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https://rinacional.tecnm.mx/jspui/handle/TecNM/1307| Title: | Diseño y Construcción de un Robot Cartesiano Automatizado para un Sistema de Hilatura: Transporte de un Filamento Polimérico |
| Authors: | Delgado Flores, Juan Carlos#DEFJ970603HJCLLN04 |
| metadata.dc.subject.other: | Robot Cartesiano, Sistema de Hilatura, Filamento Polimérico |
| Issue Date: | 2020-07-01 |
| Publisher: | Tecnológico Nacional de México |
| metadata.dc.publisher.tecnm: | Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga |
| Description: | El proceso de hilatura en húmedo emplea un solvente no volátil para transformar la materia prima en un fluido de hilatura que se hace pasar por una boca extrusora para producir filamentos poliméricos, los cuales se introducen en un medio (baño) de coagulación para precipitar (solidificar) el material y eliminar trazas de solvente presente en el material extruido. Generalmente, los baños de coagulación son soluciones acuosas de un solvente orgánico capaz de provocar daños en la salud del ser humano si se tiene un contacto directo por tiempos prolongados. En el laboratorio de Conversión de la Energía adscrito al programa de Maestría en Ciencias en Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga se desarrollan proyectos relativos a la producción de fibras poliméricas de poliacrilonitrilo para sus posibles aplicaciones en sistemas de energías renovables como estructuras de soporte flexibles. Dentro de este contexto, se contempla el transporte de un filamento polimérico de poliacrilonitrilo dentro de un baño de coagulación de una solución acuosa de dimetilformamida. Considerando lo anterior, se requiere de un sistema de transporte automatizado que realice la función de trasladar el filamento por el baño y así evitar el uso de sujeción manual por parte del operador y poder suprimir o minimizar las probabilidades de consecuencias y daños a su salud. Para este estudio se empleó un equipo extrusor en frio de bajo volumen para un filamento polimérico construido por Dena-Aguilar et al., en trabajos anteriores como punto de partida del movimiento del robot cartesiano y el brazo robótico. En este trabajo, se desarrolló una metodología para diseñar y construir un sistema mecatrónico para el transporte de un filamento polimérico de poliacrilonitrilo por medio de un robot cartesiano con terminación de un brazo robótico desde la boca extrusora (entrada al baño) hasta el sistema de estiramientos (salida). Se emplearon más de 400 piezas entre materiales de acero al carbón, electrónica modular compatible con hardware y software Arduino, comunicación serial y CNC robótica además de fabricar unidades de soporte mediante impresión 3D con material de poliácido láctico. Por mencionar algunos, se usó acero al carbón comercial (perfil tubular de 1 in), microcontrolador Arduino ATmega2560, motor DC con reductor JGA25-370, motor de engranajes de impresora convencional, servomotores MG996R y MG90S, controlador puente H L298N, módulo bluetooth HC-06 y diversos relevadores, switchs, banda y polea dentadas, varilla roscada, cableado general de red Ethernet, coples, gripper de agarre, entre otros. Todos los componentes modulares están controlados por un lenguaje programable en Arduino y una interfaz en software LabVIEW y MIT App Inventor. Se obtuvieron los diagramas electrónicos del sistema embebido empleando software de acceso libre Proteus y Fritzing. La propuesta de solución consistió en eliminar la manipulación manual de la conducción del filamento polimérico a través del baño de coagulación por medio de un elemento de sujeción de robot (gripper) que describa una trayectoria en el eje de abscisas y posteriormente una elevación por el eje de las cordenadas para lograr conducir el filamento desde la salida de la boca extrusora (dado extrusor) hasta la puesta en los rodillos de estiramientos. Se logró el diseño y construcción de (i) un robot cartesiano en los ejes x e y, (ii) de un brazo robótico, ambos elementos integrado uno con el otro. Se desarrolló un programa de control en la plataforma electrónica de código abierto Arduino para la interacción con el sistema. Se elaboró un entorno de desarrollo integrado en software LabVIEW para facilidad de operación de movimientos del sistema. Se construyó una interfaz gráfica móvil mediante la aplicación MIT App Inventor para teléfonos inteligentes. El presente estudio tiene como antecedentes la continuidad de un trabajo previo de desarrollo de un extrusor para hilatura en húmedo por lo que se requería establecer el módulo de proceso de precipitación y conducción hacia un sistema de estiramiento y bobinado de filamento sin poner en riesgo la salud del operador. Esta Tesis es una secuencia más extensiva y metódica del proyecto de residencia profesional, el cual fue realizado de manera grupal. Por lo que se establecieron nuevas metas y objetivos más pertinentes para lograr conformar un proyecto de titulación integral a través de Tesis. Este estudio presenta los logros alcanzados de la etapa de extrusión enfocado al proceso de coagulación con el diseño, construcción, automatización y control de un robot cartesiano con terminación en brazo robótico bajo diseño propio. Lo anterior bajo autorización y aprobación de la Academia de Ingeniería Mecatrónica del Instituto Tecnológico de Pabellón de Arteaga. |
| metadata.dc.type: | info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
| Appears in Collections: | Tesis Ingeniería en Mecatrónica 2020 |
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