PERFIL DE TESIS
ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA PERFIL PROYECTO DE GRADO DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE ASISTENCIA A LA CONDUCCIÓN PARA VEHÍCULOS DE TRANSMISIÓN MANUAL A FIN DE ASISTIR A PERSONAS DISCAPACITADAS CON MOVILIDAD REDUCIDA EN AMBAS PIERNAS. RESPONSABLES:
_________________ _________________
_________________ _________________
Veloz Vargas Jhonny
Pérez Mejía Mauricio Germán
Quito, 29/09/2012 SANGOLQUÍ – ECUADOR 0
PERFIL DE TESIS 1. INDICE 1.1. CONTENIDO Contenido
1.
INDICE............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 1
1.1.
CONTENIDO .............................................................................. .............................................................................................................. ................................ 1
1.2.
INDICE DE FIGURAS ................................................................................................ ................................................................................................ 2
1.3.
INDICE DE TABLAS ............................................................................... .................................................................................................. ................... 2
2.
TÍTULO DEL PROYECTO.......................................................................... ............................................................................................. ................... 3
3.
DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO..............................................................3 3.1.
FECHA DE PRESENTACIÓN ......................................................................................... 5
Septiembre 2012 ......................................................................................................................... 5
4.
3.2.
RESPONSABLES DEL PROYECTO .............................................................................. 5
3.3.
COLABORADORES PROFESIONALES ................................................................ ....... 5
3.4.
ÁREA DEL TEMA ....................................................... ...................................................... 5
3.5.
LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA..................................................................................... 5
3.6.
DURACIÓN DEL PROYECTO .................................................... .................................... 6
DEFINICIÓN DEL PROYECTO .................................................................................... .................................................................................... 6 4.1.
ANTECEDENTES.................................................................................... .......................... 6
4.2.
MARCO INSTITUCIONAL ................................................. ............................................. 8
4.3.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.................................................... ........................10
4.4.
ÁREA DE INFLUENCIA......................................................................... ........................11
4.5.
ALCANCE DEL PROYECTO ....................................................... ..................................11
4.5.1. OBJETIVO GENERAL GENERAL .......................................................................................................................... 12 4.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................ 12 4.5.3. PERSPECTIVA DEL PROBLEMA PROBLEMA ................................................................................................... 12 4.5.4. SISTEMA MECANICO MECANICO .......................................................................................................................... 14 4.5.5. SISTEMA ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO........................ ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO..................................... .......................... ............................ .......................... ........... 19 4.5.6. SISTEMA DE CONTROL CONTROL .................................................................................................................... 20 4.5.7. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN. .......................... SIMULACIÓN. .......................... 24
4.6.
METODOLOGÍA .............................................................................................................25
5.
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... ........................................................................................................... 26
6.
REFERENCIAS ............................................................................................................ 26
7. ANEXOS.............................................................................. ........................................................................................................................ .......................................... 27 7.1.
PROPUESTA DE INDICE .............................................................................................27
7.2.
CRONOGRAMA DEL PROYECTO. .............................................................................31
7.3.
PRESUPUESTO REFERENCIAL. ................................................................................32
7.4.
CARTA ..............................................................................................................................33
1
PERFIL DE TESIS 1. INDICE 1.1. CONTENIDO Contenido
1.
INDICE............................................................................................................................. ............................................................................................................................. 1
1.1.
CONTENIDO .............................................................................. .............................................................................................................. ................................ 1
1.2.
INDICE DE FIGURAS ................................................................................................ ................................................................................................ 2
1.3.
INDICE DE TABLAS ............................................................................... .................................................................................................. ................... 2
2.
TÍTULO DEL PROYECTO.......................................................................... ............................................................................................. ................... 3
3.
DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO..............................................................3 3.1.
FECHA DE PRESENTACIÓN ......................................................................................... 5
Septiembre 2012 ......................................................................................................................... 5
4.
3.2.
RESPONSABLES DEL PROYECTO .............................................................................. 5
3.3.
COLABORADORES PROFESIONALES ................................................................ ....... 5
3.4.
ÁREA DEL TEMA ....................................................... ...................................................... 5
3.5.
LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA..................................................................................... 5
3.6.
DURACIÓN DEL PROYECTO .................................................... .................................... 6
DEFINICIÓN DEL PROYECTO .................................................................................... .................................................................................... 6 4.1.
ANTECEDENTES.................................................................................... .......................... 6
4.2.
MARCO INSTITUCIONAL ................................................. ............................................. 8
4.3.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA.................................................... ........................10
4.4.
ÁREA DE INFLUENCIA......................................................................... ........................11
4.5.
ALCANCE DEL PROYECTO ....................................................... ..................................11
4.5.1. OBJETIVO GENERAL GENERAL .......................................................................................................................... 12 4.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESPECÍFICOS ................................................................................................................ 12 4.5.3. PERSPECTIVA DEL PROBLEMA PROBLEMA ................................................................................................... 12 4.5.4. SISTEMA MECANICO MECANICO .......................................................................................................................... 14 4.5.5. SISTEMA ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO........................ ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO..................................... .......................... ............................ .......................... ........... 19 4.5.6. SISTEMA DE CONTROL CONTROL .................................................................................................................... 20 4.5.7. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN. .......................... SIMULACIÓN. .......................... 24
4.6.
METODOLOGÍA .............................................................................................................25
5.
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... ........................................................................................................... 26
6.
REFERENCIAS ............................................................................................................ 26
7. ANEXOS.............................................................................. ........................................................................................................................ .......................................... 27 7.1.
PROPUESTA DE INDICE .............................................................................................27
7.2.
CRONOGRAMA DEL PROYECTO. .............................................................................31
7.3.
PRESUPUESTO REFERENCIAL. ................................................................................32
7.4.
