Diseno de Brancusi
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Equipo 4: El diseñador y los Brenan. Página 1
Brancusi
Alumnos: Avilés Hernández Gerardo Rene
Rivera Colin Héctor
Castillo Barranco Héctor
Asignatura: Diseño Mecatrónico
Profesor: Ing. Pedro Morales Delgadillo
Grupo: 4
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Objetivo.
Diseñar e implementar los dispositivos y mecanismos para otorgar el
movimiento a un cubo (escultura brancusi) de acuerdo a las especificaciones
de nuestro cliente Ing. Pedro Morales Delgadillo.
Introducción.
Enrique Carbajal "Sebastián"
nació en Chihuahua, México en 1947 y
desde finales de los años sesenta empezó
a crear una obra escultórica única en la
tradición mexicana y latinoamericana. Su
vocación constructiva, alimentada por
los principios del arte cinético, se
expresó inicialmente en la creación de
esculturas transformables, o que se
desdoblan, entre las cuales su cubo
flexible bautizado como Leonardo 4
constituye un ejemplo inigualable.
Sebastián es miembro del World Arts Forum Council con sede en
Ginebra; es investigador de tiempo completo de la UNAM, miembro del
Consejo Consultivo del Consejo Nacional para la Cultura y las Artes (CNCA)
y beneficiario del Sistema Nacional de Creadores 1994-1996.
Cubo Transformable Brancusi4. Medidas con la forma inicial de Cubo
de 20 cm por cada lado. Diferentes medidas al transformarse. Material
plástico. Firma en un costado del cubo, aparece junto a la Eedición
138/500. El Cubo se transforma en varias vistas, siempre unido en una sola
pieza.
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Entrevista con el cliente.
Se realizo la entrevista con el cliente para poder establecer que
elementos son importantes para el, además, de llegar a un común acuerdo para
la implementación de la escultura, a continuación se muestra las preguntas que
se realizaron:
• Cual será la implementación del dispositivo (brancusi)?
R= Entretenimiento visual
• A continuación te mostrare algunos aspectos y tendrás que escoger 3
que sean mas importantes para ti:
1. Dimensiones
2. Peso
3. Material
4. Movimiento
5. Velocidad
6. Estática
7. Mecánica
8. Electrónica
R= Movimientos suaves que no brinque que regrese a su posición natural con
suavidad, las dimensiones se las proporcionare, interfaz con el usuario para la
comunicación (inalámbrica), materiales llamativos y de uso exterior referente
a la estética.
• La implementación será de una sola exposición?; Esto pensado en que
se pueda utilizar mensual, semanal o diario.
R= Generar espectáculo semanalmente.
• Que tipo de mantenimiento planteas para este dispositivo?
R= Mínimo, no quiero que se desarme cada vez que termine su función.
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• Que tiempo estará en funcionamiento?
R= Descanso de una hora entre presentaciones.
• Requieres de un modo en especial de implementar el control (micro
controlador)?
R= Es libre, de acuerdo a sus conocimientos.
• Cuantos movimientos o transformaciones se realizaran?
R= Son dos posiciones.
• Requieres de un mínimo de elementos?
R= Que sean mínimos pero no tengo un numero, entre menos mejor, deseo
que en el diseño se implementen todos los elementos a detalle, no
necesariamente en el prototipo.
• Se realizara producción masiva?
R= Dependerá de la aceptación del publico.
• Algún otro aspecto que desees?
R= Por el momento no si requiero de alguna otra cuestión se les avisara.
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Especificaciones.
• Estética: Colores y materiales vistosos
• Tiempo de uso: Serán 2 transformaciones de manera que el
movimiento sea suave (esto determinara el tiempo en el que las
realicen), el descanso del dispositivo será de una hora entre
presentaciones.
• Movimiento: Suave que se note una cadencia natural.
• Mantenimiento: Mínimo.
• Interfaz: Inalámbrica (no precisada).
Árbol de objetivos.
