UNIVERSIDAD TCNICA ESTATAL DE QUEVEDO
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERAPROYECTO INTEGRADOR DEL
MDULO VIII
TEMA:
PROTOTIPO DE UN BRAZO ROBTICO ARTICULADO Y UNA PRENSA ENTENALLA
PARA LA COMPACTACIN DE DESECHOS NO ORGNICOS
RECICLABLESCARRERACuarto A INGENIERA EN TELEMTICA
COORDINADOR:ING. EMILIO ZHUMAESTUDIANTES:ECHEVERRIA ANCHUNDIA
MIGUELLLERENA VELSQUEZ KEVIN MIELES CEDEO JAIMESOLEDISPA ESPINOZA
HENRY
QUEVEDO LOS RIOS ECUADOR
2014 2015
I. DATOS GENERALES:1.1. Nombre del Proyecto Integrador1.2.
Perodo Acadmico
Prototipo de un brazo robtico articulado y una prensa entenalla
para la compactacin de desechos no orgnicos reciclables.2014 -
2015
1.3. Facultad:Facultad de Ciencias de la Ingeniera1.4.
Escuela:Escuela Elctrica1.5. Carrera: Ingeniera en Telemtica
1.6. Nombre del Acadmico Coordinador del Proyecto Integrador
(PI):Ing. Emilio Zhuma
Art. 10.- Los requisitos para ser Coordinador del Proyecto
Integrador son los siguientes:a) Ser acadmico de una de las
unidades de aprendizaje del mdulo. b) Haber recibido capacitacin en
Modelos Pedaggicos Universitarios.c) Capacidad para trabajar en
equipos multidisciplinarios.
1.7. Estudiantes responsables de la elaboracin del PI:Echeverria
Anchundia MiguelLlerena Velsquez Kevin Mieles Cedeo JaimeSoledispa
Espinoza Henry
Art. 80.-El proyecto integrador (PI) podr realizarse por varios
estudiantes, de acuerdo con los objetivos y la complejidad del
tema, siempre que se garantice el trabajo individual de cada
uno.
1.8. Sitio de realizacin del PI:Universidad Tcnica Estatal de
QuevedoDireccin: Km. va a Santo Domingo de los Tschilas, Campus
Universitario Ing. Manuel Haz lvarezTelfono: (593) 5 2 750320 Fax:
(593) 5 2 753300
ContenidoNDICE DE IMGENESvNDICE DE TABLASvRESUMENviCAPITULO
I11.PRESENTACIN11.1.INTRODUCCIN11.2.PROBLEMATIZACIN21.2.1.Diagnstico21.2.2.Formulacin21.2.3.Sistematizacin21.3.JUSTIFICACIN31.4.OBJETIVOS41.4.1.General41.4.2.Especficos41.5.HIPTESIS:41.5.1.Hiptesis
General41.5.2.VARIABLES5CAPITULO II62.FUNDAMENTACIN
TERICA62.1.MARCO CONCEPTUAL62.1.1.Definicin de
Robot62.1.2.Coordenadas de revolucin62.1.3.Coordenadas
Polares72.1.4.Coordenadas Cilndricas82.1.5.Coordenadas
Rectangulares82.1.6.Tcnicas de
Activacin82.1.1.1.ARDUINO92.1.1.2.Productos112.1.1.3.Accesorios:122.1.1.4.Aplicaciones122.1.1.5.Esquema
de
conexiones122.1.2.1.Servomotor132.1.2.2.Caractersticas142.1.2.3.Control152.1.2.4.Caractersticas
Tcnicas Servo Hitec
HS422162.1.2.5.Dimensiones172.1.2.6.Caractersticas:172.1.3.1.Sensor
Infrarrojo.182.1.3.2.Principio de funcionamiento.19Sensores
pasivos.19Sensores activos.192.1.3.3.Sensores
reflexivos.202.1.3.4.Sensores de ranura (Sensor
Break-Beam).202.1.3.5.Sensores modulados.212.1.3.6.Sensores de
barrido.212.1.3.7.Configuracin ptica.212.1.3.8.Configuracin en
array de sensores.212.1.3.9.Sensor Infrarrojo Sharp
Digital21Caractersticas:22 2.1.3.10. Sensores Mecnicos22 2.1.3.11.
Tipos de sensores23 Ventajas.23 Ventajas y desventajas de los
sensores mecnicos desventajas.23 2.1.4.1. Prensa Entenalla24
2.1.4.2. Tres tipos de tornillos mordazas24 2.1.5.1. Rel25 2.1.5.2.
Estructura y funcionamiento25 2.1.5.3. Tipos de rels26 2.1.6.2.
Tipos de transistor27 Transistor de contacto puntual27 Transistor
de unin bipolar28 Transistor de efecto de campo29
Fototransistor292.2.MARCO REFERENCIAL302.2.1.Tipos de
Robots302.2.2.Desarrollo de la Imaginacin322.2.3.Desarrollo de la
Ciencia, Tecnologa y los Robots332.2.4.Desarrollo de los Robots en
la actualidad342.2.5.Los Brazos Robticos372.2.6.El Brazo
Humano382.2.7.Tipos de Brazos Robticos39CAPITULO III403.MTODOS Y
MATERIALES DE LA INVESTIGACIN403.1.Metodologa de la
Investigacin403.2.Mtodo Estadstico para la Comprobacin de la
Hiptesis433.3.Instrumentos de la Investigacin433.4.Etapas de
Desarrollo del Brazo Robtico45Etapa 1. Diseo Mecnico45Etapa 2.
Diagrama de Flujo45Etapa 3. Diseo Electrnico46Se muestra los
diferentes componentes del circuito de manera simple y con
pictogramas uniformes de acuerdo a normas, y las conexiones de
alimentacin y de seal entre los distintos dispositivos. En este
esquema del circuito mostramos la conexin real mediante cables
entre los dispositivos.463.5.Recursos473.5.1.Cronograma de
Actividades473.5.2.Recursos Humanos utilizados en la
Investigacin483.5.3.Recursos Informticos utilizados en la
Investigacin493.5.4.Recursos Econmicos utilizados en la
Investigacin50Brazo Robtico50Prensa Entenalla513.5.5.Materiales de
Impresin:51CAPITULO IV524.DESARROLLO524.1.Etapa 1. Diseo
Mecnico52534.2.Etapa 2. Diagrama de Flujo54544.3.Etapa 3. Diseo
Electrnico55CAPITULO V565.RESULTADOS565.1.Variable
Independiente565.2.Variables
Dependientes56CONCLUSIONES57RECOMENDACIONES58BIBLIOGRAFIA59Anexo
160Encuesta60
NDICE DE IMGENESIlustracin 1: Ejemplo de un brazo robtico
utilizado en microciruga9Ilustracin 2: Ejemplo De Arduino
Uno11Ilustracin 3: Ejemplo De Servo Motor Industrial14Ilustracin 4:
Ejemplo de servomotor Hitec HS42215Ilustracin 5: Ejemplo de
servomotor Hitec HS42216Ilustracin 6: Ejemplo de dimensiones del
servomotor Hitec HS42217Ilustracin 7: Ejemplo de Sensor
Reflexivo20Ilustracin 8: Ejemplo de Sensor Infrarrojo Sharp
Digital22Ilustracin 9: Prensa Tornillo "Entenalla"24Ilustracin 10:
Tres tipos de tornillos mordazas24Ilustracin 11: Ejemplos De
Rel25Ilustracin 12: Funcionamiento Rel25Ilustracin 13: Ejemplo De
Transistores27Ilustracin 14: Ejemplo De transistor
Bipolar28Ilustracin 15: Ejemplos de Tipos de Robots32Ilustracin 16:
Puerta automtica que se acciona cuando se prende o se apaga
fuego32Ilustracin 17: Autmata de un Pato de Cobre inventado por
Jacques de Beaukerson33Ilustracin 18: La Compaa FORD invirti cerca
de $700 millones en su planta de Michigan para una lnea de
ensamblaje con brazos robticos.35Ilustracin 19: Robot PathFinder
desarrollado por la NASA36Ilustracin 20: Robot MINDSTORMS
desarrollado por Lego en 199836Ilustracin 21: Historia Visual del
desarrollo del Robot ASIMO por la empresa Honda37Ilustracin 22:
Humanoide que brinda informacin37Ilustracin 23: Ejemplo De Brazo
Robtico39Ilustracin 24: Diseo 2D de Pinza de Brazo
Robtico52Ilustracin 25: Diseo 2D de Medidas de Pinza y de Brazo
Robtico52Ilustracin 26: Diseo 3D de Prensa Entenalla53Ilustracin
27: Diseo 3D de Prensa Entenalla53Ilustracin 28: Arduino UNO,
Fuente de Voltaje, Interruptores y Sensores55Ilustracin 29:
Servomotores55
NDICE DE TABLASTabla 1: Matriz de Conceptualizacin y
Operacionalidad de las Variables5Tabla 2: Especificaciones de los
Tipos de Arduinos13Tabla 3: Caractersticas tcnicas del servomotor
Hitec HS42216Tabla 4: Componentes de un sensor activo19Tabla 5:
Segmentacin del Proyecto41Tabla 6: Cronogramas de
Actividades47Tabla 7: Hardware a Utilizar en la Investigacin49Tabla
8: Software a Utilizar en el Desarrollo del Proyecto49Tabla 9:
Recursos a Utilizar en la Investigacin50Tabla 10: Presupuesto Del
Brazo Robtico50Tabla 11: Presupuesto De la Prensa Entenalla51Tabla
12: Total de recursos econmicos utilizados en la Investigacin51
RESUMEN
Este proyecto est destinado al estudio de la robtica
especficamente del diseo y construccin de un brazo robtico y una
prensa de entenalla. La informacin se ha estructurado en siete
captulos, los cuales comprenden los conceptos generales y datos
tcnicos, que durante la investigacin fueron identificados como los
ms importantes.El primer captulo es una introduccin a la robtica,
se expone una breve resea histrica, tambin presentamos el objetivo
principal de esta investigacin, que es Disear un brazo robtico
articulado y prensa entenalla que pueda realizar de manera segura
trabajos de compactacin de desechos no orgnicos reciclables para la
unidad de aprendizaje de Fundamentos de RobticaEn el captulo dos el
marco terico especificando la definicin, importancia y uso del
brazo robtico, as como tambin sus tipos, tecnologas y restricciones
que hemos tomado en cuenta para la creacin del Brazo.En el captulo
tres se realizan las indagaciones necesarias para el desarrollo de
este brazo, en el cual se ha utilizado los mtodos de tipo
inductivo, deductivo, exploratorio y de campo para su diseo. Este
brazo fue desarrollado en el lenguaje de programacin Processing,
donde se plasma cada fase de su desarrollo dando uso de libreras,
clases y objetos del mismo.En el captulo cuatro se encuentran el
desarrollo del brazo robtico y prensa de entenalla donde se
muestran los diseos y construccin con sus respectivos partes como
la mecnica, elctrica y electrnica.En el captulo cinco se presentan
los resultados de la investigacin y para finalizar las conclusiones
y recomendaciones de acuerdo a la hiptesis y a los objetivos
planteados.
