Propuesta tecnológica para la implementación de prototipo de brazo robótico operando amoladora en trabajos de desbaste en construcción

Abstract

La presente tesis desarrolla un prototipo de brazo robótico en tres diferentes escalas, a base de cartón prensado y tuberías PVC, empleando en cada uno de ellos los motores y actuadores comerciales a escala, para la manipulación de una amoladora en trabajos de desbaste de superficies de concreto con el fin de incrementar la productividad, la calidad y seguridad en el proceso. La actividad de desbaste de superficies de concreto es una actividad que se realiza en la etapa de acabados para mantener una superficie llana o lisa del elemento de concreto, afectado generalmente por el reboce de concreto que se adhieren a la superficie o por un encofrado deficiente durante el proceso de vertido de concreto. La amoladora es una herramienta eléctrica manual que emplea discos intercambiables para diferentes procesos, al utilizar un disco tipo copa con bordes diamantados, se produce un desbaste o pulido de la superficie de concreto que nivela y corrige imperfecciones, esta actividad genera elevados decibeles de ruido, produce polvo de sílice que nubla la visibilidad del trabajador y proyecta partículas que se van desprendiendo por el pulido de la superficie y el desgaste del disco, motivo por el cual el trabajador se expone a una constante inhalación se polvo de sílice, elevados niveles de ruido y realiza paradas periódicas por agotamiento físico y la falta de visibilidad, lo cual genera afectaciones en la productividad, calidad y seguridad. Al analizar el proceso de desbaste que se emplea actualmente en las obras de construcción, se aprecia que existe un alto riesgo de que el trabajador se accidente, asimismo el acabado y la horizontalidad de la superficie de concreto es irregular porque depende del ángulo y presión que ejerce cada operador, lo cual afecta la calidad por generar superficies irregulares, es por ello que el planteamiento de solución descrito en la presente tesis se basa en el desarrollo de un prototipo de brazo robótico que manipule controladamente una amoladora durante el proceso de desbaste, para ello se realizan tres prototipos que permitan determinar que mecanismos de automatización son los necesarios para implementar un brazo robótico en el proceso de desbaste con una amoladora en construcción. Durante el diseño se realizan prototipos con servomotores, motores paso a paso y actuadores que simulan el movimiento final en un brazo robótico articulado, al analizar el comportamiento de los mismos y contrastar con el proceso real efectuado en obra se determina que un movimiento lento y firme sin oscilaciones, produce un mejor resultado, por lo que se selecciona a un actuador como el mecanismo encargado de dar movimiento al brazo robótico , para manipular con precisión a una amoladora en el proceso de desbaste. El prototipo de brazo robótico evita el contacto directo entre la amoladora y el operario de construcción, reduciendo de esta manera la posibilidad de accidentes, asimismo se observan otros beneficios como una mejora en la productividad del proceso al no tener que detener el desbaste por el agotamiento físico del operario, también existe una mejora en la calidad al generar superficies homogéneas que no dependen de ejercer una presión variable con cada pasada del equipo. El análisis de un prototipo de brazo robótico para trabajos de desbaste con amoladoras, permite determinar los beneficios en la reducción de accidentes y enfermedades ocupacionales como fibrosis pulmonar en los trabajadores de construcción, es posible implementar su uso en actividades repetitivas que tienen que analizarse apropiadamente con un estudio de movimientos y demanda de la incursión de un nuevo profesional en la construcción con conocimientos de planeamiento de obra y lenguaje de programación a fin de obtener los beneficios de la robótica en construcción.

This thesis develops a prototype of a robotic arm in three different scales, based on pressed cardboard and PVC pipes, using commercial scale motors and actuators in each of them, for the manipulation of a grinder in surface roughing work on concrete surfaces in order to increase productivity, quality and safety in the process. The activity of roughing concrete surfaces is an activity carried out in the finishing stage to maintain a flat or smooth surface of the concrete element, which is generally affected by traces of concrete that adhere to the surface or by a bad formwork during the concrete pouring process. The grinder is a manual electric tool that uses interchangeable discs for different processes. By using a cup-type disc with diamond edges, the concrete surface is roughed or polished to level and correct imperfections. This activity generates high decibels of noise. produces silica dust that clouds the worker's visibility and projects particles that are released due to the polishing of the surface and the wear of the disc, which is why the worker is exposed to constant inhalation of silica dust, high noise levels and must make periodic stops due to physical exhaustion and lack of visibility, which affects productivity, quality and safety. When analyzing the roughing process that is currently used in construction works, it is seen that there is a high risk of the worker accidents, also the finish and horizontality of the concrete surface is irregular because it depends on the angle and pressure that can be exercised by each operator, which affects the quality by generating irregular surfaces, which is why the solution approach described in this thesis is based on the development of a prototype of a robotic arm that control a grinder during the roughing process, for this analysis is necessary to build three prototypes to determine which automation mechanisms are necessary to implement a robotic arm in the roughing process with a grinder under construction. During the design, prototypes are made with servomotors, stepper motors and actuators that simulate the final movement in an articulated robotic arm. By analyzing their behavior and contrasting it with the real process carried out on site, it is determined that a slow and steady movement without oscillations produces a better result, so an actuator is selected as the mechanism responsible for giving movement to the robotic arm, which can precisely manipulate a grinder in the roughing process. The robotic arm prototype avoids direct contact between the grinder and the construction operator, thus reducing the possibility of accidents, other benefits are also observed, such as an improvement in the productivity of the process by not having to stop roughing due to exhaustion physical of the operator, there is also an improvement in quality by generating homogeneous surfaces that do not depend on exerting variable pressure with each pass of the equipment. The analysis of a prototype of a robotic arm for roughing work with grinders allows us to determine the benefits in reducing accidents and occupational diseases such as pulmonary fibrosis in construction workers. It is possible to implement its use in repetitive activities that have to be appropriately analyzed with a study of movements and demand for the incursion of a new professional in construction with knowledge of construction planning and programming language in order to obtain the benefits of robotics in construction.