CARÁTULA DE TRABAJO

BARREDORA ELECTRÓNICA MCU

Título del trabajo

JA’ATS’

Pseudónimo de integrantes

ROBÓTICA LOCAL DESARROLLO TECNOLÓGICO

ÁREA CATEGORÍA MODALIDAD

3596416

Folio de inscripción

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BARREDORA ELECTRÓNICA MCU

RESUMEN

El proyecto lleva el nombre de JA´ATS´ el cual significa “limpiar escombros de una

cavidad” en la lengua Maya. Se diseñó un robot el cual es capaz de barrer hacia

dentro de él, la basura que se encuentre a su paso y el cual puede ser controlado

desde un celular vía bluetooth. El proyecto aborda el problema de los adultos

mayores o personas con discapacidad o que se les dificulta moverse libremente, se

diseñó un robot que recoge basura gracias a sus dos barredoras automáticas

impulsadas por los dos motores. La basura que se recolectó con las escobillas se

almacena en la parte de en medio de carrito (contenedor de basura). El robot logra

realizar movimientos hacia el frente, atrás, a lado derecho e izquierdo al igual que

vueltas completas de 360 grados, recibiendo señales vía bluetooth por medio de un

Smartphone y una aplicación para controlar el robot. En cuanto a las escobillas

encontramos que ambas realizan un movimiento circular (la magnitud de la

velocidad de los motores permanece constante). También conociendo el dato que

proporciona el motor, las rpm o vueltas que da en un minuto, se calcula la

frecuencia, periodo, velocidad, velocidad angular y aceleración centrípeta.

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Marco teórico

Circuito Eléctrico Se denomina así a la trayectoria cerrada que recorre una corriente eléctrica. Este

recorrido se inicia en una de las terminales de una pila, pasa a través de un conducto

eléctrico (cable de cobre), llega a una resistencia (foco o motor), que consume parte

de la energía eléctrica; continúa después por el conducto, llega a un interruptor y

regresa a la otra terminal de la pila.

Elementos básicos de un circuito eléctrico

- Generador de corriente eléctrica (pila o batería): Fuente de energía que genera un

voltaje entre sus terminales logrando que los electrones se desplacen por el circuito.

- Conductores (cables o alambre): Llevan la corriente a los demás componentes

del circuito a través de estos cables. Los cables están formados por uno o más

alambres hechos de un material conductor.

- Interruptor: Dispositivo de control, que permite o impide el paso de la corriente

eléctrica a través de un circuito, si éste está cerrado y que, cuando no lo hace, está

abierto.

- Receptores: Son los encargados de recibir y transformar la energía eléctrica en

otro tipo de energía.

- Resistencia eléctrica se define como la mayor o menor oposición que presentan

los cuerpos al paso de la corriente eléctrica. Es decir, la dificultad que opone un

conductor al paso de la corriente eléctrica. Se representa por “R” y su unidad es el

Ohmio (Ω).

Circuito en serie

♦ Los componentes están conectados de modo que las cargas eléctricas circulan

por un solo trayecto.

♦ La corriente eléctrica es la misma en cada componente

Circuito en paralelo

♦ Los componentes están conectados de modo que se presenta más de un camino

para el paso de las cargas eléctricas

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Mecánica

Mecánica, es una rama de la física que estudia el movimiento de los cuerpos y

conjuntos de elementos que forman un motor o cualquier sistema que requiera

armonía y sincronía en la ejecución de una tarea. La palabra Mecánica proviene

del Latín Mecánica y significa “Arte de fabricar máquinas”.

Energía eléctrica La energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas

(electrones positivos y negativos) en el interior de materiales conductores. Es decir,

cada vez que se acciona el interruptor de nuestra lámpara, se cierra un circuito

eléctrico y se genera el movimiento de electrones a través de cables metálicos,

como el cobre. Además del metal, para que exista este transporte y se pueda

encender una bombilla, es necesario un generador o una pila que impulse el

movimiento de los electrones en un sentido dado.

Siguiendo el principio de conservación de la energía en el que se indica que ésta no

se crea ni se destruye, sólo se transforma de unas formas en otras, se explica que

la energía eléctrica pueda convertirse en energía luminosa, mecánica y térmica.

Robótica La robótica es la ciencia y la técnica que está involucrada en el diseño, la fabricación

y la utilización de robots. Un robot es, por otra parte, una máquina que puede

programarse para que interactúe con objetos y lograr que imite, en cierta forma, el

comportamiento humano o animal.

