diseño de un sistema robótico para cortar madera

Diseño de un sistema robótico para cortar madera

caso: EMPRESA MAFECA C.A. DE RUBIO

RESUMEN

En el presente estudio se manejo la variable dependiente, "diseño de un sistema robótica para cortar madera en la empresa Mafeca C.A. Rubio", donde se tomo como causa el no existir automatización alguna en los procesos corte de madera por lo que se pudo determinar que existe disponibilidad y aceptación hacia la implantación y optimización del sistema de producción en serie.

Otra causa manejada en base a la anterior variable es que la producción manual bien puede ser buena pero no optima y mucho menos eficiente.

Por lo cual, destacando que un proceso automatizado mediante técnicas mecánicas y robóticas en la industrialización resulta muy factible, este seria una vía hacia el desarrollo económico de la empresa.

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En un mundo tan creciente como el nuestro, es necesario llevar consigo una visión futurista, en la que tomemos muy en cuenta el desarrollo tecnológico, lo cual sabemos que es una de las grandes metas del hombre, pretendiendo inclusive colonizar otros planetas, para lo cual hay grandes proyectos como el Voyager 1, Voyager 2 y el MVACS Launched que involucran considerablemente al avance de los sistemas robóticos, que parafraseando el concepto de Rodríguez (1995), un robot es un dispositivo programable, multifuncional, diseñado para manipular, mover materiales, partes, herramientas, o dispositivos especializados a través de los varios movimientos programados para la ejecución de una gran variedad de tareas, pero también hace énfasis en que los buenos resultados dependen de la fabricación, por lo que citaremos a Ferdinand (1995), quien dice que "La exactitud numérica en la solución de un problema depende de dos factores (a) la exactitud de los datos originales y (b) la de los cálculos realizados"(p.120), por lo que se hace necesario aplicar a los procesos una inteligencia artificial que parafraseando a Arteaga y Armijos la I.A. es un campo de estudio que busca explicar y emular el comportamiento inteligente en términos de procesos computacionales así como el estudio de las representaciones y procedimientos que automáticamente resuelven problemas usualmente resueltos por humanos, concepto que será aplicado mientras se estudia la problemática de producción, que se esta realizando en la empresa Mafeca C.A. ubicada en el Municipio Junin en Rubio estado Táchira, la cual se dedica a realizar cortes precisos en el material para la fabricación de artículos de madera, y aun sabiendo que hay numerosas herramientas para cortar madera como la "Caladora" manual, la Maquina "Sinfín" y muchas otras pero ninguna con basamento de robótica y automatización, por lo que, notamos que en el mercado Táchirense que en sus 29 municipios que el costo de los artículos de madera es alto, debido a que la producción de estos es bastante lenta ya que consiste en transcribir moldes a la madera y luego cortar manualmente con alguna herramienta, proceso en el cual están presentes los errores humanos así como también los accidentes, lo cual aumenta el índice de desperdicio y por ende el costo y tiempo de producción, trayendo consecuencias negativas para el interés lucrativo de la empresa, por estos motivos se desea introducir la tecnología robótica, ya que parafraseando a Dowling (1996), tenemos que una de la metas principales de la robótica es crear robots autónomos, que reciban como entradas descripciones de alto nivel sobre las tareas a realizar y sin intervención humana posterior, lo que conllevara a la eliminación del factor de errores humanos, dando lugar a una producción en serie sistematizada que reducirá el tiempo y costo de producción dándole a la empresa un impulso económico favorable una vez realizada esta herramienta que hará mas eficiente y de mejor calidad el trabajo realizado por la empresa Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un Sistema Robótico capaz de reproducir en serie artículos de madera realizando cortes prediseñados por el usuario y dirigidos por la computadora.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Diagnosticar el método de producción actual en serie de artículos de madera en la empresa Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira

Realizar la factibilidad de desarrollar un sistema robótico para cortar madera en la empresa Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira

Elaborar un software capaz de almacenar dibujos planos en un mapa de coordenadas cartesianas con escala a metros, centímetros, pulgadas, etc.

Diseñar un aparato mecánico capaz de cortar madera según las instrucciones del software

Desarrollar un manual de instrucciones y precauciones para el manejo apropiado de la nueva herramienta

Evaluar el Sistema Robótico para cortar madera diseñado para la empresa Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira

JUSTIFICACION

Debido a los múltiples problemas que presenta hoy en día la situación económica del país, es necesario para la pequeña y mediana industria buscar una forma factible de solventar esta situación con una solución apropiada, que al parecer, pueden existir muchas, pero cuando hablamos de Empresas Madereras en los 29 municipios del Estado Táchira, la mejor solución general seria reducir el costo de producción para aumentar su capacidad lucrativa.

Este proyecto plantea realizar el desarrollo de una nueva herramienta robótica y artificialmente inteligente, en la empresa Mafeca C.A., que cambiara el viejo método de producción manual de artículos de madera, a un novedoso sistema de producción en serie, te también beneficiara a las demás empresas madereras en los 29 municipios del estado Táchira, al poder comercializar esta herramienta, y por supuesto que también se aportaran bases teóricas confiables para que si en algún determinado momento, otros investigadores desean profundizar mas en el tema tal vez puedan realizar mejoras o actualizaciones a la herramienta.