CAPITULO I
1. PRESENTACIN1.1. INTRODUCCIN
En nuestra vida cotidiana estamos acostumbrados a utilizar toda
clase de dispositivos electrnicos que fundamentalmente tienen la
complicada misin de solucionarnos o simplificarnos una gran
cantidad de dificultades o problemas que tenemos, convirtindose
entonces en una herramienta de trabajo ms y en muchas ocasiones
hasta nos permite reducir el tiempo de trabajo o bien incrementar
notoriamente la productividad y rendimiento.La robtica es una nueva
tendencia tecnolgica que hoy en da en nuestro pas ha ido
incrementado su investigacin y estudio en varias universidades,
este es el caso de la Universidad Tcnica Estatal de Quevedo que
hace varios aos viene realizando proyectos de inteligencia
artificial aplicada a la robtica, los mismos que han servido como
punto de inicio para el estudio de la aplicacin de la robtica en
nuestro entorno, es as como nace el proyecto de implementacin de un
brazo robtico con una prensa entenalla, el mismo que est enfocado
al enriquecimiento de los conocimientos de la materia Fundamentos
de Robtica.
El robot, en s, es un aparato que puede realizar mecnicamente
ciertos movimientos bajo la accin de un motor. Estn programados
para moverse, manipular objetos y realizar diversos trabajos. El
proyecto se inclinara con las teoras de Fundamentos de Robtica
bsicos necesarios para lograr entender el funcionamiento del brazo
robtico y que sea el punto de partida de futuras investigaciones en
el rea.
1.2. PROBLEMATIZACIN1.2.1. DiagnsticoDentro de la unidad de
aprendizaje de Fundamentos de Robtica en la Facultad de Ciencias de
la Ingeniera de la Universidad Tcnica Estatal de Quevedo se estudia
diversos temas tales como el diseo, construccin, operacin,
disposicin estructural, manufactura y aplicacin de los robots. Con
la ayuda de un brazo robtico articulado se podr realizar un estudio
que permita hacer prcticas de una manera segura en la materia
Fundamentos de Robtica en la Escuela de Ingeniera en Telemtica de
la UTEQ.En el mbito educativo la teora y la prctica constituyen dos
realidades distintas, al descuidar la parte prctica se presentan
problemas tanto en la enseanza como en el aprendizaje, lo que
dificulta el desarrollo acadmico de los estudiantes, especialmente
en la unidad de aprendizaje de Fundamentos de robtica, esto hace
que se muestren inconvenientes al momento de adquirir experiencias
que ayuden al desarrollo de futuros proyectos.
1.2.2. FormulacinCmo disear un brazo robtico articulado y prensa
entenalla que realice de forma segura el proceso de compactacin de
desechos no orgnicos reciclables?
1.2.3. Sistematizacin Qu tipos de componentes se van a utilizar
para la creacin del brazo robtico articulado? Cmo se va a disear la
estructura del brazo robtico articulado?
De qu manera se podr programar el Arduino UNO en la
implementacin del brazo articulado?
1.3. JUSTIFICACIN
Desde el punto de vista tecnolgico se justifica la implementacin
de un brazo robtico articulado y prensa entenalla para la
explicacin de su funcionamiento de manera ptima en el transporte de
desechos hacia la prensa entenalla la cual estar en funcionamiento
con el brazo robtico articulado. As como la posibilidad de adquirir
equipos de inteligencia artificial que sean utilizados en la
creacin de un laboratorio o centro de estudio dentro de la
Universidad Tcnica Estatal de Quevedo, para poder tener un
implemento ms y de esta manera realizar las debidas prcticas y as
lograr adquirir ms conocimientos acerca de la materia de
Fundamentos de Robtica.En la actualidad los robot industriales han
mejorado el tiempo de trabajo y calidad de algunos productos es por
tal motivo que nos hemos enfocado en hacer este brazo robtico
articulado con una prensa entenalla ya que su implementacin ser con
materiales bsicos y mientras adquiramos ms conocimientos acerca de
esta materia con el pasar del tiempo podemos profundizar nuestro
proyecto hacindolo ms complejo y preciso para alguna actividad
dentro de la universidad.En cuanto a lo econmico, se justifica ya
que las nuevas tecnologas son cada vez ms costosas y difciles de
adquirir, y en nuestra ciudad este hardware no es frecuentemente
implementado; entonces complementado con el ingenio y formacin
acadmica de Fundamentos de Robtica se lograr desarrollar el nivel
de configuracin deseado.1.4. OBJETIVOS1.4.1. General Disear un
brazo robtico articulado y prensa entenalla que pueda realizar de
manera segura trabajos de compactacin de desechos no orgnicos
reciclables para la unidad de aprendizaje de Fundamentos de
Robtica1.4.2. Especficos
Construir la parte mecnica que incluye el ensamblaje del brazo y
los servomotores.
Ensamblar los distintos componentes para que el brazo robtico y
la prensa entenalla puedan funcionar adecuadamente basndose en el
diseo elaborado.
Programar el Arduino UNO para contralar de manera adecuada los
mecanismos del brazo robtico.
1.5. HIPTESIS:1.5.1. Hiptesis General
El uso de un brazo robtico y una prensa entenalla mejorar la
seguridad en el proceso compactacin de desechos no orgnicos
reciclables para la unidad de aprendizaje de Fundamentos de
Robtica.
1.5.2. VARIABLESTabla 1: Matriz de Conceptualizacin y
Operacionalidad de las VariablesMATRIZ DE CONCEPTUALIZACIN Y
OPERACIONALIDAD DE VARIABLES
VariablesDefinicin
ConceptualDimensionesSubdimensiones(indicadores)
INDEPENDIENTEBrazo RobticoTipo de brazo mecnico, normalmente
programable, con funciones parecidas a las de un brazo
humanoEscalabilidad Habilidad para extender las funciones y hacerlo
ms prctico
Utilizacin Facilidad de manejo en los procesos a efectuarse.
Confiabilidad Margen de Error.
DEPENDIENTE
Compactacin de desechos no orgnicosreciclablesProceso realizado
generalmente por medios mecnicos por el cual se apretan objetos
Eficiencia Exacto proceso de colocacin de los desechos.
Seguridad Evitar daos fsicos al hacerlo manualmente.
Elaboracin: Autores
CAPITULO II2. FUNDAMENTACIN TERICA2.1. MARCO CONCEPTUAL2.1.1.
Definicin de RobotEn los ltimos aos, la definicin de Robot ha sido
usada con el mismo significado de un sistema de automatizacin, como
a menudo se ve en aplicaciones industriales, pruebas planetarias y
en las profundidades del mar. (Anbal Ollero Baturone,
2001).Histricamente hablando, la palabra Robot ha hecho referencia
a imitaciones de humanos o animales, compuestos de mecanismos y
sistemas electrnicos que son capaces de realizar acciones similares
a stos seres. Hoy en da los robots estn jugando roles muy
importantes en pelculas de ciencia ficcin, revistas cmicas y
animaciones. Dado a que ellos son creados en forma artificial,
ellos son llamados Hombres artificiales, aquellos que se ven con
apariencia humana se denominan Androides o Humanoides. En cambio un
Ciberntico es creado por la combinacin de mecanismos electrnicos y
sistemas orgnicos. En forma general a los casos anteriores se les
puede denominar como Autmatas y otros dispositivos o mquinas
similares como Robots. (Anbal Ollero Baturone, 2001).El origen de
la palabra Robot se deriva de la obra literaria RUR escrita por el
checoslovaco Karen Capek en 1920, en la que un personaje produce un
nmero de hombres artificiales, ellos remplazan a los humanos en
algunas reas de trabajo. Esta fue la primera vez que la palabra
Robot fue usada para expresar a un hombre artificial. La palabra
Robot originalmente proviene de la palabra Robota que significa
trabajo forzoso en el idioma checoslovaco. (Anbal Ollero Baturone,
2001).2.1.2. Coordenadas de revolucinLos brazos con coordenadas de
revolucin se modelan a partir del brazo humano, de modo que tengan
muchas de sus capacidades. El diseo tpico es algo diferente, sin
embargo, a causa de la complejidad de la articulacin del hombro
humano. (Fernando Reyes Cortes, 2011).
La articulacin del hombro humano consta realmente de dos
mecanismos. La rotacin del hombro se consigue mediante el giro del
brazo en su base, casi como si el brazo estuviera montado en una
plataforma giratoria. La flexin del brazo se consigue moviendo la
parte superior del brazo adelante y atrs. La flexin del codo
trabaja justo como en el brazo humano, el antebrazo se mueve arriba
y abajo.(Fernando Reyes Cortes, 2011).
Los brazos de coordenadas de revolucin son un diseo muy elegido
para los robots para aficionados, proporcionan mucha flexibilidad
y, adems, parecen brazos reales. (Fernando Reyes Cortes,
2011).2.1.3. Coordenadas PolaresLa envolvente de trabajo del brazo
de coordenadas polares tiene forma semiesfrica. Los brazos de
coordenadas polares tienen un diseo cercano al de coordenadas de
revolucin y son los ms flexibles en trminos de poder coger una gran
variedad de objetos esparcidos alrededor del robot. (Fernando Reyes
Cortes, 2011).
Una plataforma giratoria rota al brazo entero, igual que en el
brazo de coordenadas de revolucin. Esta funcin es anloga a la
rotacin del hombro; sin embargo, al brazo de coordenadas polares le
falta un modo de flexionar el hombro. Su segundo grado de libertad
es la articulacin del codo, que mueve el antebrazo arriba y abajo.
(Fernando Reyes Cortes, 2011).
El tercer grado de libertad se consigue variando el alcance del
antebrazo. Se extiende o se retrae un antebrazo interior para
llevar la pinza ms o menos lejos del robot. Sin el antebrazo
interior el brazo slo podra alcanzar objetos colocados en un crculo
finito bidimensional frente a l, en lugar de en una esfera, lo que
no sera muy til. (Fernando Reyes Cortes, 2011).
El brazo de coordenadas polares se usa a menudo en robots de
fabricacin, encontrando su mayor aplicacin como dispositivo
estacionario. No obstante, puede ser montado sobre un robot mvil
para incrementar su flexibilidad. (Fernando Reyes Cortes,
2011).2.1.4. Coordenadas CilndricasEl brazo de coordenadas
cilndricas se parece un poco a una horquilla elevadora robtica. Su
envolvente de trabajo se asemeja a un cilindro grueso, de ah su
nombre. La rotacin del hombro se consigue mediante una base que
gira, como en los brazos de coordenadas de revolucin y de
coordenadas polares. El antebrazo se fija a un mecanismo elevador y
se mueve arriba y debajo de esta columna para agarrar objetos de
varias alturas. (Fernando Reyes Cortes, 2011).Para permitir al
brazo alcanzar objetos en un espacio de tres dimensiones, se dota
al antebrazo con un mecanismo de extensin similar al descrito en el
brazo de coordenadas polares. (Fernando Reyes Cortes, 2011).2.1.5.