Robótica, diseño, construcción y uso de máquinas (robots) para realizar tareas

realizadas tradicionalmente por seres humanos.

Arduino Arduino es una plataforma de prototipos electrónica de código abierto (open-source)

basada en hardware y software flexibles y fáciles de usar. Utilizada por personas

que deciden crear objetos o entornos interactivos.

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Arduino puede sentir el entorno mediante la recepción de entradas desde una

variedad de sensores y puede afectar a su alrededor mediante el control de luces,

motores y otros artefactos.

Programación

El objetivo de la programación es la de crear software, que después será ejecutado

de manera directa por el hardware de la computadora, o a través de otro programa.

La programación se guía por una serie de reglas y un conjunto pequeño de órdenes,

instrucciones y expresiones que tienden a parecerse a una lengua natural acotada.

El lenguaje de programación, son todas aquellas reglas o normas, símbolos y

palabras particulares empleadas para la creación de un programa y con él, ofrecerle

una solución a un problema determinado.

Movimiento Circular Uniformemente Acelerado Es un movimiento de trayectoria circular en el que la velocidad angular es

constante. Esto implica que describe ángulos iguales en tiempos iguales. En él,

el vector velocidad no cambia de módulo, pero sí de dirección (es tangente en cada

punto a la trayectoria). Esto quiere decir que no tiene aceleración tangencial

ni aceleración angular, aunque sí aceleración normal.

Fuerza centrípeta La fuerza centrípeta es la fuerza, o al componente de la fuerza que actúa sobre un

objeto en movimiento sobre una trayectoria curvilínea, y que está dirigida hacia el

centro de curvatura de trayectoria.

Revoluciones Se refiere a la cantidad de vueltas que realiza un cuerpo giratorio sobre su propio

eje en una unidad de tiempo.

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Introducción Según la INEGI; La mayor parte de los adultos mayores (88.1%) forma parte de un

hogar familiar, es decir, viven en hogares nucleares, ampliados o compuestos. La

estructura de parentesco en los hogares nucleares indica que 62.9% son jefa (e) del

hogar, mientras que 35.8% son esposa(o) o compañera(o) y solo 1.3% son hijas(os).

En los hogares ampliados y compuestos la configuración del parentesco cambia, ya

que surgen otras figuras asociadas a las personas en edad avanzada, como es el

caso de los abuelos o de la suegra(o), entre otras. Uno de cada dos adultos mayores

(52.3%) que vive en un hogar ampliado o compuesto es considerado como jefe (a)

del hogar; 19.0% es cónyuge del(a) jefe(a); 13.9% es madre o padre, 5.2% son

suegra(o); 9.2% tiene otro parentesco y 0.4% no tiene lazos sanguíneos con el (la)

jefe(a) del hogar. Son pocos los adultos mayores que viven en hogares

correspondientes (0.4%), es decir, donde ninguno de sus integrantes tiene un lazo

de parentesco. Mientras que una de cada 10 personas de 60 y más años (11.1%)

viven solos (hogares unipersonales). Estar en esta situación implica enfrentar retos

y limitaciones muy severas ya que por su edad se presentan enfermedades

degenerativas o discapacidades físicas que necesitan del apoyo de familiares y

amigos. Estas es una de las problemáticas que nuestro proyecto podría contribuir a

solucionar, ya que las personas mayores al no poder realizar actividades

domésticas de manera sencilla por la edad, enfermedades dolores y aun peor si

viven solas pues es claro que necesitan de cuidados sin embargo con un robot como

el que se propone a pesar de sus padecimientos podrían utilizarlo para recoger

basura. El proyecto no va enfocado únicamente a personas mayores sin embargo

creemos que es a quienes les sería de mayor utilidad.

OBJETIVOS DEL PROYECTO 1. Diseñar y crear un robot el cual realice la función de barrer a través de dos

barredoras colocadas a los lados del robot y controladas a través de un dispositivo

móvil con una aplicación especial para la tarjeta de programación ARDUINO UNO.

2. Explicar los conceptos aplicados en el movimiento de las escobillas de la barredora

(movimiento circular uniforme).

