UNIVERSIDAD MINUTO MINUTO DE DIOS
BRAZO ROBOTICO
JOSÉ RICARDO INFANTE PRIETO TECNOLOGIA ELECTRONICA ELECTRONICA III SEMESTRE
MANUEL ENRIQUE WAGNER MENDIVELSO
ZIPAQUIRA 22 – 11 – 2010
INTRODUCCION
Siendo conocedores de la realidad actual de la especialidad de robótica en la producción en algunas empresas o simplemente en la vida cotidiana, podemos llegar a pensar que cada día somos esclavos de estas tecnologías, sin embargo podemos desarrollar artefactos con la ayuda de la electrónica y la mecánica que nos puedan servir de ayuda para lograr mayor rendimiento y una baja tasa de esfuerzos innecesarios en las personas como lo puede demostrar un brazo robótico el cual puede llegar a realizar tareas difíciles, repetitivas y peligrosas para cualquier ser humano evitando así las tragedias que se generan. Al realizar este brazo robot quiero dar a conocer sus grandes ventajas en el campo de la industria, sus comportamientos y parámetros y a la vez ganar más experiencia en cuanto al desarrollo de habilidades y destrezas construyendo elementos robóticos.
El Brazo Robótico es un proyecto que se desarrollo con el fin de implementarlo en situaciones donde el trabajo de una persona pueda llegar a lastimarla de manera física o psicológica. La fabricación del Brazo Robótico es realizado para dar a conocer los elementos robóticos, electrónicos, mecánicos e informáticos que nos pueden ser de gran ayuda a la hora de desempeñar labores peligrosas en la industria como pueden ser la manipulación de elementos pesados que puedan ocasionar lesiones en el personal, manipulación de desechos orgánicos el cual puede ocasionar contaminación o infecciones en el personal, manipulación de contenidos químicos peligrosos por su toxicidad o por sus agentes que pueden producir explosiones, ocasionando enfermedades, quemaduras o hasta la muerte, manipulación de desechos radioactivos. El brazo robot es un elemento con gran versatilidad y gran desempeño gracias a sus elementos electrónicos informáticos y mecánicos que veremos a continuación.
ELEMENTOS ELECTRONICOS Para realizar la parte electrónica del brazo se tuvo en cuenta el voltaje y la corriente suministrada para el funcionamiento del brazo.
Voltajes Suministrados:
5V, 12V, 24V, 30V.
Microcontrolador PIC 16F84A: Es un circuito electrónico programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales los cuales cumplen una tarea específica. Driver L293D: Circuito integrado el cual nos sirve para controlar los motores. Cumple la misma funciona que un puente H protegiendo las salidas digitales que me provee el microcontrolador y realiza la función de amplificador de las señales digitales Cristal de cuarzo: (4Mhz) componente electrónico que al aplicarle un voltaje se ge nera una vibraciones en el cristal de cuarzo interno convirtiendo las vibraciones mecánicas en voltajes eléctricos originando así los pulsos con los cuales se van a sincronizar los tiempo del programa. Condensadores: (22nf) Almacenan el voltaje
Resistencias: 1K son elementos electrónicos que se oponen al paso de corriente. Pulsadores N/A: Elementos electrónicos que permiten el paso o interrupción de la corriente mientras es accionado, cuando no se actúa sobre el vuelve a su posición Circuito impreso o Protoboard, cable para protoboard. Diodo LED
ELEMENTOS MECANICOS Servomotor: Es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición al enviarle una señal codificada o un tren de pulsos, el servomotor se mantendrá en la posición indicada siempre y cuando exista el tren de pulsos. El eje del motor es capaz de llegar a un ángulo de 180º. Las dimensiones de un servomotor estándar son de 40 x 20 x 36mm y pesan 39g aproximadamente, estos cambian según su fabricante y su utilización y en su interior poseen una caja reductora, un circuito de control, motor, un potenciómetro un servo estándar posee 5Kg por cm de torque que es bastante fuerte y muy poderoso para su tamaño. También posee tres cables que en su mayoría son de color blanco (CTRL), Negro (GND), Rojo (VCC) 5 volts. El cable de control se utiliza para comunicar el ángulo, el ángulo está determinado por la duración de un pulso que se aplica al alambre. A esto se le llama PCM (Modulación Codificada de Pulsos).El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (0.2seg). La longitud del pulso determinara los giros del motor, Un pulso de 1.5 ms hará que el motor se torne a la posición de 90º (llamado posición inicial o cero), si el pulso es menor de 1.5ms entonces el motor se acercara a los 0º , si el pulso es mayor a 1.5 ms entonces se acercara a los 180º. Motor Paso a Paso (PAP): Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares. Los motores PAP tienen un comportamiento diferente a los motores DC ya que poseen cuatro bobinas. En primer lugar no giran libremente por sí mismos, como su nombre lo indican avanzan girando por pequeños pasos dependiendo de las bobinas o bobina que se energice, también difieren de los motores DC en la relación entre velocidad y torque. Los motores PAP se posicionan en un ángulo determinado dependiendo de la secuencia que se le envíe desde el microcontrolador, se pueden configurar para tres velocidades diferentes.
