41
1. INTRODUCCINDurante varios aos el hombre ha tenido una serie
de avances en el medio de la tecnologa con el fin de convivir con
actividades innovadoras y mejorar su estilo de vida, a ms de esto,
la tecnologa se ha desarrollado para economizar tiempo y recursos
haciendo que el hombre tenga mayor comodidad y facilite procesos.La
relacin que existe entre el ser humano y la tecnologa es un proceso
que ha ido evolucionando desde el origen del mismo, ya que desde
dcadas anteriores el hombre ha desarrollado maquinarias que lo
reemplacen en actividades rigurosas y largas, pero aun as la
tecnologa nunca va a logar controlar al ser humano, ya que lo
importante de esta relacin es que se desarrolla conjuntamente con
las necesidades del hombre.Todos estos desarrollos tecnolgicos ya
nombrados han ido incorporando nuevas ramas en la Ingeniera, por lo
que se desarroll la Ingeniera Mecatrnica,La ingeniera Mecatrnica es
una fusin de tres ingenieras: Mecnica, Electrnica y automatizacin,
lo cual permite que en una sola rea se pueda desarrollar
implementos y sistemas que se puedan disear, construir, realizar su
configuracin electrnica y finalmente estar encargado de su control.
El Snake robot es una muestra del avance de esta carrera ya que es
un mecanismo el cual se debe disear, controlar y automatizar de tal
manera que luzca y simule los movimientos que tiene una serpiente.
Esto se lo realizara con un diseo metlico fcil de manipular y con
un sistema basado en servomotores, que permitan que el robot se
mueva de acuerdo a lo que se requiera. As con este documento se
conocer todos los procesos que son necesarios para el desarrollo y
construccin de un mecanismo como el Snake Robot.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMALa Mecatrnica, como ingeniera es un
rea extensa y amplia que tiene como base actividades destinadas a
la construccin y el control de los distintos mecanismos que se van
desarrollando con relacin a las necesidades del hombre. En la
actualidad se ha podido observar como el mundo de la robtica ha ido
creciendo a pasos agigantados, que la mayora de las actividades
diarias del ser humano se basan en la misma, pero que muy pocas
personas conocen el significado y la relacin que se debe tener con
los robots y las maquinarias.El hecho de tener un mecanismo, en el
que solo se haya realizado la parte mecnica, no significa tener un
robot. Un robot constituye mucho ms que una construccin y
programacin del mismo. Realizar un mecanismo que se base en el rea
de la Mecatrnica es un proceso complejo, con el cual se quiere
demostrar la relacin que tiene el hombre con la tecnologa.Debido a
todas estas circunstancias, este proyecto que se realiz, Snake
Robot, es una forma de satisfacer las distintas dudas que se tiene
como estudiantes, las cuales son difciles de saciar con una
educacin mecnica. Mediante la prctica se quiere conocer la
verdadera relacin que existe entre el hombre y la mquina, que no es
cuestin de elaborar un sistema que realice una actividad destinada
a un objetivo especfico, sino ms bien es conocer como el hombre, ha
desarrollado su cerebro desde su origen para crear mecanismos tan
similares a las caractersticas que tiene el ser humano, pero nunca
ms que las que l tiene.Realizar un mecanismo como el Snake robot
que nos permita aprender nuevos procesos y nos lleve a entregar un
resultado que sea un pequeo avance en la Mecatrnica es lo que nos
plantea este proyecto como problema.3. JUSTIFICACINEl presente
proyecto se lo realiza con distintos fines los cuales se basan en
tres aspectos, los cuales son las partes que son necesarias para
armar un proyecto como este.Para armar un robot, se requiere de una
parte mecnica, la cual se la tiene que realizar con una serie de
procesos, por lo que en la parte mecnica, se ha elaborado este
proyecto ya que se quiere aprender a plasmar un diseo factible y
manipulable, que no genere problemas en la construccin y a ms de
eso que mediante los proyectos que se realicen, se logre aprender a
economizar recursos,Por otra parte se realiza este proyecto con el
fin de crecer en la parte electrnica, ya controlar un robot,
requiere que se realice una placa la cual contenga todos los
elementos que logren darle vida al robot, por lo que se hace este
proyecto con un segundo fin el cual es familiarizarse ms con lo
electrnico, conocer ms los elementos y tener conocimientos mucho ms
ampliados en la elaboracin de placas, para poder lograr placas ms
concisas y que realicen las mismas que se tiene como objetivos
realizar.Por ltimo tenemos otro motivo por el cual se est
realizando este proyecto, en el rea de sistematizacin. Para poder
concretar el proceso de elaboracin del robot, se tiene que terminar
con el rea de la programacin, la cual permite que el robot realice
lo que quiere el usuario; as con este proyecto se quiere obtener
nuevos conocimientos, que nos permitan como estudiantes controlar
un mecanismo de la manera ms fcil posible, que se disminuyan las
dificultades que se tenan anteriormente y que se aprendan nuevos
programas y lenguajes que permitan nuestro avance en la
programacin.Por estos motivos en conjunto, se quiere realizar este
proyecto, ya que permiten nuestro crecimiento en el nuestra rea,
que es la Ingeniera.