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DESARROLLO Y/O METODOLOGÍA El proyecto lleva el nombre de JA´ATS´ de origen maya, el cual significa “limpiar

escombros de una cavidad”, se decidió ponerle este nombre ya que nos gustó

mucho como es que se escucha además de que tiene origen maya, cultura de gran

trascendencia e importancia en la historia de México. Como lo dice el nombre de

nuestro proyecto, el robot está diseñado para ser capaz de recoger o barrer la

basura a través de dos escobillas colocadas una a cada lado del robot, llevando de

esta manera la basura hacia dentro del robot en un contenedor ubicado justo al

interior del robot, esto gracias al movimiento circular uniforme de las escobillas. El

robot también es controlado por medio de un celular por vía bluetooth, de esta

manera logramos innovar la realización de la tarea doméstica de barrer y recoger la

basura de una manera más sencilla y divertida.

La programación fue realizada por medio de la

plataforma ARDUINO UNO para los comandos y

utilizamos otra aplicación llamada buildapp para

diseñar la programación de la app que permitirá

realizar los movimientos de enfrente, atrás, al lado

derecho, al lado izquierdo, encendido, apagado y la

vinculación con el dispositivo bluetooth.

Nuestro robot en cuanto a su diseño tiene

forma de flecha yaqué de esta manera le

pudimos colocar dos escobillas a los lados

y lograr que no tuviera un gran tamaño. El

robot está hecho de madera y las

escobillas de plástico. Los motores de las

escobillas son de 12 volts y ambos son

alimentados por una pila de 9 volts, ambas se encienden mediante un interruptor.

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La basura que se deposita al interior del robot después es expulsada gracias a una

compuerta pequeña que este tiene en la parte frontal y que se puede abrir y cerrar

cuando se necesite.

Funcionamiento El robot fue programado por medio de la plataforma ARDUINO UNO y este funciona

con dos motores de 9 volts, los cuales están conectados en paralelo y son

alimentados por medio de una pila de 9 volts.

En cuanto a la programación se utilizaron como variables a los 4 movimientos que

realiza el robot. Para que recogiera la basura se lo colocaron unas escobillas a los

lados que de igual forma están conectadas a dos motores de 12 volts que son

alimentados por una pila de 9 volts, de esta manera las escobillas logran realizar un

movimiento circular uniforme mediante el giro de los motores y de esta manera

logran arrojar la basura al interior del robot en donde hay un compartimiento especial

para la basura, el contenedor tiene una compuerta pequeña en la parte frontal para

que de esta manera se logre desalojar la basura que el robot logra captar.

Los movimientos que puede realizar son hacia enfrente, hacia atrás, al lado

derecho, al lado izquierdo y puede realizar giros de 360 grados. La tarjeta arduino

se alimenta por una pila recargable externa que colocamos en la parte superior para

que no sea necesario conectarlo a la corriente eléctrica. Las ruedas están

conectadas a una pila de 9 volts y está a su vez está conectada a un puente h que

es el encargado de permitir que los motores realicen los movimientos de adelante,

atrás y a los lados.

El módulo Bluetooth que utilizamos fue el HC-05, este módulo se le conoce mejor

como maestro-esclavo ya que permite mandar señales o solo recibir señales y este

tiene un alcance de entre 5 a 10 metros. La aplicación que permite controlar al carrito

se llama buildapp y esta aplicación permite la vinculación del celular y el módulo

bluetooth para así mandar las señales desde el celular.

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Diseño 1.- Para realizar la parte exterior de nuestro robot decidimos que tuviera la forma de

flecha ya que creemos que de esta manera se podrán colocar dos escobillas a los

lados del robot y de esta manera lograr una reducción en su

tamaño.

El material con el que diseñamos el robot fue madera y decidimos

pintarlo de color blanco.

2.- Las escobillas que colocamos a los lados fueron de plástico.

3.- Colocamos las escobillas a los lados de la estructura de

nuestro robot, las colocamos de esta manera para que las

escobetas al momento de girar gracias a los motores, vayan atrapando la basura

hacía del robot.

4.- para hacer funcionar los motores fue

necesario construir un circuito en paralelo de

la siguiente manera:

Los motores son alimentados por una batería

de 9 volts, pero estos son encendidos o

apagados gracias a un interruptor el cual

puede hacer que la corriente pase o no, este

a su vez está conectado a los dos motores, ambos motores son de 9 volts.

El circuito lo realizamos con alambre, cortando pequeños trozos y conectándolos

conforme al diagrama, los conectamos con la soldadura y

el cautín.