A continuación se muestra el principal árbol de objetivos con los elementos
más importantes, cabe mencionar que cada uno de los elementos se
representara como un árbol de objetivos (ver sección anexo A):
Figura 1: Se muestra el diagrama “Árbol de funciones”, para así satisfacer las necesidades del cliente.
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Funciones.
Las funciones de nuestro dispositivo estarán en función de nuestras
entradas y esto permitirá que se procesen de cierta manera para lograr tener
nuestra salida que es la condición de movimiento de nuestro dispositivo, a
continuación se muestra un diagrama que explica a grandes rasgos el proceso
que se implementara:
Figura 2: Muestra Cuadro de funciones “caja negra” (ver sección anexo A).
Mediante la señal que envié la interfaz (que fue producida por el
usuario) al micro controlador (que a su vez se encuentra alimentado por la
energía, todo el circuito electrónico) este tomara la decisión de alguna de las 2
transformaciones y mandara la señal a los actuadores que a su vez harán que el
mecanismo funcione y produzca dicha transformación (movimiento).
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QFD (Quality Function Deployment).
QFD es un proceso que asegura que los deseos y las necesidades de los
clientes sean traducidas en características técnicas. Estas características son
manejadas por la compañía mediante la función del diseño. El principal
objetivo de las funciones realizadas es centrar el producto o servicio en la
satisfacción de los requerimientos del cliente (ver sección anexo A, donde se
muestra el proceso de QFD).
Diseño conceptual.
En este apartado se realizaran los bosquejos del dispositivo “Brancusi”,
esto permitirá conocer las dos transformaciones que se implementaran en el
mismo a fin de satisfacer las necesidades del cliente en cuanto a forma y
dimensiones (ver sección de anexos A numero 3).
Los materiales y elementos seleccionados serán seleccionados como
existentes de venta en comercios o proveedores, para agilizar el proceso de
implementación a fin de mantener de lado el proceso de manufactura de los
mismos. Cabe mencionar que dependerá de cada elemento si se tenga que
explicar la decisión por la cual fue tomado, ya sea por un método ó por
facilidad en la implementación.
La conformación de este proyecto se encuentra en satisfacer en corto
plazo la implementación del mismo.
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Selección del material con el que se conformaran los prismas rectangulares del brancusi.
La selección de material es importante para determinar el motor que se
desea implementar para esto lo decidiremos por matriz de decisión:
Características Importanci
a (0-100) Porcentaje Material (Acrílico)
Material (Sintra)
Material (aluminio)
Peso 80 45% 1 2 0
Costo 80 35% 1 -1 -2
Flexibilidad 50 5% -1 2 -2
Manufactura 70 10% 0 1 2
Estética 50 5% 2 1 2
Totales 330 100% 0.009090909 0.015151515 0
Ponderación (-2,2)
-2 peor
2 mejor
Tabla 1: Muestra la matriz de decisión para el material que se ocupara de la estructura del brancusi.
SINTRA.
El SINTRA es un material plástico, ligero, rígido y durable con el cual se
pueden construir estructuras fácilmente debido a que se puede cortar con
navaja, perforar, taladrar, pintar, pegar con silicón, Cola-Loka, etc. El
SINTRA es un material termo deformable, es decir, se puede doblar al
sumergirlo en agua caliente y mantener esa forma al enfriarse.
Grosor: 3mm; Densidad: 0.40 - 0.90 g/cm3
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Características:
• Impermeabilización.
• Ignífugo y auto extinguible.
• Preservación del calor.
• Anti sonoro.
• Aislamiento.
• Non-corrosión.
• No tóxico.
• Resistente, rígido con la fuerza de alto impacto.
• Retención estable del color.
Especificaciones:
• Grueso (milímetro): 1 – 32.
• Anchura (milímetro): 1220, 1560, 2050.
• Longitud (milímetro): 2440, 3050, 6000.
• Color: blanco, negro, rojo, azul, amarillo, verde, gris.