CARTA ..............................................................................................................................33
1
PERFIL DE TESIS
1.2. INDICE DE FIGURAS Figura 1.Auto propuesto para el proyecto “Renault Stepway 2011” [15] ................. 4
Figura 2. Matricula Vehicular del Vehículo Propuesto ...................................................... 4 Figura 3. Licencia de conducir tipo B ....................................................................................... ....................................................................... ................ 4 Figura 4. Mandos de conducción para minusvalía [3] ....................................................... 7 Figura 5. Adaptación Mecánica para Embrague. ................................................................. ............................. .................................... 7 Figura 6. Adaptación mecánica Acelerador y freno. ..................................................... ...... 8 Figura 7. Palanca o pedal. .......................................................................................................... 14 Figura 8. Componentes del sistema neumático [A] ......................................................... 16 Figura 9. Espacio disponible Renault Stepway..................................................... ............. 16 Figura 10. Diagrama de bloques del Mecanismo [12] .................................................... 18 Figura 11. Diagrama neumatico del actuador: acelerador y Freno. .......................... 20 Figura 12. Diagrama neumatico del actuador: Embrague. ........................................... 21 Figura 13. Diagrama de Control del embrague ................................................................. 21 Figura 14. Diagrama de Control del servomecanismo “FRENO” ................................ 22 Figura 15. Diagrama de Control del acelerador ................................................................ 22 Figura 16. Diseño .......................................................................................................................... 23 Figura 17. Modelo basado en detección de fallos [M]..................................................... .................................................. ... 24 Figura 18. Cronograma de actividades ................................................................................. ................................................ ................................. 31 1.3. INDICE DE TABLAS Tabla 1. Motilidad Anexo 1, Real Decreto 2272/1985[16]........................................... 14 Tabla 2. Definición y dimensión de los pedales “Renault stepway”. ......................... 15 Tabla 3. Requerimientos para dimensionar actuadores ............................................... 15 Tabla 4. Cronograma de Actividades.................................................... ................................. 32 Tabla 5. Tabla de Presupuesto ...................................................... ................................................................................................. ........................................... 32
2
PERFIL DE TESIS 2. TÍTULO DEL PROYECTO Diseño e instalación de un sistema de asistencia a la conducción para vehículos de transmisión manual a fin de asistir a personas discapacitadas con movilidad reducida en ambas piernas. 3. DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO Se prevé dotar de servomecanismos a los tres pedales, embrague, freno y acelerador de tal forma que suplan la acción que realizan las piernas de un conductor al volante consiguiendo de esta manera asistir en la conducción a personas discapacitadas que tienen impedido el movimiento de sus piernas, con la posibilidad de aumentar sus derechos y oportunidades en la sociedad Ecuatoriana. El proyecto se pretende desarrollar en un vehículo comercial de gama media con transmisión manual de velocidades, que de no presentarse percance alguno durante la consumación del proyecto, se presentará los resultados en el siguiente automóvil. Renault Stepway 2011, Datos técnicos del vehículo: Desempeño Aceleración 0 - 100 km/h (s) 10,6 (gasolina) 10,5 (alcohol) Dirección Dirección Hidráulica Frenos Frenos delanteros Discos ventilados con 259 mm de diámetro Frenos traseros
Tambores con 203 mm de diámetro.
Tipo de circuito de frenos Motor Cilindrada (cm³)
Circuito doble 'X' 1598 cm³
Número de Cilindros
4 cilindros en línea
Número de válvulas
16
Tipo de combustible
gasolina y/o alcohol
Tipo de inyección
Inyección secuencial
electrónica
multipunto
Tracción Delantera Número de marchas Número de marchas 5 Transmisión Tipo de cambio mecánico, 5 velocidades y marcha atrás
3
PERFIL DE TESIS
Figura 1.Auto propuesto para el proyecto “Renault Stepway 2011” [15]
Vehículo particular y matriculado en el Estado Ecuatoriano. Placa: PBT8171 Nombres y Apellidos: VARGAS ASTUDILLO GRACIELA CONCHITA Cedula de Ciudadanía: 1500249519
Figura 2. Matricula Vehicular del Vehículo Propuesto Debido a la naturaleza del proyecto se presenta además como referencia el documento que nos califica como estudiantes aprobados en escuela de conducción que nos permite tener el conocimiento adicional necesario para el desarrollo del proyecto. Licencia de conducir: TIPO B Nombres y Apellidos: VELOZ VARGAS JHONNY Cedula de ciudadanía: 150658826
Figura 3. Licencia de conducir tipo B
4
PERFIL DE TESIS 3.1. FECHA DE PRESENTACIÓN Septiembre 2012 3.2. RESPONSABLES DEL PROYECTO Veloz Vargas Jhonny Pérez Mejía Mauricio Germán 3.3. COLABORADORES PROFESIONALES Profesores Orientadores: -Director de Carrera de ingeniería Mecatrónica. Ingeniero Francisco Terneus -Director de Carrera de ingeniería Mecánica. Ingeniero Xavier Sánchez Colaboradores: Jefe de Laboratorio: Motores de combustión interna Ingeniero Roberto Gutiérrez.
Investigador del CICTE Ingeniero Marcelo Urbina.
3.4. ÁREA DEL TEMA Diseño Mecatrónico. Elementos de maquinas. Mecanismos. Mecánica Automotriz. Automatización y control. Sistemas Embebidos. Sistemas Neumáticos. 3.5. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA Debido a que necesitaremos de ayuda integral por parte de la ESPE, se expone al Campus de la Escuela Politécnica del Ejército – Quito, Sangolquí como la localización geográfica principal. Se halla ubicado en el ubérrimo valle de Los Chillos, a una distancia de 22 kilómetros al Sur Este del Centro Colonial de Quito, capital de la República del Ecuador, en una altitud de 2.510 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m)
5
PERFIL DE TESIS 3.6. DURACIÓN DEL PROYECTO El estudio, análisis, diseño e implementación del proyecto se estima entre 7 y 8 meses a partir de la fecha de su aprobación. 4. DEFINICIÓN DEL PROYECTO 4.1. ANTECEDENTES Casos extraordinarios ocurren, como lo es el de Alex Zanardi, Italiano de 45 años, ex piloto de Champ Car y de Fórmula 1 que sufrió la amputación de las piernas tras un accidente en el circuito alemán de Lausitz. Recientemente realizó una carrera en el circuito donde tuvo el accidente, completando una gran carrera, llegando a circular con un BMW parecido al que pilotaba entonces, los 311 km/h, récord para un piloto con discapacidad. Además ha llegado a pilotar en 2006 nuevamente un Fórmula 1, obviamente en un vehículo adaptado a sus necesidades. [15] Un gran avance en tecnología automotriz lo denominan: el sueño de GOOGLE. El estado de Nevada (EE.UU.) se ha convertido en pionero en el campo de los automóviles con piloto automático al otorgar permisos de circulación a vehículos equipados con tecnología fabricada por Google. El Departamento de Vehículos a Motor (DMV, en inglés) de Nevada concedió la primera licencia a Google para que pruebe sus sistemas en un entorno de tráfico real. "El sistema regula los frenos, el acelerador y el volante". El automóvil prototipo es usado incluso por una persona invidente. El automóvil recorrió ese estado de EE.UU. de arriba abajo y realizó más de 225.000 kilómetros sin la ayuda de un conductor, aunque siempre bajo supervisión y en situaciones de circulación propicias.[1]
Descriptores : Es un sistema mecánico, eléctrico/electrónico o hidráulico Au tomáti co “Mecatrónico” usado para guiar un vehículo sin la ayuda de un ser humano. Prototipo: es una representación limitada del diseño que permite a las partes responsables de su creación experimentar su usoy probarlo en situaciones reales.
Piloto
6
PERFIL DE TESIS En la actualidad algunos países realizan adaptaciones mecánicas a vehículos con los cuales es posible que una persona con cierta discapacidad física tenga las mismas oportunidades y derechos respecto de las que ejercen las demás personas de la sociedad. AUTOSELIZASU, empresa Europea ubicada en España que se dedica a instalaciones mecánicas-mandos para la asistencia a la conducción de acuerdo a las necesidades. [3] TOPMOVIL, empresa ubicada en Kuwait que al igual que la anterior se especializa en conducción y transporte para discapacitados. [4]
Figura 4. Mandos de conducción para minusvalía [3] Al igual que estas empresas ya mencionadas existen otras que incluso han incorporado soluciones electrónicas con un gran limitante, y es que este tipo de adaptaciones solo puede instalarse en automóviles de gama alta que posean cajas de cambio automáticas y acelerador electrónico, para lo cual el costo de este vehículo asciende considerablemente. En el Ecuador se realiza también adaptaciones puramente mecánicas por parte de la empresa TOPESA.
