el modelaje matemático utilizando las variables obtenidas del análisis del comportamiento del Robot Industrial y sus dimensiones Diseño del Modelo Cinemático Obtener el modelo cinemático directo Obtener el modelo cinemático inverso
71 CUADRO 5: Procedimiento para alcanzar el objetivo 4 Diseño del Software de Control Diseñar el software de control punto a punto Definir el funcionamiento del control cinemático, para establecer la trayectoria de cada articulación como funciones de tiempo, en función del modelado cinemático Escribir el código de control en el microcontrolador. Diseño del Software de Programación del Robot Diseñar el software de programación del prototipo de robot industrial, en lenguaje de alto nivel, tomando en cuenta los comandos las acciones definidas por el modelo cinemático CUADRO 6: Procedimiento para alcanzar el objetivo 5 Integrar el Hardware y Software de acuerdo a los diseños previos Implementación del Hardware Construir el Hardware, tomando en cuenta los planos elaborados en la fase 3 Integración del Hardware con el Software de control Elaborar la interfaz necesaria para que el hardware sea compatible e identificado por la computadora
72 CUADRO 7: Procedimiento para alcanzar el objetivo 6 Demostrar mediante pruebas el funcionamiento del robot industrial Visualización del Funcionamiento del Robot Industrial Crear un programa de prueba para simular el proceso del robot, para validar el correcto funcionamiento del mismo Documentar las pruebas realizadas y gráficar los resultados