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