APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

El present treball té com a principal objectiu la conceptualització i disseny d'un robot mòbil tot terreny vinicultor. A partir d'uns requisits que encarrega el client, se segueix una metodolo- gia de disseny definida per etapes. En primer lloc, la definició del treball analitza l'estat de l'art a l'àmbit de la robòtica mòbil i la possible normativa que és d'aplicació. Es crea la taula d'especificacions, on apareixen tots els requisits d'obligat compliment del treball. La segona etapa és el disseny conceptual. Es defineix l'estructura funcional que divideix en mòduls funcionals diferents sistemes. Els mòduls funci- onals estudiats són l'eix davanter, el bastidor i l'eix posterior. Per als dos eixos es consideren diverses alternatives de sistemes de direcció, sistemes de suspensió i sistemes de transmissió. Mitjançant un procés analític de decisions s'arriba a un principi de solució per a l'eix davanter i per a l'eix posterior. Amb els principis de solució comença l'etapa de materialització. Es fa el disseny de materialització del bastidor, partint d'una geometria provisional i mitjançant l'a- nàlisi d'elements finits per arribar a una primera geometria. D'aquesta geometria es realitza el disseny de detall i una estimació de costos. D'altra banda, es realitza el disseny de materialització de l'eix posterior, que engloba el dimen- sionament del sistema de transmissió i un primer disseny del basculant. El resultat d'aquest treball és el plantejament d'un concepte diferent de robot mòbil, opti- mitzat per als conreus de vinyes i particularment en terrenys muntanyosos. Els resultats dels càlculs deixen definits els paràmetres principals del robot, així com una geometria inicial d'on es pot evolucionar el disseny.

The main objective of this project is the calculation and design of various elements of a 3- degree-of-freedom robotic arm, which will operate on a mobile robotic platform. To achieve this, different simulations and analyses will be conducted using PTC Creo software, allowing verification of whether the elements can withstand the model's stresses. As seen, the structural elements are oversized, and it would be necessary to reduce the weight of the entire assembly. Regarding the mechanical elements responsible for transmitting each joint, a conventional calculation for each one will be performed using the knowledge acquired during the master's program. Additionally, SolidWorks will be employed for the 3D modeling and manufacturing drawings of the components. Another objective of this project is to conduct an economic analysis to assess the cost of a theoretical project carried out by an engineer and to study the environmental impact that a project of this magnitude may have. Finally, an equality plan will be developed, outlining areas for improvement regarding equity in the field of engineering and proposing a list of solutions to progress towards equality for all individuals.

El present document constitueix el meu Treball de Fi de Màster i es centra en el disseny d'una màquina de tall làser. L'objectiu principal és l'obtenció de plànols constructius que haurien de permetre fabricar, muntar, posar a punt i assajar un prototip de màquina de tall làser amb unes prestacions similars als productes de la mateixa índole existents actualment al mercat. Per satisfer aquest objectiu s'ha treballat de forma metòdica al llarg de les diferents fases pròpi- es d'un projecte d'enginyeria: inicialment s'ha fet recerca d'informació en relació al problema plantejat; partint d'aquí s'ha elaborat una especificació que recull les característiques tècniques que hauria de reunir la màquina resultant; en base a aquestes s'ha dut a terme un procés creatiu per trobar solucions conceptuals a les diferents funcions que ha d'executar la màquina i s'han analitzat de forma sistemàtica per escollir-ne les millors; s'han plantejat solucions constructives per implementar-les mitjançant software CAD i s'han seleccionat actuadors, sensors i arquitec- tura del sistema de control; per últim s'ha elaborat la documentació que hauria de permetre procedir amb les següents fases del projecte: els plànols de fabricació i de conjunt. A la memòria i l'annex es desglossa cadascun dels punts plantejats anteriorment, ja sigui en forma d'explicacions, fotografies o dibuixos. El treball es centra sobretot en els temes d'engi- nyeria mecànica del projecte, però es plantegen les qüestions essencials referents a l'electrònica i el sistema de control.