Figura 5. Adaptación Mecánica para Embrague.
7
PERFIL DE TESIS
Figura 6. Adaptación mecánica Acelerador y freno. La principal dificultad para el manejo de estas adaptaciones es un principio acostumbrar al cerebro humano a coordinar de manera natural las acciones que realizan ambas manos para el control de vehículo, limitando de cierta manera maniobras que podrían realizarse si la discapacidad no existiese. Otra desventaja de este tipo de adaptaciones esta en los mecanismos de accionamiento para el control del vehículo, pues estos llegan a ser altamente modificados y restringen el uso del vehículo haciendo difícil que otra persona lo maniobre. Por lo que el proyecto persigue mejorar principalmente estas desventajas lográndose instalar un sistema de asistencia a la conducción en un vehículo de gama media-baja de marchas manuales, con accionamiento electrónico mediante un interfaz de usuario dispuesta al alcance de ambas manos que permita al usuario maniobrar de una manera optima al vehículo sin necesidad de realizar excesivo esfuerzo y además modificar al mínimo grado posible los mecanismos de embrague, freno y acelerador sucediendo así que no quede restringido su uso para un único usuario. Como responsables del proyecto, presentamos el perfil a los directivos correspondientes y colaboradores técnicos del El Consejo Nacional de Discapacidades (CONADIS) y la Federación Nacional de Ecuatorianos con Discapacidad Física FENEDIF, quienes han analizado, evaluado la propuesta y con su experiencia en el área de la discapacidad han emitido un criterio técnico y sustentable que respaldan la coherencia y necesidad del proyecto. 4.2. MARCO INSTITUCIONAL 4.2.1. CONADIS
Descriptores I nterfaz de usuario : es el medio con que el usuario puede comunicarse con una máquina, un equipo o una computadora, y comprende todos los puntos de contacto entre el usuario y el equipo.
8
PERFIL DE TESIS El Consejo Nacional de Discapacidades, CONADIS, es un organismo autónomo de carácter público, creado en agosto de 1992, a través de la Ley 180 sobre Discapacidades. Ejerce sus atribuciones a nivel nacional, dicta políticas, coordina acciones y ejecuta e impulsa investigaciones sobre el área de las discapacidades. Su conformación es democrática, en la que participan todas las organizaciones públicas y privadas vinculadas directamente con las discapacidades. 4.2.1.1. Visión El Consejo Nacional de Discapacidades, será un organismo dinamizador y articulador de todos los sectores de la comunidad para desarrollar acciones de prevención, atención e integración, con el propósito de prevenir las discapacidades y elevar la calidad de vida de las personas con discapacidad. 4.2.1.2. Misión Es un organismo público y autónomo que genera políticas e información, planifica y coordina acciones con los sectores público y privado, en el ámbito de las discapacidades y canaliza recursos nacionales e internacionales en este campo. Funciones Formular políticas nacionales relacionadas con las discapacidades. Establecer el Plan Nacional de Discapacidades Defender jurídicamente los derechos de las personas con discapacidad. Coordinar, efectuar el seguimiento y evaluar las acciones que realizan en discapacidades las entidades del sector público y privado. Canalizar recursos nacionales e internacionales. Realizar o impulsar investigaciones en el área de las discapacidades Vigilar el cumplimiento de la Ley y la aplicación de sanciones o quienes la incumplan.
A nivel Directivo se tiene el Directorio conformado por: 4.2.2. FENEDIF
Federación Nacional de Ecuatorianos con Discapacidad Física
FENEDIF, es afiliada como Asamblea Nacional del Ecuador a la Disabled Peoples International, DPI (Organización Mundial de Personas con Discapacidad, OMPD) constituida por las Asambleas Nacionales de cinco regiones a saber: Región de Norteamérica, y El Caribe; Región Latinoamericana; Región Europea; Región Africana; Región de Asia y El Pacífico y, en formación, la Región de los Países Árabes. 9
PERFIL DE TESIS La FENEDIF Ecuador, forma parte del Directorio de la Región Latinoamericana ocupando el cargo de la Dirección de Información y Comunicaciones. Misión de la FENEDIF Gestionar ante los organismos pertinentes la consecución de recursos para cubrir costos de funcionamiento y proyectos de desarrollo. Colaborar en la emisión de políticas y normas e impulsar la creación de planes y programas nacionales que permitan la integración de las personas con Discapacidad del Ecuador. Fines de la FENEDIF Velar por la defensa de los intereses comunes e individuales de los discapacitados neuromusculares y osteoarticulares. Respaldar a sus miembros en los conflictos y acciones relacionados con la defensa de los intereses y aspiraciones de los socios. Cumplir y hacer cumplir con lo establecido en la Ley sobre Discapacidades, el Estatuto Social, reglamentos, normas y más disposiciones emitidas por los organismos.
[CONADIS-FENEDIF] Av.10 de Agosto 5070 y Naciones Unidas, 3er piso, oficina No.32 Teléfonos: (593-2)2456088 - 2924442 Fax: (593-2)2456088 Ap. postal: 17-03-521, Quito - Ecuador E-mail:
[email protected] 4.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA Existen ayudas técnicas mecánicas disponibles en el mercado ecuatoriano y programas gubernamentales como ortesis, prótesis, miembros ortopédicos, pero las soluciones electrónicas son limitadas al igual que la investigación científica en el tema de discapacidades en las universidades del país para lo cual recientemente se está aconteciendo políticas educativas para el desarrollo de temas aplicados a las discapacidades. En la actualidad, Ecuador posee soluciones extraídas de experiencias de otros países y adaptadas a nuestra realidad pero exclusivamente de tipo mecánico y artesanal. En el tema relacionado con ayudas para el transporte y la movilidad, existe un importante déficit de atención y a pesar que la constitución de la republica conserva la ley vigente de discapacidades acentuada por el Conadis, no posee un marco legal específico donde podamos encontrar disposiciones oficiales acerca de adaptaciones de vehículos a motor para personas discapacitadas. En España el tema está mucho más avanzado, ya que existe la normativa del Real Decreto 736/1988, la cual exige que cualquier modificación sea certificada por un técnico cualificado. Existe además una disposición general (Anexo 1, Real Decreto 2272/1985) [16], la cual exige que cualquier adaptación propuesta en un automóvil, debe permitir la conducción de este por parte de cualquier persona no discapacitada en la forma habitual, además contiene la reglamentación por la que se determinan los tipos de aptitud psicofísica que deben poseer los conductores de vehículos y las adaptaciones respectivas para cada aptitud. 10
PERFIL DE TESIS No obstante existe la posibilidad de importar autos adaptados con el fin de suplir estas necesidades que por el momento son la única solución en el mercado ecuatoriano, pero una de sus principales desventajas de esta solución se pronuncia cuando el vehículo sufre fallos y se tiene que exportar dicho vehículo para su análisis y acomodo, esto hace que nos convirtamos aun más en consumidores de tecnología. La Escuela Politécnica del Ejército “ESPE” pionera en la carrera de ingeniería más solicitada del Ecuador ”Mecatrónica” ha permitido ver la