Coordenadas RectangularesLa envolvente de trabajo del brazo de
coordenadas cartesianas se parece a una caja, es el brazo ms
diferente a un brazo humano y a los dems tipos de brazos robticos,
no tiene componentes giratorias. La base posee una cadena que mueve
la columna elevadora arriba y abajo, y tiene un brazo interior que
extiende el alcance ms cerca o ms lejos del robot. (Fernando Reyes
Cortes, 2011).2.1.6. Tcnicas de ActivacinExisten tres maneras en
general de mover las articulaciones de un brazo robtico: Elctrica
Hidrulica NeumticaLa actuacin elctrica tiene que ver con el empleo
de motores, electroimanes y otros dispositivos electromecnicos, es
la ms sencilla y comn de aplicar. Los motores para la flexin del
codo as como los motores para el mecanismo de la pinza se pueden
colocar en la base o cerca de ella. Los motores se conectan a las
articulaciones a las que sirven mediante cables, cadenas o correas.
(John J. Craig 2006).La actuacin hidrulica utiliza la presin de
depsitos de aceite similares a los usados en equipos de movimiento
de tierras y frenos de vehculos. (John J. Craig 2006).La actuacin
neumtica es anloga a la hidrulica, excepto que se emplea aire
comprimido en lugar de aceite u otro fluido. Tanto los sistemas
hidrulicos como los neumticos proporcionan ms potencia que los
sistemas elctricos, pero son ms difciles de usar. Adems de los
propios cilindros de actuacin se requiere una bomba que comprima el
aire o el aceite, se necesita un vaso de expansin que estabilice la
presin y se necesitan vlvulas para controlar la retraccin o
extensin de los cilindros. En la Figura 11 se muestra un ejemplo de
un brazo robtico utilizado en microciruga. (John J. Craig
2006).
Ilustracin 1: Ejemplo de un brazo robtico utilizado en
microciruga2.1.1.1. ARDUINOArduinoes una plataforma dehardware
libre, basada en unaplacacon unmicrocontroladory unentorno de
desarrollo, diseada para facilitar el uso de la electrnica en
proyectos multidisciplinares. (John- David Warren,
2011).Elhardwareconsiste en una placa con un microcontroladorAtmel
AVRy puertos deentrada/salida.Los microcontroladores ms usados son
elAtmega168,Atmega328,Atmega1280,ATmega8por su sencillez y bajo
coste que permiten el desarrollo de mltiples diseos. Por otro lado
el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa
ellenguaje de programacinProcessing/Wiring y elcargador de
arranqueque es ejecutado en la placa. (John- David Warren,
2011).Desde octubre de 2012, Arduino se usa tambin con
microcontroladoras CortexM3 de ARM de 32 bits, que coexistirn con
las ms limitadas, pero tambin econmicas AVR de 8 bits. ARM y AVR no
son plataformas compatibles a nivel binario, pero se pueden
programar con el mismo IDE de Arduino y hacerse programas que
compilen sin cambios en las dos plataformas. Eso s, las
microcontroladoras CortexM3 usan 3,3V, a diferencia de la mayora de
las placas con AVR que generalmente usan 5V. Sin embargo ya
anteriormente se lanzaron placas Arduino con Atmel AVR a 3,3V como
la Arduino Fio y existen compatibles de Arduino Nano y Pro como
Meduino en que se puede conmutar el voltaje. (John- David Warren,
2011).Arduino se puede utilizar para desarrollar objetos
interactivos autnomos o puede ser conectado a software tal
comoAdobe Flash,Processing,Max/MSP,Pure Data. Las placas se pueden
montar a mano o adquirirse. El entorno de desarrollo integradolibre
se puede descargar gratuitamente. (John- David Warren,
2011).Arduino puede tomar informacin del entorno a travs de sus
entradas analgicas y digitales, puede controlar luces, motores y
otros actuadores. El microcontrolador en la placa Arduino se
programa mediante el lenguaje de programacin Arduino (basado en
Wiring) y el entorno de desarrollo Arduino (basado en Processing).
Los proyectos hechos con Arduino pueden ejecutarse sin necesidad de
conectar a un computador. (John- David Warren, 2011).El proyecto
Arduino recibi una mencin honorfica en la categora de Comunidades
Digital en elPrix Ars Electrnicade 2006. (John- David Warren,
2011).
Ilustracin 2: Ejemplo De Arduino Uno2.1.1.2. ProductosLos
modelos en venta de Arduino se categorizan en 4 diferentes
productos: tablas, escudos, kits y accesorios; siendo en cada uno:
Tablas: Arduino Uno Arduino Leonardo Arduino Due Arduino Yn Arduino
Tre (En Desarrollo) Arduino Zero (En Desarrollo) Arduino Micro
Arduino Esplora Arduino Mega ADK Arduino Ethernet Arduino Mega 2560
Arduino Robot Arduino Mini Arduino Nano LilyPad Arduino Simple
LilyPad Arduino SimpleSnap (John- David Warren, 2011).
2.1.1.3. Accesorios: TFT LCD Screen USB/Serial Light Adapter
Arduino ISP Mini USB/Serial Adapter (John- David Warren, 2011).
2.1.1.4. AplicacionesEl mdulo Arduino ha sido usado como base en
diversas aplicaciones electrnicas:Xoscillo:Osciloscopiode cdigo
abierto. Equipo cientfico para investigaciones. Arduinome: Un
dispositivocontrolador MIDI. OBDuino: uneconmetroque usa una
interfaz dediagnstico a bordoque se halla en los automviles
modernos.Humane Reader: dispositivo electrnico de bajo coste con
salida de seal de TV que puede manejar una biblioteca de 5000
ttulos en una tarjetamicroSD.17The Humane PC: equipo que usa un
mdulo Arduino para emular un computador personal, con un monitor de
televisin y un teclado para computadora.18Ardupilot: software y
hardware deaeronaves no tripuladas.ArduinoPhone: un telfono mvil
construido sobre un mdulo Arduino. Impresoras 3D. (John- David
Warren, 2011)2.1.1.5. Esquema de conexionesEntradas y salidas
Poniendo de ejemplo al mdulo Diecimila, ste consta de 14 entradas
digitales configurables como entradas y/o salidas que operan a 5
voltios. Cada contacto puede proporcionar o recibir como mximo 40
mA. Los contactos 3, 5, 6, 9, 10 y 11 pueden proporcionar una
salida PWM (Pulse Width Modulation). Si se conecta cualquier cosa a
los contactos 0 y 1, eso interferir con la comunicacin USB.
Diecimila tambin tiene 6 entradas analgicas que proporcionan una
resolucin de 10 bits. Por defecto, aceptan de 0 hasta 5 voltios,
aunque es posible cambiar el nivel ms alto, utilizando el contacto
Aref y algn cdigo de bajo nivel. (John- David Warren, 2011)
Tabla 2: Especificaciones de los Tipos de
ArduinosModeloMicrocontroladorVoltaje de entradaVoltaje del
sistemaFrecuencia de RelojDigital I/OEntradas
AnalgicasPWMUARTMemoria FlashCargadorInterfaz de Programacin
Arduino DueAT91SAM3X8E5-12V3,3V84MHz54*12124512KbDueNativa
USB
Arduino LeonardoATmega32U47-12V5V16MHz20*127132KbLeonardoNativa
USB
Arduino Uno - R3ATmega3287-12V5V16MHz1466132KbOptibootUSB via
ATMega16U2
2.1.2.1. ServomotorUnservomotor(tambin llamadoservo) es un
dispositivo similar a unmotor de corriente continuaque tiene la
capacidad de ubicarse en cualquier posicin dentro de su rango de
operacin, y mantenerse estable en dicha posicin. (Corona Ramrez
Leonel G. 2014).Un servomotor es un motor elctrico que puede ser
controlado tanto en velocidad como en posicin. (Corona Ramrez
Leonel G. 2014).Es posible modificar un servomotor para obtener un
motor de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad
de control del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia
que caracteriza a estos dispositivos. (Corona Ramrez Leonel G.
2014).
Ilustracin 3: Ejemplo De Servo Motor Industrial
2.1.2.2. CaractersticasEst conformado por un motor, unacaja
reductoray un circuito de control. Tambin potencia proporcional
para cargas mecnicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo
de energa reducido. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Lacorrienteque
requiere depende del tamao del servo. Normalmente el fabricante
indica cul es la corriente que consume. La corriente depende
principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo est
enclavado, pero no es muy alta si el servo est libre movindose todo
camaro. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).En otras palabras, un
servomotor es un motor especial al que se ha aadido un sistema de
control (tarjeta electrnica), un potencimetro y un conjunto de
engranajes. Con anterioridad los servomotores no permitan que el
motor girara 360 grados, solo aproximadamente 180; sin embargo, hoy
en da existen servomotores en los que puede ser controlada su
posicin y velocidad en los 360 grados. Los servomotores son
comnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicpteros y
trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los
de direccin. (Corona Ramrez Leonel G. 2014)2.1.2.3. ControlLos
servomotores hacen uso de lamodulacin por ancho de pulsos(PWM) para
controlar la direccin o posicin de losmotores de corriente
continua. La mayora trabaja en la frecuencia de los
cincuentahercios, as las seales PWM tendrn un periodo de
veintemilisegundos. La electrnica dentro del servomotor responder
al ancho de la seal modulada. Si los circuitos dentro del
servomotor reciben una seal de entre 0,5 a 1,4 milisegundos, ste se
mover en sentido horario; entre 1,6 a 2 milisegundos mover el
servomotor en sentido anti horario; 1,5 milisegundos representa un
estado neutro para los servomotores estndares. (Corona Ramrez
Leonel G. 2014).
Ilustracin 4: Ejemplo de servomotor Hitec HS422
El hitec HS422 es un servo de dimensiones estndar pero con una
mayor potencia gracias al cojinete de salida metlico que transfiere
toda la potencia al eje de salida con precisin y suavidad. El servo
hs422 destaca por sus excelentes caractersticas de centrado y
resolucin.Hoja de caractersticas tcnicas Aqu. Se suministra con
tornillos y varios platos y brazos de montaje. Conexiones:
Amarillo-seal, Rojo- positivo y Negro-negativo.Los servos hitec se
caracterizan por su calidad tcnica y sus excelentes caractersticas
mecnicas y electrnicas hacen que sean los servos ms utilizados en
el montaje de robots. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).2.1.2.4.
Caractersticas Tcnicas Servo Hitec HS422Tabla 3: Caractersticas
tcnicas del servomotor Hitec HS422Servo Hitec HS422
Sistema de ControlControl por Anchura de Pulso. 1,5 ms al
centro
Tensin de funcionamiento4,8V a 6 V
Velocidad a 6V0,16 Seg /60 grados sin carga
Fuerza a 6V4,1 Kg cm
Corriente en reposo8 mA
Corriente en funcionamiento150 mA sin carga
Corriente Mxima1100 mA
Zona Neutra8 sec
Rango Trabajo1100 a 1900 sec
Dimensiones40,6 x 19,8 x 36,6 mm
Peso45,5 g
Rodamiento PrincipalMetlico
EngranajesPlstico
Longitud del cable300 mm
Ilustracin 5: Ejemplo de servomotor Hitec HS4222.1.2.5.
