Presentacion PFC Raul Martin Delgado

Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes

Autor: Raúl Martín Delgado.

Tutor: Carlos Pérez Martínez.

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Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial

UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de MadridDepartamento de Ingeniería en Sistemas y Automática.

Director: Santiago Martínez de la Casa Díaz.

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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid


Índice1. Introducción.

2. Estado del arte.

3. Descripción de la solución.

4. Pruebas.

5. Conclusión.

3



Introducción.

Objetivos:

Medir fuerzas de contacto con el suelo.Obtener la distribución de estas fuerzas.

Entorno RH:Sensor Fuerza‐Par JR3Aplicable a otros proyectos.

Aplicable a otros proyectos que requieran medida de fuerzaso desplazamientos en 3 dimensiones.

1. Introducción.

2. Estado del arte.


4. Pruebas.

5. Conclusión.



Índice

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Estado del arteSensor Fuerza‐Par Array táctil Celda de carga

Sensor Fuerza‐Par

Fuerza y par en ejes x y z

Cálculo del ZMPEstabilidad según criterio de Vukobratovic

Proporciona información muy limitada del contacto.

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Array táctil NormalMatriz de sensores.

Imagen del contacto.

Tipos:Capacitivos

Resistivos

Únicamente puede medir fuerzas normales

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Array táctil celdas de carga.Matriz de sensores

Fuerzas en 3 direcciones x y z.

Aplicación: Pieles artificiales.

Fuerza máxima aplicable: Decenas de Newton

1. Introducción.

2. Estado del arte.


4. Pruebas.

5. Conclusión.



Índice

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Descripción de la solución.

Sensores Hall MultiplexaciónAmplificaciónFiltrado

Microcontrolador PIC32

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ImánFerrita Neodimio Samario

B Débil B Fuerte B Fuerte

T max 80º T max 350º

Tendencia a la corrosión

Elevada resistencia mecánica

eje

9



Sensor Hall

12

3

1. Vcc.2. GND.3. Vout.

A‐1322‐LUASIPG=3.125mV/G

B[Gauss]

VHALL[V]

2.5

0-800 800

5

INMUNE AL ESTRÉS MECÁNICO

Dis

tanc

ia a

l pla

node

l im

án

Distancia al ejeDel imán

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Distribución de los sensores

x

y

P2P1

P3 P1=(0,0)

P2=(4.54,0)

P3=(2.27,4.57)

4.57

2.27 2.27

Triángulo isósceles. Eje del imán sobre el circuncentro.

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Estrategia de medida

H1

H2

H3

¿ ?Precalculadoen una tabla

B1

B2

B3

11



Estrategia de medida

11



Estrategia de medida•Planos bidimensionales.

1. Precalculados mediante Matlab, teniendo en cuenta:Dimensiones del imán.Posición del plano.

2. Guardados en una matriz en memoria del microcontrolador.

3. Aumentan el rendimiento.

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Electrónica, acondicionamiento

74HC4051N8 entradas 1 salida.

Total: 24 Entradas.3 Salidas.3 Líneas deselección

74HC4051N LM324Eliminar offset

B[Gauss]

VHALL[V]

2.5

0-800 800

5

2.966

149 B[Gauss]

VHALL[V]

0 800

5

0.466

149

LM324 LM324Aprovechar el fondo de escala del conversor.

B[Gauss]

VHALL[V]

0 800

5

0.466

149 B[Gauss]

VHALL

acondicionada[V]

3.1

0 240

5

149

LM324 RCRuidoAnti Alising

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Microcontrolador

80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz

Lectura analógica

Inicio

Cálculo

Envio de información

•Conversor A/D•10 bits 8 bits

calculo

fila=1

Busca B en fila

Calcula posicion y error

¿error<

Error_min?No

SíError_min=error

Posicion_ok=posicion

¿fila=

fila_max?No

Sí

fila ++

fin

¿ ?

13



Microcontrolador

80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz

Lectura analógica

Inicio

Cálculo

Envio de información

calculo

fila=1

Busca B en fila

Calcula posicion y error

¿error<

Error_min?No

SíError_min=error

Posicion_ok=posicion

¿fila=

fila_max?No

Sí

fila ++

fin

¿ ?

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Microcontrolador

µc

Tensión [V]

Mensaje

*Programa en Matlab

1.Gráfica con varias trazas.

2.Imán moviéndose por el espacio.

VIDEO

1. Introducción.

2. Estado del arte.


4. Pruebas.

5. Conclusión.



Índice

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Pruebas temporales

Tiempo

Lectura 47.7 µs

estabilización del filtro paso bajo

20 ms

Búsqueda 70.4 µs

Lectura + Búsqueda = 118 µs 8Khz

Lectura + Filtro + Búsqueda = 20 ms 50Hz

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Pruebas de funcionamientox

zy

x

y

z

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 3

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 30 50 100 150

-5

0

5

10

15

20

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

[s]1 2 3

0 50 100 150-5

0

5

10

15

20

[s]1 2 3

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

Dis

tanc

ia a

l orig

en d

e co

orde

nada

s. [m

m]

A) DESPLAZAMIENTO EN X B) DESPLAZAMIENTO EN Y

C) DESPLAZAMIENTO EN Z D) DESPLAZAMIENTO CONJUNTO EN XY

1. Introducción.

2. Estado del arte.


4. Pruebas.

5. Conclusión.



Índice

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Conclusión y trabajos futurosMejoras.

Diseño de sensor Hall.

Imán. Vs Bobinas.

Filtro.

Alimentación robusta.

Sensor para la medida de fuerzas en tres dimensiones.

•Pruebas.

•Comprobación.

•Funcionamiento correcto.


Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes

Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial

Gracias

Autor: Raúl Martín Delgado.Tutor: Carlos Pérez Martínez.Director: Santiago Martínez de la Casa Díaz.

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