realidad tecnológica desde otra perspectiva, rompiendo las barreras del conocimiento existentes entre las ingenierías convencionales brindándonos la oportunidad de trabajos interdisciplinarios encontrando para este caso en particular posibles soluciones más eficientes con las cuales podamos acudir al llamado de toda persona a la que movilizarse desde un lugar a otro diariamente puede llegar a ser toda una hazaña. El presente promueve la iniciativa de crear una mejorada técnica de asistencia a la conducción para personas discapacitadas que tienen impedido de movimiento en sus piernas, aumentando ventajas sobre las soluciones actuales sin necesidad de importar un vehículo como un todo y que además el sistema tenga posibilidades futuras de instalarse en vehículos comerciales en el mercado automotriz ecuatoriano. Además tenemos que considerar el aporte que estaría brindando, no un proyecto de grado, sino más bien el aporte de una universidad politécnica al país. 4.4. ÁREA DE INFLUENCIA EL proyecto será capaz de solventar los movimientos y fuerzas requeridos para maniobrar embrague, freno y acelerador de automóviles de caja de transmisión manual, asistiendo a personas discapacitadas que tienen impedido el movimiento de sus piernas y que trasladarse de un lugar a otro diariamente puede ser toda una Azaña. Se integrarán mas a la sociedad, igualándolas en derecho y oportunidades eliminando poco a poco las barreras u obstáculos que garanticen su fácil movilidad. 4.5. ALCANCE DEL PROYECTO Diseñar e instalar para el vehículo propuesto un sistema Mecatrónico dotado de servomecanismos capaces de operar y relevar las fuerzas de accionamiento realizadas por un conductor sobre los pedales de embrague, freno, acelerador y permita asistir a personas discapacitadas que tienen impedido el movimiento de sus piernas, pudiendo el sistema ser comandado electrónicamente desde un interfaz de usuario que estará dispuesto al alcance de sus dos manos, asumiendo que la persona podrá hacer uso de ellas sin ninguna complicación. Apoyar la dirección del proyecto con las recomendaciones de las normativas y reglamentos del (Anexo 1, Real Decreto 2272/1985)-Constitución Española [16], Los resultados que serán expuestos a la comunidad politécnica de la ESPE y público en general mediante una presentación del funcionamiento del prototipo con aquel conductor que muestre su desempeño.
11
PERFIL DE TESIS 4.5.1. OBJETIVO GENERAL Diseñar e instalar en el vehículo propuesto un sistema dotado de servomecanismos que permitan asistir a personas que tienen impedido el movimiento de sus piernas, en la conducción de un automóvil de transmisión manual, pudiendo dicho sistema interactuar con el conductor mediante un interfaz de usuario dispuesto en el alcance de sus manos. 4.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Encontrar la solución deseada para el vehículo propuesto, analizarla y evaluarla para su ejecución.
Diseñar e implementar dicha solución integrando los conocimientos, elementos: mecánicos, electrónicos y de software, apoyando en recomendaciones de las normas más asequibles en nuestro medio. Evaluar el funcionamiento del sistema mediante pruebas en ambientes controlados y entornos reales para su exposición final con la ayuda de aquella persona que exija su desempeño. Lograr ventajas sobre las adaptaciones artesanales que se implementan actualmente en el país
4.5.3. PERSPECTIVA DEL PROBLEMA -Especificaremos: funciones y características deseables. -Generaremos probaremos y seleccionaremos conceptos y criterios para lograr un diseño concurrente entre las ingenierías que convergen para la solución del problema. -Prepararemos: requerimientos, restricciones, dimensiones, precisión de requerimientos, tipo y rango de movimientos, interfaces, requerimientos de potencia entorno operativo. -Realizaremos: esbozos de soluciones con detalles suficientes para poder obtener las funciones requeridas logrando así la perspectiva de la dirección del proyecto. A continuación mostramos un bosquejo de diseño concurrente que es el que pretendemos llevar a cabo desde un inicio para conseguir los objetivos con un menor tiempo de ejecución, reducción de costos eficacia y eficiencia en los diseños. Descriptores : es un sistema formado de partes mecánicas y electrónicas que pude tomar Servomecanismos ciertas decisiones al realizar un trabajo, condicionado a un grupo pequeño de variables.
12
PERFIL DE TESIS
Análisis del problema para el diseño e instalación de los servomecanismos. Requerimientos, caracteristicas deseables, Fuentes de energía,Espacio,Facilidades de adquisición e instalación, Costos en gen eral
Buscar y dimensionar los actuadores
Diseñar los controladores
DEPENDE DE
Controles de velocidad, posición y fuerza para los actuadores -Analizar y plantear el sistema de control adaptable a cada uno de los mecanismos. -Diseñar la Electrónica de software y hardware basado en microcontroladores y/o microprocesadores para el sistema de control. *Uso de software para la implementación, análisis y simulación.
Fuentes posibles (Fuerza de entrada): Presión neumática, presión hidráulica o fuerza motriz eléctrica . -Embrague: Actuador con el cual podamos
SISTEMA MECÁNICO
controlar digitalmente su velocidad de desplazamiento. -Freno: Actuador con el cual podamos controlar digitalmente su posición/fuerza. -Acelerador: Actuador con el cual podamos controlar digitalmente su posición.
DEPENDE DE
DEPENDE DE
SISTEMA ELECTRÓNICO Y Seleccionar la interfaz de usuario DE SOFTWARE Sensores de accionamiento de los servomecanismos
*Uso de software para la implementación, análisis y simulación.
Diseñar el mecanismo Transformador/facilitador Diseñar y construir cada uno de los mecanismos de acople actuador-pedal (Fuerza de Salida) sin afectar la mecanica del automovil.
-Interfaz dispuesta al alcance de las dos manos para maniobra de los servomecanismos.
-Embrague: Movimiento de salida circular/lineal -Freno: Movimiento de salida circular/lineal -Acelerador: Movimiento de salida Circular
Instalar la Eléctrica, electrónica y mecánica de los servomecanismos.
Mostrar el funcionamiento de los servomecanismos en el automovil propuesto para el proyecto
13
PERFIL DE TESIS 4.5.4. SISTEMA MECANICO Podemos basarnos en las recomendaciones del (Anexo 1, Real Decreto 2272/1985)-Constitución Española [16], para tener una perspectiva de la dirección del proyecto. Carencias anatómicas o funcionales en la extremidad inferior desde la cadera en dirección periférica de forma que la rodilla resulte inoperante. Se incluyen en este grupo, paraplejías, artrodesis y anquilosis de rodilla en posición vertical.
a.- Caja de cambio automático o servoembrague con control manual, semi-atomatizado o automatizado b.- Acelerador en el volante a.3) Pérdida o carencia de ambos miembros
c.Freno de servicio preferentemente blocante
manual,
d.- Eventual adaptación del asiento, en caso de paraplejía, artrodesis o anquilosis. Velocidad máxima: 80 km/h con embrague automático y 70 km/h el resto
Tabla 1. Motilidad Anexo 1, Real Decreto 2272/1985[16] Pedales de embrague, freno y acelerador, mecanismos de accionamiento del automóvil que poseen sus requerimientos para ser operados.