ALCANCES

Durante la realización del proyecto se logrará diagnosticar el método actual de producción en serie de artículos de madera en la empresa Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira, así como también se realizara un estudio de factibilidad para fabricar un sistema robótico que corte madera, con su respectivo software capaz de almacenar dibujos planos en un mapa de coordenadas cartesianas con escala a metros, centímetros, pulgadas, etc, que sirva de interface entre el usuario, la computadora y el aparato mecánico que también será diseñado y fabricado persiguiendo así crear una herramienta capaz de reproducir en la madera los diseños hechos en la computadora, lo cual deberá contribuir con la economía de la empresa maderera Mafeca C.A. de Rubio estado Táchira, al dotarla de nueva tecnología al alcance de sus presupuestos y actualizando los conocimientos de los empleados en el área de mecánica, robótica y computación con el manual de instrucciones y precauciones desarrollado con junto con este proyecto, que finalizara con su evaluación, sistemática, metodológica y operacional.

LIMITACIONES

Dentro del desarrollo de la investigación se pueden encontrar licitantes de gran importancia tal como la falta de asesoría técnica avanzada que pueda hacer más fácil la elaboración del proyecto, por lo que se hace necesaria la documentación en sitios lejanos, lo cual es posible gracias a Internet.

En cuanto a la experimentación para la fabricación de la herramienta encontramos que no es de fácil acceso un centro de experimentación e investigación para estudiantes en el estado Táchira, lo cual influye en la capacidad de fabricar esta herramienta, porque se hace necesario buscar diferentes formas para la construcción de nuevas piezas y ensamblaje del sistema mecánico.

MATRIZ DE VARIABLES

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Después de realizadas las pertinentes averiguaciones en la Universidad Nacional Experimental del Táchira (UNET), en la Universidad de Los Andes (ULA), y en el Instituto Universitario de la Frontera (IUFRONT), se ha determinado que los antecedentes de esta investigación son escasos, ya que no existe en estas universidades proyecto antes realizado que enfoque específicamente la robótica como una herramienta para cortar madera, por lo que no podemos citar otras investigaciones de este fin, a menos que sean simplemente investigaciones basadas en robótica sin ser aplicadas a la industria maderera.

Industria Maderera: Desde tiempos muy remotos el hombre ha hecho de la madera un instrumento de trabajo, materia prima y un sin fin de utilidades, ya sea por su abundancia o por su práctico manejo para muchas labores, pero lo cierto es que siempre se ha tratado de hacer mas fácil el trabajo, y en cuanto ha herramientas se refiere para trabajar madera, se han inventado y fabricado infinidad de estas aun antes de la industrialización, por lo que haciendo un recorrido por todas estas herramientas encontramos: (a) Cuchillos, cinceles y martillos para tallar entre los menos sofisticados y mas antiguos; (b) Serruchos y seguetas para cortar madera; (c) Papel de lija y limas metálicas para pulir y dar acabado a los trabajos, d) Clavos, tornillos, grapas, y pegamento, para la unión de partes; e) taladros, esmeriles, caladoras y prensas entre los mas sofisticados; e infinidad de diversas máquinas para cortar y trabajar la madera como la Deluxe 10" Radial Saw modelo 33-990, la cual es una herramienta de mesa que consiste en un disco cortante sujeto de un brazo mecánico movible para cortar la madera, también encontramos la 14" Band Saw modelo 28-280, la cual consiste en un aparato totalmente estático que tiene una sierra en movimiento por donde se hace pasar la madera a la vez que se corta, todas estas maquinas están en el mercado a un alto costo y con sus accesorios de venta por separado, también existen taladros hidráulicos como el 12" bench Drill Press modelo 11-990, que consiste en un taladro sujeto en la parte superior de un tubo que hidráulicamente sube y baja para perforar la madera con la broca o mecha del taladro, el esmeril B.O.S.S. tm Bench Oscillating Spindle Sander modelo 31-780, también es muy útil a la hora de pulir madera.

De todo esto podemos deducir que la industria maderera se encuentra abarrotada de un sin fin de herramientas que facilitan sus labores, pero ninguna de las herramientas comercializadas hasta ahora poseen una conexión con la computadora y aun no han eliminado la intervención de la mano humana mientras se realizan cortes en la madera, de lo que nos queda decir que si bien estas herramientas para la industria maderera hasta ahora publicadas poseen partes mecánicas y electrónicas de actualidad, no poseen vinculo con el mundo de la robótica inteligente, y sistematizada, que es lo que se pretende desarrollar e implantar en la industria maderera de los 29 municipios del estado Táchira específicamente en la empresa Mafeca C.A. del municipio Junin.

BASES TEORICAS

Sistemas: Encontramos que el termino sistemas es uno de los cuales se ha abusado en su utilización técnica, pero esto se debe a la inmensa cantidad de definiciones que podemos encontrar, sin embargo la mayoría de los autores coinciden en alguna parte de sus definiciones que un sistema es un todo compuesto de partes, y que el todo es mas que la suma de sus partes.

Un sistema esta compuesto por partes o subsistemas que interactúan entre si con características similares en función de un objetivo en común. Y debido a esta amplia definición universal es que el termino sistema es aplicable a una inmensa cantidad de situaciones y creaciones del planeta.

Un sistema desde el punto de vista informático y tecnológico esta desarrollado para cumplir eficientemente con un o unos objetivos y así satisfacer necesidades a partir de las cuales se han desarrollado.

En sistemas robóticas, también encontramos que el termino sistema se refiere a organización y cumplimiento eficaz de objetivos, ya que según Schmitt, y Farwell (1988):

"Los robots pueden aumentar la productividad y la calidad de los productos, reducir los tiempos de adiestramiento y mejorar los beneficios si se utilizan de forma adecuada. Así mismo pueden utilizarse en aplicaciones en las que las condiciones de trabajo sean excesivamente duras, y en trabajos que reúnan esfuerzos físicos considerables. Pero dichas aplicaciones deben ser evaluadas cuidadosamente para asegurarse de que se requiere realmente el uso de robots. La capacidad funcional de los robots va a ir aumentando, a medida que se comercialicen nuevos diseños, y sin duda tendrán un papel fundamental en los sistemas de fabricación del futuro"(p.259)

En la sita anterior encontramos que si los sistemas de fabricación son aptos para la utilización de robots, el sistema de fabricación de la empresa maderera tachirense es uno de los que ameritan la implantación de sistemas robóticas que impongan su funcionabilidad y aporten sus beneficios.