Dimensiones
Ilustracin 6: Ejemplo de dimensiones del servomotor Hitec
HS422Servo - Hitec HS-422 (tamao estndar)Descripcin:Este es el
clsico servo Hitec HS-422.Este servo slido grado consumidor es
capaz de disfrutar de 6 voltios y entregar 57 oz-in. De par mximo a
0,16 sec / 60 , este es un servo simple para cualquier proyecto
principiante! (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Este servo de alta
calidad es perfecta para sus necesidades mecatrnicas y si usted est
mirando para conseguir en la robtica, esto es por dnde empezar.El
HS-422 servo viene de serie con una potencia de 3 pines y cable de
control y todo el hardware se enumeran a continuacin. (Corona
Ramrez Leonel G. 2014)
2.1.2.6. Caractersticas: Voltaje: 4,8 a 6,0 voltios Torque:
45,82 / 56,93 oz-in.(4.8 / 6.0V) Velocidad: 0.21 / 0.16 seg / 60
(4.8 / 6.0V) Direccin: A la derecha / Pulso Viajando 1500-1900usec
Rotacin: 180 Dual Oilite buje Nylon Engranajes 3-Pole ferrita Motor
C1 Standard Spline (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Incluye: 1x
HS-422 Servo 1x Crculo de Hornos 1x Doble Brazo de Hornos 1x solo
brazo (w / soporte de diapositivas) Cuerno 1x Four Point Cuerno 4x
goma Grommets 4x 2x15mm Phillips Screw Ojales de latn 4x (Corona
Ramrez Leonel G. 2014).
Dimensiones: 40.6 x 19.8 x 36.6mm Longitud de cable: 300 mm
Peso: 45,5 g (Corona Ramrez Leonel G. 2014).
2.1.3.1. Sensor Infrarrojo.Elsensores un
dispositivoelectrnico/mecnico/qumico que mapea un atributo
ambiental resultando una medidacuantizada, normalmente un nivel
detensin elctrica. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Particularmente,
elsensor infrarrojoes undispositivo electrnicocapaz de medir
laradiacin electromagnticainfrarrojade los cuerpos en sucampo de
visin. Todos los cuerposreflejanuna cierta cantidad deradiacin,
esta resulta invisible para nuestrosojospero no para estos aparatos
electrnicos, ya que se encuentran en el rango del espectro justo
por debajo de laluz visible. (Corona Ramrez Leonel G. 2014)2.1.3.2.
Principio de funcionamiento.Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro
delfototransistordonde encontramos unmaterialpiro elctrico, natural
o artificial, normalmente formando unalmina delgada dentro
delnitratode galio [Ga(NO3)3],nitratode Cesio (CsNO3), derivados de
la fenilpirazina, y ftalocianina decobalto. Normalmente estn
integrados en diversas configuraciones (1, 2, 4pxelsde material
piro elctrico). En el caso de parejas se acostumbra a
darpolaridadesopuestas para trabajar con unamplificador
diferencial, provocando la auto-cancelacin de los incrementos
deenergade IR y el desacoplamientodel equipo. (Corona Ramrez Leonel
G. 2014).Sensores pasivos.Estn formados nicamente por
elfototransistorcon el cometido de medir las radiaciones
provenientes de los objetos. (Corona Ramrez Leonel G.
2014).Sensores activos.Se basan en la combinacin de unemisor y un
receptorprximos entre ellos, normalmente forman parte de un
mismocircuito integrado. El emisor es un diodo LEDinfrarrojo (IRED)
y el componentereceptorelfototransistor. (Corona Ramrez Leonel
G.)
Tabla 4: Componentes de un sensor activo
Clasificacin segn el tipo de seal emitida
Ilustracin 7: Ejemplo de Sensor Reflexivo
2.1.3.3. Sensores reflexivos.Este tipo de sensor presenta una
cara frontal en la que encontramos tanto al LED como
alfototransistor. Debido a esta configuracin elsistematiene que
medir la radiacin proveniente del reflejo de la luz emitida por
elLED.Se tiene que tener presente que esta configuracin es sensible
a la luz del ambiente perjudicando lasmedidas, pueden dar lugar
aerrores, es necesario la incorporacin de circuitos de filtrado en
trminos de longitud de onda, as pues ser importante que trabajen en
ambientes deluzcontrolada. Otro aspecto a tener en cuenta es
elcoeficiente de reflectividad del objeto, el funcionamiento
delsensorser diferente segn el tipo de superficie. (Corona Ramrez
Leonel G.)2.1.3.4. Sensores de ranura (Sensor Break-Beam).Este tipo
de sensor sigue el mismo principio de funcionamiento pero la
configuracin de los componentes es diferente, ambos elementos se
encuentran enfrontados a la misma altura, a banda y banda de una
ranura normalmente estrecha, aunque encontramos dispositivos con
ranuras ms grandes. Este tipo se utiliza tpicamente para control
industrial. Otra aplicacin podra ser el control de las vueltas de
un volante. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).2.1.3.5. Sensores
modulados.Este tipo desensor infrarrojosigue el mismo principio que
el dereflexinpero utilizando la emisin de unaseal modulada,
reduciendo mucho la influencia de la iluminacin ambiental. Son
sensores orientados a la deteccin de presencia, medicin de
distancias, deteccin de obstculos teniendo una cierta independencia
de la iluminacin. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).2.1.3.6. Sensores
de barrido.La diferencia con los anteriores reside en que el sensor
realiza el barrido horizontal de la superficie reflectante
utilizando seales moduladas para mejorar la independencia de la
luz, el color o reflectividad de los objetos. Normalmente estos
sistemas forman parte de un dispositivo de desplazamiento
perpendicular al eje de exploracin del sensor, para poder conseguir
las medidas de toda la superficie. (Corona Ramrez Leonel G.
2014).2.1.3.7. Configuracin ptica.Esta configuracin se basa en un
nico sensor enfrentado a un cristal, el cual genera la imagen de
una seccin de la regin a medir. Dicho cristal solidario con un
motorde rotacin con el objetivo de lograr el barrido de toda elrea.
Tiene la ventaja que adquiere un secuencia continua de la regin de
barrido. Resulta un sistema lento en trminos de exploracin. (Corona
Ramrez Leonel G. 2014).2.1.3.8. Configuracin en array de
sensores.En este caso la configuracin del sistema de medida est
formado por un array de sensores infrarrojos, por tanto no es
necesario la utilizacin de ningn sistema de cristales, nicamente
necesita un conjunto delentespticas deenfoque(concentracin de
laradiacin) a cada uno de lossensores. Esta configuracin es ms
compleja pero permite mayorvelocidaddetranslaciny mejor proteccin
contra errores de captacin. (Corona Ramrez Leonel G. 2014)2.1.3.9.
Sensor Infrarrojo Sharp DigitalDescripcinEste pequeo sensor digital
detecta objetos a una distancia entre 2 y 10 cm. Con su tiempo de
respuesta rpido, pequeo tamao y bajo consumo de corriente, este
sensor es una buena opcin para la deteccin de objetos sin contacto,
y con la PCB compacta hace que sea fcil de integrar en tus
proyectos.Un LED rojo en la parte posterior de la PCB indica que el
sensor detecta algo. Si lo deseas, puedes deshabilitar este LED
cortando el camino entre OUT y el LED o tambin lo puedes hacer
desoldando el LED (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Caractersticas:
Voltaje de funcionamiento: 2,7 V a 6,2 V Consumo de corriente: 5 mA
(tpico) Rango de medicin GP2Y0D810Z0F: 2 cm a 10 cm Tipo de salida:
digital Tiempo de respuesta: 2.56 ms tpico (3,77 ms mx) Mdulo de
tamao: 21,6 x 8,9 x 10,4 mm Peso sin pasadores de cabecera: 1,3
g(Corona Ramrez Leonel G. 2014).
Ilustracin 8: Ejemplo de Sensor Infrarrojo Sharp
Digital2.1.3.10. Sensores MecnicosSon dispositivos que cambian su
comportamiento bajo la accin de una magnitud fsica que pueden
directa o indirectamente transmitir una seal que indica cambio.La
seal de un sensor puede ser usada para detectar y corregir las
desviaciones de los sistemas de control, en instrumentos de
medicin.Los sensores mecnicos son utilizados para medir:
Desplazamiento, posicin, tensin, movimiento, presin, flujo. Los
sensores mecnicos se utilizan para el posicionamiento y la
desconexin final en mquinas herramienta y prensas, en centros de
fabricacin flexible, robots, instalaciones de montaje y transporte,
as como en la construccin de mquinas y aparatos (Corona Ramrez
Leonel G. 2014).2.1.3.11. Tipos de sensoresSensor tunneling: El
efecto tunneling es un mtodo extremadamente exacto para sentir
desplazamientos a escala nanmetros.Pero su naturaleza altamente no
lineal requiere el uso de control de retroalimentacin para hacerlo
til.Existen dos tipos de funcionamiento:Efecto piezoresistivo:
convierte una tensin aplicada en un cambio en la resistencia que
puede sentirse en circuitos electrnicos tales como el puente de
Whetstone. El efecto piezoresistivo puede usarse en sensores que
miden presin. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).Ventajas. Detectan la
ausencia o presencia de elementos. No se equivocan en la medicin si
se trabaja a unafrecuencia correcta y al tener contacto directo con
el sensor la medida siempre es exacta.Ventajas y desventajas de los
sensores mecnicos desventajas. Por tener contacto directo con
losobjetos a medir tienen desgaste en la pieza. Poca resistencia a
la oxidacin, por estar al aire libre el clima puede afectarlo. Son
normalmente muy grandes, necesitan un espacio mayor frente a otros
elementos sensoricos. (Corona Ramrez Leonel G. 2014).
2.1.4.1. Prensa Entenalla
Ilustracin 9: Prensa Tornillo "Entenalla"2.1.4.2. Tres tipos de
tornillos mordazas
Ilustracin 10: Tres tipos de tornillos mordazas
Eltornillo de bancootorno de bancoes unaherramientaque sirve
para dar una eficaz sujecin, a la vez que gil y fcil de manejar, a
las piezas para que puedan ser sometidas a diferentes operaciones
mecnicas como aserrado, perforado, fresado, limado o marcado.
EnArgentinarecibe el nombre popular demorsa, denominacin que
asimismo se le da en italiano y portugus. (Nicolas P. WAGANOFF,
2000).Se suele asentar en una mesa o banco de trabajo, bien
atornillado a la superficie de la misma o apoyado en el suelo del
taller. Tiene dos quijadas, una fija y la otra movida por un
tornillo, normalmente de rosca cuadrada o trapezoidal, que gira
gracias a una palanca, entre ellas se fijan las piezas a mecanizar.
Para no daar las superficie de las piezas se suelen colocar unas
protecciones llamadas galteras o bien, "mordazas blandas",
realizadas en plomo u otro material blando. (Nicolas P. WAGANOFF,
2000).