PERFIL DE TESIS 4.5.4. SISTEMA MECANICO Podemos basarnos en las recomendaciones del (Anexo 1, Real Decreto 2272/1985)-Constitución Española [16], para tener una perspectiva de la dirección del proyecto. Carencias anatómicas o funcionales en la extremidad inferior desde la cadera en dirección periférica de forma que la rodilla resulte inoperante. Se incluyen en este grupo, paraplejías, artrodesis y anquilosis de rodilla en posición vertical.
a.- Caja de cambio automático o servoembrague con control manual, semi-atomatizado o automatizado b.- Acelerador en el volante a.3) Pérdida o carencia de ambos miembros
c.Freno de servicio preferentemente blocante
manual,
d.- Eventual adaptación del asiento, en caso de paraplejía, artrodesis o anquilosis. Velocidad máxima: 80 km/h con embrague automático y 70 km/h el resto
Tabla 1. Motilidad Anexo 1, Real Decreto 2272/1985[16] Pedales de embrague, freno y acelerador, mecanismos de accionamiento del automóvil que poseen sus requerimientos para ser operados.
ɵ
F (2)
R (1)
Figura 7. Palanca o pedal. -Los tres pedales cumplen la función de brindar un apalancamiento. -Se necesita de un recorrido (1) y una Fuerza aplicada (2) para su operación. -El movimiento (1) describe un recorrido de forma: arco de circunferencia. -La Fuerza aplica (2) puede ser variable y la dimensión dependerá de la acción que ejecute cada pedal sobre el vehículo. Siendo mecánica automotriz materia de estudio de la ingeniería Mecánica podemos entonces:
14
PERFIL DE TESIS
Definir restricciones, dimensiones, tipo y rango de movimientos, requerimientos de potencia entorno operativo para operar los pedales de mando del vehículo Renault stepway. Descripción Palanca
Tipo de
Rango
Fuerza
Recorrido
recorrido Aplicada
Fuerza [N]
[mm]
Embrague
circular
Constante
150
130
Freno
circular
Variable
100
0 - 200
Acelerador
circular
Variable
50
0 - 48
Tabla 2. Definición y dimensión de los pedales “Renault stepway”.
En la tabla podemos observar la descripción y las dimensiones de los pedales del vehículo propuesto esenciales en un inicio para empezar con el diseño. Parte del estudio de la ingeniería Mecatrónica es dimensionar actuadores inteligentes con capacidad de ser procesados y controlados digitalmente. Actuador
Grado de inteligencia
Variable a controlar
Embrague
Bajo
Velocidad
Freno
Alto
Fuerza/Posición
Acelerador
Alto
Fuerza/Posición
Fuentes Disponibles
12V Batería 12V Batería 12V Batería
110 HP/5.750 rpm [Motor] 110 HP/5.750 rpm [Motor] 110 HP/5.750 rpm [Motor]
Tipo de movimiento
No Dispensable* No Dispensable* No Dispensable*
Tabla 3. Requerimientos para dimensionar actuadores Nota: * Se diseñará el mecanismo que transforme o facilite el movimiento requerido
Con las tablas (1) y (2) podemos hallar alternativas de solución como: -Servomotores (actuador rotatorio) -Motores pasó a paso (actuador rotatorio) -Servomotor lineal (actuador lineal) -Cilindros hidráulicos (Actuador lineal) -Cilindros neumáticos (Actuador lineal) Siendo neumática la posible alternativa de solución más factible a emplearse, presentamos una tentativa del desarrollo del proyecto: 15
PERFIL DE TESIS Diseño del sistema neumático Sistema de Producción Compresor de aire
Motor Eléctrico/mecánico
Acumulador
Sistema de Utilización Filtro
Válvula de control direccional
Regulador de Caudal/presión
Unidad compresora Purgador Controlador de Velocidad/Fuerza Actuador
Figura 8. Componentes del sistema neumático [A] Mostramos parte de los requerimientos de entono operativos: -Posibles espacios disponibles para la instalación del sistema. BAÚL 400mm
MOTOR 90mm
130mm a
h b
500mm a
b
h
1000mm
Llanta de emergencia
Tablero
130mm
200mm
250mm 250mm 650mm
h
h
b
b
a
a 700mm
400mm
Figura 9. Espacio disponible Renault Stepway. El espacio disponible demandará el tamaño de los elementos generadores de energía, actuadores, mecanismos e instalación. Descripción (a*b) x h -Baúl: ½ m2 x 0.4 m 2 -Llanta de emergencia: 0.45m x 0.25m 2 -Motor: 117cm x 13cm -Tablero: 800cm2 x 25cm 16
PERFIL DE TESIS Abastecimiento de energía. ------------------------------Ref. Mecánica Elementos generadores de energía -Compresor Tipo de construcción
Dimensionamiento -Motor Eléctrico/ combustión interna
Elementos de producción de aire -Presostato
Selección
-Válvula antiretorno
*Recipientes a presión ASME sec VIII div 1 AWS D1.1
-Purga -Deposito
Selección/Diseño
Sistema de Utilización.-------Ref. Mecatrónica Elementos de mando y control
Diseño y selección de elementos de sujeción: -Cargas estáticas
-Unidad de acondicionamiento de aire Filtro Regulador
-Válvulas de control direccional Solenoides Monoestables biestables
-Controladores/elementos de control final Servo válvulas Válvulas de control ro orcional
I N S T A L A C I Ó N
Ref. Mecánica Selección * Calidad de aire DIN ISO 8573-1 * Cilindros ISO 6432- CETOP RP 52 P
Elementos actuadores -Actuadores Cilindros
17
PERFIL DE TESIS Diseño del Mecanismo Mecanismo o dispositivo encargado de transformar o trasladar el movimiento producido por un elemento motriz (fuerza de entrada) en un movimiento deseado de salida (Fuerza de salida).
Actuador Neumático
Mecanismo
“Cilindros”
Pedales del vehículo
Figura 10. Diagrama de bloques del Mecanismo [12] Puesto que los actuadores finales realizan un movimiento lineal con las fuerzas requeridas para operar los pedales, nos encargaremos de transmitir las fuerzas y facilitar el movimiento entre los puntos de acción mediante “Cables”. Ref. Mecatrónica Diseño/selección de Elementos de sujeción: -cargas estáticas -cargas dinámicas
Cable T
T Selección de cable apropiado -Carga de rotura (Resistencia) -Resistencia a las Flexiones y Vibraciones (FATIGA) -Factor de seguridad
INSTALACIÓN Ref. Mecánica Diseño/selección de Elementos de sujeción: -cargas estáticas
Recurriremos al diseño asistido por computadora CAD, Ingeniería asistida por computadora CAE y de ser necesario Manufactura asistida por computadora CAM. Simulaciones, Planos y Diagramas Planos y diagramas se efectuarán según la norma internacional DIN ISO 1219-1, y recomendaciones del CETOP (Comité Européen des Transmissions Oléohydrauliques et Pneumatiques), para simbología neumática.
