Adaptación física y electrónica de un actuador eléctrico a un robot manipulador

Abstract

La idea de este proyecto surgió tras la adquisición de un nuevo modelo de robot industrial IRB120 de ABB para el laboratorio de robótica. Dicho manipulador requiere de un elemento terminal que le permita realizar una tarea específica. En nuestro caso, se ha optado por un elemento de sujeción, o pinza, en particular el modelo LEHZ25K2-14 de la empresa SMC Corporation. La pinza pertenece a una gama de actuadores eléctricos que son controlados por un driver programable de la serie LEC-P6, el cual se programa a través del software ACT Controller. Una vez configurado el modo de funcionamiento del driver, éste ha de ser conectado a la controladora del robot, IRC5, cableando sus entradas y salidas digitales para permitir la comunicación entre dichos sistemas. El problema aparece cuando este enlace requiere de un total de 24 conexiones entre entradas y salidas, lo cual limita la capacidad del robot para ser interconectado con otros sistemas periféricos. Ello se soluciona interponiendo un tercer actor entre la controladora del robot y la de la pinza. La solución adoptada pasa por usar un Arduino, el cual será el encargado de gestionar y procesar la comunicación entre ambos elementos. Para adaptar los niveles de tensión entre Arduino, el cual funciona a 5V, y los controladores del robot y la pinza, los cuales trabajan a 24V, se ha desarrollado una PCB en la que se hace uso de optoacopladores para suplir los niveles de tensión necesarios a los sistemas. Dicha PCB también hace las veces de HMI, permitiendo al usuario obtener información del proceso. Además, haciendo uso del software de modelado CAD CatiaV5, y de las nuevas tecnologías de impresión 3D, se han desarrollado y fabricado diversas piezas necesarias para la interconexión física de los componentes y el correcto funcionamiento de los mismos. Por último, se han diseñado los diversos elementos necesarios para recrear en su totalidad una estación de trabajo que reproduzca las condiciones geométricas exactas del laboratorio de robótica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla. Dicha estación ha sido modelada con el software de programación de robots industriales RobotStudio y el lenguaje RAPID, ambos desarrollados por ABB.

The idea for this project came after the acquisition of a new industrial robot model IRB120 from ABB for the robotics laboratory. Such a manipulator requires a terminal element that allows it to perform a specific task. In our case, we have opted for a fastening element, or clamp, in particular the model LEHZ25K2-14 of the company SMC Corporation. The clamp belongs to a range of electric actuators that are controlled by a programmable driver of the LEC-P6 series, which is programmed through the ACT Controller software. Once the operating mode of the driver is configured, it must be connected to the controller of the robot, IRC5, wiring its digital inputs and outputs to allow communication between these systems. The problem appears when this link requires a total of 24 connections between inputs and outputs, which limits the robot's ability to be interconnected with other peripheral systems. This is solved by interposing a third actor between the controller of the robot and the one of the clamp. The solution adopted is to use an Arduino, which will be in charge of managing and processing the communication between both elements. To adapt the voltage levels between Arduino, which works at 5V, and the controllers of the robot and the clamp, which work at 24V, a PCB has been developed in which optocouplers are used to supply the necessary voltage levels to systems. This PCB also acts as HMI, allowing the user to obtain information about the process. In addition, using CatiaV5 CAD modeling software and new 3D printing technologies, various pieces have been developed and manufactured necessary for the physical interconnection of the components and their correct operation. Finally, we have designed the various elements necessary to fully recreate a workstation that reproduces the exact geometric conditions of the robotics laboratory of the Technical School of Engineering of Seville. This station has been modeled with the RobotStudio industrial robot programming software and the RAPID language, both developed by ABB.