Para la obtención del peso de cada componente del cubo se procede a obtener
la superficie de las partes que componen los 8 elementos que a su vez
conforman el cubo brancusi:
Superficie de la Parte A [cm^2] y volumen [V]: espesor = 3 [mm] = .03
[cm]
(8.5*8.5)/2 = 36.125 [cm^2]
(7.5*6.5)/2 = 24.375 [cm^2]
6.5*6.5 = 42.25 [cm^2]
13*8.5 = 110.5 [cm^2]
V = (36.125+24.375+42.25+110.5) (.03) = 6.3975 [cm^3]
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Superficie de la Parte B:
(6.4*6.4) = 40.96 [cm^2]
(16.8*9.3) = 156.24 [cm^2]
V = (40.96+156.24) (.03) = 5.916 [cm^3]
Se procede a encontrar el peso de cada parte con ayuda de la densidad y el
volumen (con el espesor de nuestro material escogido):
Tomamos la densidad del material y la multiplicamos por el volumen para
obtener el peso de nuestra pieza completa:
Densidad = 0.40 - 0.90 gr/cm3 ; Volumen = (5.916+6.3975) = 12.3135
[cm^3]
P = D*V = (.90) (12.3135) = 11.822 [gr]
Las medidas proporcionadas para el prisma rectangular fueron proporcionadas
por el cliente como medidas mínimas, por lo cual se obtuvieron los datos
anteriores. (Proveedor Robodacta)
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A continuación se muestra las dos partes que componen a cada elemento del
brancusi: les llamaremos Parte A y B correspondientemente:
Figura 4: Muestra la Parte A para conformar el isométrico de una de los 8prismas rectangulares que conforman el brancusi.
Parte A
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Figura 5: Muestra la Parte B para conformar el isométrico de una de los 8 prismas rectangulares que conforman el brancusi.
A continuación, se muestra la tabla de matriz de selección para nuestro motor,
que será el que genere el movimiento para realizar las posiciones requeridas
por el cliente (la cantidad de motores estará en función del peso del brancusi):
Características
Importancia
(0-100) Porcentaje
Motor
(CD)
Motor
(Servo)
Motor
(pasos)
Peso 80 45% 2 0 0
Costo 80 35% 2 -2 -1
Dimensiones 80 5% 1 -1 2
Precisión 30 10% -1 2 2
Velocidad 50 5% 2 0 0
Totales 320 100% 0.01875
-
0.003125 0.009375
Ponderación (-2,2)
-2 peor
2 mejor
Tabla 2: Muestra la matriz de decisión para el Motor que se ocupara de generar el movimiento en el brancusi.
Parte B
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Dimensionamiento del motor.
Motor propuesto: Motor de CD de alto par 12 [V].
Tabla 2: Muestra las especificaciones del motor de alto par seleccionado para mover la estructura de nuestro brancusi.
Figura 6: Muestra motor de alto par seleccionado para proporcionar movimiento a la estructura del brancusi.
Debido al espacio reducido que se encuentra en cada uno de los prismas
rectangulares para la colocación de los motores se opto por tomar el motor con
forma plana para cubrir el menor espacio en caso de tener que hacer
instalación de algún sistema de transmisión por medio de engranes o poleas.
En el caso de tener diferentes materiales como acero, se deberá pensar en
servomotores que debido a su alto par y manejabilidad en la posición deseada
Lugar del origen: China
(continente)
Marca: Hua chen Voltaje (V): 12.4-21V Eficiencia: Otros
Velocidad (RMP): 21RPM-208RPMCorriente
Continuos (A):3.7-6.9A
Número de
Modelo:
motor de serie
9FG/12FG
Uso: Coche, Bicicleta
Eléctrica.
alto motor
de la C.C.
del
esfuerzo de
torsión 12v:
competitivo Uso: Industrial
Certificación: CE, ROHS Tipo: Motor del
engranaje
Función: Conducción Velocidad: Velocidad
variable
Torsión: 110-2260N.cm Construcción: Imán permanente Energía: C.C. 12V Estructura: armadura
impresa
Conmutación: Cepillo Proteja la
característica:
Impermeable Forma: forma plana
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pueden conllevar a obtener un mejor resultado, sin embargo manejamos que el
precio de las partes sea bajo, además de fácil implementación.
