Publicación: Diseño e implementación de brazo robótico cartesiano para línea de empaque en el Laboratorio de Diseño de Procesos de la Universidad del Valle de Guatemala.
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Resumen en español
En el presente trabajo se describió el proceso de diseño, desarrollo e implementación de un brazo robótico cartesiano con el cual se pretendió que los estudiantes aprendieran sobre los procesos de empaque en el Laboratorio de Diseño de Procesos de la Universidad del Valle de Guatemala. Este diseño de brazo robótico es una herramienta educativa y funcional, dentro de un entorno seguro y controlado, para eficientizar tareas repetitivas, incrementando la precisión, reduciendo el tiempo de operación y minimizando la intervención humana en procesos que requieren consistencia y rapidez. El proyecto se desarrolló en etapas, con base en los requerimientos de funcionalidad y las necesidades operativas. Se elaboró el diseño mecánico utilizando el software Autodesk Inventor para la estructura del brazo con una base cuadrada desmontable para facilitar su montaje, transporte y mantenimiento dentro del laboratorio. Se emplearon materiales ligeros y duraderos, como perfiles de aluminio y elementos deslizantes con rodamientos, que garantizaron el desplazamiento en los tres ejes cartesianos (X, Y, Z), lo que facilitó el movimiento y la ubicación de productos durante el proceso de empaque. Asimismo, se seleccionaron motores apropiados, como servomotores y motores paso a paso, para cada caso de carga, velocidad y control de posición, buscando un balance entre eficiencia, costo y simplicidad de implementación. En cuanto al sistema de control, se utilizó Arduino Portenta Machine Control, seleccionado por su compatibilidad, robustez y soporte. Con este se programaron trayectorias simuladas en Matlab que representaran condiciones de trabajo reales. Por otro lado, durante este proyecto se aplicaron conceptos de diseño mecánico, electrónica, programación y control de sistemas, para realizar una integración de distintas áreas de la ingeniería Mecatrónica. Se aplicó una metodología organizada y se realizaron pruebas de validación, midiendo el rendimiento del brazo en aspectos como precisión, repetibilidad, rapidez de respuesta, adaptabilidad al entorno y estabilidad global en condiciones simuladas de funcionamiento. Los resultados evidenciaron una mejora notable en la eficiencia de la línea de empaque del laboratorio, al disminuir errores humanos, reducir los tiempos de ciclo y aumentar la uniformidad del proceso. Por otro lado, el brazo robótico cartesiano demostró ser reproducible y escalable, facilitando su adaptación a diferentes contextos educativos, incluso en aplicaciones industriales. Además, sirvió como base para futuras investigaciones y proyectos de automatización más complejos dentro del entorno académico. El sistema se consolidó como una herramienta didáctica multidisciplinaria que contribuye al desarrollo de competencias técnicas y profesionales en los estudiantes universitarios, en concordancia con los objetivos académicos de la carrera de Licenciatura en Ingeniería Mecatrónica.
Resumen en inglés
In the present work, the process of design, development, and implementation of a Cartesian robotic arm was described, with the aim that students could learn about packaging processes in the Process Design Laboratory at Universidad del Valle de Guatemala. This robotic arm design constitutes an educational and functional tool within a safe and controlled environment, aimed at improving repetitive tasks by increasing precision, reducing operation time, and minimizing human intervention in processes that require consistency and speed. The project was developed in stages, based on functional requirements and operational needs. The mechanical design was created using Autodesk Inventor software for the arm structure, featuring a detachable square base to facilitate its assembly, transportation, and maintenance within the laboratory. Lightweight and durable materials were used, such as aluminum profiles and sliding elements with bearings, which ensured movement along the three Cartesian axes (X, Y, Z), facilitating the handling and positioning of products during the packaging process. Additionally, appropriate motors, such as servo motors and stepper motors, were selected for different load, speed, and position control requirements, seeking a balance between efficiency, cost, and ease of implementation. Regarding the control system, Arduino Portenta Machine Control was used, selected for its compatibility, robustness, and support. With this system, simulated trajectories were programmed in Matlab to represent real working conditions. Furthermore, throughout the project, concepts from mechanical design, electronics, programming, and control systems were applied to achieve an integration of different areas of Mechatronics Engineering. An organized methodology was applied, and validation tests were conducted to measure the arm’s performance in terms of precision, repeatability, response speed, adaptability to the environment, and overall stability under simulated operating conditions. The results showed a significant improvement in the efficiency of the laboratory’s packaging line by reducing human errors, decreasing cycle times, and increasing process uniformity. Moreover, the Cartesian robotic arm proved to be reproducible and scalable, facilitating its adaptation to different educational contexts, including industrial applications. Additionally, it served as a foundation for future research and more complex automation projects within the academic environment. The system was established as a multidisciplinary teaching tool that contributes to the development of technical and professional competencies in university students, in alignment with the academic objectives of the Mechatronics Engineering program.