4. HIPTESISLa elaboracin del Snake Robot es un conjunto de
procesos sistematizados y organizados, los cuales al elaborarlos de
una forma adecuada permitirn un funcionamiento estructurado del
robot.Para llegar a resolver todas las dudas con las que se empez a
realizar el presente proyecto, se necesit de una investigacin
profunda sobre las estructuras bsicas en las que se fundamenta un
robot, las cuales abarcan de una parte mecnica, electrnica y
finalmente la automatizacin.Con el fin de obtener un resultado
satisfactorio y que cumpla con los objetivos propuestos se tuvo que
seguir una serie de pasos.Empezando por la parte mecnica, se pudo
obtener nuevos conocimientos para el diseo de una estructura; el
ensamblaje es un proceso algo complicado, pero es un proceso el
cual toma tiempo, y es el inicio donde se pueden observar los
errores que posiblemente se tendr cuando se termine de armar todo
el modelo previsto. En la parte electrnica, a diferencia de otras
ocasiones fue muy fcil realizar lo que se requera, pero aun as a
medida de la construccin del robot, se fue aprendiendo ms sobre la
elaboracin de una placa, que era algo nuevo y se pudo se pudo
llegar a tener los resultados esperado. La parte electrnica tambin
tiene que estar relacionada con lo mecnico ya que influyen en el
funcionamiento y del robot.Los movimientos del robot tienen que
estar coordinados con todo lo mecnico del robot, aqu se pudo
aprender a complementar un diseo a las rutinas que se requeran.Como
ltimo proceso se tiene la automatizacin, la cual es un proceso
matemtico que permite el equilibrio de las tres estructuras bsicas
del robot; si estos tres mbitos estn realmente complementados el
robot va a tener un correcto funcionamiento.Con la automatizacin se
logra que el robot realice los movimientos que se quiere, y todos
estos movimientos deben ser controlados, con una programacin que en
este semestre se logr simplificar con los conocimientos aprendidos
durante el mismo.5. SISTEMATIZACINLa sistematizacin del proyecto
consisti en una de las partes ms largas del mismo, ya que esta debe
estar adecuada a las estructuras mecnica y electrnica, por lo que
sistematizar el Snake Robot fue un proceso que se lo tuvo que hacer
minuciosamente pero que con los conocimientos aprendidos
previamente no existi mayor dificultad.En este caso, se opt por
realizar la programacin en la plataforma del Arduino UNO, ya que
debido al tiempo que se tuvo, era un tanto complicado realizar la
automatizacin en un programa de lenguaje C, ya que requeramos de un
periodo grande de investigacin que se iba a hacer un poco
complejo.As con la plataforma de Arduino se logr obtener todas las
rutinas que la serpiente iba a realizar. Esto se lo consigui
estableciendo los ngulos en los que se iban a desplazar cada una de
las partes.Para esto se tuvo que sincronizar los movimientos y
desplazamientos, de tal forma que el robot empiece a tener las
rutinas y pasos adecuados para que simule los movimientos de una
serpiente real, en este caso se hicieron grupos de servos los
cuales tienen que funcionar conjuntamente.Bsicamente el robot fue
sistematizado de una forma sencilla, y con la cual se pudo obtener
todo lo que se solicitaba para que el robot realice todas las
rutinas de forma repetitiva, se hizo el uso de un sensor el cual
igualmente se program y control en la plataforma de Arduino UNO.6.
OBJETIVOS1. 2. 3. 4. 5. 6. 6.1. OBJETIVO GENERAL
Disear elaborar y construir un mecanismo que simule los
movimientos de una serpiente.
6.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS Aprender a manejar y programar micro
controladores. Realizar un diseo adecuado para el mecanismo.
Aprender a manejar un sensor ultrasnico HC-RS04. Elaborar un
informe y un paper tcnico del proyecto. Elaborar manuales de
usuario, mantenimiento y de operacin.
7. MARCO TERICO 7.1. MARCO CONCEPTUALCAPTULO 1. DISPOSITIVOS
ELECTRNICOS1.1 Arduino UnoArduino Uno mostrado en el anexo 1, es
una placa electrnica basada en el ATmega328p. Cuenta con 14 pines
de entrada / salida digitales (de las cuales 6 se puede utilizar
como salidas PWM), 6 entradas analgicas, un resonador cermico de 16
MHz, una conexin USB, un conector de alimentacin, una cabecera
ICSP, y un botn de reinicio. Contiene todo lo necesario para
soportar el micro controlador, basta con conectarlo a un ordenador
con un cable USB o el poder con un adaptador de AC a DC o batera
para inicializar. 1.1.1 CaractersticasTabla 1. Caractersticas de
Arduino UnoFuente: Arduino,
http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUnoMicro
controladorATmega328
Voltaje de funcionamiento5V
Voltaje de entrada (recomendado)7-12V
Voltaje de entrada (limite)6-20V
Pines de entrada/salida digitales14 (de los cuales 6
proporcionan salida PWM)
Pines de entrada analgica6
Corriente por entrada DC / salida40 mA.