Existen dos tipos de motores PAP: Bipolar: estos tienen generalmente cuatro cables de salida y necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada. Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexión interna y se caracteriza por ser más simple de controlar
porque solo
necesita una secuencia ordenada para su funcionamiento Piñones Cremallera Guía para carro transportador.
ELEMENTOS INFORMATICOS ASSEMBLER: (lenguaje de programación) Se refiere a un tipo de programa informático que se encarga de procesar el lenguaje de origen y lo traduce a lenguaje de máquina para poder ser ejecutados por un microcontrolador o microprocesador. En este programa realizamos todas las instrucciones que queremos que se guarden en la memoria del microcontrolador PIC 16f84a y que ejecuten los servomotores y los motores PAP. En este programa desarrollaremos la configuración de ancho de pulso de (1.5ms) determinando así el ángulo inicial llamado también posición neutra en el cual se posicionará el servomotor cuando encendamos el programa, teniendo en cuenta las entradas que vienen desde los pulsadores quienes le indican al programa las nuevas configuraciones para modificar el ancho de pulso inicial. En assembler también se desarrollara el programa para el control de motor paso a paso y la velocidad en la cual queremos que el gire, para esto necesitamos una tabla donde se muestra la configuración para energizar las bobinas y llevar una secuencia, teniendo la secuencia correcta podremos controlar el motor para que se energicen las bobinas en un orden especifico y desempeñe el movimiento correcto, en este programa se realizaran operaciones lógicas las cuales tendrán como salida el envío de pulsos para energizar las bobinas del motor paso a paso generando así posición del rotor o eje.
El brazo robot se basa en la utilización de motores que realicen movimientos precisos y fluidos, estos motores están conectados a una fuente de poder de 5V y 12v dependiendo la hoja de tatos de cada motor. El Brazo Robótico posee 4 grados de libertad.
Primer grado de libertad: Este grado de libertad es gracias a un servomotor que se encuentra conectado en las mandíbulas de la pinza, el cual genera movimiento a un piñón que está anclado al servo y gracias a este transmite el movimiento a dos piñones cruzados los cuales rigen el movimiento de cada una de las mandíbulas de la pinza realizando los movimientos de apertura o cierre de la pinza, teniendo como apertura máxima 80mm. Segundo grado de libertad: Este movimiento es gracias a un segundo servomotor el cual está anclado a la parte posterior de la pinza y tiene el control del movimiento de la esta, puede rotar 120º. Tercer grado de libertad Este movimiento se da gracias a un motor paso a paso que se encuentra fijado en la estructura de una caja, la cual está sujeta a una guía vertical que nos proporciona libertad para que la caja suba o baje. El motor PAP al ser accionado transmite movimiento a un piñón que está situado en la caja, la caja se desplaza gracias al movimiento transmitido por el piñón a la cremallera que se encuentra sujeto a una guía en la estructura del brazo. El desplazamiento vertical de la caja es de 300mm. Cuarto grado de libertad: Este movimiento nos da la liberta de girar toda la estructura 360º sobre la base, este movimiento es gracias a un segundo motor paso a paso que se encuentra en una caja que se encuentra en la parte inferior de la estructura del brazo. La mayor parte del brazo se elaboro en materiales de fácil acceso como madera (MDF), repuestos de impresora, plástico y aluminio.
La pinza se construyó en madera (MDF) y se incorporaron piñones de una impresora que fue desechada, se utilizo aluminio, empaque para vidrio, tornillos para madera de de ½” pulgada,
la estructura se construyo con MDF y se incorporo material de
impresora como cremallera, la guía y caja donde viajan las tintas de la impresora. Los motores paso a paso fueron extraídos de la impresora. El peso total del brazo es de 3Kg puede soporta un peso de hasta 5Kg.
OBJETIVOS Generales: - Fabricar un brazo robótico utilizando materiales reciclables. - Utilizar técnicas de soluciones de problemas. - Dar a conocer los elementos robóticos, electrónicos, mecánicos e informáticos que nos pueden ser de gran ayuda a la hora de desempeñar labores peligrosas en la industria. - Reforzar los conocimientos adquiridos en la ejecución de proyectos tecnológicos. Específicos: -
Promover la actividad económica.
-
Afianzar los conocimientos en cuanto robótica.
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Esquematizar el proyecto reforzando los conocimientos tecnológicos adquiridos durante mi preparación en la universidad.
BIBLIOGRAFIA
Campos, J (2009). Curso básico de PIC estructura de un programa: Iventronica McComb, C (1993).Tips y Técnicas para electrónica. Mc Graw Hill
http://es.wikipedia.org/wiki/Rob%C3%B3tica http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/robotica/index.htm http://sites.google.com/site/proyectosroboticos/fabricar-brazo-robot http://mecatronico.forogeneral.es/foro/post758.html http://www.forosdeelectronica.com/f19/fabricar-brazo-robot-2375/
