Universidad Tecnológica de la Mixteca

Instituto de Electrónica y Mecatrónica

Ingeniería en Mecatrónica

Reporte de proyecto:

Diseño e implementación de un robot de un grado de libertad.

Elaborado por:Carrasco Martínez Marco Antonio De la Cruz Sánchez Berith A. García Buy Rogelio Pérez López Gabriel

Asignatura: Dinámica de Sistemas

Grupo: 408

Profesor: Dra. Irma Salinas Pérez

Huajuapan de León, Oaxaca, a 5 de julio de 2013

Tabla de contenido

I. OBJETIVOS

II. INTRODUCCIÓN

III. MARCO TEÓRICO

IV. DESARROLLO

V. CONCLUSIONES

VI. BIBLIOGRAFÍA

I. OBJETIVOS:

Los siguientes, son objetivos generales del proyecto:

1. Diseñar e implementar un robot de un grado de libertad, usando un launchpad MSP430 y un motor de CD.

2. Lograr el movimiento controlado de un sistema.

Los siguientes, son objetivos particulares del proyecto:

1. Aplicar e incrementar los conocimientos teóricos y habilidades prácticas adquiridas en los cursos de Circuitos Eléctricos I y II, Dinámica de Sistemas y Programación Estructurada.

2. Aprender las distintas configuraciones de un microprocesador.

3. Configurar un display de cristal líquido.

4. Reforzar conocimiento sobre sistemas de control y sus distintas etapas: comparación, control, acción, retroalimentación, etc.

II. INTRODUCCIÓN

En el presente documento se expone el proceso de elaboración de un mecanismo electromecánico con un grado de libertad, así como sus pruebas, resultados y conclusiones. Todo el proyecto tuvo una duración de 2 semanas para su diseño, elaboración y ensamble trabajando un promedio de 5 horas por día.

A lo largo del proyecto surgieron varias dudas que retrasaron el proceso y al mismo tiempo impulsaron a buscar todas las soluciones posibles al problema, que mantenía retrasado el problema. Gracias a esto los conocimientos con respecto al tema se vieron incrementados. En el proceso cada integrante del equipo tenía una tarea específica relacionada con la parte mecánica o la parte electrónica del sistema. Esto permitió que se dividiera el trabajo de

forma equitativa para que el proyecto fuese terminado en un lapso menor de tiempo.

III. Marco teórico:

Robot:

Un robot (Figura 1) es una entidad virtual o mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. La independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y tecnología. La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos como a sistemas virtuales de software, aunque suele aludirse a los segundos con el término de bots.

Grado de libertad:

Los grados de libertad son el número mínimo de velocidades generalizadas independientes necesarias para definir el estado cinemático de un mecanismo o sistema mecánico. El número de grados de libertad coincide con el número de ecuaciones necesarias para describir el movimiento. En caso de ser un sistema holónomo, coinciden los grados de libertad con las coordenadas independientes.

En mecánica clásica y lagrangiana, la dimensión d del espacio de configuración es igual a dos veces el número de grados de libertad GL, d = 2·GL.

Display LCD:

Una pantalla de cristal líquido o LCD (sigla del inglés liquid crystal display) (Figura 2)es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.

Figura 1. Robot programado para tocar .una trompeta.

Figura 2. Display de cristal liquido

LaunchPad MSP430:

El MSP-EXP430G2 LaunchPad (Figura 3) es una herramienta fácil de usar programador flash y herramientas de depuración para los microcontroladores Value Line MSP430G2xx. Tiene emulación de a bordo para la programación y la depuración y cuenta con un 14/20-pin DIP socket, botones de a bordo y los LED y pinouts compatible con BoosterPack que soporta una amplia gama de módulos de conexión para una mayor funcionalidad, como los inalámbricos, muestra y más.

Características:

14-/20-pin DIP (N) toma 2 LEDs programables LED o 1 fuente 1 botón programable Botón reset

Figura 3. MSP430 de Texas Instruments

IV. Desarrollo:

MATERIAL:

2 Launchpad TI-MSP430 1 Motor de Cd de 12 Volts 12 leds color verde 1 Carcaza de DVD 1 Transistor TIP122 15 cables dupón tipo Hembra-Hembra, Hembra-Macho y Macho-Macho 2 Bandas para engranes Display de Cristal Líquido 2 Potenciómetros de 10kΩ Placa agujerada 1 m2 de madera

El principal objetivo del proyecto es lograr un movimiento controlado de un sistema. Dada la naturaleza del proyecto, éste se dividió en dos partes: la parte mecánica y la parte electrónica. Cada parte se diseñó de tal manera que interactuara perfectamente con la otra y obtener un máximo rendimiento. A continuación se explica el proceso de cada una de las partes del sistema:

*Parte electrónica*

El objetivo principal de la parte electrónica del sistema es procesar una entrada de datos y generar una señal de salida que controle la parte mecánica del sistema. Se decidió usar el launchpad MSP430 de Texas Instruments como controlador y procesador del sistema, por sus capacidades de procesamiento y conversión analógica-digital. En un principio la idea era implementar un teclado matricial de 4x4 para manejar la entrada de datos. Sin embargo, esto implicaba usar múltiples entradas para generar múltiples salidas. Además surgió un problema con un retardo inesperado entre la señal generada por el teclado y la señal que recibía el launchpad. Debido a lo anterior, la idea de usar el teclado matricial fue descartada y se optó por usar un potenciómetro como medio de ingreso de datos.

Figura 4. Potenciómetro de color negro para la entrada de datos. Push Button de color rojo.

(Figura 4).