Robótica: Según Schmitt y Farwell (1988), "El robot es una nueva e importante herramienta destinada al aumento de la productividad, mediante el control electrónico de sistemas automáticos" (p. 243), sin embargo el Robot Institute of America nos da a conocer una definición de robot mas amplia:

Un robot es un dispositivo de manipulación reprogramable y multifuncional, diseñado para mover material, piezas, herramientas o dispositivos especializados, mediante movimientos programados variables, con el fin de que sea capaz de realizar una cierta variedad de tareas.

Entonces una vez que témenos idea de lo que es un robot podremos conocer lo que es la robótica que parafraseando a Fu, González y Lee (1988) "la robótica es un campo de trabajo que trata con investigación y desarrollo en una serie de áreas interdisciplinarias, que incluyen cinemática, dinámica, planificación de sistemas, control, sensores, lenguajes de programación e inteligencia de maquina."(p.2)

Parafraseando a Dowling (1996), tenemos que una de la metas principales de la robótica es crear robots autónomos, que reciban como entradas descripciones de alto nivel sobre las tareas a realizar y sin intervención humana posterior

Origen de la Robótica: La palabra robot, proviene de la palabra checa robota, que significa trabajo y el termino robot lo uso por primera vez el escritor checo Kerel Capek en 1917 para referirse en sus obras a maquinas con forma humanoide, antes de esto a los robots se les conocía como autómatas, que eran mecanismos capaces de realizar movimientos que cumplan funciones especificas.

Antiguamente se creaban artefactos capaces de realizar tareas diarias y comunes para los hombres, o bien, para facilitarles las labores cotidianas; se daban cuenta de que había tareas repetitivas que se podían igualar con un complejo sistema, y es así como se comienza a crear máquinas capaces de repetir las mismas labores que el hombre realizaba, y como ejemplo de estas máquinas podemos citar las siguientes: (a) La rueda como medio de transporte o como herramienta, por ejemplo, para un alfarero; (b) El engrane.; (c) La catapulta como arma de combate.; (d) El molino, ya sea para obtener agua de las entrañas de la tierra, o como moledor de granos. Y así una gran variedad de máquinas que antiguamente se creaban para facilitarle las tareas a los hombres. Pero no todos estos artefactos tenían una utilidad, algunas máquinas solamente servían para entretener a sus dueños, y no hacían nada más que realizar movimientos repetitivos ó emitir sonidos. Cabe mencionar que los árabes fueron unos maestros en la construcción de autómatas y en la precisión de sus cálculos, y como ejemplo de ello, se puede mencionar que inventaron el reloj mecánico, así como sus grandes aportaciones a la astrología. También los ingenieros griegos aportaron grandes conocimientos a los autómatas, aunque su interés era más bien hacia el saber humano más que hacia las aplicaciones prácticas

Los primeros robots creados en toda la historia de la humanidad, no tenían más que un solo fin: entretener a sus dueños. Estos inventores se interesaban solamente en conceder los deseos de entretener a quien les pedía construir el robot. Sin embargo, estos inventores se comenzaron a dar cuenta de que los robots podía imitar movimientos humanos o de alguna criatura viva. Estos movimientos pudieron ser mecanizados, y de esta manera, se podía automatizar y mecanizar algunas de las labores más sencillas de aquellos tiempos. El origen del desarrollo de la robótica, se basa en el empeño por automatizar la mayoría de las operaciones en una fábrica; esto se remonta al siglo xvii en la industria textil, donde se diseñaron telares que se controlaban con tarjetas perforadas.

Automatización: Según Groover, Welss, Nagael y Odrey (1989), "la automatización y la robótica son dos tecnologías estrechamente relacionadas. En un contexto industrial podemos definir la automatización como una tecnología que esta relacionada con el empleo de sistemas mecánicos, electrónicos y basados en computadoras en la operación y control de la producción"(p. 3), quienes clasifican la automatización de la siguiente manera:

Existen varias clases de automatización industrial: (a) automatización fija, (b) automatización programable, (c) automatización flexible. La automatización fija se utiliza cuando el volumen de producción es muy alto, y por tanto es adecuada para diseñar equipos especializados para procesar el producto (o un componente de producto) con alto rendimiento y con elevadas tasas de producción. La automatización programable se emplea cuando el volumen de producción es relativamente bajo y hay una diversidad de producción a obtener. El concepto de automatización flexible solo se desarrollo en la practica en los últimos 20 años, la experiencia adquirida con ese tipo de automatización indica que es mas adecuado para el rango de producción de volumen medio.

La finalidad de cada uno de estos tipos de automatizaciones es separarlas según el tipo de economía que deben seguir, según Groover, Welss, Nagael y Odrey (1989), "la economía de la automatización fija es tal que el coste de los equipos especiales puede dividirse entre un gran numero de unidades y los costes resultantes son mas bajos en relación con los métodos de producción alternativos"(p. 4), también hablan a cerca de la economía de la automatización programable y expresan: "el coste del equipo programable puede repartirse entre un gran numero de productos aun cuando sean diferentes. Gracias a la característica de programación y a la adaptabilidad resultante del equipo, muchos productos diferentes y únicos en su genero pueden obtenerse económicamente en pequeños lotes". Mientras que de la automatización flexible solamente expresan que esta entre la automatización fija y la automatización programable, ya que con esta se pueden obtener diferentes productos al mismo tiempo.

