SIMULACIÓN, CONTROL Y VISUALIZACIÓN EN 3D DE UNA GRÚA MECÁNICA CON TRES GRADOS DE LIBERTAD

Abstract

Controlar maquinaria a distancia es una herramienta que se está utilizando con cada vez más frecuencia en todos los ámbitos de la industria, la capacidad de poder monitorear y controlar el funcionamiento de maquinarias de múltiples envergaduras sin la necesidad de contar con una persona en terreno facilita en gran medida los procesos, desarrollándose de forma más rápida y segura, dado a que la interacción directa entre las maquinarias y las operarios es cada vez menor, al realizar el proceso a través de una interfaz, esto unido al conocimiento del sistema integralmente favorece a la realización de tareas, volviéndolas más eficientes, disminuyendo errores relacionados con el entendimiento de la plataforma y la implementación del sistema para generar la supervisión y dicho control debe ser el óptimo para cada situación ya que el sistema a manejar o monitorear puede ser complejo o encontrarse en lugares remotos o de difícil acceso. El modelamiento en 3D es una forma eficaz de observar claramente la estructura interna de la planta, para comprender como se lleva a cabo el control del sistema, convirtiéndose en una herramienta de vital importancia en la industria gracias a que entrega una visión amplia de los procesos que conforman el sistema, otorgando una vista general de todo el espectro que lo constituye, evitando problemas de interpretación dentro y fuera de ella al momento de realizar alguna acción, ya que al cumplimiento de estas son conscientes de su alcance e implicancias. El trabajo de título “Simulación, Control y Visualización en 3D de una grúa mecánica con tres grados de libertad”, modela, controla y visualiza una grúa torre tipo pluma, que posee 3 motores que accionan los mecanismos y engranajes que permiten el movimiento de traslación, giro, y elevación de las cargas, cada uno independiente entre sí. El control y modelado se realiza en dos etapas. La primera etapa de elevación donde se posiciona el carro de la grúa a lo largo del eje Z, correspondiente a la torre de la grúa, a través de la acción del motor de elevación, que se encarga del proceso de carga y descarga, luego que esta esté posicionada se continuará con la segunda etapa, de posicionamiento del material en el sistema de coordenadas XY y a lo largo de la pluma, este tipo de grúa permite un movimiento de 360° a través de su eje central, ubicado en la parte superior de la torre, y se desplazará el carro a lo largo de la pluma, gracias a la interacción de los motores traslación y rotación. Se considera en este movimiento que el desplazamiento del carro afecta la rotación de la pluma, y que el balanceo de la carga afecta el desplazamiento de este. Así mismo en el modelo no se encuentra considerado, las oscilaciones y obstáculos producidas por factores externas al movimiento propio de la grúa. Se desarrolla un modelo no-lineal para el sistema, considerando el principio de conservación de la energía, utilizando las ecuaciones de LaGrange-Euler y el principio de Hamilton, utilizando las coordenadas y fuerzas generalizadas óptimas para el desarrollo del modelo. Además, se seleccionan parámetros estructurales para el comportamiento de la grúa, dentro de los estándares de seguridad establecidos para este tipo de maquinarias, como son el cable por utilizar, la carga máxima, el largo de la pluma entre otros. Se desarrollan los controles correspondientes para optimizar el comportamiento del sistema modelado, validado su coherencia en el comportamiento de acuerdo con el funcionamiento propio de las grúas tipo torre, realizando pruebas de validación, que confirman la mejora del proceso. Finalmente se implementa un modelo 3D del sistema en el software SolidWorks 2017 para la visualización tridimensional de la grúa torre, permitiendo recorrer su estructura en diferentes perspectivas.