Corriente DC por Pin 3.3V50 mA.
Memoria32 KB (ATmega328) de los cuales 0,5 KB utilizado por
gestor de arranque
SRAM2 KB (ATmega328)
EEPROM1 KB (ATmega328)
Velocidad del reloj16 MHz
1.1.2 PoderEl Uno Arduino puede ser alimentado a travs de la
conexin USB o con una fuente de alimentacin externa. La fuente de
alimentacin se selecciona automticamente. La placa puede operar en
un suministro externo de 6 a 20 voltios. Si se utiliza ms de 12V,
el regulador de voltaje se puede sobrecalentar y daar la placa. El
rango recomendado es de 7 a 12 voltios. Los pines de alimentacin
son como los siguientes: VIN. Cuando se utiliza una fuente de
alimentacin externa (en lugar de 5 voltios de la conexin USB o de
otra fuente de alimentacin regulada). 5V. Este pin provee 5V
regulado por el regulador en el tablero. Se puede suministrar
corriente a la placa ya sea a partir de la entrada de alimentacin
(7 - 12V. el conector USB (5V), o el pasador de VIN de la placa
(7-12V). El suministro de tensin a travs de los pines de 5V o 3.3V
no pasa por el regulador, y puede daar la placa. 3V. Una tensin de
alimentacin 3,3v generado por el regulador de la placa. Su consumo
de corriente mxima es de 50 mA.GND. Pines de tierra.
1.1.3 Memoria El ATmega328 tiene 32 KB (con 0,5 KB utilizado
para el gestor de arranque). Tambin tiene 2 KB de
[footnoteRef:1]SRAM (Memoria Esttica de Acceso Aleatorio) y 1 KB de
memoria [footnoteRef:2]EEPROM (Memoria programable borrable de solo
lectura). [1: SRAM: Estas memorias son de Acceso Aleatorio, lo que
significa que las posiciones en la memoria pueden ser escritas o
ledas en cualquier orden, independientemente de cual fuera la ltima
posicin de memoria accedida] [2: EEPROM: puede ser borrada y
programada con impulsos elctricos. Al ser una pieza que se puede
gestionar por estos impulsos elctricos, podemos realizar todas
estas operaciones de reprogramacin sin tener que desconectarla de
la placa a la cual va conectada.]
1.1.4 Programacin Se puede programar con el software Arduino. El
ATmega328 en la Arduino Uno viene instalado con un
[footnoteRef:3]gestor de arranque que le permite cargar nuevo cdigo
a la misma sin el uso de un programador de hardware externo. [3:
Gestor de arranque (bootloader): es un programa sencillo que no
tiene la totalidad de las funcionalidades de un sistema operativo,
y que est diseado exclusivamente para preparar todo lo que necesita
el sistema operativo para funcionar]
Tambin puede pasar por alto el gestor de arranque y programar el
micro controlador a travs del [footnoteRef:4]ICSP. [4: ICSP: sirve
para programar el Gestor de arranque o bootloader del
MicrocontroladorATmega y as poder cargar los programas que creemos
en el IDE directamente en el microcontrolador sin tener que
necesitar Programadores externos]
Arduino Uno tiene un poli fusible reseteable que protege los
puertos USB del ordenador de cortocircuitos y sobrecarga elctrica.
Aunque la mayora de las computadoras ofrecen su proteccin interna,
el fusible proporciona una capa adicional de proteccin. Si ms de
500 mA.se aplica al puerto USB, el fusible automticamente rompe la
conexin hasta que el cortocircuito o sobrecarga es retirado. 1.2
Sensor UltrasnicoLos sensores ultrasnicos son interruptores
electrnicos que trabajan sin contacto. En los sensores ultrasnicos
bidireccionales se aprovecha el efecto de rebote del sonido que se
da en respuesta a la presencia de un objeto, segn el tiempo que el
pulso snico se demora en ir y regresar se puede determinar la
distancia entre el sensor y el objeto. Normalmente los sensores
ultrasnicos se emplean bajo presin atmosfrica.El medio donde se
emplea el sensor infiere significativamente ya que el sonido puede
ser desviado por corrientes de viento, ya que este transporta
sonido o ruido tambin. El ngulo efectivo de sensado determina desde
que rango el objeto ser reconocido por el dispositivo, la zona que
no est dentro del rango se denomina zona ciega. La zona ciega en
longitud vara dependiendo del sensor.
1.2.1 Inferencia del medioTabla 4. Inferencia del medio en
sensado.Fuente: Universidad Politcnica de Valencia, Estudio de la
influencia de ultrasonidos,
http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/27981/TFM%20DAVID%20OLUCHA%20MORENO..pdf?sequence=1TemperaturaLa
velocidad de la onda de sonido disminuye con el aumento de
temperatura.