Durant els darrers anys hi ha hagut una gran proliferació de robots mòbils autònoms (AMR). Es considera un AMR aquell robot que és capaç de desplaçar-se per si mateix sense el control síncron d'un operari humà. Amb la millora dels sistemes de control i la digitalització de l'entorn industrial, els robots han anat guanyant flexibilitat i capacitat de moviment, migrant de sistemes molt rígids com les guies cap a mètodes amb menys restriccions com ara el desplaçament sobre rodes. Els AMR amb rodes han demostrat ser molt eficients en entorns amb terres llisos com solen ser les plantes industrials convencionals. No obstant, les rodes perden efectivitat en terrenys irregulars com els que es poden trobar a la indústria minera, a la construcció o el món agrari. Una alternativa més robusta en aquest tipus de terrenys són els robots amb potes. Aquests robots imiten la marxa natural dels animals fent que siguin capaços de sortejar obstacles amb més facilitat. En aquest treball es realitzarà una introducció a l'estat de l'art existent sobre aquest tipus de robots especialment els de quatre potes (quadrúpedes) i s'analitzaran les prestacions més interessants que aquests poden oferir. També s'estudiaran les convencions habituals i els avantatges i desavantatges de cada disseny. També es plantejarà el disseny mecànic d'una de les extremitats del robot per poder construir un prototip. Al seu torn aquest prototip servirà en el futur per ser assajat i validar assumpcions, refinar els models i encarar amb més informació projectes venidors. Com a proposta de valor, es proposa eliminar o minimitzar el consum passiu del robot en posicions estàtiques. Aquesta és una problemàtica habitual ja que per mantenir el robot incorporat, els actuadors de les potes han de realitzar parell de forma continua i això provoca un consum paràsit. L'enfocament d'aquest projecte serà la incorporació d'elements de reducció no reversibles. De forma paral·lela s'aprofitarà aquest treball per reforçar els coneixements obtinguts durant el Màster en Enginyeria Industrial, especialment aquells relacionats amb el disseny mecànic. També es posaran en pràctica noves eines com el disseny generatiu assistit per ordinador per optimitzar les topologies dels components del prototip o el mètode de Denavit - Hartenberg per determinar les equacions cinemàtiques d'una cadena cinemàtica de llaç obert

Aquest projecte tracta de la tecnologia involucrada en aconseguir un dumper (vehicle amb una cuba que pot ser bolcada per abocar-ne el material) que actui en una operació de moviment de terres de forma autònoma. La idea sorgeix de l'empresa AUSA. S'ha investigat com són els seus vehicles i quins d'autònoms hi ha al mercat, així com els components necessaris per a fer funcionar el dumper autònom. Es proposen dos dissenys diferents per l'arquitectura d'aquest i es discuteixen.

Durant els darrers anys hi ha hagut una gran proliferació de robots mòbils autònoms (AMR). Es considera un AMR aquell robot que és capaç de desplaçar-se per si mateix sense el control síncron d'un operari humà. Amb la millora dels sistemes de control i la digitalització de l'entorn industrial, els robots han anat guanyant flexibilitat i capacitat de moviment, migrant de sistemes molt rígids com les guies cap a mètodes amb menys restriccions com ara el desplaçament sobre rodes. Els AMR amb rodes han demostrat ser molt eficients en entorns amb terres llisos com solen ser les plantes industrials convencionals. No obstant, les rodes perden efectivitat en terrenys irregulars com els que es poden trobar a la indústria minera, a la construcció o el món agrari. Una alternativa més robusta en aquest tipus de terrenys són els robots amb potes. Aquests robots imiten la marxa natural dels animals fent que siguin capaços de sortejar obstacles amb més facilitat. En aquest treball es realitzarà una introducció a l'estat de l'art existent sobre aquest tipus de robots especialment els de quatre potes (quadrúpedes) i s'analitzaran les prestacions més interessants que aquests poden oferir. També s'estudiaran les convencions habituals i els avantatges i desavantatges de cada disseny. També es plantejarà el disseny mecànic d'una de les extremitats del robot per poder construir un prototip. Al seu torn aquest prototip servirà en el futur per ser assajat i validar assumpcions, refinar els models i encarar amb més informació projectes venidors. Com a proposta de valor, es proposa eliminar o minimitzar el consum passiu del robot en posicions estàtiques. Aquesta és una problemàtica habitual ja que per mantenir el robot incorporat, els actuadors de les potes han de realitzar parell de forma continua i això provoca un consum paràsit. L'enfocament d'aquest projecte serà la incorporació d'elements de reducció no reversibles. De forma paral·lela s'aprofitarà aquest treball per reforçar els coneixements obtinguts durant el Màster en Enginyeria Industrial, especialment aquells relacionats amb el disseny mecànic. També es posaran en pràctica noves eines com el disseny generatiu assistit per ordinador per optimitzar les topologies dels components del prototip o el mètode de Denavit - Hartenberg per determinar les equacions cinemàtiques d'una cadena cinemàtica de llaç obert.

Des de fa uns anys s'han començat a investigar i a desenvolupar potes mecàniques dels autòmats, pels grans avantatges que comporta, tal com la seva facilitat d'adaptació per terrenys irregulars i capacitat de maniobra. Theo Jansen, enginyer per la universitat de Delft va causar sensació per la construcció de criatures autòmats les quals caminen per la platja a causa del vent. Aquesta aprofiten aquesta energia per moure les potes articulades fetes mitjançant tubs de PVC. En aquest treball he volgut reproduir l'anàlisis cinemàtic i dinàmic de Theo Jansen. Es descriu analíticament l'obtenció de les propietats cinemàtiques i dinàmiques per descriure el moviment de les potes. Així mateix s'ha fet ús de Matlab per comprovar la trajectòria del punt de contacte amb el terra de les potes i també del Solidworks per realitzar un anàlisis dels esforços i deformacions que rep aquesta. Amb L'objectiu final de poder imprimir per mitja d'una impressora 3D un robot quadrúpede amb les potes de Theo Jansen.

