Proyectos T01PRO - Brazo Repartidor de Tarjetas

Esta aqui el proyecto T01PRO en HD (High Definition). Este proyecto consiste en un brazo mecánico que tiene dos articulaciones que le permiten tomar una tarjeta de presentación y entregarla al usuario de forma automática. Este proyecto fue presentado en el stand de Tienda de Robótica durante el Campus Party 2012 en Bogotá, Colombia.

La imagen que ves a la izquierda corresponde al montaje que debes realizar con un Controlador de Servo de 12 Canales, un Shield Ardumoto, dos sensores ópticos, dos servomotores y una bomba de vacío. Sobre la conexión de estos componentes y su funcionamiento se ha desarrollado el presente tutorial. El programa en el que se ha desarrollado este montaje se llama Fritzing y es muy interesante para que realices los esquemas gráficos de tus proyectos.

En este proyecto sobre el Brazo Repartidor de Tarjetas vamos a tratar lo siguiente:

Brazo5

1 – Descripción del proyecto

El proyecto del Brazo Repartidor de Tarjetas consiste en un brazo que tiene dos articulaciones que le permiten realizar un movimiento tal que pueda recoger de su base una tarjeta de presentación y entregarla de una manera cómoda a la persona que se encuentre delante de éste. Cada articulación fue realizada con un soporte de inclinación de servo y las extensiones o los “huesos” del brazo son perfiles en acrílico rojo traslúcido. Al final del brazo se encuentra una ventosa que por medio de succión de aire hace que la tarjeta se adhiera y permanezca así hasta que sea entregada al usuario. La succión mencionada la realiza una bomba de vacío que está ubicada en la parte de atrás de la base del robot.

Para que un usuario reciba una tarjeta debe pulsar un botón rojo grande que dará la orden de ejecutar los movimientos. Una vez la tarjeta está extendida frente al usuario, el brazo tiene dos sensores ópticos digitales de 5 cm que pueden detectar una mano sea izquierda o derecha para que la bomba de vacío deje de funcionar y así suelte la tarjeta entregádola. Luego el brazo regresará a una posición donde esperará a que se le ordene de nuevo la entrega.

Todo el control del brazo, los movimientos de entrega de la tarjeta y las condiciones de inicio las realiza el controlador de servos que se ha programado para ello.

 

Brazo1BrazoEntregando

Brazo esperando por orden Brazo entregado tarjeta

2 – Materiales a usar

controlador-de-servos-usb-12-canales

Controlador de Servos USB – 12 Canales: Es el controlador que se configura con la posición de los servomorotes de las articulaciones, también se le pueden guardar secuencias para que las ejecute cuando se le de una orden externa. Tiene conexión de hasta 12 servomotores, adicionalmente cada canal puede ser configurado como entrada-salida digital o entrada-salida análoga. Para este proyecto estamos usando los tres primeros canales como entradas digitales, los siguientes dos como salidas de servomotores y los siguientes dos como salidas digitales. A través del puerto mini USB se puede conectar al software Maestro Control Center para realizar todas las configuraciones y programación necesaria.

platosoporte-de-inclinacion

Plato / Soporte de inclinación para servo: Su estructura de soporte metálica permite realizar acoples entre extensiones para formar articulaciones y extremidades. El servomotor con el que cuenta tiene caja de reducción metálica y tiene un torque de 12Kg-cm. A este componente se le han acoplado las extensiones realizadas en acrílico para unir dos de estos componentes y para dar un mayor tamaño al brazo.

bomba-de-vacio-12v

Bomba de vacío – 12V: Esta bomba realiza la succión necesaria para sujetar las tarjetas por medio de una ventosa que se adicionó en el sistema del brazo repartidor. Funciona a 12 VDC, consume 1 A de corriente y trae conexiones para tubo flexible de 3/8 de pulgada de diámetro.

shield-driver-de-alta-potencia-para-arduino

Shield – Ardumoto Driver: Este shield diseñado para Arduino ha sido usado para controlar la bomba de vacío. Por el consumo de corriente de la bomba de vacío es necesario utilizar un driver para realizar una etapa de potencia. Se ha utilizado uno de los dos canales para motor DC que tiene este shield. Las señales digitales necesarias para el sentido de giro y la velocidad se tomaron del controlador de servos USB.

 

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Sharp  Digital – Distancia 5cm: Este sensor óptico es el encargado de detectar si una mano ha cogido la tarjeta que el brazo está extendiendo. Se ha usado dos y se han colocado detrás de la ventosa a una distancia estratégica para que cuando una personal tome la tarjeta por alguno de sus lados este sensor emita una señal al controlador de servos para que permita soltar la tarjeta y que el brazo regrese a su posición de reposo.

 

3 – Diseño

 

Antes de la implementación física del proyecto se realizó un diseño en SolidWorks 2010 de la forma que tendría el Braro Repartidor de Tarjetas, principalmente para saber qué forma y tamaño dar a las extensiones de las articulaciones. Se debe tomar en cuenta que los servomotores que vamos a utilizar tienen un torque máximo de 12 Kg-cm, esto quiere decir que el peso que puede levantar o mover cada servo dependerá de la distancia a la que se coloque, en realidad se forma una palanca. Miremos la siguiente imagen:

Brazo4

La fuerza F es la que realizará el servo de acuerdo a la distancia d, entre mayor sea la distancia d menor será la fuerza F. La fuerza F es la que necesitamos para hacer que el brazo se sostenga y levante peso. Por ejemplo, necesitamos que el servo que usamos levante un peso de 1Kg, así podemos usar la fórmula:

M = F * d, donde M es el torque; reemplazamos los datos:

12Kg * cm = 1Kg * d. Despejamos d:

d = (12Kg * cm) / 1Kg, se cancelan las unidades de masa Kg y la respuesta queda en cm

d = 12 cm.

Como vimos, la distancia máxima de la palanca que se forma es de 12 cm para sostener 1Kg. De esta manera se realizaron algunos cálculos para saber cuál podía ser la extensión del brazo de acuerdo a los componentes que usamos.

Una vez se establece el largo que pueden tener las extensiones de las articulaciones se puede hacer el diseño en SolidWorks para saber cómo va a quedar nuestro proyecto. A continuación te dejamos con algunas imágenes:

Brazo6Brazo7

Para que te animes a realizar este proyecto te dejamos los archivos fuente de SolidWorks para que puedas descargarlos al final de este tutorial 🙂

4 – Programación

Para realizar los movimientos de las articulaciones y la programación de la secuencia de entregar la tarjeta usamos el Controlador de Servos USB. Te recomendamos leer toda la información que se encuentra aquí para que sepas como instalar los drivers y descargar el software.

La programación en el Software Maestro Control Center puede realizarse grabando las posiciones en Frames o cuadros como haciendo una película 🙂 . Luego defines el tiempo que debe durar cada cuadro de acuerdo del tiempo que tome realizar los movimientos. Luego toda la secuencia la puedes traducir automáticamente a lenguaje Script para cargarla en el Controlador. Las posiciones que se definen desde el software están dadas en microsegundos. Cuando realices el proyecto puedes definir tus propias posiciones iniciales, los movimientos a realizar, las velocidades, las aceleraciones y demás de acuerdo a como hayas realizado la parte mecánica. Para este proyecto realizamos siete Frames que serán explicados en el siguiente vídeo:

BrazoEsperando

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