Esta herramienta es fundamental en la manufactura de cualquier
producto del hierro o cualquier otro material que tenga que
sujetarse para trabajarlo. Operaciones como aserrado, limado o
marcado, precisan de una eficaz sujecin, a la vez que gil y fcil de
manejar. Estas caractersticas son, precisamente, las que posee esta
herramienta. (Nicolas P. WAGANOFF, 2000).2.1.5.1. Rel
Ilustracin 11: Ejemplos De RelElrel(enfrancs:relais"relevo")
orelevadores un dispositivo electromecnico. Funciona como un
interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por
medio de unabobinay unelectroimn, se acciona un juego de uno o
varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos
elctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henryen
1835.Dado que el rel es capaz de controlar un circuito de salida de
mayor potencia que el de entrada, puede considerarse, en un amplio
sentido, como un amplificador elctrico. Como tal se emplearon
entelegrafa, haciendo la funcin derepetidoresque generaban una
nueva seal con corriente procedente de pilas locales a partir de la
seal dbil recibida por la lnea. Se les llamaba
"relevadores"(Cecilio Blanco Viejo 2005).2.1.5.2. Estructura y
funcionamiento
Ilustracin 12: Funcionamiento RelEl electroimn hace bascular la
armadura al ser excitada, cerrando los contactos dependiendo de si
es N.A N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le
aplica un voltaje a la bobina se genera un campo magntico, que
provoca que los contactos hagan una conexin. Estos contactos pueden
ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente
fluya entre los dos puntos que cerraron el circuito. (Cecilio
Blanco Viejo 2005).2.1.5.3. Tipos de relsExisten multitud de tipos
distintos de rels, dependiendo del nmero de contactos, de
suintensidadadmisible, del tipo de corriente de accionamiento, del
tiempo de activacin y desactivacin, entre otros. Cuando controlan
grandespotenciasse llaman contactoresen lugar de rels. (Cecilio
Blanco Viejo 2005).Rels electromecnicosRels de tipo armadura: pese
a ser los ms antiguos siguen siendo los ms utilizados en multitud
de aplicaciones. Un electroimn provoca la basculacin de una
armadura al ser excitado, cerrando o abriendo los contactos
dependiendo de si es NA (normalmente abierto) o NC (normalmente
cerrado).Rels de ncleo mvil: a diferencia del anterior modelo estos
estn formados por un mbolo en lugar de una armadura. Debido a su
mayor fuerza de atraccin, se utiliza unsolenoidepara cerrar sus
contactos. Es muy utilizado cuando hay que controlar altas
corrientes (Cecilio Blanco Viejo 2005).Rel tiporeedo de lengeta:
estn constituidos por una ampolla de vidrio, con contactos en su
interior, montados sobre delgadas lminas de metal. Estos contactos
conmutan por la excitacin de una bobina, que se encuentra alrededor
de la mencionada ampolla. (Cecilio Blanco Viejo 2005).Rels
polarizados o biestables: se componen de una pequea armadura,
solidaria a unimnpermanente. El extremo inferior gira dentro de los
polos de un electroimn, mientras que el otro lleva una cabeza de
contacto. Al excitar el electroimn, se mueve la armadura y provoca
el cierre de los contactos. Si se polariza al revs, el giro ser en
sentido contrario, abriendo los contactos cerrando otro circuito.
(Cecilio Blanco Viejo 2005).Rels multitensin: son la ltima
generacin de reles que permiten por medio de un avance tecnolgico
en el sistema electromagntico del rele desarrollado y patentado por
Relaygo, a un rele funcionar en cualquier tensin y frecuencia desde
0 a 300 AC/DC reduciendo a un solo modelo las distintas tensiones y
voltajes que se fabricaban hasta ahora. (Cecilio Blanco Viejo
2005).2.1.6.1. TransistorEltransistores undispositivo
electrnicosemiconductorutilizado para entregar una seal de salida
en respuesta a una seal de entrada.Cumple funciones
deamplificador,oscilador,conmutadororectificador. El trmino
transistor es la contraccin eninglsdetransfer resistor(resistorde
transferencia). Actualmente se encuentran prcticamente en todos
losaparatos electrnicosde uso
diario:radios,televisores,reproductores de audio y video,relojes de
cuarzo,computadoras,lmparas fluorescentes,tomgrafos,telfonos
celulares, entre otros. (Cecilio Blanco Viejo 2005).2.1.6.2. Tipos
de transistor
Ilustracin 13: Ejemplo De TransistoresDistintos encapsulados de
transistores.Transistor de contacto puntualLlamado tambin
transistor de punta de contacto, fue el primer transistor capaz de
obtener ganancia, inventado en 1947 por John Bardeen y Walter
Brattain. Consta de una base degermanio, semiconductor para
entonces mejor conocido que la combinacincobre-xido de cobre, sobre
la que se apoyan, muy juntas, dos puntas metlicas que constituyen
el emisor y el colector. La corriente de base es capaz de modular
la resistencia que se ve en el colector, de ah el nombre detransfer
resistor. Se basa en efectos de superficie, poco conocidos en su
da. Es difcil de fabricar (las puntas se ajustaban a mano), frgil
(un golpe poda desplazar las puntas) y ruidoso. Sin embargo convivi
con el transistor de unin (W. Shockley, 1948) debido a su mayor
ancho de banda. En la actualidad ha desaparecido. (Cecilio Blanco
Viejo 2005).Transistor de unin bipolar
Ilustracin 14: Ejemplo De transistor BipolarEl transistor de
unin bipolar (o BJT, por sus siglas del inglsbipolar junction
transistor) se fabrica bsicamente sobre un monocristal de Germanio,
Silicio oArseniuro de galio, que tienen cualidades de
semiconductores, estado intermedio entre conductorescomo
losmetalesy losaislantescomo eldiamante. Sobre el sustrato de
cristal, se contaminan en forma muy controlada tres zonas, dos de
las cuales son del mismo tipo, NPN o PNP, quedando formadas dos
uniones NP. (Cecilio Blanco Viejo 2005)La zona N con elementos
donantes deelectrones(cargas negativas) y la zona P de aceptadores
o huecos (cargas positivas). Normalmente se utilizan como elementos
aceptadores P alIndio(In),Aluminio(Al) oGalio(Ga) y donantes N
alArsnico(As) oFsforo(P). (Cecilio Blanco Viejo 2005).La
configuracin deuniones PN, dan como resultado transistores PNP o
NPN, donde la letra intermedia siempre corresponde a la
caracterstica de la base, y las otras dos al emisor y al colector
que, si bien son del mismo tipo y de signo contrario a la base,
tienen diferente contaminacin entre ellas (por lo general, el
emisor est mucho ms contaminado que el colector). (Cecilio Blanco
Viejo 2005).El mecanismo que representa el comportamiento
semiconductor depender de dichas contaminaciones, de la geometra
asociada y del tipo de tecnologa de contaminacin (difusin gaseosa,
epitaxial, etc.) y del comportamiento cuntico de la unin. (Cecilio
Blanco Viejo 2005).Transistor de efecto de campoEl transistor de
efecto de campo de unin (JFET), fue el primer transistor de efecto
de campo en la prctica. Lo forma una barra de material
semiconductor de silicio de tipo N o P. En los terminales de la
barra se establece un contacto hmico, tenemos as un transistor de
efecto de campo tipo N de la forma ms bsica. Si se difunden dos
regiones P en una barra de material N y se conectan externamente
entre s, se producir una puerta. A uno de estos contactos le
llamaremos surtidor y al otro drenador. Aplicandotensinpositiva
entre el drenador y el surtidor y conectando la puerta al surtidor,
estableceremos una corriente, a la que llamaremos corriente de
drenador con polarizacin cero. Con un potencial negativo de puerta
al que llamamos tensin de estrangulamiento, cesa la conduccin en el
canal. (Cecilio Blanco Viejo 2005).Eltransistor de efecto de campo,
o FET por sus siglas en ingls, que controla la corriente en funcin
de una tensin; tienen altaimpedanciade entrada.Transistor de efecto
de campo de unin,JFET, construido mediante una unin PN.Transistor
de efecto de campo de compuerta aislada, IGFET, en el que la
compuerta se asla del canal mediante undielctrico.Transistor de
efecto de campo MOS,MOSFET, dondeMOSsignifica
Metal-xido-Semiconductor, en este caso la compuerta es metlica y
est separada del canal semiconductor por una capa dexido. (Cecilio
Blanco Viejo 2005).FototransistorLos fototransistores son sensibles
a laradiacin electromagnticaen frecuencias cercanas a la de
laluzvisible; debido a esto su flujo de corriente puede ser
regulado por medio de la luz incidente. Un fototransistor es, en
esencia, lo mismo que un transistor normal, slo que puede trabajar
de 2 maneras diferentes:Como un transistor normal con la corriente
de base (IB) (modo comn);Como fototransistor, cuando la luz que
incide en este elemento hace las veces de corriente de base. (IP)
(Modo de iluminacin). (Cecilio Blanco Viejo 2005).2.2. MARCO
REFERENCIAL2.2.1. Tipos de RobotsCon el acelerado desarrollo de la
Robtica, hoy en da se podran dividir en varios tipos:Robots en
funcin del medio o Terrestres (Vehculos, Robots con patas,
Manipuladores industriales) Areos (Dirigibles, aviones a escala)
Acuticos (Nadadores, submarinos) Hbridos (Trepadores)Robots en
funcin del control de movimiento Autnomos (robots mviles)
Teleoperador (Brazos robticas) Los tipos de Robots impulsados
neumticamente: Son mquinas compuestas de dos partes: una superior y
una inferior. La parte inferior es un secuenciador que proporciona
presin y vaco al conjunto de mangos de unin en una secuencia
controlada por el tiempo. La parte superior es el conjunto de
mangos de unin que activan cada una de las piezas mviles del robot.
En nuestro medio podemos encontrar stas mquinas en las
retroexcavadoras, en los talleres de autos y en los de alineacin de
llantas. Hay quienes opinan que a este tipo de mquinas no se les
debera llamar robots; sin embargo, en ellas se encuentran todos los
elementos bsicos de un robot: estas mquinas son programables,
automticas y pueden realizar gran variedad de movimientos.
(Ferretti G., G. Magnani, P. Rocco, 2008).Robots equipados con
servomecanismos: El uso de servomecanismos va ligado al uso de
sensores, como los potencimetros, que informan de la posicin del
brazo o la pieza que se ha movido del robot, una vez ste ha
ejecutado una orden transmitida. Esta posicin es comparada con la
que realmente debera adoptar el brazo o la pieza despus de la
ejecucin de la orden; si no es la misma, se efecta un movimiento ms
hasta llegar a la posicin indicada. (Ferretti G., G. Magnani, P.