18
PERFIL DE TESIS 4.5.5. SISTEMA ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO------ Ref. Mecatrónica Sabiendo que un mecanismo mientras más uniones mecánicas posean, mayores pérdidas de energía conseguirán y por tanto será más deficiente. Con la electrónica podemos aumentar la eficiencia de los mecanismos simplificándolos, trasladando el movimiento sin necesidad de tantos acoples mecánicos e incluso tener una sincronía digitalizada dispuesta de tal forma que pueda ser configurada de acuerdo a las necesidades de un programador. Para ello están los servomecanismos que son dispositivos formados de partes mecánicas y electrónicas y son los más cercanos a remplazar los movimientos tan complejos que realiza el ser humano. Para conseguir plasmar la idea de un servomecanismo, conseguiremos diseñar circuitos electrónicos y eléctricos que nos permitan obtener un control digital e indirecto de los mecanismos antes diseñados. Dimensionamiento de circuitos integrados principales a utilizarse. Microcontroladores: Procesamiento de señales -Microchip y/o Atmel Conversores: -Análogo-digital -Digital-análogo
Introducción y producción de señales analógicas.
Diseño, dimensionado, simulación y construcción de circuitos eléctricos/electrónicos. -Circuitos de potencia para elementos de generación de energía y control final. Manejo de corrientes elevadas y protecciones para el Motor eléctrico que gobernará el compresor de ser el caso. Control de voltaje estándar 24V para operación de elementos de control final como electroválvulas y servo válvulas. -Circuitos para adquisición de señales a ser procesadas. Sensores para control de lazo cerrado y conversores AnálogoDigital. Interfaz de usuario, construcción/selección e implementación del mismo. Redundancia para una respuesta segura del sistema. -Circuitos para procesamiento y control de señales. Microcontroladores -Circuitos para producción señales para elementos de control final. Conversores Digital-Análogo 19
R e f . M e c á n i c a
PERFIL DE TESIS -Construcción de prototipos para evaluación. -Integración de circuitos. -Finalizar el diseño. -Construcción de circuitos impresos según los estándares generales ANSI/IPC 2221. 4.5.6. SISTEMA DE CONTROL ------------- Ref. Mecatrónica Diagramas de control Presentamos una tentativa del diagrama neumático para el control del mecanismo para acelerador y freno. Señal de control [0-10] V
Válvula proporcional de presión
Ai
Actuador neumático
Fuerza de salida (F): [0 - 48]N : Acelerador [0 - 200]N : Freno RTi Circuito de pruebas y ajustes
Señal de entrada [0 - 10] V
Válvula proporcional de presión
Figura 11. Diagrama neumatico del actuador: acelerador y Freno. El cilindro que denominaremos (Ai) realizara un avance lineal con una fuerza variable (F) directamente proporcional a la resistencia total (RTi) que presenten los sistemas mecánicos de freno o acelerador.
20
PERFIL DE TESIS
B-
B+ Resistencia que ejerce el disco de embrague
Re Regulador de presión
Válvula Regulador a de caudal
Escape rápido
Válvula solenoide: Señal de Control: 0/ 24 V
Figura 12. Diagrama neumatico del actuador: Embrague. El cilindro que dominaremos (B) realiza un avance rápido ejerciendo una fuerza constante de avance (Re) requerida en el sistema mecánico del disco de embrague y poder realizar el cambio de marcha en la caja de transmisión del automóvil, el retroceso es de velocidad lenta y ajustada mediante la válvula reguladora de caudal, el control del accionamiento es una señal eléctrica de 24 V que es proporcionada por el controlador. -Una vez realizado los esquemas de control procederemos a seleccionar las señales de entrada o sensores para el sistema. -Algoritmos y diseño de los sistemas de control EMBRAGUE Debido a la vital importancia de la acción del embregue se prevé utilizar un sistema de control de lazo cerrado en el cual la retroalimentación sea la posición del acelerador evitando un arranque desenfrenado y la falta de control en el aumento de velocidad. Controladores PID: -Proporcional -Integral -Derivativo Interfaz de + usuario
Controlador
Mecanismo Embrague
*Microcontroladores aplicados al control digital [16]
Automóvil
Velocidad de embragado
Posición del acelerador
Figura 13. Diagrama de Control del embrague 21
PERFIL DE TESIS
FRENO Debido a la autonomía que presenta este mecanismo sobre el funcionamiento de los otros, el posible sistema de control será de lazo abierto. Controladores PID: -Proporcional -Integral -Derivativo Interfaz de + usuario
Controlador
Mecanismo Freno
*Microcontroladores aplicados al control digital [16]
Automóvil
Frenado del automovil
Figura 14. Diagrama de Control del servomecanismo “FRENO” ACELERADOR Ya que debemos asegurar no quemar el disco de embrague del automóvil, este sistema de control será de lazo abierto donde el controlador estará condicionado por la acción del embregue.
Interfaz de + usuario
Controladores PID: -Proporcional -Integral -Derivativo Controlador
Mecanismo Acelerador
-
*Microcontroladores aplicados al control digital [16]
Apertura de la válvula de Automóvil mariposa “colector de admisión”
Figura 15. Diagrama de Control del acelerador -Asignación de Variables: Físicas y de control SISTEMA ELECTRÓNICO
SISTEMA MECÁNICO INTEGRACION DE HARDWARE Y SOFTWARE Punto en el que construiremos e instalaremos los diseños mecánicos, eléctricos, electrónicos y de control para evaluación y ajuste de los mismos.
22
PERFIL DE TESIS
Integración con procesamiento de información Base de Conocimientos Obteniendo Información: -Identificación -estado observador
Criterios de rendimiento
Modelos de procesos matemáticos
Métodos de Diseño: -Control -Supervisión -Optimización
Procesamiento de información online Feedword, feedback control
Supervisión y diagnostico
Optimización Adaptación
Figura 16. Diseño Mecatrónico [M] Integración de Componentes Microprocesadores
Actuador
Proceso
Sensor
Utilizaremos la metodología de integración de hardware y software de diseño Mecatrónico. Puesta a punto del diseño Ajuste de parámetros y variables, DIN 19226 estándar define los términos "Control y ajuste" de la siguiente manera: "Control y ajuste es una operación en la que una variable física (por ejemplo, temperatura, presión, etc.) está continuamente midiéndose y comparándose con un valor especificado previamente de la variable con el objetivo de hacer coincidir los dos. La secuencia resultante de acciones ocurre en un bucle cerrado, el bucle cerrado de control. " -Sistema de fallos Mientras se suceden las pruebas reales del funcionamiento del sistema podremos ir incluyendo en los sistemas de control, sistemas de lazo cerrado que contengan redundancias para mejorar la fiabilidad y la seguridad de todo el sistema.