La robótica adopta o coincide mas estrechamente con el tipo de automatización programable, ya que se considera a un robot industrial una maquina programable, con características antropomórficas o humanoides. La característica antropomórfica mas común de los robots actuales es el brazo mecánico que poseen, y este puede programarse en sus movimientos para realizar una tarea y así cumplir son una determinada función.

Los robots comenzaron a aparecer en este proceso de automatización industrial hasta la aparición de las computadoras en los 40’s. Estos robots computarizados, están equipados con pequeños microprocesadores capaces de procesar la información que le proveen los sensores externos y así es como el robot puede tomar cambiar o mantener una operación en ejecución, a esto se le llama retroalimentación, y forma parte de la Cibernética. La retroalimentación es esencial en cualquier mecanismo de control automático, ya que ayuda a controlar los factores externos que le afecten en la correcta ejecución de sus operaciones normales.

La cibernética: según Helmar (1965) "la cibernética es una ciencia interdisciplinaria, tratando con sistemas de comunicación y control sobre organismos vivos, máquinas u organizaciones. El término es una derivación del vocablo griego kybernetes que significa gobernador o piloto, y fue aplicado por primera vez en 1948 a la teoría del control de mecanismos por el matemático americano Norbet Wiener",(p. 10).

La cibernética también se aplica al estudio de la psicología, servomecanismo, economía, neuropsicología, ingeniería en sistemas y al estudio de sistemas sociales, el término cibernética no es muy utilizado para describir por separado a un campo de estudio, y muchas de las investigaciones en el campo ahora se centran en el estudio y diseño de redes neuronales artificiales.

Cinemática del brazo del robot: según Fu, González y Lee (1988) "La cinemática del brazo del robot trata con el estudio analítico de la geometría del movimiento de un robot con respecto a un sistema de coordenadas de referencia dijo como una función sin considerar las fuerzas/momentos que originan dicho movimiento."(p.13), de lo que podemos decir, como los elementos de un brazo pueden girar y/o trasladarse con respecto a un sistema de coordenadas de referencia, el desplazamiento espacial total del efector final se debe e alas rotaciones angulares y traslaciones de los elementos, En general, se plantean dos cuestiones fundamentales, ambas de interés teórico y practico en la cinemática del robot:

1. Para un manipulador determinado, dado el vector de ángulos de las articulaciones q(t)=(q1(t),q2(t),…,qn(t))T y los parámetros geométricos del elemento, donde n es el numero de grados de libertad, ¿cual es la orientación y la posición del efector final del manipulador con respecto a un sistema de coordenadas de referencia?

2. Dada una posición y orientación deseada del efector final del manipulador y los parámetros geométricos de los elementos con respecto a un sistema de coordenadas de referencia, ¿ puede el manipulador alcanzar la posición y orientación de la mano que se desea? Y si puede, ¿cuantas configuraciones diferentes del manipulador satisfacerán la misma condición?

La primera pregunta se le suele conocer como el problema cinemático directo y a la segunda se le conoce como el problema cinemático inverso, las técnicas mas usadas para resolver el problema cinemático inverso son la matriz algebraica, métodos iterativos o geométricos, se presenta un enfoque geométrico basado en el sistema de coordenadas de los elementos y la configuración del manipulador para obtener una solución de las articulaciones en forma cerrada para manipuladores simples con articulaciones giratorias.

En el problema cinemático directo se utiliza álgebra vectorial y matricial para desarrollar un método generalizado y sistemático para describir y representar la localización de los elementos de un brazo con respecto a un sistema de referencia fijo.

Dinámica del brazo del robot: Según Fu, González y Lee (1988) "La dinámica del robot trata con las formulaciones matemáticas de las ecuaciones de movimiento del brazo. Las ecuaciones de movimiento de un manipulador son un conjunto de ecuaciones matemáticas que describen su conducta dinámica."(p.85), tales ecuaciones son útiles para la simulación en computadora del movimiento del robot, el diseño de ecuaciones de control apropiadas para el robot evaluación del diseño y estructura del brazo.

Según Fu, González y Lee (1988) " el modelo dinámico de un robot se puede obtener a partir de leyes físicas conocidas tales como las leyes de la mecánica newtoniana y lagrangiana. Esto condice al desarrollo de las ecuaciones de movimiento dinámico para las diversas articulaciones del manipulador en términos de los parámetros geométricos e inerciales de los elementos" (p. 85).

Tele informática: según Garcia y Lancharro (1998) "Tele informática es la ciencia que trata la conectabilidad y comunicación a distancia entre procesos. En esta definición entendemos como proceso a un conjunto de instrucciones que se ejecutan en una computadora."(p.5), Debido a las altas posibilidades de intercambiar información de la nueva herramienta con otras partes del mundo, debemos hablar de tele informática para aclarar que este al igual que muchos otros sistemas podrá ser controlado a través de la gran red Internet.