PresinLa velocidad de la onda de sonido disminuye a medida que
la presin atmosfrica aumenta. La velocidad disminuye un 3.6% entre
el nivel del mar y 3 km por encima del mismo.
HumedadLa onda de sonido aumenta a medida que la humedad
aumenta. Esto podra causar que el objetivo aparezca ms cercano
cuando se usan sensores ultrasnicos.
Corrientes de aireLa velocidad del viento mayor a 50 km/h puede
afectar el clculo
PrecipitacinSensores ultrasnicos no son afectados por lluvia
normal o nieve, pero el transductor debe mantenerse seco.
GasErrores en la medida ocurren cuando se usan gases aparte de
la atmosfera
1.2.2 Sensor Ultrasnico HC-RS04En la anexo 3 se muestra el
sensor ultrasnico HC-RS04.Caractersticas:
Tabla 3. Caractersticas del sensor HC-RS04Alimentacin5V
ngulo de sensado15
Rango de distancia2 a 500 cm
Nmero de Pines4 (VCC,TRIG,ECHO,GND)
El comportamiento de la onda emitida por el sensor es mostrado
en el anexo 4. El sensor de distancia ultrasnico HCSR04 tiene la
capacidad de sensar la distancia por medio de la diferencia en
tiempo entre la transmisin y recepcin de una serie de pulsos que el
modulo enva y captura. Este sensor es capaz de sensar fielmente
distancias de entre 2cm y 400cm de manera no invasiva o sin
contacto. El funcionamiento bsico del sensor es el siguiente:El
mdulo recibe un pulso de entrada para de por lo menos 10 uS.de
duracin.Una vez recibido el pulso de entrada en el trigger, el
mdulo enva ocho pulsos a una frecuencia de 40 KHz y espera a que
regresen esos pulsos para sensarlos.Cuando el mdulo lee todos los
pulsos este convierte la diferencia de tiempo en un pulso de salida
que tiene un ancho de pulso determinado, el cual est en funcin del
tiempo en que los pulsos fueron transmitidos y recibidos los cuales
estn en funcin de la distancia.El siguiente pulso puede ser
transmitido una vez que el eco se ha dispersado. Este periodo de
tiempo es llamado ciclo. El ciclo recomendado no debe ser menor a
50 ms.
Figura 1: Comportamiento de onda.Fuente:
http://my.opera.com/fultontech/blog/2011/04/28/sensor-ultrasonico-hc-sr04
1.3 Regulador 78067806 es un circuito integrado regulador de
tensin. Es un miembro de la serie 78xx de reguladores de voltaje
con circuitos integrados lineales fijos. La fuente de voltaje en un
circuito puede tener fluctuaciones y no dara a la salida de tensin
fija. El regulador de voltaje IC mantiene la tensin de salida en un
valor constante. El xx en 78xx indica la tensin de salida fija que
est diseado para proporcionar. 7806 proporcionar 6 V regulados
condensadores de la fuente de energa de los valores adecuados se
pueden conectar a los pines de entrada y de salida dependiendo de
los respectivos niveles de tensin. Para la siguiente tabla ver el
anexo 7 para numeracin de pines.Tabla 4: Descripcin de pinesFuente:
Engineering Garage,
http://www.engineersgarage.com/electronic-components/7806-icNo. De
pinFuncinConfiguracin
1Voltaje de Entrada (5v-18v)Entrada
2Tierra (0v)Tierra
3Voltaje Regulado (5.75v-6.25v)Salida
Figura 2: Comportamiento de un regulador similarFuente:
http://perso.wanadoo.es/jalons3/curso/2elec/1elecompo.htm
1.4 Batera Li Po
Las bateras LiPo son celdas conectadas en series para as poder
sumar sus voltajes parciales, cada celda tiene un voltaje de 3,7v y
conectadas en serie obtenemos ms voltaje.1.4.1 Caractersticas
GeneralesLas bateras LiPo tienen grabadas las especificaciones como
su voltaje total, y la corriente hora. Si se desea reducir el
amperaje se puede reducir el tiempo de autonoma, estas son dos
magnitudes inversamente proporcionales.Son bateras recargables, es
importante respetar los tiempos de carga y descarga, no se las debe
descargar a menos de 3V.Para cargar la batera es recomendable
hacerlo a 1C, la vida de la batera se alargar
considerablementeAdems la unidad C nos indica la descarga mxima, es
decir que si la batera tiene 20c, la descarga mxima de la batera es
de C*A (Anexo 11)
CAPITULO 2. DISPOSITIVOS MECNICOS2.1 ServomotoresUn Servo es un
dispositivo pequeo que tiene un eje de rendimiento controlado. Este
puede ser llevado a posiciones angulares especficas al enviar una
seal codificada. Con tal de que una seal codificada exista en la
lnea de entrada, el servo mantendr la posicin angular del
engranaje. Cuando la seal codificada cambia, la posicin angular de
los piones tambin cambiar. En la prctica, se usan servos para
posicionar superficies de control como el movimiento de palancas,
pequeos ascensores, etc.Los servos son sumamente tiles en robtica,
debido a que son motores pequeos, los cuales tienen internamente
una circuitera de control interna y es sumamente poderoso para su
tamao.