23
PERFIL DE TESIS
Figura 17. Modelo basado en detección de fallos [M] Como observamos en el modelo, nos esforzaremos para aumentar la fiabilidad de las señales de control y de sensores de retroalimentación mediante la estimación de estados para detectar el cambio (Falla). ----------- Ref. Mecatrónica También aumentaremos la fiabilidad del sistema de abastecimiento de energía: conexiones eléctricas de potencia y presiones neumáticas.---------- Ref. Mecánica -Pruebas reales de funcionamiento del sistema en ambientes controlados y entornos reales. Una vez echado andar el diseño final del prototipo se determinan y modifican detalles, ahorro de hardware y software que consigan un mejor funcionamiento del sistema. 4.5.7. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN. El software a utilizarse para el desarrollo del presente proyecto será: -Automation -FluidSIM -Proteus -Working Model -Automation Studio -Mdsolid -SolidWorks -Autocad -PIC C -Bascom
24
PERFIL DE TESIS 4.6. METODOLOGÍA Debido a la naturaleza del proyecto se plantea la siguiente metodología:
ANÁLISIS DEL PROBLEMA preparar requerimientos, restricciones, dimenciones, tipo y rangos de movimientos, requerimientos de portencia entorno operativo.
Planteará el problema
ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN Investigación de antecedentes y/o problemas similares. Preparación de algunos esbozos de soluciones con detalles suficientes para obtener las funciones requeridas, Evaluación y selección.
DISEÑO Calcular, dimencionar , analizar, simular, dibujar , programar, realizar ensayos pertinentes si fuera el caso, integracion del hardware y software
CONSTRUCCIÓN Construir el hardware de todo el sistema, tanto mecánico como electrónico que anteriormente se han plasmado en planos y programas.
IMPLEMENTACIÓN Instalar el sistema en el vehículo propuesto, evaluar su correcto funcionamiento analisar y evaluar.
PUESTA EN PUNTO DEL DISEÑO Una vez echado a andar el diseño final de determinará y modificará los detalles, ajustes, ahorro de hardware y software y detalles que permitan un mejor funcionamiento del prototipo
PRODUCIÓN DE RESULTADOS Reflejar en un informe escrito con el auxilio de gráficos, dibujos y calculos cuidadosamente realizados, detallados, acotados. Presupuesto de costos y planos. Se prevé mostrar los resultados obtenidos en el campus de la Escuela Politécnica del Ejército-Sangolquí.
25
PERFIL DE TESIS 5. BIBLIOGRAFÍA [A] Waller D., Werner H., “Neumática”, “Electro neumática”, Festo Pneumatics, 1997. [C] C.H. Suh, C.W. Radcliffe., “Kinematics and mechanisms design”, Wiley, New York 1978. [D] Mabie, H., Charles F. Reinholtz, Mecanismos y dinámica de maquinaria, Limusa Wiley, ed. 2ª, 2002. [E] Faires, Virgil M., Diseño de Elementos de Maquinas, UTEHA S.A. de C. V./1990. [F] V.M. Cherkasski, “Bombas, vventiladores y compresores, Traducido al español, editorial MIR, 1986. [G] D.Seborg, T.Edgar, D.A. Melichamp, “Process Dynamics and Control”, Wiley, 1989. [I] Rouff C., Waller D., Werner H., “Electro neumática”, Festo Pneumatics, 1998. [J] BOLTON W; Mecatrónica: Sistemas de Control electrónico en la Ingeniería Mecánica y Electrónica; Alfaomega Grupo Editor S.A. de C.V.; México; 2006. [L]NORTON, H.; Sensores y Analizadores; Prentice Hall; México; 2000. [M] ROBERT H. Bishop, Mechatronics An Introdution, Taylor y Francis; 2006 [N] Microcontroller Based Applied Digital Control, Dogan Ibrahim. 6. REFERENCIAS [1]http://www.rpp.com.pe/2012-05-09-autos-de-google-que-se-conducensolos-ya-pueden-ser-utilizados-noticia_480084.html [2] http://www.youtube.com/watch?v=L07cFpej37E [3] http://www.autoselizasu.com/index.php [4] http://www.topmovil.com/quienes.jsp [5] http://www.dredf.org/international/Ecuador1.pdf [7]http://www.naikontuning.com/articulos/sistema-admision-variable/ [6]http://www.carnetonline.es/2009/01/25/los-pedales-del-automovil/ [8]http://javier0816.blogspot.com/2010/07/sensor-tps-posicion-delacelerador.html [9]http://www.autoxuga.com/cursos/ELECTRONICA/7ElectronicaDigital3n ombre.jpg [10]http://www.taringa.net/posts/autos-motos/14216709/ElEmbrague.html 26
PERFIL DE TESIS [11]http://www.taringa.net/posts/autos-motos/9435772/Asi-funcionanlos-frenos-de-tu-auto.html [12] http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Pascal [13] www.iespseza.educa.aragon.es [14]http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/maq_ mecanismos.htm [15] http://www.alex-zanardi.com/ [16] Real Decreto 2272/1985, de 4 de diciembre, por el que se determinan las aptitudes psicofísicas que deben poseer los conductores de vehículos y por el que se regulan los centros de reconocimiento destinados a verificarlas.
7. ANEXOS 7.1. PROPUESTA DE INDICE CAPITULO 1: INTRODUCCIÓN. 1.1. Antecedentes. 1.2. Justificación. 1.3. Objetivos: 1.3.1. General. 1.3.2. Específicos. 1.4. Alcance del proyecto. CAPITULO 2: ANÁLISIS DEL PROBLEMA 2.1. Planteamiento del Problema 2.1.1. Investigación 2.1.1.1. Investigación de soluciones ya desarrolladas y disponibles 2.1.2. Mecanismos de accionamiento “Renault stepway” 2.1.2.1. Análisis del funcionamiento del M. de Embrague 2.1.2.2. Análisis del funcionamiento del M. de Freno 2.1.2.3. Análisis del funcionamiento del M. de acelerador 2.1.3. Limitaciones 2.1.3.1. Análisis de Fuentes disponibles de energía 2.1.3.2. Análisis de espacio disponible para la instalación 2.1.3.3. Análisis del presupuesto disponible vs estimación de costos 2.1.3.4. Análisis de las facilidades para la implementación 2.1.3.5. Análisis de consecuencias en la mecánica del automóvil 2.1.4. Requerimientos 2.1.4.1. Dimensión de Fuerza, tipo de movimiento necesario y variable a controlar. 2.1.4.1.1. Para mecanismo de accionamiento del Embrague 27
PERFIL DE TESIS 2.1.4.1.2. Para mecanismo de accionamiento del Freno 2.1.4.1.3. Para mecanismo de accionamiento del Acelerador CAPITULO 3: ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN 3.1. Planteamiento de posibles ideas de solución 3.1.1. Desarrollo de esbozos con las ideas de mayor posibilidad de ejecución 3.2.1. Desarrollo de Matrices para la toma de decisiones 3.2. Trazado de la solución y justificación CAPITULO 4: DISEÑO 4.1 Diseño concurrente: Visualización de la dirección del Problema 4.1.1. Mecánica 4.1.1.1. Dimensionamiento de actuadores 4.1.1.1.1. Actuador del mecanismo de embrague 4.1.1.1.2. Actuador del mecanismo de freno 4.1.1.1.3. Actuador del mecanismo de acelerador 4.1.1.2. Diseño del mecanismo 4.1.1.2.1. Esquema del mecanismo de embrague 4.1.1.2.2. Esquema del mecanismo de freno 4.1.1.2.3. Esquema del mecanismo de acelerador 4.1.1.2.4. Cálculos y análisis del mecanismo de embrague 4.1.1.2.5. Cálculos y análisis del mecanismo de freno 4.1.1.2.6. Cálculos y análisis del mecanismo de acelerador 4.1.1.2.7. Simulación y/o ensayos 4.1.1.2.7.1. Análisis de Resultados del funcionamiento del mecanismo del Embrague 4.1.1.2.7.2. Análisis de Resultados del funcionamiento del mecanismo del Freno 4.1.1.2.7.3. Análisis de Resultados del funcionamiento del mecanismo del Acelerador 4.1.1.2.8. Cotización 4.1.1.2.8.1. Tabla de Costos: Actuadores 4.1.1.2.8.2. Tabla de Costos: Mecanismos 4.1.1.2.8.3. Tabla de cotos: Instalación 4.1.2. Eléctrica-Electrónica y software 4.1.2.1. Fuente de Energía 4.1.2.1.1. Dimensionamiento de la fuente de energía para actuadores 28
PERFIL DE TESIS 4.1.2.1.2. Dimensionamiento de la fuente de energía para controladores 4.1.2.2. Diseño electrónico 4.1.2.2.1. Dimensionamiento de circuitos integrados principales a utilizarse 4.1.2.2.1.1. Tablas comparativas: Recursos necesarios vs Recursos disponibles de Circuito Integrado Programable a utilizarse.