La alimentación del sistema consiste en un cargador genérico de 5V, así que el rango de entrada de datos es de 0 a 5V. Entonces, el launchpad se programó para que a 5V de entrada el sistema se moviera 180 grados (medio circulo) y a 0V de entrada le correspondieran 0 grados. A partir de estos valores se generó una escala para construir un rango intermedio de voltajes para cada 20 grados de la vuelta.

Dado que la lectura de datos se realiza de manera continua, era necesario tener un disparador para cuando el usuario decidiera cuantos grados quería que girara el mecanismo. El problema se solucionó usando un push button (Figura 4) que mandara una señal diferente a un pin distinto a la launchpad. Cuando el programa detectara que la señal es recibida, se hace una pausa a la lectura de datos y toma el valor actual de entrada que viene desde el potenciómetro. Dicho valor es después usado para decidir qué tiempo va a estar recibiendo voltaje el motor y de ese modo controlar el ángulo viajado por el mecanismo.

Para darle una mejor presentación, se usaron 12 LEDs color verde unido a un disco de papel cascarón y se soldaron teniendo una tierra común (Figura 5). Cada uno de los ánodos de los LEDs se conectó con un pin de entrada de un launchpad diferente cuyo propósito es generar un patrón de luces que se encienden y apagan. Dicho patrón depende del programa que se le introduzca a la launchpad, por lo que cambiarlo requiere simplemente cargar un programa diferente.

*Parte mecánica*

La parte mecánica consta básicamente de dos pares de poleas alineadas (Figura 6) para poder convertir un motor de corriente directa con una salida constante de alrededor de 12 vueltas por segundo, en un sistema muy parecido al de un motor de 18 pasos por los 360 grados, es decir, pasos de aproximadamente 20 grados, es por ello que fueron útiles las dimensiones de las poleas, en las cuales las salidas eran muy pequeñas y las entradas muy grandes en cuanto a los radios, es decir hacia una conversión muy drástica, ya que pasa de

Figura 5. LEDs soldados en serie unidos a un disco de papel cascarón.

dar 12 vueltas a dar pasos de aproximadamente 20 grados en 1 segundo, es decir tiene una relación de entrada-salida de aproximadamente 1:180.

Cabe también señalar que el hecho de la utilización de bandas fue muy preciso ya que si no se encuentran bien posicionadas, no tienen el giro esperado y por lo tanto la salida que se muestra ya no es constante además que es controlada por tiempo, así que esto impedía que el motor inicial pudiera desembocar en una salida constante capaz de ser controlada por tiempo.

Para dicho sistema, reciclamos una carcaza de DVD, la cual la pudimos incrustar en una base de madera previamente diseñada para el proyecto.

Figura 6. Grupo de poleas alineadas.

V. Conclusiones:

En la actualidad, más allá de utilizar mano de obra, la industria se remonta y cae más sobre robots, mecanismos y máquinas de la misma índole, tanto porque representan un ahorro económico, en tiempo y espacio, es además preciso mostrar que las tareas que un mecanismo puede realizar además de ser importantes, pueden ser peligrosas para las personas, es por ello que las importancia de estas máquinas incrementa.

Un robot o un mecanismo pueden ir desde la actividad más sencilla como, un movimiento rotatorio o lineal, hasta la construcción casi autónoma de autos, artefactos incluso otras máquinas con la misma finalidad.

Partiendo de ese hecho es muy convincente saber que la orientación de la ingeniería es clara hacia la construcción manejo y desarrollo de este ambiente, e inequívocamente lo es hacia la ingeniería en Mecatrónica, es por ello aún más importante que esta área domine el manejo y construcción de estos aparatos y como finalidad de la materia , el manejo, desarrollo y construcción de un mecanismo de un grado de libertad con la capacidad de programación y la entrada de datos de manera externa, esto con la finalidad de poder manipular algunos objetos, y solamente cambiarlos de su posición original, para ello es muy importante conocer la programación y el uso de distintos componentes eléctricos, electrónicos mecánicos y algunos de programación.

Es importante conocer también las distintas herramientas que facilitan mucho el uso de distintos componentes eléctricos y electrónicos, como tarjetas programables, tales como el arduino o el launchpad, ambas herramientas desarrolladas por el mismo proveedor y ambas con un lenguaje de programación sencillo para las personas relacionadas a este contexto.

Las distintas materias del semestre van de la mano con esta, ya que por ejemplo la programación es muy parecida a la que anteriormente se conocía, al igual que el diseño de mecanismos son materia auxiliarles a esta, aparte claro de circuitos eléctricos y metrología, estas nos permiten y simplifican el manejo y de los componentes necesitados y en el proceso del proyecto y dudas salidas a flote en él es importante lo que por ello se aprende, que a pesar de no ser planeado es conocimiento adquirido e incluso aplicado, ahí radica también las importancia del desarrollo de este tipo de proyectos, y en general de las practicas, aprovechar e implementar cada herramienta aprendida y tratar de conocer tanto como sea posible para el correcto desarrollo del proyecto.

VI. Bibliografía

“Circuitos Eléctricos”Charles K. Alexander – Matthew N. O. SadikuTercera Edición

“Amplificadores Operacionales y Circuitos Lineales Integrales”Robert F. Coughlin – Frederick F. DriscollQuinta Edición

INTERNET:o http://processors.wiki.ti.com/index.php/MSP430_LaunchPad_(MSP-EXP430G2) o http://www.ti.com/ o http://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_de_cristal_l%C3%ADquido#1887 o http://www.pablin.com.ar/electron/info/lcd/ o http://es.wikipedia.org/wiki/Conversor_digital-anal%C3%B3gico o http://www.mda.cinvestav.mx/personal/webpersonal/jjalvarado/cinvetav/

apen.htm