Rocco, 2008).Robots punto a punto: La programacin se efecta
mediante una caja de control que posee un botn de control de
velocidad, mediante el cual se puede ordenar al robot la ejecucin
de los movimientos paso a paso. Se clasifican, por orden de
ejecucin, los pasos que el robot debe seguir, al mismo tiempo que
se puede ir grabando en la memoria la posicin de cada paso. Este
ser el programa que el robot ejecutar. Una vez terminada la
programacin, el robot inicia su trabajo segn las instrucciones del
programa. A este tipo de robots se les llama punto a punto, porque
el camino trazado para la realizacin de su trabajo est definido por
pocos puntos. (Ferretti G., G. Magnani, P. Rocco, 2008).Robots
controlados por computadora: Se pueden controlar mediante
computadora. Con ella es posible programar el robot para que mueva
sus brazos en lnea recta o describiendo cualquier otra figura
geomtrica entre puntos preestablecidos. La programacin se realiza
mediante una caja de control o mediante el teclado de la
computadora. La computadora permite adems acelerar ms o menos los
movimientos del robot, para facilitar la manipulacin de objetos
pesados. (Ferretti G., G. Magnani, P. Rocco, 2008).Robots con
capacidades sensoriales: An se pueden aadir a este tipo de robots
capacidades sensoriales: sensores pticos, codificadores, etc. Los
que no poseen estas capacidades slo pueden trabajar en ambientes
donde los objetos que se manipulan se mantienen siempre en la misma
posicin. Los robots con capacidades sensoriales constituyen la
ltima generacin de este tipo de mquinas. El uso de estos robots en
los ambientes industriales es muy escaso debido a su elevado costo.
Estos robots se usan en cadenas de embotellado para comprobar si
las botellas estn llenas o si la etiqueta est bien colocada.En la
Figura 9 se muestran unos ejemplos de los diversos tipos de robots
que existen en la actualidad. El primero es un robot con patas
denominado robot Arcnido y el segundo es un robot mvil que utiliza
una PALM como su cerebro. (Ferretti G., G. Magnani, P. Rocco,
2008).
Ilustracin 15: Ejemplos de Tipos de Robots2.2.2. Desarrollo de
la ImaginacinEl entusiasmo de los humanos por los robots viene de
mucho tiempo atrs incluso antes de Cristo. Los humanos tenan el
deseo de producir una herramienta o dispositivo que pudiera
funcionar en lugar de la gente. Se crearon cosas como por ejemplo,
una hermosa nia de oro que aparece en la mitologa griega (siglo 8
antes de Cristo) y un demonio de bronce llamado Talos (siglo 3
antes de Cristo). Heron en la antigua Grecia trabaj en un
dispositivo similar a una puerta automtica de la actualidad. Esta
puerta se abra automticamente cuando se prenda fuego en un altar y
se cerraba cuando se apagaba (ver Figura 2), tambin cre un
dispositivo que verta agua bendita cuando se insertaba una moneda.
(Anbal Ollero Baturone, 2001).
Ilustracin 16: Puerta automtica que se acciona cuando se prende
o se apaga fuegoJacques de Beaukerson, construye el pato, el
autmata ms conocido; un pato hecho de cobre, que bebe, come,
grazna, chapotea en el agua y digiere su comida y elimina
excremento como un pato real (ver Figura 3). Previamente construye
un flautista y un tamborilero en 1738; el primero consista en un
complejo mecanismo de aire que causaba el movimiento de dedos y
labios, como el funcionamiento normal de una flauta. (Anbal Ollero
Baturone, 2001).
Ilustracin 17: Autmata de un Pato de Cobre inventado por Jacques
de BeaukersonEstos dispositivos automticos fueron hechos por
ingenieros simplemente por satisfacer su placer, y se puede decir
que fueron exitosos en el sentido que eran adornos que sorprendan a
la gente. Sin embargo, estos no tenan una aplicacin directa en el
campo de la industria. Hay que tomar en cuenta que la gente que
desarrollaba estos dispositivos no estaba dedicada a tiempo
completo a sta actividad, sino que lo hacan como un hobby y para
ese entonces no se encontraba una aplicacin prctica para los
muequitos que ms tarde si la tendran. (Anbal Ollero Baturone,
2001).En el siglo 19, algunos escritores publicaron obras
relacionadas a los robots, que mostraban signos de una literatura
ortodoxa, en donde no contenan fundamentos completamente cientficos
y pregonaban que los robots en algn momento se revelaran contra los
humanos. (Anbal Ollero Baturone, 2001).2.2.3. Desarrollo de la
Ciencia, Tecnologa y los RobotsEn el siglo 20, con el avance de la
ciencia y la tecnologa, los muecos automticos fueron desarrollados
con mecanismos ms sofisticados. Aunque eran diferentes en calidad a
los robots de la actualidad que combinan elementos mecnicos,
electrnicos e incluso informticos. Por ejemplo, en la exposicin
mundial de ciencia en New York en 1927, la compaa Westinghouse
present un robot llamado Willy. Este Robot era capaz de caminar,
hablar e identificar colores. Con este robot se pretendan simular
algunas funciones que realiza el ser humano, pero con algunas
limitaciones en la parte de locomocin y sin alcanzar una etapa de
aplicacin prctica. (Anbal Ollero Baturone, 2001).
A mediados de 1940 cuando se intensific el desarrollo de los
robots debido al avance de la ciencia y la tecnologa, Isaac Asimov
present Los Tres principios de la Robtica . Estos principios son:Un
robot no puede lastimar ni permitir que sea lastimado ningn ser
humano.1. El robot debe obedecer a todas las rdenes de los humanos,
excepto las que contraigan la primera ley.
2. El robot debe auto protegerse, salvo que para hacerlo entre
en conflicto con la primera o segunda ley.
3. Estos principios que ahora son considerados leyes de la
Robtica mostraban un panorama ideal de la tecnologa de los
productos. (Anbal Ollero Baturone, 2001).2.2.4. Desarrollo de los
Robots en la actualidadHoy da, ningn robot puede existir sin el
desarrollo de los sistemas informticos y tecnologa de control
automtico. Estas tecnologas comenzaron a ser desarrolladas a partir
de la Segunda Guerra Mundial, acompaadas con la comunicacin
inalmbrica. El rendimiento de los tubos al vaco fue mejorado
notablemente con el descubrimiento de los transistores y diodos,
pero stos fueron aplicados inicialmente en los equipos de cmputo y
en lo posterior a los equipos robticos, en consecuencia se podra
decir que el desarrollo de los computadores ha ayudado a que tambin
se desarrolle la robtica, tomando en cuenta que el cerebro de los
robots es una computadora. (Anbal Ollero Baturone, 2001).En los aos
sesenta, se desarrollaron los Circuitos Integrados (CI), que son
pequeos chips que tienen funciones equivalentes a varias docenas de
transistores. Estos nuevos productos hicieron posible eliminar
factores negativos como las posibles fallas y fue el comienzo del
desarrollo a gran escala en el rea industrial y dnde se comenz a
comercializarlos (ver Figura 4). (Anbal Ollero Baturone, 2001).
Ilustracin 18: La Compaa FORD invirti cerca de $700 millones en
su planta de Michigan para una lnea de ensamblaje con brazos
robticos.Con el desarrollo de las tecnologas de gran escala LSI
(Large Scale Integration) y VLSI (Very Large Scale Integration) se
mejor en la velocidad de los equipos de cmputo y se iba a la
tendencia de la miniaturizacin. Este hecho permiti que los robots
tengan una unidad de procesamiento central (CPU) ms rpida y adems
estn equipados de sensores que simulan los cinco sentidos del ser
humano (ver, or, tocar, oler y saborear).En la actualidad ya es
comn encontrarse con Robots aplicados a diversas reas que
desarrolla el ser humano, desde los ms sofisticados que recogen
muestras en otros planetas, tale es el caso de la misin Mars
PathFinder que form parte del proyecto Discovery de la NASA. En
dnde se hizo demostracin de que la tecnologa existente permita la
entrada y el despliegue de sistemas en la superficie de Marte. El
robot denominado Pathfinder fue enviado en una lanzadera Delta
II-7925 el 4 de diciembre de 1996 desde el centro espacial Kennedy
y tard siete meses en llegar a Marte (ver Figura 5). (Anbal Ollero
Baturone, 2001)
Ilustracin 19: Robot PathFinder desarrollado por la NASAEn la
actualidad muchos centros educativos introducen los conceptos
bsicos de la robtica con juguetes inteligentes, como es el caso del
Robot MindStorm desarrollado por Lego. En la Figura 6 se muestra un
modelo que puede ser armado con los componentes de LEGO. (Anbal
Ollero Baturone, 2001).
Ilustracin 20: Robot MINDSTORMS desarrollado por Lego en 1998El
ltimo logro de la Robtica lo ha dado la Compaa japonesa Honda con
el desarrollo del robot ASIMO (acrnimo de "Advanced Step in
Innovative Mobility"- paso avanzado en movilidad innovadora), es un
robot humanoide creado en el ao 2000.El robot es capaz de moverse,
interactuar con los seres humanos y ayudarles es, sin duda, una de
las mayores proezas tecnolgicas del siglo XXI. En la Figura 7 se
muestra la historia visual del desarrollo del robot ASIMO, se puede
observar que Honda desde un inicio pretenda buscar solucin al
problema de locomocin y equilibrio, un factor difcil de controlar
en los robots humanoides. (Anbal Ollero Baturone, 2001).
Ilustracin 21: Historia Visual del desarrollo del Robot ASIMO
por la empresa HondaSe podran citar muchos otros ejemplos en la
historia de los robots y nos podramos dar cuenta de cunto se ha
avanzado en sta rea. Si bien es cierto que los pases desarrollados
han sido los pioneros en este campo, nuestro Ecuador poco a poco
est comenzando a palpar stas tecnologas, a nivel local por ejemplo
se enfocado el contenido de la materia Inteligencia Artificial a la
Robtica y se han desarrollado proyectos de tesis relacionados al
rea. En la Figura 8 se muestra un ejemplo de un humanoide
desarrollado como proyecto de Tesis. (Anbal Ollero Baturone,
2001).
Ilustracin 22: Humanoide que brinda informacin2.2.5. Los Brazos
RobticosLos robots sin brazos estn limitados a moverse sobre ruedas
o andar, percibiendo las cosas que suceden a su alrededor. Sin
embargo, el robot no puede alcanzar ni tocar algo y no puede por
tanto manipular su entorno.Los robots ms sofisticados en la
Ciencia, Industria e Investigacin y Desarrollo tienen al menos un
brazo para sujetar, reorientar o mover objetos. (Marvin Minsky,
2008).Los brazos extienden el alcance de los Robots y los hacen ms
parecidos a los humanos. Debido a todas las capacidades extra que
proporcionan a un robot es interesante que los brazos no sean
difciles de construir. (Marvin Minsky, 2008).Los diseos creados se
pueden emplear como robots estacionarios del tipo de los utilizados
en las fbricas, o se pueden colocar sobre un robot mvil como un
apndice. (Marvin Minsky, 2008).2.2.6. El Brazo HumanoObservemos
nuestros propios brazos por un momento.Rpidamente observaremos
varios puntos importantes. Primero, nuestros brazos, sin duda, son
mecanismos enormemente adaptables. Son capaces de maniobrar en
cualquier posicin que se desee, para ello, tienen dos
articulaciones principales: el hombro y el codo (la mueca, hasta
donde la robtica trata, se considera parte del mecanismo de la
mano). El hombro se puede mover en dos planos, arriba y abajo,
hacia detrs y hacia delante. (Marvin Minsky, 2008).Si se mueven los
msculos del hombro hacia arriba el brazo entero se levanta
separndose del cuerpo. Si se mueven los msculos del hombro hacia
delante el brazo entero se mueve hacia delante. La articulacin del
codo es capaz de moverse en dos planos: atrs y adelante, arriba y
abajo. (Marvin Minsky, 2008).Las articulaciones del brazo y su
capacidad de moverse se llaman grados de libertad. El hombro ofrece
dos grados de libertad por s mismo: rotacin del hombro y flexin del
hombro. La articulacin del codo aade un tercero y cuarto grados de
libertad: la flexin del codo y la rotacin del codo. Los brazos
robticos tambin tienen grados de libertad. No obstante en lugar de
msculos, tendones, rtulas y huesos, los brazos robticos estn hechos
de metal, plstico, madera, motores, electroimanes, engranajes,
poleas y otros componentes mecnicos.Algunos brazos robticos slo
proporcionan un grado de libertad; otros proporcionan tres, cuatro,
incluso cinco grados distintos de libertad. (Marvin Minsky,
2008).2.2.7. Tipos de Brazos RobticosLos brazos robticos se
clasifican por la forma del rea que el extremo del brazo (donde se
coloca la pinza) puede alcanzar. Esta rea accesible se llama
"envolvente de trabajo". En beneficio de la simplicidad, la
envolvente de trabajo no tiene en consideracin el movimiento del
cuerpo del robot sino slo los mecanismos de brazo. (W. Bolton,
2001).