L'objectiu principal d'aquest projecte es el disseny del prototip d'un connector automàtic per a vehicles elèctrics industrials En el projecte es defineix conceptualment el sistema sencer però únicament s'entra en el detall mecànic. Inicialment s'analitzen les solucions existents en l'actualitat que podrien aplicar-se al disseny en qüestió i els vehicles als quals s'orientarà el projecte, les carretes elevadores elèctriques. D'aquest anàlisi s'obtenen les especificacions que ha de tenir el disseny per a complir amb el seu objectiu i es presenten de forma conceptual un grup de solucions de la qual se n'escull la mes adequada. La solució escollida es materialitza amb el programa SolidWorks i posteriorment es valida el disseny utilitzant MatLab per a realitzar els càlculs per a totes les condicions possibles en les que pot treballar el sistema. Finalment es genera la documentació necessària, plànol de conjunt i plànols de peces, per a la fabricació i muntatge del sistema

Aquest treball planteja el disseny d'una plataforma robòtica de guiatge automàtic destinada a treballar en entorns on hi ha present una atmosfera potencialment explosiva. El projecte es justifica en un escenari hipotètic, on el client encarrega el disseny d'acord amb unes especificacions tècniques derivades del seu procés productiu. L'estudi s'inicia analitzant el marc normatiu referent als ambients on hi ha atmosferes potencialment explosives. Concretament, s'entra a detallar la legislació que aplica actualment a la Unió Europea i a l'estat Espanyol. En aquest punt, s'explica la motivació i el contingut de les Directives ATEX i els estàndards de la IEC referents a entorns amb risc explosiu (IEC-Ex). Un dels punts importants del treball és l'anàlisi del risc que suposen els equips en aquests entorns, quines proteccions incorporen per mitigar-lo i quin marcatge que han de presentar d'acord amb els estàndards. Seguidament, es procedeix a dur a terme un disseny d'AGV que compleixi els requisits tècnics del client fictici. La presa de decisions durant el disseny conceptual s‘argumenta mitjançant la metodologia AHP. Si bé no s'entra al disseny de detall de les solucions, si que es defineixen els paràmetres més rellevants del disseny de forma qualitativa. Això inclou una breu introducció al comportament cinemàtic i dinàmic del vehicle, el disseny del bastidor, el dimensionament del sistema de tracció, els aspectes més rellevants de la navegació, el dimensionament de la bateria, l'esquema de control i els sistemes de seguretat del vehicle. Donat el marc hipotètic de la fabricació de l'AGV per a un client, el treball conclou amb una breu descripció de la documentació associada que cal proveir amb la màquina de forma obligatòria segons la Directiva de màquines.

L'objectiu principal d'aquest projecte, és realitzar el disseny d'una màquina per triturar canyes de sucre, dins el terme de les tecnologies apropiades. La finalitat d'aquest procés, és per generar fertilitzants pels conreus de la zona rural d'Equador. Aquest projecte s'ha elaborat en el Centre de Disseny d'Equips Industrials (CDEI-UPC), i compta amb l'ajuda econòmica del Centre de Cooperació per al Desenvolupament (CCD-UPC). El fet de realitzar aquest projecte, ha sorgit d'un antic projecte realitzat l'any 2017 que tenia la mateixa finalitat que aquest. Un cop es va presentar als agricultors de la zona de Loja (Equador), van sorgir certes peticions dels mateixos agricultors i del mateix l'equip CDEI-UPC en veure el funcionament del prototip, arran d'aquestes peticions, es va optar per realitzar un nou disseny. D'aquí neix la idea d'aquest projecte. El fet de trobar-se dins el marc de les tecnologies apropiades, significa que el disseny ha d'estar preparat per assolir els punts que es marquen en el terme de tecnologies apropiades, és a dir, s'ha de poder fabricar i comercialitzar a la zona per on ha estat dissenyat, ha de ser útil, ha de tenir un cost d'adquisició adaptat a la zona, entre d'altres. Durant la fase de disseny, s'ha utilitzat en freqüència tota la informació que s'ha obtingut prèviament, sobre l'agricultura a Equador, sobre els usuaris finals pels quals ha estat dissenyada la màquina i les especificacions que ha de complir la trituradora. També s'ha estudiat alguns projectes que tenen la mateixa filosofia d'iniciativa social, per intentar millora la qualitat de vida de civils de països en vies de desenvolupament, mitjançant les tecnologies apropiades. En el aquest projecte s'hi troben tots els estudis previs per realitzar el disseny, els càlculs necessaris per assegurar un bon funcionament i un límit d'hores de funcionament, el disseny fins al detall de les peces i conjunts que formen la trituradora, l'estudi econòmic i les conclusions que s'han pogut extreure després de realitzar-lo.