Ciencia Ficción: según Groover, weiss, Nagael y Odrey (1989), "el concepto popular de un robot es que tiene apariencia humana y que actúa como un humano. Este concepto a sido inspirado y estimulado por varias narraciones de ciencia ficción"(p.7)

Existe un miedo a los robots debido a la evolución tan acelerada que se ha proyectado en muchas de las novelas de ciencia ficción. Y aunque muchas de estas novelas no están tan fuera de la realidad, no hay por que tenerles pavor al desarrollo de robots, sino todo lo contrario, ya que estos existen para poder facilitar las tareas de los humanos. En la obra de Isaac Asimov, Yo robot publicada en 1940, postula tres leyes que los robots deberán de seguir: (a) Un robot no debe dañar a un ser humano o, por su inacción, dejar que un ser humano sufra daño; (b) Un robot debe obedecer las órdenes que le son dadas por un ser humano, excepto cuando estas órdenes están en contradicción con la primera ley; (c) Un robot debe proteger su propia existencia, hasta donde esta protección no entre en conflicto con la primera o segunda ley.

Aún después de esta publicación de Isaac Asimov, los novelistas seguían cuestionándose en sus obras acerca de la naturaleza de un robot, tienen la idea de que algún día, el hombre será esclavo de las máquinas, esta idea la plasman en sus novelas; como por ejemplo la novela de Jack Williamson en Con las manos cruzadas, se muestra como es que la libertad humana se esclaviza por unos robots eficientes que cumplen todas las órdenes que se les dan.

Una de las primeras películas que tratan el tema de la robótica es la titulada "Metrópolis", la cual trata de un robot femenino que posee inteligencia propia, obedece todas las ordenes de su creador, y aunque es una película antigua, es un buen ejemplo de como veían a los robots en aquellas épocas. Otro buen ejemplo de películas de ciencia ficción, es la trilogía de Las Guerra de las Galaxias (Star Wars), de George Lucas, que muestra a los robots de dos maneras: buenos y malos. La novela muestra, principalmente, a dos robots que respetan y siguen las órdenes de sus dueños, muestra que los robots pueden tener inteligencia propia y hasta sentido del humor; aunque contradice las tres leyes de Isaac Asimov, ya que los robots de esta novela pueden llegar a destruir formas de vida, humana y extraterrestre.

La imaginación del hombre ha llegado a crear una infinidad de relatos relacionados con los robots; muchos de estos relatos han sido la punta del iceberg en cuanto a nuevas tecnologías, un ejemplo de ello son las novelas de Jules Verne, en especial la llamada "Viaje a la Luna" en donde relata con lujo de detalle como es que tres hombres podrían llegar a la luna, y a pesar de que eran relatos de ciencia ficción, estas novelas no están tan fuera de la realidad que hoy vivimos.

Inteligencia Artificial: Según Rich y Knight (1994) " la IA estudia como lograr que las maquinas realicen tareas que, por el momento, son realizadas mejor por los seres humanos"(p.3), esta definición es encontrada efímera según sus autores por hacer referencia al estado actual de la informática entonces encontramos otro concepto, parafraseando a Arteaga y Armijos la I.A. es un campo de estudio que busca explicar y emular el comportamiento inteligente en términos de procesos computacionales así como el estudio de las representaciones y procedimientos que automáticamente resuelven problemas usualmente resueltos por humanos.

La inteligencia humana ha maravillado a los hombres desde el principio de los tiempos, siempre ha tratado de imitarla, igualar y mecanizarla para sus propios propósitos. Comenzó por desarrollar algoritmos capaces de resolver problemas específicos, se interesó en aplicar la Lógica Matemática en la resolución de dichos problemas, y es aquí donde comenzó a desarrollarse la I.A..

Podemos definir la I. A. como el estudio de las maneras en las cuales las computadoras pueden mejorar las tareas cognoscitivas, en las cuales, actualmente, la gente es mejor. De esta manera podemos ver que el entendimiento de algún lenguaje natural, reconocimiento de imágenes, encontrar la mejor manera de resolver un problema de matemáticas, encontrar la ruta óptima para llegar a una objetivo específico, etc., son parte del razonamiento humano, y que hasta ahora el hombre ha deseado poder imitarla desarrollando la Inteligencia Artificial.

La evolución de la I.A. se debe al desarrollo de programas para ordenadores capaces de traducir de un idioma a otro, juegos de ajedrez, resolución de teoremas matemáticos, etc. Alrededor de 1950, Alan Turing desarrolló un método para saber si una máquina era o no "inteligente" denominado "Test de Turing", "en el cual un operador tiene que mantener una conversación en dos sentidos con otra entidad, a través de un teclado, e intentar que la otra parte le diga si se trata de una máquina o de otro ser humano. ¡Muy curioso!

Pero de que sirve crear algoritmos capaces de imitar la inteligencia y el razonamiento humano; es aquí donde la I. A. y la Robótica tienen un punto en común.

La I.A. tiene aplicación en la Robótica cuando se requiere que un robot "piense" y tome una decisión entre dos o mas opciones, es entonces cuando principalmente ambas ciencias comparten algo en común. La I.A. también se aplica a los ordenadores, ya sean PC’s , servidores de red o terminales de red, ya que su principal aplicación es desarrollar programas computacionales que resuelvan problemas que implican la interacción entre la máquina y el hombre, es decir, las máquinas "aprenderán" de los hombres, para realizar mejor su labor.

Control de procesos: Según Besterfield (1998) "El primer uso que se les dio a las computadoras en el control de procesos fue en las maquinas controladas numéricamente."(p.437), de aquí que en el control de procesos se utilizan los computadores por ser dispositivos que procesas información a altas velocidades y con un margen de exactitud muy confiable. Bersterfield señala las ventajas del control de procesos como:

1. Calidad de producto constante, gracias a una disminución en las variaciones de un proceso.
2. Arranque y paro mas uniformes, puesto que se puede monitorear y controlar el proceso durante estos periodos críticos.
3. Mayor productividad gracias a que se necesita menos personal para el monitoreo de los controles
4. Operación mas segura para el personal y equipo, mediante el paro del proceso o impidiendo el arranque del mismo cuando se presenta una condición que ofrece riesgo.