El brazo humano tiene una envolvente de trabajo casi esfrica.
Podemos alcanzar casi cualquier cosa dentro del alcance de la
longitud del brazo, aproximadamente en el interior de tres cuartos
de una esfera. Imaginemos que estamos en el interior de una cscara
de naranja vaca, si est colocado en su interior se puede tocar la
piel de la naranja en sus tres cuartas partes. (W. Bolton,
2001).
En un robot, un brazo robtico capaz de tener una envolvente
esfrica se dira que tiene coordenadas de revolucin. Los otros tres
tipos importantes de brazos robticos son coordenadas polares,
coordenadas cilndricas y coordenadas cartesianas o rectangulares.
Se observar que hay tres grados de libertad en estos cuatro tipos
bsicos de brazos robticos. Miremos un ejemplo de uno de ellos. (Ver
Figura 10). (W. Bolton, 2001).
Ilustracin 23: Ejemplo De Brazo Robtico
CAPITULO III
3. MTODOS Y MATERIALES DE LA INVESTIGACIN2. 3.1. Metodologa de
la InvestigacinMtodo inductivo: Dando uso de este mtodo, seguimos
el siguiente proceso: Realizamos las investigaciones necesarias
para disear el brazo robtico articulado, dando as con las
respectivas operaciones, funciones, parmetros y comandos que se
necesitan para su desarrollo en el lenguaje de programacin Arduino,
de fcil utilizacin, y que sirve como medio para la enseanza y
produccin de proyectos multimedia e interactivos de diseo digital,
al estar basado en Java, puede heredar todas sus funcionalidades,
convirtindose en una herramienta poderosa a la hora de encarar
proyectos complejos.
En el diseo general del brazo robtico y la prensa entenalla se
utiliz el programa AutoCAD, que nos permiti representar en dibujos
2D y modelados 3D las diferentes partes del proyecto.
Para la construccin fsica del brazo robtico se utiliza madera
debido a sus bajas densidades y buenas propiedades mecnicas.
SEGMENTACIN DEL PROYECTOTabla 5: Segmentacin del
ProyectoFASESPLATAFORMA/HERRAMIENTARESPONSABLEASIGNACIN
Primera Fase Microsoft Visio AutoCADLlerenaEcheverra Bosquejo
general del brazo robtico.
Segunda Fase Investigacin CompraSoledispaMielesLlerena
Identificacin y adquisicin de materiales a utilizarse para la
construccin del proyecto.
Tercera Fase Instrumentos mecnicos y
elctricosEcheverraaSoledispaLlerena Ensamblado mecnico de
elementos.
Cuarta Fase Proteus
MielesSoledispaLlerenaEcheverra Diseo y simulacin de componentes
elctricos y electrnicos.
Quinta Fase ArduinoMielesEcheverriaSoledispa Programacin de
Arduino UNO
Sexta Fase ComplementacinLlerena Mieles Complementacin,
sincronizacin y funcionamiento de todas las fases del proyecto.
Mtodo deductivo: Este mtodo permite la formacin de la
hiptesis.Hiptesis General:El uso de un brazo robtico y una prensa
entenalla mejorar la seguridad en el proceso compactacin de
desechos no orgnicos reciclables para la unidad de aprendizaje de
Fundamentos de Robtica.
Dada la hiptesis, proseguimos a dar la solucin a esta: Se
obtendrn las respuestas respectivas de las variables definidas en
la Matriz de Conceptualizacin y Operacionalidad de Variables. Con
los conocimientos adquiridos en la unidad de aprendizaje de
Fundamentos de Robtica impartida en el Octavo semestre, se disear e
implementar el brazo robtico articulado y prensa neumtica,
presentndolo en un prototipo fcil de usar y manejar, el cual
permitir el proceso de compactacin de desechos no orgnicos. Estos
procesos se llevar a cabo controlando el brazo robtico de tal que
realice un proceso automtico, el cual consistir en recoger los
desechos reciclables y colocarlos en una prensa entellada que se
encargara de compactarlos y contabilizarlos.
Investigacin Exploratoria: Esta investigacin se basa en la
revisin de libros disponibles acerca del tema y con la recopilacin
de informacin que se obtuvo se considera que: El brazo robtico
tiene que detectar el residuo no orgnico dentro de su pinza para
que as, el brazo se mueva en un radio de 90 grados con la ayuda del
servomotor instalado, para que a continuacin preceda trasladar el
residuo no orgnico hacia la prensa entenalla.
Una vez que la prensa detecte el objeto dentro de la misma
derivar hacer la debida compactacin del desecho de una forma segura
y rpida para el usuario que la tiene en funcionamiento.Investigacin
de Campo: En la investigacin de campo se hizo un estudio previo,
para el beneficio de las personas que conforman este grupo con la
finalidad de poder recopilar informacin educativa para lograr la
correcta creacin de este prototipo de brazo robtico articulado y su
prensa entenalla con fines educativo, obteniendo esta informacin a
nuestros compaeros y docentes en el rea del campus universitario
UTEQ en la facultad de ciencias de la ingeniera en la carrera de
Ingeniera en Telemtica.
3.2. Mtodo Estadstico para la Comprobacin de la HiptesisUna vez
concluido el brazo robtico articulado y prensa entenalla, se podr
demostrar la hiptesis general de esta investigacin por medio de la
utilizacin de la prueba estadstica chi cuadrado, la cual se centra
en evaluar desde el inicio hasta el final de la investigacin los
resultados obtenidos en la medicin previa y posterior de la
ejecucin del brazo robtico.
3.3. Instrumentos de la InvestigacinEn el presente proyecto se
decidi utilizar las tcnicas de observacin y entrevista:Encuesta: Se
elabor un cuestionario (Ver anexo1) con el fin de recopilar datos
relevantes para su posterior anlisis.
Se realizar una encuesta a los estudiantes y docentes de la
carrera de Ingeniera en Telemtica; la cual est compuesta de cinco
preguntas abiertas, orientadas en conocer los beneficios que tiene
este proyecto para la Unidad de Aprendizaje de Fundamentos de
Robtica y la seguridad con respecto a otros mtodos como el
manual.
Observacin: Con la utilizacin de esta tcnica se compilo lo
siguiente: Observar el proceso que realiza el brazo robtico, una
vez que haya detectado el desecho no orgnico, para trasladarlo
hacia la prensa entenalla.
Visualizar su debido funcionamiento de los servomotores, que con
su programacin adecuada se le puede asignar la velocidad que tendr
ese servomotor para poder movilizar el brazo robtico.Entrevista:
Con la ayuda didctica de los docentes como el Ing. Emilio Zhuma,
Ing. Bolvar Daz, Ing. ngel Torres y estudiantes de la carrera de
Ingeniera Mecnica e Ingeniera Elctrica pudimos recopilar la
siguiente informacin: Tcnicas que se debe utilizar al momento de la
programacin del Arduino UNO, ya que es el elemento ms importante
que se utiliza en este proyecto.
La debida realizacin de la fuente que se le debe instalar al
proyecto ya que contiene elementos muy sensibles, fcil de hacer
circuito en caso de que se sobrepasen con la alimentacin de energa
elctrica. Ideas de como poder realizar la prensa entenalla ya que
tenemos que utilizar un motor adecuado con su debida fuerza para
poder hacer su debida compactacin del desecho no orgnico.
3.4. Etapas de Desarrollo del Brazo Robtico Etapa 1. Diseo
MecnicoEn esta etapa se plantea un esquema de los requerimientos
que debe contar el brazo robtico, adems este proceso permite dar
forma, dimensiones, materiales necesarios, tecnologa de fabricacin
y funcionamiento de nuestro proyecto para que cumpla las tareas o
necesidades determinas y verificar que cumpla con los objetivos
para el que fue diseado
Etapa 2. Diagrama de FlujoUna vez ya determinados los
requerimientos principales del brazo robtico, proseguimos a
realizar el diagrama de flujo. El diagrama de flujo permite la
representacin grfica del algoritmo o proceso. Se utiliza en la
disciplina de programacin y procesos del brazo robtico articulado
junto con la prensa entenalla.En Lenguaje Unificado de Modelado
(UML), un diagrama de actividades representa los flujos de trabajo
paso a paso operacionales de los componentes del proyecto. Un
diagrama de actividades muestra el flujo de control general.En la
programacin del Arduino, el diagrama ha sido extendido para indicar
flujos entre pasos que mueven elementos fsicos. Los cambios
adicionales permiten al diagrama soportar mejor flujos de
comportamiento y datos continuos.Estos diagramas utilizan smbolos
con significados definidos que representan los pasos del algoritmo,
y representan el flujo de ejecucin mediante flechas que conectan
los puntos de inicio y de fin de proceso.Etapa 3. Diseo
Electrnico
Se muestra los diferentes componentes del circuito de manera
simple y con pictogramas uniformes de acuerdo a normas, y las
conexiones de alimentacin y de seal entre los distintos
dispositivos. En este esquema del circuito mostramos la conexin
real mediante cables entre los dispositivos.Etapa 4. PruebaLas
pruebas que se desarrollaron son con la finalidad de comprobar el
ptimo funcionamiento de cada uno de los elementos que forman parte
del brazo robtico y la prensa entenalla, sobre todo realizar las
pruebas respectivas para determinar la confiabilidad del control de
calidad y seguridad que se aplica a las piezas mecanizadas.
3.5. Recursos3.5.1. Cronograma de ActividadesTabla 6:
Cronogramas de Actividades CRONOGRAMA DE ACTIVIDADESDISTRIBUCIN
TEMPORAL
ACTIVIDADESOctubre NoviembreDiciembreEneroFebrero
12341234123412341234
1. Definicin del Tema
1. Resumen Ejecutivo
1. Introduccin
1. Problematizacin
1. Justificacin
1. Objetivos
1. Hiptesis
1. Marco Terico
1. Mtodos y Materiales de la Investigacin
1. Conclusiones
1. Recomendaciones
1. Resultados
1. Anexos
3.5.2. Recursos Humanos utilizados en la Investigacin 4 Autores
del proyecto integrador. Coordinador del proyecto (Ing. Emilio
Zhuma)..