El present projecte s'ha realitzat a fi de modificar el disseny defectuós d'un centre de mecanitzat de cinc eixos. En concret, els sistemes que treballen en els eixos Y i Z. L'objectiu principal és concebre un disseny que permeti reduir l'error de mecanització fins a l'ordre de centèsimes de mil·límetre (0,1 mil·límetres com a màxim). Aquest error és originat pel desplaçament de l'extrem del carro de l'eix Y, degut a la flexió al que és sotmès. Aquest desplaçament es pot definir com la diferència d'altura entre la posició que té la secció de l'extrem del carro amb una rigidesa teòricament infinita i la posició que té amb la rigidesa real del carro. Addicionalment, es desitja canviar el sistema de desplaçament del carro de l'eix Y per un sistema més precís i que redueixi el joc axial existent. Per tal de portar a terme aquesta modificació, inicialment ha sigut necessari realitzar un estudi de rigidesa del carro de l'eix Y original. Aquest estudi consisteix, bàsicament, en l'avaluació del màxim desplaçament sofert per l'extrem del carro. El càlcul s'ha realitzat utilitzant coneixements de resistència de materials (mètode de les seccions i aplicació del Teorema de Castigliano) i s'ha comparat el resultat obtingut amb el resultat extret d'un anàlisi estàtic del carro mitjançant el programa Soldiworks (simulació elements finits). Seguidament, s'ha procedit a plantejar alternatives de disseny de la secció del carro. S'ha seleccionat una alternativa i s'ha optimitzat la seva secció per tal d'obtenir el menor error de mecanització possible, sense comprometre el pes total de l'estructura. Seguidament, determinada la configuració de la secció, s'ha procedit a dissenyar la resta del sistema mecànic de l'eix Y i Z de la màquina. El disseny mecànic s'ha efectuat, bàsicament, mitjançant el programa Solidworks però han sigut necessaris uns esquemes i càlculs previs, a més de moltes iteracions, per arribar al disseny final. A continuació, s'expliquen les característiques més rellevants del disseny realitzat i es justifiquen les decisions preses. En especial, es justifica que el servomotor que comanda l'eix Y és adequat, s'estudia la cinemàtica i dinàmica del sistema de desplaçament del carro i es comprova que és adient per la seva aplicació en màquines-eina. També s'efectuen una sèrie de càlculs de resistència per comprovar que la vida estimada dels components mecànics susceptibles de fallada és suficient. En concret, es realitzen els càlculs sobre el cargol de boles que es desplaça juntament amb el carro, els rodaments del sistema i el sistema de guiatge lineal de l'eix Y. Als annexos es presenten els plànols de conjunt del disseny final. El disseny mecànic efectuat compleix els objectius del projecte. En primer lloc, s'aconsegueix que l'error de mecanització sigui inferior a 0,1 mil·límetres. En segon lloc, s'ha substituït el sistema de desplaçament del carro de l'eix Y original per un sistema basat en un cargol de boles que s'acciona indirectament per un servomotor a través d'un sistema de politges, configuració que és més precisa i pràcticament sense joc axial.

En el present projecte de final de carrera es pretén dissenyar un mecanisme capaç de fabricar molles de tracció a partir de fil d'acer. El dimensionament dels diferents elements que composen la màquina han estat optimitzats per fils de diàmetre 2,8 mm. Abans de començar es plantegen un seguit de requeriments i desitjos que ha de complir la màquina. Al principi del projecte s'analitzen diferents mètodes de fabricació de molles. El disseny escollit es basa en una màquina de mida reduïda que ocupi un espai en planta el més petit possible i alhora compleixi amb els requeriments desitjats. El mecanisme es composa de dos moviments, un de rotació encarregat d'enrotllar el fil d'acer al voltant d'un espàrrec metàl·lic, al que s'anomena calibre, i un segon moviment lineal per tal d'aconseguir la forma helicoïdal de la molla. Així doncs, es requeriran dos motors diferents. Un cop realitzats els càlculs per al dimensionament, i coneixent tant el parell com la velocitat de treball d'ambdós motors, es seleccionen els components de mercat adients, es dissenya el mecanisme integrant tals components, es selecciona els materials més adequats per a cada element a fabricar i finalment s'analitza tant l'impacte econòmic com ambiental del projecte. També es comprova que la vida útil de tots els components de mercat sigui superior a deu anys per tal de garantir que la màquina pot produir molles durant aquest període sense necessitat de recanvis.