Bisagras
En este elemento se planea usarlo para proporcionarle conectividad entre los
prismas rectangulares de manera de acople entre prismas, debido a su
simplicidad al generar movimiento circular entre conexiones nos ayuda a
implementarlo en el brancusi, a continuación se muestra el tipo de bisagras
que se ocuparan:
Tabla 3: Muestra el tipo de bisagras a ocupar para el acople entre prismas triangulares en el brancusi.
Figura 7: Bisagras de la marca VEKER, imagen meramente representativa, se ocuparan de 3 agujeros.
Tipo Medidas [in] Color Proveedor # piezas Agujeros
Bisagra de cabeza
plana y perno fijo
2.5x1.75 Cromo satinado VEKER
4 3
Bisagra de cabeza
plana y perno fijo
1.5x1.4 Cromo satinado VEKER
4 3
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Sistema de transmisión.
Debido al espacio reducido que se tiene al interior de cada prisma
rectangular, nuestra mejor opción es optar por una transmisión de engranes de
plástico, estos se pueden encontrar de varios tamaños, dado que el motor que
analizamos es capaz de mover el peso de 2 prismas rectangulares se considera
una transmisión por engranes 1: 2 de primera instancia y la siguiente 1:1 (con
el calculo de la relación anterior RT) para modificar el par de nuestro motor
incrementándolo y manteniéndolo en distancia hacia el engrane receptor de
ese movimiento, en la selección del sistema optamos por ocupar materiales
reciclados como el sistema de transmisión ocupado en las impresoras y
escáner para posicionar o mover ya sea la tinta o el barrido de imagen.
Dado que conocemos las rpm de entrada podemos ajustar a lo siguiente:
Figura 8: Muestra el análisis para obtener la relación de engranaje mediante la velocidad angular y los radios de cada engrane .
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Donde:
ω� = Velocidadangulardeentrada[rpm]
ω� = Velocidadangulardesalida[rpm]
r� = Radiodesalida[in]
r� = Radiodeentrada[in]
Entonces lo que podemos realizar es proponer un r� y determinar r�, con esto
se determina también la relación de transmisión.
�� =#���� �!"# #$
#���� �!�"%&'!(�#
Incremento en el par.
Tenemos nuestro radio de engrane que seleccionamos sera $)* y ɷ, lo
propondremos, dado que tenemos que ɷ)* = 208$%" tomados del máximo
de nuestro motor seleccionado, para el primer engrane.
$)* = 27.3"" ; ɷ,3 = 104$%" ; Por lo tanto:
$,3 =$)* ∗ 7)*
7,3
= 27.3 ∗208
104= 54.6[""]
Obtuvimos el paso diametral para el 2º engrane $,3 .Después se colocara un
tercer engrane en el mismo eje que el segundo con las mismas
especificaciones que el primer engrane. Determinando así la RT = 1:2.
En el siguiente engrane ya que no requerimos modificar las rpm solo
transmitir el par se opto por una relación 1:1 esto lográndose con solo colocar
el mismo engrane que se calculo anteriormente con el mismo paso diametral.
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Tabla 4: Muestra los elementos seleccionados para acoplar el sistema de transmisión al brancusi, se instalaran 4 de estos sistemas en los prismas rectangulares.
Cabe mencionar que si
proponemos un engrane
este estará en función
(conseguirlo, comprarlo,
etc.) de nuestro diámetro
de eje del motor para su
acople, en la siguiente
tabla se muestra una serie
de elementos para
constituir nuestro sistema
de transmisión, la idea de
ocupar poleas y bandas
es para suavizar el
movimiento en la
transformación de
nuestro brancusi.