Para conocer el funcionamiento de este dispositivo debemos saber
que tiene un motor el cual tiene algunos circuitos de control y un
potencimetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje
central del servo motor. Este potencimetro permite a la circuitera
de control, supervisar el ngulo actual del servo motor. Si el eje
est en el ngulo correcto, entonces el motor est apagado. Si el
circuito chequea que el ngulo no es el correcto, el motor girar en
la direccin adecuada hasta llegar al ngulo correcto. El eje del
servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente,
en algunos llega a los 210 grados, pero vara segn el fabricante. Un
servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0
y 180 grados. El servo no es mecnicamente capaz de retornar a su
lugar, si hay un mayor peso que el sugerido por las
especificaciones del fabricante. La cantidad de voltaje aplicado al
motor es proporcional a la distancia que ste necesita viajar. As,
si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresar
a toda velocidad. Si este necesita regresar slo una pequea
cantidad, el motor correr a una velocidad ms lenta. A esto se le
llama control proporcional.
Figura 3: Comportamiento de onda de un sensorFuente:
http://www.dwengo.org/node/237
2.1.1 Caractersticas generales
Estos servos tienen un amplificador, servo motor, pioneara de
reduccin y un potencimetro de realimentacin; todo incorporado en el
mismo conjunto.
Es un servo de posicin (lo cual significa que uno indica a qu
posicin debe ir), con un rango de aproximadamente 180 grados.
Tiene tres cables de conexin elctrica; Vcc, GND, y entrada de
control. (Anexo8)
Existe una gran variedad de servomotores, los cuales son
elegidos de acuerdo al peso que levanten, su tamao, sus engranajes,
etc. pero el presente proyecto los se utiliz dos tipos de servos
los cuales sern especificados a continuacin.
2.1.2 Servomotor HD-6001HB
2.1.2.1 Caractersticas generales
El 6001HB es un servo estndar analgico de potencia de alta
definicin que realiza gran cantidad de esfuerzo de torsin sin
sacrificar la velocidad.Dos rodamientos de bolas ayudan a reducir
la friccin y mejorar el rendimiento. Funciona con un voltaje de
clave de 6 V, a diferencia de los dems servomotores que pueden
funcionar con 5V. (Anexo 9).Tabla 5: Caractersticas bsica del servo
HD-6001HBFuente: Brigo Geek,
http://www.bricogeek.com/shop/251-servo-power-hd-6001hb.htmlMODULACIN:ANALGICA
Torque:7.2V:7.2 oz-in(0,52 kg-cm)
Velocidad:6.0V:0,14 sec/60
Peso:1.52 oz(43,0 g)
Dimensiones:Largo:1,65 en(41,9 mm)
Ancho:0,81 en(20,6 mm)
Altura:1,56 en(39,6 mm)
Gear type:Plstico
Rotacin / soporte:Rodamientos de doble
2.1.3 Servo motor HS-645
2.1.3.1 Caractersticas generalesTabla 6: Caractersticas bsicas
del MS-645Fuente:
http://radiocontrolledshop.ie/hi-tec-servos-hitec-rc-servo/3621-2214270-hs645mg-hi-tec-ultra-torque-8kg-all-metal-gear-servo-669962320436.htmlModulacin:Analgica
Torque:4.8V:106.9 oz-in(7,70 kg-cm)6.0V:133.3 oz-in(9,60
kg-cm)
Velocidad:4.8V:0,24 sec/60 6.0V:0,20 sec/60
Peso:1.95 oz(55,2 g)
Dimensiones:Largo:1,59 en(40,4 mm)
Ancho:0,77 en(19,6 mm)
Altura:1,48 en(37,6 mm)
Tipo de motor:De 3 polos
Gear Type:Metal
Rotacin / Soporte:Rodamientos de doble
7.2 MARCO METODOLGICOCAPITULO 3. PROCESO DE CONSTRUCCIN3.1
ESTRUCTURA MECNICAEl aluminio puede ser fuerte, ligero, dctil y
maleable. Es un excelente conductor del calor y de la electricidad,
No se altera en contacto con elaireni se descompone en presencia
deagua, debido a que su superficie queda recubierta por una fina
capa de xido que lo protege del medio.Para la estructura mecnica se
decidi utilizar aluminio de 0,5 mm de grosor(anexo 12), con el fin
de economizar recursos y que se puedan cortar las piezas y
manipularlas de una manera ms rpida y fcil, y que si al cometer
algn error se lo pueda solucionar eficazmente.El diseo de la
estructura mecnica se lo desarroll en Auto CAD, debi a los
conocimientos que se tenan previamente y por la facilidad de diseo
en el mismo. (Planos Mecnicos)
3.2 ESTRUCTURA ELECTRNICA
Al realizar un proyecto de este tipo es necesario establecer una
metodologa la cual se siga para facilitar su elaboracin. En este
caso al ser un proyecto terico y prctico, se ha seguido un mtodo
experimental, debido a que nos permite realizar investigaciones
sobre las distintas herramientas que necesitamos y porque es un
mtodo que no permite realizar pruebas y comprobaciones para el
funcionamiento del robot.