La robótica ayuda mucho en el área de investigación y control de procesos, con ayuda de robots especiales, los científicos pueden experimentar con robots de prueba antes de implantar algún nuevo programa de control

Inteligencia del robot: Según Fu, Gonzales y Lee (1988), "Un problema básico en robótica es la planificación de movimiento para resolver una tarea especificada, y luego controlar al robot cuando ejecuta las ordenes necesarias para conseguir esas acciones necesarias"(p.11),Aquí planificación significa decidir un curso de acción antes de actuar, para lo cual se realizan investigaciones que e otorguen al robot la IA suficiente para lograr los objetivos resolviendo los problemas presentados por la situación, el área de investigación de IA para robots que interactúen en tiempo real es muy activa debido a la complejidad de los estímulos y respuestas que se presentan en el medio ambiente, sobre todo cuando no son funciones especificas o ambientes totalmente abiertos, para ello se necesitan algoritmos complejos y eficaces capas de otorgarle al robot la IA que necesita.

Ingeniería de Diseño: según Besterfield(1998) "Mediante la ingeniería de diseño se traducen necesidades de calidad de un cliente en características operativas, especificaciones precisas y adecuados márgenes de tolerancia"(p.7), parafraseando a Besterfield tenemos que mediante la ingeniería de diseño se lograran desarrollar los sistemas adecuados con objetivos específicos, que cuyos resultados siempre se mantendrán dentro de los limites de tolerancia, es decir se logra ensamblar muy bien un sistema robótico con características de sistema de control y sistema estable.

Con la ingeniería de diseño parafraseando a Besterfield, se podrá claramente visualizar que el mejor diseño será el mas sencillo y el menos costoso que satisfaga eficientemente todas las necesidades del cliente.

Diseño del sistema: según besterfield (1998), "Si se le utiliza en forma eficiente, la computadora puede ser una poderosa herramienta en el mejoramiento de la calidad. Sin embargo, la computadora no podrá corregir en sistema mal diseñado."(p.441), con esto Besterfield quiere decir que las computadoras serán tan eficientes como lo sean los sistemas que ella opera, por lo que se deberá realizar un diseño muy detallado y minucioso que permita asegurarnos de el correcto funcionamiento del mismo.

Diseño del proceso: según Besterfield (1998), "El diseño del proceso tiene a su cargo el desarrollo de procesos y procedimientos mediante los cuales se obtendrá un producto de calidad"(p.9).

Para la selección y el desarrollo de un proceso, según Besterfield (1998),"deberá tomarse en cuenta el costo, calidad, tiempo de implantación y eficiencia."(p.9) de lo cual podemos decir, que el objetivo del diseño de proceso es reducir al mínimo los errores de manipulación en la producción, en la cual figuran también tareas relacionadas con diseño de equipos y aparatos que serán de una u otro forma la herramienta de producción.

DEFINICION DE TERMINOS BASICOS

SISTEMA: es un conjunto de partes con características comunes que interactúan en función de un todo para cumplir objetivos específicos comunes.

ROBOT: es un dispositivo programable, multifuncional, diseñado para manipular, mover materiales, partes, herramientas, o dispositivos especializados a través de los varios movimientos programados para la ejecución de una gran variedad de tareas.

INTELIGENCIA ARTIFICIAL: es un campo de estudio que busca explicar y emular el comportamiento inteligente en términos de procesos computacionales así como el estudio de las representaciones y procedimientos que automáticamente resuelven problemas usualmente resueltos por humanos.

ROBOTICA: ya que parafraseando a Dowling (1996), tenemos que una de la metas principales de la robótica es crear robots autónomos, que reciban como entradas descripciones de alto nivel sobre las tareas a realizar y sin intervención humana posterior

AUTOMATAS: artefactos capaces de realizar tareas diarias y comunes para los hombres, o bien, para facilitarles las labores cotidianas. Estas máquinas funcionaban generalmente por medio de movimientos ascendentes de aire o agua caliente, otros mecanismos se basaban en palancas o contrapesos

AUTOMATIZACION: también se utiliza para describir a los sistemas programables que pueden operar independientemente del control humano

CIBERNETICA: es una ciencia interdisciplinaria, tratando con sistemas de comunicación y control sobre organismos vivos, máquinas u organizaciones. El término es una derivación del vocablo griego kybernetes que significa gobernador o piloto, y fue aplicado por primera vez en 1948 a la teoría del control de mecanismos por el matemático americano Norbet Wiener

TELEROBOTICA: es la unión de robótica y teleoperaciones lo que le otorga propiedades que le permiten a un robot la movilidad y manipulación a distancia.

TELEINFORMATICA: según Garcia y Lancharro (1998) "Tele informática es la ciencia que trata la conectabilidad y comunicación a distancia entre procesos. En esta definición entendemos como proceso a un conjunto de instrucciones que se ejecutan en una computadora."(p.5),

CAPITULO III

MARCO METODOLOGICO

En el marco metodológico de este proyecto de investigación se presentaran los métodos, técnicas y protocolos instrumentales que permitirán obtener la información requerida en la investigación propuesta. A medida que se aborden los temas en un orden lógico serán profundizados de manera sistemática.

Consideraciones generales: En toda investigación científica se pueden situar nuevos e interesantes conocimientos a los cuales es necesario aplicarles condiciones de fiabilidad objetividad, y validez interna, para lo cual, se delimitaran los procedimientos de orden metodológico, por medio de los cuales se lograran las respuestas a interrogantes objeto de investigación.