Tabla 5: Muestra los elementos existentes en un sistema de transmisión de impresora ó escáner, los elementos nos
ayudaran a el acople con el motor para proporcionar el movimiento al brancusi.
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Componentes electrónicos.
Dispondremos de los elementos utilizados a lo largo del curso
(practicas), para adecuar un sistema de elementos electrónicos para inducir la
señal que controlara el movimiento del brancusi, mediante los componentes
antes vistos (motor cd).
• Perfil de velocidad motor de CD.
• Controlar la posición de un motor de CD mediante un control
proporcional.
• Sistema de radio frecuencia con PIC 16f887 (no visto en clase).
Perfil de velocidad motor de CD.
Por medio de la técnica de modulación de ancho de pulso se puede
realizar un control para sistemas que están a larga distancia ya que se puede
evitar la interferencia proveniente del exterior permitiendo realizar un control
de la forma más óptima.
El circuito que recibe la señal modulada permite transformar la serie de pulsos
en una señal análoga, el cual es llamado circuito demodulador de ancho de
pulso. Para un mejor control el Ton mínimo o Toff mínimo debe ser al menos
el 10% del periodo y el Ton máximo 90%.
La aplicación del PWM se realiza por medio del PIC16F887, el cual posee un
módulo interno de PWM, donde se puede extraer una gran gama de pulsos los
cuales van a tener una precisión bastante grande, debido a que trabaja con
tiempos de 1uS.
La parte de potencia donde se piensa controlar el motor es un puente en H, el
cual va a ser diseñado para soportar la máxima corriente de arranque que el
motor tiene en ese instante.
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Los datos que se necesitan para obtener el perfil de velocidad son datos de
nuestro motor propuesto (ver sección anexo A donde se detalla dicho
procedimiento).
Controlar la posición de un motor de CD mediante un control proporcional.
Se requiere realizar un control digital de posición que nos permita
posicionar con precisión el motor D.C, para que así el error de estado
estacionario de la posición del motor sea cero. Otro requerimiento es que el
motor alcance muy rápidamente su posición final. Esto quiere decir que
tratamos que el tiempo de respuesta se máximo.
Para lograr esto, dispondremos de un circuito analógico que incorpora todas
las funciones necesarias para realizar el diseño y control. La eficiencia del
sistema va ligada a los parámetros de la planta. La retroalimentación se hará
por medio de un potenciómetro acoplado al eje del motor, el cual enviará una
señal analógica al circuito de amplificadores operacionales y transistores.
Figura 9: Diagrama de bloques del control proporcional de un motor de CD .
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Sistema de radio frecuencia con PIC 16f887.
El sistema de implementación básicamente es sencillo se necesitan 3
principales elementos:
1. Modulo transmisor.
2. Modulo receptor.
3. Micro controlador.
Con base en esto la
implementación básicamente
un clásica aplicación de
transmisión y recepción serial
haciendo uso de los módulos
USART, en ambos micro
controladores. Para la
comunicación mediante
radiofrecuencia se toman en
cuenta ciertas pautas en el
desarrollo del algoritmo, elegir
una adecuada velocidad de
transmisión de datos, proveer
de retardos de tiempo en partes
clave del algoritmo, etc.
Conviene también probar
aisladamente el funcionamiento
de ambos módulos y la
transmisión y recepción de
radiofrecuencia.
Figura 10: Datasheet módulos de transmisión RF (transmisor y
receptor).
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Figura 11: Circuito físico de la implementación de la transmisión mediante RF con dos micro controladores (imagen meramente demostrativa).
Con estos puntos resueltos solo queda implementarlos en el cubo brancusi
para hacer las pruebas pertinentes y modificaciones a fin de obtener el
movimiento y requerimientos del cliente.
Estética.
En este apartado se proponen ideas para lograr este punto importante
para el cliente que tienen que ver en gran medida con los materiales utilizados
y elementos complementarios para lograr captar la atención del consumidor en
este caso los espectadores de la presentación de la escultura brancusi. A
continuación se presentan varias alternativas para lograr este requerimiento:
• Implementar colores llamativos: se propone
ocupar colores en el material del brancusi
(Sintra), colores básicos, rojo, negro, verde,
azul, etc.