4.1.2.2.1. 2. Análisis y matriz para toma de decisión 4.1.2.2.2. Diagramas y elementos de los circuitos Eléctricos y Electrónicos 4.1.2.2.2.1. Esquema y simulación del circuito de control - Embrague 4.1.2.2.2.2. Esquema y simulación del circuito de control - Freno 4.1.2.2.2.3. Esquema y simulación del circuito de control - Acelerador 4.1.2.2.2.4. Esquema y simulación de la interfaz de usuario 4.1.2.2.2.5. Esquema del circuito de potencia 4.1.2.2.3. Teoría de control 4.1.2.2.3.1. Planteamiento del sistema de control Embrague 4.1.2.2.3.2. Planteamiento del sistema de control Freno 4.1.2.2.3.3. Planteamiento del sistema de control – Acelerador 4.1.2.2.4. Cotización 4.1.2.2.4.1. Tabla de costos Fuente(s) de energía 4.1.2.2.4.2. Tablas de costos circuitos 4.1.2.2.4.3. Tablas de costos de instalación 4.1.3. Mecatrónica 4.1.3.1. Integración de hardware y software 4.1.3.1.1. Producción del sistema 4.1.3.1.1.1. Construcción e instalación del diseño mecánico para ajustes. 4.1.3.1.1.2. Construcción e instalación del diseño eléctrico y electrónico para ajustes. 4.1.3.1.2. Software. 4.1.3.1.2.1. Diagramas de flujo 4.1.3.1.2.2. Asignación de Variables: Físicas y de control 4.1.3.1.2.3. Algoritmos y Programas 4.1.3.1.3. Sintonización de los sistemas de Control 29
PERFIL DE TESIS 4.1.3.1.3.1. Pruebas de funcionamiento mecanismo Embrague. 4.1.3.1.3.2. Pruebas de funcionamiento mecanismo Freno. 4.1.3.1.3.3. Pruebas de funcionamiento mecanismo Acelerador. 4.1.3.1.4. Puesta a punto del diseño 4.1.3.1.4.1. Ajustes de parámetros y variables 4.1.3.1.4.1.1. Mecánicas. 4.1.3.1.4.1.2. Electrónicas de control. 4.1.3.1.4.2. Sistema de seguridad de fallos. 4.1.3.1.4.3. Optimización de recursos 4.1.3.1.4.4. Pruebas en ambientes controlados CAPITULO 5: CONSTRUCCION E INSTALACIÓN 5.1. Construcción 5.1.1. Elementos existentes en el mercado 5.1.1.1. Tabla de costos: Elementos Mecánicos 5.1.1.2. Tabla de costos: Elementos electrónicos y eléctricos 5.1.1.3. Tabla de costos: Actuadores 5.1.1.4. Tabla de costos: Fuente(s) de energía 5.1.2. Elementos por manufactura 5.1.2.1. Descripción de los procesos de manufactura 5.1.2.1.1. Elementos mecánicos 5.1.2.1.2. Circuitería 5.1.2.2. Tabla de costos: Elementos mecánicos 5.1.2.3. Tabla de costos: Circuitería 5.2. Instalación 5.2.1. Montaje del sistema mecánico 5.2.1.2. Descripción del proceso de montaje 5.2.1.2. Factores a tomarse en cuenta 5.2.1.3. Tabla de costos 5.2.2. Montaje del sistema electrónico-eléctrico 5.2.1.2. Descripción del proceso de montaje 5.2.1.2. Factores a tomarse en cuenta 5.2.1.3. Tabla de costos 5.2.3. Tabla de Costos Totales CAPITULO 6: RESULTADOS 6.1. Planos y diagramas para la construcción e instalación 6.1.1. Planos y diagramas a detalle de circuitería de control y de potencia “Embrague”
6.1.2. Planos y diagramas a detalle de circuitería de control y de potencia “Freno”
30
PERFIL DE TESIS 6.1.3. Planos y diagramas a detalle de circuitería de control y de potencia “Acelerador”
6.1.4. Planos y diagramas a detalle de la interfaz de usuario 6.1.5. Planos y diagramas a detalle del sistema contra fallos. 6.1.6. Planos y Diagramas para Construcción e Instalación 6.1.7. Planos y diagramas a detalle del mecanismo del Embrague 6.1.8. Planos y diagramas a detalle del mecanismo del Freno 6.1.9. Planos y diagramas a detalle del mecanismo del Acelerador 6.2. Presentación del Prototipo de pruebas 6.2.1. Desarrollo del manual de usuario del servomecanismo de asistencia 6.2.2. Video-ilustración 6.2.3. Plan: Demostración de asistencia a la conducción 6.3. Conclusiones y Recomendaciones 6.4. Bibliografía y Webgrafía 7.2. CRONOGRAMA DEL PROYECTO.
Figura 18. Cronograma de actividades
31
PERFIL DE TESIS
Tabla 4. Cronograma de Actividades 7.3. PRESUPUESTO REFERENCIAL. Debido a la naturaleza del proyecto se presenta un presupuesto a groso modo de cual se puede tomar referencia del costo máximo a utilizarse en cada componente. Elementos en general
Cantidad
Costo estimado
Elementos generadores de energía
1
800
Elementos de acondicionamiento de aire
1
180
Elementos de producción de aire
1
350
Actuador embrague
1
100
Actuador freno
1
120
Actuador Acelerador
1
100
Auxiliar Actuador Embrague
1
200
Auxiliar Actuador Freno
1
200
Auxiliar Actuador Acelerador
1
200
Mecanismo Embrague
1
150
Mecanismo Freno
1
150
Mecanismo Acelerador
1
150
Circuitos electrónicos-eléctricos
1
500
interfaz de usuario
1
200
Instalación
1
600
COSTO TOTAL
4000
Tabla 5. Tabla de Presupuesto 32
PERFIL DE TESIS * ($) Dólares
7.4. CARTA
33
PERFIL DE TESIS
34
PERFIL DE TESIS
35
PERFIL DE TESIS
36