En consecuencia, el Marco Metodológico, de la presente investigación propone Diseñar un Sistema Robótico para Cortar Madera, aplicado a la Empresa Mafeca ubicada en el Municipio Junín de Rubio estado Táchira.

Destaca esta empresa que en función de las características derivadas del problema investigado y los objetivos delimitados al inicio de la misma, es en este Marco Metodológico donde se introducirán anticipadamente los diversos procedimientos técnicos y operacionales más apropiados para recopilar, presentar y analizar los datos, con la finalidad de cumplir con el objetivo general del proyecto.

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN

Según el problema planteado referido al Diseño de un Sistema Robótico para Cortar Madera, en la empresa Mafeca ubicada en la localidad de Rubio, y en función de sus objetivos, se incorpora el tipo de investigación denominado proyecto factible. La misma consiste en lograr diseñar y fabricar un sistema robótico que este capacitado para realizar cortes en la madera prediseñados en el computador, una proposición sustentada en un Modelo Operativo Factible, orientada a resolver a resolver un problema planteado.

En atención a esta modalidad de investigación, se introducirán tres faces en el estudio, con el fin de alcanzar todos los requisitos involucrados.

En la primera fase (Fase de Diagnostico): se desarrollara un diagnostico de la situación presente en la realidad objeto de estudio, con el fin de determinar las necesidades de la empresa maderera Mafeca.

Dicho diagnostico se realizará haciendo investigaciones pertinentes y recolectando datos a través de encuestas, entrevistas, cuestionarios y observaciones, que permitan evaluar la situación actual de la empresa, desde el punto de vista operacional y sistemático. Como sus operaciones laborales, administrativas y productivas, de donde se extraerán las necesidades actuales del sistema y la empresa.

En la segunda fase (Fase de Factibilidad): del proyecto según los resultados del diagnostico, se determinara la factibilidad de lograr satisfacer las necesidades y de desarrollar el proyecto.

Desde el punto de vista Técnico la factibilidad se traduce en evaluar la capacidad existente para llevar a cabo la culminación exitosa del proyecto, para lo cual deben estar claras las bases teóricas, y evaluar los conocimientos en la materia a través de practicas experimentales.

Desde el punto de vista Económico podemos definir la factibilidad como una evaluación del recurso monetario que permitirá adquirir y alcanzar los niveles de tecnología, información y experimentación que la investigación requiere, así como también la evaluación económica de la empresa que realizara una inversión al adquirir una nueva herramienta, para los cual se deberá realizar un estudio de costo – beneficio.

Y Desde el punto de vista operacional, la factibilidad adopta el carácter psicológico que afectara al trabajador de la empresa, y el impacto social que esta nueva tecnología tendrá dentro de la comunidad laboral, punto que se evaluara mediante encuestas y entrevistas.

En la tercera fase del proyecto (Fase de diseño): atendiendo al diagnostico y a la factibilidad, se formulara el modelo propuesto referido al Diseño de un Sistema Robótico para Cortar Madera en la empresa Mafeca localizada en Rubio estado Táchira, donde se intenta dar respuestas a la situación problemática planteada.

Para el diseño del sistema robótico se deberá primero que todo elaborar un engranaje que proporcione una ventaja mecánica al movimiento para ahorrar energía y el motor pueda trabajar con fuerza extra.

Luego se deberá diseñar el sistema abductor y extensor de las partes del brazo mecánico de manera que al halar cada guaya el brazo se extienda o se contraiga.

Posteriormente se deberá diseñar la estructura total de la maquina una vez ensamblada con el motor y mecha que cortaran la madera..

Para el diseño del interfaz grafico se realizara un software que permita dibujar con medidas, y este a la ves sea capas de dar las instrucciones necesarias a los motores para cortar la madera dando movimientos que determinaran la forma del corte.

El diseño concluye con la elaboración del algoritmo que permite dar instrucciones a los motores que giren halando las guayas de tal manera que el corte realizado sea de la forma que se ha dibujado según las medidas.

EL DISEÑO DE INVESTIGACIÓN

En el marco de la investigación planteada referido al Diseño de un sistema Robótico para cortar Madera, se define el diseño de investigación como el plan o la estrategia global en el contexto del estudio propuesto, este permitirá orientar desde el punto de vista técnico, para guiar todo el proceso de investigación, desde la recolección de los datos, hasta los últimos detalles técnicos y así cumplir con los objetivos planteados, esta investigación se orienta hacia la incorporación de un diseño de campo.

El estudio propuesto se adecua a los propósitos de la investigación no experimental, donde se han definido un conjunto de variables. Se trata de un estudio sistemático, en donde se lograra desarrollar una verdadera herramienta capaz de realizar cortes en la madera a partir de modelos predefinidos en la computadora.

POBLACIÓN O UNIVERSO DE ESTUDIO

En la presente investigación las unidades de análisis objeto de observación o estudio, serán todos los trabajadores obreros de la empresa Mafeca C.A. de Rubio, así como también los instrumentos utilizados y trabajos realizados en la misma. Todos ellos constituyen la población o universo de estudio en esta investigación, para la cual se generalizaran los resultados. En la medida que se entiende por población o universo de estudio según Ander-Egg (1983) " la totalidad de un conjunto de elementos, seres u objetos que se desea investigar y de la cual se estudiara una fracción (la muestra) que se pretende que reúna las mismas características y en igual proporción", (pag.179)

Es importante destacar, que la población o universo de estudio en el presente caso, esta conformada por 10 obreros, 15 tipos de herramientas eléctricas, y 22 herramientas sencillas, todas presentes en la empresa Mafeca C.A. ubicada en la localidad de Rubio. El universo objeto de estudio, constituye una población de tipo finita ya que esta compuesta por un numero definido de elementos.