Figura 12: Colores básicos, para implementar en el material Sintra.
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• Formas ó figuras: Dado que la forma primordial esta compuesta por
prismas rectangulares que forman un cubo (brancusi), podemos optar
por implementar un diseño en las dos partes que no sostienen
componentes para el movimiento del mismo, en la sección de CAD se
implemento una corte en el material (al azar) para así poder de igual
manera captar mas la atención hacia la escultura una vez que se
encuentre funcionando.
Figura 13: Imagen representativa de bosquejos de figuras para implementar en nuestro cubo brancusi.
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• Iluminación: una alternativa seria
colocar Leds de alta luminosidad para
darle un efecto de proyección de
imagines del punto anterior, así
captar en mayor medida la atención
del consumidor.
• Aroma: todos nos sentimos relajados con ciertas esencias u olores,
podríamos adaptar un dispensador en alguno de los prismas
rectangulares (sin entrometernos con el espacio reservado para el
sistema de movimiento) para que en el momento del movimiento se
desprenda la esencia y así poder dar un gusto extra a la demostración
del brancusi.
Figura 15: Imagen representativa de la manera en como el aroma fluye en el aire para propagar la esencia en nuestro brancusi.
Figura 14: Colores básicos, para implementar en el material Sintra.
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Interfaz.
Las interfaces de usuario son aquellas que incluyen elementos como
menús, ventanas, teclado, ratón, los beeps y algunos otros sonidos que la
computadora hace, y en general, todos aquellos canales por los cuales se
permite la comunicación entre el ser humano y la maquina. La mejor
interacción humano-máquina a través de una adecuada interfaz (Interfaz de
Usuario), que le brinde tanto comodidad, como eficiencia.
Nosotros proponemos una interfaz de control de Nintendo, en el cual permita
que al pad (flechas), arriba y abajo creen las transformaciones 1 y 2
correspondientemente, el botón A será para confirmar la orden, el botón B
servirá como reseteador para cambiar la selección en caso deseado, el botón
de Start servirá para encender el cubo Brancusi (sistema electrónico) y el
botón de Select s función servirá para regresar a su estado original (cubo).
Transformaciones
Botones de
confirmación y rest
Encendido y regreso a
posición original
Figura 16: Interfaz con el usuario, control de nintendo, aplicación con
RF mediante PIC 16f887.
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Manual de implementación.
1. Cortar la placa de Sintra con las medidas de cada pieza a utilizar.
2. Bisagra: se montara en la parte inferior de la Pieza 1 y 2, colocándolas
de una secuencia primaria (1,3,5 … 9)para otorgar el movimiento de el
brancusi (ver sección anexo A, CAD) con tornillos o pijas.
3. Motor: Se procede a montarse en la Pieza número 2 tomando las
medidas requeridas para que se acople a la transmisión que se
conjuntara con la bisagra.
4. Se añade el circuito que contralara los sistemas de control de motor
CD, posición del mismo, iluminación y aroma (cableado a
consideración del armador) en las piezas necesarias.
5. Prismas rectangulares: cada prisma se constituye de 3 piezas, Pieza
1(2), Pieza 2 (1) y tapa (2), se proceden a unir con adhesivo (kola
loka), cuidando primero en la Pieza 2 montar los elementos como
motor, trasmisión (si es requerida), sistema de iluminación y aroma.
6. Una vez obtenidos los primas se construye el brancusi de tal manera
que su movimiento se acorde a lo establecido (tomar en cuenta
posición de los elementos en el CAD, si no se describe será libre).
7. Debido a que la comunicación es por Radio Frecuencia el circuito
exterior se armara en un control de nintendo la interfaz para lograr las
posiciones requeridas (ver interfaz).
8. Divertirse ¡!!!!