3.5.3. Recursos Informticos utilizados en la
InvestigacinHardware:Tabla 7: Hardware a Utilizar en la
InvestigacinCANTIDADEQUIPODESCRIPCIN
3COMPUTADORASPORTATILToshiba Satellite Pro C650-SP5016L
Caractersticas: Intel(R) Core(TM) i3 de 2.40GHz o superior 6 Gb.
RAM o superior 500 Gb Disco Duro DVD rWriter Monitor, Teclado,
MouseHP Pavilon DB42145Caractersticas: AMD Turion II Dual-Core
Mobile M520 de 2.30 GHz o superior 4 Gb. RAM o superior 320 Gb
Disco Duro Dvdrwriter Monitor, Teclado, Mouse
HP 2000 219 Notebook PCCaractersticas: AMD E-350 Processor 1.60
GHz 3 Gb. RAM o superior 284 Gb Disco Duro Dvd rwriterMonitor,
Teclado, Mouse
Software:Tabla 8: Software a Utilizar en el Desarrollo del
Proyecto
CANTIDADSOFTWAREDESCRIPCIN
1 Lenguaje de Programacin de Arduino (Processing)Software
utilizado para el desarrollo que tiene que hacer cada servomotor y
sensores utilizados.
1AutoCADSoftware utilizado para la visualizacin de los elementos
con sus debidas medidas.
2Sistemas OperativosWindows 7 ProfessionalWindows 8.1
Enterprise
1ProteusSoftware utilizado para la simulacin de los
circuitos.
1
Microsoft Office
Microsoft Office 2010 o superior Word Excel PowerPoint
Otros Recursos:Tabla 9: Recursos a Utilizar en la
InvestigacinINTERNET
Acceso a Internet para realizar investigaciones necesarias para
el Desarrollo de la Investigacin
MATERIALES DE OFICINA Lpices y Lapiceros Pen drivers
Carpetas
3.5.4. Recursos Econmicos utilizados en la Investigacin
Brazo RobticoTabla 10: Presupuesto Del Brazo
RobticoITEMDESCRIPCIONCANTV.UNITARIOV.TOTAL
1SERVOMOTOR HITEC HS422114,7314,73
2MICROSERVO HITEC HS311116,0716,07
3FUENTE DE PODER 650W116,5216,52
4ARDUINO UNO124,1124,11
5PINZA120,0020,00
6SENSOR INFLARROJO SHARP DIGITAL19,699,69
SUBTOTAL101,12
IVA 12%12,13
TotalMaterialesElectrnicos113,25
ESTRUCTURA25
TOTAL138,25
Prensa EntenallaTabla 11: Presupuesto De la Prensa
EntenallaITEMDESCRIPCIONCANTV.UNITARIOV.TOTAL
1MOTOR LEVANTA VIDRIOS1100,00100,00
2ENTENALLA125,0025,00
3CONTROL DE MOTOR PUENTE H125,0025,00
4MATERIALES EXTRAS125,0025,00
SUBTOTAL200,00
IVA 12%24,00
TotalMateriales
224,00
ESTRUCTURA25
TOTAL249,00
GASTOS DE MOVILIZACIN$ 160,00
3.5.5. Materiales de Impresin:Tabla 12: Total de recursos
econmicos utilizados en la Investigacin Impresiones$
Copias$
Anillados$
Total de gastos$547,25
CAPITULO IV
4. DESARROLLO
4.1. Etapa 1. Diseo Mecnico
Mediante el software AutoCAD representamos en dibujos 2D y
modelados 3D las diferentes partes del proyecto.
Ilustracin 24: Diseo 2D de Pinza de Brazo Robtico
Ilustracin 25: Diseo 2D de Medidas de Pinza y de Brazo
Robtico
Ilustracin 26: Diseo 3D de Prensa EntenallaIlustracin 27: Diseo
3D de Prensa Entenalla
4.2. Etapa 2. Diagrama de Flujo
4.3. Etapa 3. Diseo ElectrnicoMediante el programa de Proteus,
ISIS, se permite disear el plano elctrico delcircuitoque se desea
realizar con componentesmuy variados, desde simplesresistencias,
hasta alguno que otro microprocesador omicrocontrolador,
incluyendofuentes de alimentacin, generadores de sealesy muchos
otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseos
realizados en Isis pueden ser simulados en tiempo real, mediante el
mdulo VSM, asociado directamente con ISIS.Ilustracin 28: Arduino
UNO, Fuente de Voltaje, Interruptores y Sensores
Ilustracin 29: Servomotores
CAPITULO V
5. RESULTADOS5.1. Variable IndependienteDimensin EscalabilidadEl
brazo robtico tiene la capacidad de seguir creciendo, puesto que se
pueden agregar nuevos implementos mecnicos y electrnicos para
realizar tareas ms complejas y de manera ms ptima, lo que permite
realizar mejores proyectos a futuro.Dimensin UtilizacinEl brazo
robtico presenta un mecanismo eficaz y fcil de manipular, el cual
permite sujetar y ubicar los desechos no orgnicos en la prensa
entenalla.
Dimensin ConfiablidadEn base a los requerimientos que exige la
aplicacin, es facilitar el manejo del brazo robtico de una manera
eficiente, controlndolo mediante inteligencia que vendra hacer
nuestro Arduino UNO.
5.2. Variables DependientesDimensin EficienciaLa eficiencia que
se tiene en el presente proyecto, es que se puede hacer la debida
compactacin de desechos no orgnicos de manera correcta en un tiempo
especfico.Dimensin Seguridad La compactacin de los desechos no
orgnicos se realiza de forma segura, brinda confiablidad ya que
hacerlo de forma manual representa un gran peligro para las
personas.
CONCLUSIONES
En la prctica se comprob que el sensor infrarrojo Sharp digital,
cumpli las condiciones del diseo y por ende se realizaron pruebas
en la programacin del software Arduino UNO.
En el diseo, desarrollo y fabricacin de mecanismos autnomos
siempre ser necesario implementarlos con un sistema de control para
que les permita interactuar con el entorno de una forma ptima. Este
sistema debe evaluar si el funcionamiento del mecanismo es el
adecuado y que las acciones que ejecuta contribuyan a realizar sus
tareas y cumplir los objetivos que se le hayan ordenado.
En la construccin de la parte mecnica de un robot es necesario
que se realicen pruebas para determinar si existen elementos que no
se incluyeron el diseo y que su presencia o ausencia afecten el
desempeo planificado, estas correcciones son necesarias para
eliminar ciertas imperfecciones que no se tenan previstas.
RECOMENDACIONES
Es muy importante la conexin de la tarjeta Arduino UNO y el
voltaje recomendado de los dispositivos, asegurando la fiabilidad y
el uso de los mismos.
Se deben usar estndares o especificaciones en los prototipos,
diagramas procesos y variables, al igual que documentacin de estos
mismos, para la gestin de la informacin puesto que son importantes
y adquieren una mayor relevancia cuando se necesita intercambio de
informacin en proyectos multidisciplinarios. Esta prctica
contribuye a la optimizacin de tiempos de anlisis y desarrollo, y
mejoramiento de la calidad de los proyectos
Las pruebas que se realicen para evaluar el diseo y la
implementacin del robot, podran realizarse por medio de
simulaciones computarizadas. Es importante evaluar el desempeo del
diseo antes de empezar a construirlo para no incurrir en prdidas de
tiempo y dinero. En la fase de construccin del dispositivo, las
pruebas unitarias de los componentes que se vayan construyendo son
importantes antes de integrarlos al robot
Se recomienda utilizar un servomotor de marca reconocida en el
mercado a fin de no tener problemas con respecto al peso y torque a
utilizar.
BIBLIOGRAFIA
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MVILES. BARCELONA - ESPAA: EDITORIAL: S.A. MARCOMBO. JOHN-DAVID
WARREN,JOSH ADAMS,HARALD MOLLE. (2011). ARDUINO ROBOTICS(TECNOLOGA
EN ACCIN). ESTADOS UNIDOS. EDITORIAL:APRESS;NUEVO.EDIZION. STUART
RUSSELL Y PETER NORVIG. (2010). INTELIGENCIA ARTIFICIAL: UN ENFOQUE
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(2006). MEXICO EDITORIAL:PRENTICE HALL MEXICO. FERNANDO REYES
CORTES. (2011). ROBOTICA: CONTROL DE ROBOTS MANIPULADORES. ESPAA.
EDITORIAL: S.A. MARCOMBO WILLIAM BOLTON. (2001). MECATRNICA:
SISTEMAS DE CONTROL ELECTRNICO EN INGENIERA MECNICA Y ELECTRNICA .
ESPAA. EDITORIAL: S.A. MARCOMBO. MARVIN MINSKY. (2008). ROBTICA: LA
LTIMA FRONTERA DE LA ALTA TECNOLOGA. ESTADOS UNIDOS. EDITORIAL:
PLANETA. CORONA RAMREZ LEONEL G. (2015). SENSORES Y ACTUADORES.
MEXICO. EDITORIAL: GRUPO EDITORIAL PATRIA. FERRETTI G. G. MAGNANI,
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TZAFETAS. CECILIO BLANCO VIEJO. (2005). FUNDAMENTOS ELECTRONICA
DIGITAL. ESPAA. EDITORIAL: S.A. PARANINFO NICOLAS P. WAGANOFF,
(2000). PRENSA INDUSTRIAL. ESTADOS UNIDOS. EDITORIAL: MITRE.
Anexo 1
EncuestaUNIVERSIDAD TCNICA ESTATAL DE QUEVEDOFACULTAD DE
CIENCIAS DE LA INGENIERAESCUELA DE ELCTRICACARRERA INGENIERIA EN
TELEMTICA
Dirigida a estudiantes de la carrera de Ingeniera en
TelemticaMasculino ( )Femenino( ) Edad: ( )
Totalmente de acuerdo.1
De acuerdo. 2
Me es indiferente.3
Es desacuerdo.4
Totalmente de desacuerdo.5
1. Cree usted que sera importante la creacin de un prototipo de
brazo articulado y una prensa entenalla en la Universidad Tcnica
estatal de Quevedo y sobre todo en la materia de Fundamentos de
Robtica?12345
2. Cree usted que deberan desarrollarse ms proyectos sobre
robtica para as poder tener ms implementos de prctica y obtener
mejores conocimientos educativos?12345
3. Cree usted que la elaboracin de un prototipo de brazo
articulado y prensa entenalla, permita a las personas realizar la
compactacin de los desechos no orgnicos de una manera ms
segura?12345
4. Cree usted que la utilizacin del dispositivo del ARDUINO UNO
es un elemento electrnico con mayor facilidad para el manejo del
prototipo del brazo articulado, a comparacin con otros dispositivos
electrnicos?12345