3.2.1 Construccin del Circuito electrnicoPara empezar a disear
el circuito se tuvo que establecer todas las herramientas y
mecanismos que se iban a utilizar para el funcionamiento del robot.
Al conocer el nmero de servos se pudo proceder a formar el
circuito.En este caso se decidi usar 5 servos que permitan el
control de los dos tipos de movimientos que iba a tener la
serpiente. Los servomotores HD-6001 que dos de ellos estn en el
cuerpo de la serpiente, son servos que trabajan con 6 voltios, por
lo que un dato a tomar en cuenta es que se tuvo que mandar 6
voltios a todos lo servos que formaban el robot, para que puedan
trabajar eficazmente.Con estos previos datos se puede proceder a
conocer la construccin del circuito electrnico que se utiliz en el
Snake Robot.Se arm un circuito de regulacin el cual consista en:Un
regulador 7806, para todos los servos, el cual cumple la funcin de
mandar bajar el voltaje de la batera a 6 voltios para que todos los
servos puedan trabajar conjuntamente.Para el inicio del proceso
tenemos que tener en cuenta que hay tres grupos en los que se
encuentran divididos los servos.El primer grupo:En este grupo se
encuentran 2 servos los cuales trabajan simultneamente, y son los
que permiten los movimientos verticales de la serpiente.El segundo
grupo:Este grupo est formado nicamente por un servo; el cual es el
servo central y facilita los movimientos verticales.
Tercer grupo:Finalmente se encuentra un grupo formado igualmente
por dos servos los cuales permiten los movimientos horizontales de
la serpiente.As con esta especificacin se puede conocer que en el
circuito los 5 servos van conectados a un sensor ultrasnico, el
cual es el que genera las rutinas que se requieren.Los servos van
estn conectados en paralelo y los tres grupos nombrados funcionan
de acuerdo a la programacin que se explicar posteriormente.
3.2.2 Construccin de la Placa ElectrnicaConociendo el circuito
electrnico que se explic anteriormente se puede proceder a
construir la placa electrnica, para as determinar las distintas
conexiones que se tienen previstas para obtener el paso de
corriente y voltaje necesario para que el mecanismo funcione
correctamente, sin producir daos en los dispositivos
utilizados.
Para construir la placa electrnica se debe tener los materiales
necesarios, los cuales son:El circuito elaborado en un protoboard,
y haberlo probado anteriormente.Tener papel fotogrfico y baquelitas
para poder traspasar el circuito.Al estar seguro del circuito que
se tena en el protoboard, se debe realizar la pista digitalmente
para luego poder imprimirla.
En este caso se decidi usar la plataforma de Arduino UNO para la
programacin por lo que la placa electrnica consiste en utilizar un
cristal 16MHZ, dos capacitores de 22 pF en paralelo, el
microprocesador ATMEGA328p y finalmente todo esto se va
direccionado al sensor HC_SR04.
3.3 AUTOMATIZACIN
La programacin del robot, es lo controla todas las rutinas y
movimientos que realizarn los dispositivos mecnicos, en este caso
se utiliz la plataforma del Arduino UNO para lograr programar todos
los servos y el sensor que se tenan previstos utilizar.Para poder
lograr realizar una programacin, es necesario establecer desde que
regin se va a empezar la programacin para que un proceso lleve al
otro.En este caso para el Snake Robot se realizaron tres regiones,
y para poder proseguir con la programacin se tuvo que establecer
las posiciones angulares que iba a tener cada servo en cada
regin.As para el primer grupo, el cual es el encargado del
movimiento vertical, se tienen dos servos que estn actuando
simultneamente que van alrededor de los 0 y 60 con el fin de que la
serpiente se mueva de arriba hacia abajo.Como segundo grupo, se
tiene al rea central, el cual tiene nicamente un servo y es el que
acta como eje para los movimientos de atrs y delante de la
serpiente.Finalmente se program el tercer grupo, que es el
encargado de los movimientos horizontales, estos dos servos van
igualmente de los 0 a los 60 y permiten que la serpiente se mueva
de derecha a izquierda.
8. MARCO LGICO8.1 Anlisis de
InvolucradosINVOLUCRADOSINTERESESCOMO VEN EL
TEMARECURSOSINTERVENCCIN
UniversidadRealizar un proyecto que cumpla con los objetivos
propuestosUn proyecto el cual ayude a los estudiantes a superar
retos y obtener nuevos conocimientosLaboratorios, fuentes de
investigacin y elementos que sean necesarios para la realizacin del
proyecto.