LA MUESTRA

Una muestra es una parte representativa de una población, cuyas características deben reproducirse en ella, lo mas exactamente posible. Definido el universo de estudio de manera precisa y homogénea, sabemos que en una población tan pequeña, no es necesario seleccionar una muestra que represente a todas porque cada uno de los elementos posee características propias y deberá ser descrito por separado, ya que se trata de conseguir globalizar las ventajas de cada uno para reunirlas en una sola herramienta que adoptara características robóticas.

LOS INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN

Para la búsqueda y observación de hechos relevantes (los datos) en esta investigación, se utilizaran técnicas como observación directa, participante y sistemática en la realidad objeto de estudio, para el análisis de las características y ventajas de las herramientas ya existentes, así como también extraer información valiosa proveniente del personal administrativo y obrero, a través de entrevistas orales y encuestas escritas.

Las encuestas que se han señalado como tipo de instrumento de medición o recolección de los datos, para el presente estudio es el cuestionario que fue elaborado sus preguntas por medio de la escala para medir las actitudes entendiéndose por: "una actitud es una manera favorable o desfavorable", según el autor (lishbein y Ajzen, 1975 Oskamp 1977)

El método utilizado fue el escalamiento tipo liker, en tal sentido se hace necesario aclarar que "consiste en un conjunto de ítems presentados o uicios antes los actuales se piden la reacción de sujetos a los que se le administra", (según Hernandez, Metodología de la Investigación)

TÉCNICAS DE PRESENTACIÓN DE LOS DATOS

A fin de presentar la información que se recolectara en la investigación propuesta, se introducirán algunas técnicas gráficas para la presentación de los datos. Estas técnicas gráficas están relacionadas, con ilustraciones especificas que muestran de manera explícita las características de los objetos y herramientas estudiados. Las gráficas o ilustraciones se realizaran mediante el uso de la computadora. Al utilizar la computadora como instrumento básico de esta investigación se emplearan paquetes o software especializado para la elaboración de dibujos gráficos.

TÉCNICAS PARA LA FORMULACIÓN DEL MODELO OPERATIVO O SISTEMA PROPUESTO

En el caso especifico, que nos vincula al Diseño de un sistema Robótico para Cortar Madera, a la vez que se ha producido el diagnostico de la empresa en estudio, y en lo relativo con la delimitación y diseño de esta propuesta desde una perspectiva sistemática, se consideran en primer termino para su formulación, el conjunto de principios que deben regir una buena herramienta con características robóticas, como lo son interfaz gráfica en el computador, algoritmos codificados de manipulación, propiedades cinéticas, dinámicas y físicas del brazo mecánico.

Estas características se lograran representar a través de técnicas como:

El dibujo técnico, como una herramienta para diseñar la interfaz gráfica donde se realizaran los modelos a cortar en la madera.

La técnica de Flujogramas, para representar los algoritmos encargados de manipular el brazo mecánico según las características del modelo diseñado a escala en el ambiente gráfico del sistema en desarrollo.

La técnica de Dibujo en tres Dimensiones, para representar o describir las características del brazo mecánico, sus movimientos y ubicación de los motores.

BIBLIOGRAFIA

1. técnicas de Investigación Social

   Argentina

   Editorial Hvmanitas, Colección Guidance, G5, 1983

2. Ezequiel Ander-Egg

   Matematics, measurementm and psychophysics en llandbook of Experimental Psychology, New York, Yohn Wiley & Sons, Inc., 1951

3. S.S. Stevens

   Robótica Industrial, McGraw Hill, 1989

4. Mikell P. Groover, Mitchell Weiss, Roger N. Nagael y Nicholas G. Ordrey

   Control de Calidad, Prentice Hall Hispanoamericana S.A.,1998

5. Dale H. Besterfield

   Automatas Programables Industriales, Boixarev Marcombo, 1990

6. Gilles Michel

   Robótica y Sistemas Automaticos, Anaya Multimedia S.A., 1988

7. Neil M. Schmitt, Robert F. Farwell

   Inteligencia Artificial, McGraw Hill, 1994

8. Eliane Rich, Kevin Knight

   Cibernética, Ediciones Zeus, 1965

9. Helmar Frank
10. Jesus Garcia Tomas, Eduardo A. Lancharro

Introduccion a la teleinformatica, McGraw Hill,1998

INDICE

RESUMEN

CAPITULO I *

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA *

OBJETIVO GENERAL *

OBJETIVOS ESPECIFICOS *

JUSTIFICACION *

ALCANCES *

LIMITACIONES *

MATRIZ DE VARIABLES *

CAPITULO II *

MARCO TEORICO *

BASES TEORICAS *

DEFINICION DE TERMINOS BASICOS *

CAPITULO III *

MARCO METODOLOGICO *

NATURALEZA DE LA INVESTIGACIÓN *

EL DISEÑO DE INVESTIGACIÓN *

POBLACIÓN O UNIVERSO DE ESTUDIO *

LA MUESTRA *

LOS INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN *

TÉCNICAS DE PRESENTACIÓN DE LOS DATOS *

TÉCNICAS PARA LA FORMULACIÓN DEL MODELO OPERATIVO O SISTEMA PROPUESTO *

BIBLIOGRAFIA *

DISEÑO DE UN SISTEMA ROBOTICO PARA CORTAR MADERA

CASO: EMPRESA MAFECA C.A. DE RUBIO

PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE

INGENIERO DE SISTEMAS

Autor:

Asesor Metodológico: Orlando Delgado