Brindando el espacio, los instrumentos y las tutoras que sean
necesarias para el estudiante
ProfesoresMediante la elaboracin del proyecto, involucrarse ms
con los nuevos y diferentes temas.Un proyecto que ayuda al
estudiante a ser ms responsable y capaz de aprender por s
mismo.Informacin y tutoras que proporcionen a los estudiantes los
conocimientos necesarios.
Proporcionando la ayuda y el tiempo necesario que requiera el
estudiante.
EstudiantesCrecer en el mbito acadmico, obteniendo nuevos
conocimientos y alcanzar los objetivos propuestos.Una forma de
aprendizaje que nos promueve en la investigacin y en ser ms
perseverantes en las actividades que se realiza.La investigacin, el
dinero y los materiales que sea necesarios para que el proyecto
resulte como se esperaba.
Participar en todas las actividades de planificacin,
investigacin, diseo y construccin del proyecto.
8.2 rbol de ProblemasSistemas y creaciones limitadas en el
desarrollo de la tecnologa.
Pocos profesionales que se dediquen al desarrollo tecnolgico en
el pasFalta de inversin econmica en este tipo de proyectos.Poco
desarrollo tecnolgico en el campo de la Mecatrnica en el pas.Pocos
mecanismos que puedan ingresar a lugares de dimensiones minsculas
con los movimientos que simula este robot.
3.1 CAPTULO 6
FALTA DE MECANISMOS QUE SIMULEN MOVIMIENTOS DE UNA
SERPIENTE.
Falta de conocimientos en este tipo de ingeniera.
8.3 rbol de Objetivosrbol de objetivosMs investigacin dentro de
este campo.Mayor apoyo del gobierno e inversin en estos
proyectos.IMPLEMENTACION DE MECANISMOS QUE SIMULEN A UNA
SERPIENTEAumentar considerablemente el desarrollo tecnolgico
Mediante la creacin de este tipo de mecanismos logramos
implementar el desarrollo de la investigacin en el pas, debido a la
facilidad para acceder a lugares con espacios limitados
Implementar el desarrollo tecnolgico dentro de este mbito de la
robtica en el pas.
Mayor nmero de personas especializadas en este campo de
investigacin
8.4 Anlisis de EstrategiasPara el aumento de la investigacin en
este campo dentro del pas se requiere: Ms implementacin de este
tipo de proyectos especializados en las universidades. Mayor
propaganda por parte del gobierno en el pas Mayor inversin y mejor
oferta hacia este tipo de proyectos en nuestro pas.
Para un mayor apoyo por parte del gobierno hacia estos
proyectos: Demostracin de la viabilidad de este tipo de proyectos
Implementacin dentro de las universidades para el desarrollo de los
mismos. Importacin de personal extranjero que tenga suficiencia de
conocimiento en el tema
Para incrementar el nmero de personas especializadas en el tema:
Demostrar que nuestro pas est en las completas capacidades de
mejorar dentro de este campo de la investigacin. Promocionar a
nivel internacional los proyectos y creaciones de las universidades
en el pas
8.5 Matriz del marco lgicoCAUSA / EFECTOResumen
NarrativoIndicadoresMedios de VerificacinSupuestos
*Experimentar *Adquirir el conocimiento*Los resultados de
nuestro robot han sido satisfactorios*Con nuestro proyecto habremos
acertado un 85% de los objetivos propuestos*Hemos tenido
innumerable cantidad de fallas en la elaboracin del proyecto, todas
fueron reparadas
*Resolver los ejercicios *Comentar resultados y opiniones*El
robot logro simular al 80% los movimientos sinusoidales de una
serpiente*Hemos realizado una exposicin hacia expertos en el tema,
que han cuestionado su funcionamiento*No se han generado un gran
nmero de dudas, debido a la exposicin del proyecto
*Visualizar las fallas en los movimientos de la serpiente
*Tratar de mitigaros*Hemos obtenido alrededor de 5 videos que
demuestran su funcionamiento*Aun no obtenemos otras visitas
oficiales por parte de alumnos debido a la etapa en la que nos
encontramos*An no tenemos visitas por parte de personas externas a
nuestro proyecto
*Comprar los materiales *Construir y programar el robot*Hemos
asistido hacia alrededor de unas 5 personas altamente
especializadas en el tema*An no tenemos vistas, ni comentarios
hacia nuestro proyecto*An no tenemos visitas por parte de personas
externas a nuestro proyecto
CAPTULO 4. Conclusiones y Recomendaciones4.1 ConclusionesCon
este proyecto se puede concluir que el elaborar este robot no es
cuestin de solo armarlo, sino que es una forma de vincularnos y
compenetrarnos con la Mecatrnica de una forma prctica conociendo lo
que verdaderamente es la relacin del hombre con la tecnologa.
Se concluye que este proyecto necesita de tres estructuras
bsicas las cuales deben complementarse a medida que el robot va
tomando forma y que va avanzando.
En conclusin este es un proyecto el cual toma de tiempo, pero
que deja resultados muy complacientes. Nos permite tener ms
conocimientos sobre la parte mecnica, electrnica y la automatizacin
de un producto; para as darnos cuenta que la tecnologa crece de
acuerdo a las necesidades y ambiciones del hombre.4.2
RecomendacionesSe recomienda investigar sobre todos los
dispositivos que se van a utilizar en el proceso, para tener un
buen conocimiento de su funcionamiento y caractersticas.
Se recomienda hacer varias pruebas mientras se realiza el
proyecto ya que as se va a garantizar el funcionamiento del
robot.
Es recomendable dedicar todo el tiempo posible a este proyecto
ya que es un proceso el cual necesita de varios meses de trabajo,
para que no exista ningn problema y se obtengan los resultados
previstos.
9. BIBLIOGRAFA Turnigy 2S/3S Lithium Polymer Battery Charger
User Manual. Online.
http://www.dpcav.com/data_sheets/Turnigy_Charger_2S3S.pdf
(2011)Brico Geek. Online
.http://bricogeek.com/noticias/modelismo/todo-sobre-las-baterias-lipo/
(2011) Proyecto Arduino. Online.
http://proyectoarduino.wordpress.com/%C2%BFque-es-arduino/ (2011)
Todorobot. Online.
http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.pdf (2011)
Todorobot. Online.
http://www.todorobot.com.ar/documentos/servomotor.pdf (2012) Direct
Industry. Online.
http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/sensor-distancia-60954.html
(2011) Electrnica prctica.
Online.http://www.uco.es/~p62fugoj/circuito.htm Hitek [Online]
https://www.sparkfun.com/products/9261 [Online]
http://panamahitek.com/2013/02/19/hc-sr04-sensor-ultrasonico-para-arduino/
Williams K, Amphibionics Build your own reptilian robot,
McGraw-Hill, Pgs:117-189. Build your own snake robot.
10. ANEXOSAnexo 1. Muestra de una placa Arduino UnoFuente:
Arduino, http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno
Anexo 2: Zona CiegaFuente: Microsonic, Zonas de deteccin,
http://www.microsonic.de/es/Interesting-facts/Detection-zones.htm
Anexo 3. Sensor Ultrasnico HC-RS04Fuente: Campos Inventrnica,
http://campos-inventronica.blogspot.com/2012/04/como-usar-sensor-ultrasonico-hc-sr04.html
Anexo 4: Comportamiento de las ondas de sonidoFuente: Bitacora
sonora,
http://bitacorasonora.org/2012/11/21/acustica-de-espacios-1/
Anexo 5. Dimensionamiento del sensor y muestra de
funcionamiento.Fuente: Robtica fcil,
http://www.superrobotica.com/s320122.htm
Anexo 6: Lminas de AluminioFuente: Water Treatment Solutions,
Aluminio, http://www.lenntech.es/periodica/elementos/al.htm
Anexo 7: Regulador de voltaje 7806Fuente: Engineering Garage,
http://www.engineersgarage.com/electronic-components/7806-ic
Anexo 8: Cables de conexin de los ServomotoresFuente: El
servomotor,
http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm
Anexo 9: Servmotor HD-6001HBFuente: Brigo Geek,
http://www.bricogeek.com/shop/251-servo-power-hd-6001hb.html
Anexo 10: Servomotor HS-645Fuente:
http://radiocontrolledshop.ie/hi-tec-servos-hitec-rc-servo/3621-2214270-hs645mg-hi-tec-ultra-torque-8kg-all-metal-gear-servo-669962320436.html
Anexo 11: Batera de Lipo de 7.4vFuente:
http://aeroescolinha.blogspot.com/2011/01/baterias-de-lithium-polymero-li-po.html
Cdigo fuente. (PROGRAMACIN)-#include#define trigPin 12#define
echoPin 13Servo servo1;Servo servo2;Servo servo3;Servo servo4;Servo
servo5;int pos=20;
void setup(){ servo1.attach(9); servo2.attach(10);
servo3.attach(11); servo4.attach(5); servo5.attach(6);
servo2.write(40); servo1.write(40); servo3.write(40);
servo4.write(pos); servo5.write(pos); Serial.begin(9600);
pinMode(trigPin, OUTPUT); pinMode(echoPin, INPUT); }void loop(){
servo1.write(0); servo2.write(80); servo3.write(0);
servo4.write(pos); servo5.write(pos); delay(1000);
servo1.write(80); servo2.write(0); servo3.write(80);
servo4.write(pos); servo5.write(pos); int duration, distance;
digitalWrite(trigPin, HIGH); delayMicroseconds(1000);
digitalWrite(trigPin, LOW); duration = pulseIn(echoPin, HIGH);
distance = (duration/2) / 29.1; Serial.print(distance);
Serial.println(" cm"); if (distance