La basura que recoge el robot se va guardando en

pequeño compartimiento en la parte interna del robot, esta

fue diseñada para que la basura se quede dentro y no se

salga hacia los lados.

El robot también tiene una pequeña compuerta en la parte

frontal del robot para que por ahí se retire la basura

almacenada.

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Programación 1.- Para lograr que nuestro robot se moviera a través de un celular decidimos ocupar

la tarjeta arduino ya que esta plataforma es muy flexible y no tan difícil de usar en

cuanto a la programación y el desarrollo de circuitos. También decidimos usar la

tarjeta ya que era un material que nos habían pedido para la materia de informática

y decidimos aprovecharla en nuestro proyecto.

2.- para comenzar tuvimos que realizar la siguiente programación en la página de

programación de la tarjeta arduino (la aplicación también se llama arduino):

3- Después conectamos el arduino a la computadora para

introducir el programa ya realizado anteriormente a la tarjeta,

así este se configura para que pueda mandar las señales de

las instrucciones del programa, en este caso para que las

llantas del carro se muevan hacia delante, atrás, derecha o

izquierda.

4.- Ya con el programa cargado comenzamos a

montar todas las conexiones en el protoboard

como en el siguiente diagrama:

Así es como se ve una vez puesto en el protoboard:

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Estas son todas las conexiones que se hacen entre el arduino y el componente

puente H L293D, entre ellas están las patas 1 y 9 del puente H que van conectadas

al positivo del protoboard (línea color azul), las patas 4, 5, 12, 13 van conectadas a

tierra o el negativo del protoboard (línea color roja), un motor va a conectado a las

patas 3 y 6 del puente H, el segundo motor conecta a las patas 11 y 14 del puente

H, a la pata 8 del puente va conectada la pila de 9 volts y la pata 16 va conectada

a los 5 volts del arduino, la pata 10 del puente conecta con el pin 10 del arduino, la

pata 7 del puente conecta con el pin 9 del arduino, la pata 15 del puente va a el pin

6 del arduino y por último la pata 10 del `puente

conecta a el pin 7 del arduino.

5.- Por último, se tiene que conectar el bluethood al

circuito para que se complete la función.

El puerto VCC del bluethood va conectado a 5 volts

de la tarjeta arduino, el puerto GND del bluethood va

conectado a tierra o el negativo del protoboard (línea color azul), el puerto TXD

(transmisión) del bluethood que va a RDX del arduino y por último el puerto RDX

(recepción) del bluethood va conectado a TXD del arduino.

6.- Por último, solo hay que utilizar la aplicación de arduino control car para poder

conectarse al bluethood del carro y comenzar a utilizarlo.

Física aplicada En cuanto a las escobillas encontramos que ambas realizan un movimiento circular

que además también es uniforme debido a que la velocidad de los motores

permanece siempre constante

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También conociendo el dato que proporciona el motor de las vueltas que da en un

minuto se puede calcular la frecuencia de cuantas vueltas o revoluciones es que da

en un segundo y la velocidad de la misma

Así como su frecuencia, periodo y velocidad angular.

Dando como resultado Motor de 350

350 revoluciones/1minuto (1 minuto/60 segundos)=5.83 revoluciones / segundo Frecuencia f = 5.83v revoluciones / segundo Periodo T = 1 / f =1/5.83= 0.1715 segundo V= distancia / tiempo de recorrido

𝑉 =2𝜋𝑅𝑇 = 98.9𝑐𝑚/𝑠

𝑉 = 2𝜋(2.7𝑐𝑚)/(0.1715𝑠) = 98.91𝑐𝑚/𝑠 La velocidad angular es:

𝑤 =2𝜋𝑇 = 36.63𝑟𝑎𝑑

𝑤 =𝑣𝑅 =

98.91𝑐𝑚𝑠2.7𝑐𝑚 = 36.63𝑟𝑎𝑑

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Resultados Prácticos Obtenidos Nuestro resultado final fue el haber diseñado y construido un robot que recoge

basura gracias a sus dos barredoras automáticas impulsadas por los dos motores

que tiene.

La basura que se recolectó con las escobillas se almacena en la parte de en medio

de nuestro carrito ya que ahí se tiene el compartimiento para la basura.

Debido a que el contenedor del robot tiene un tamaño considerable el robot es capaz

de almacenar una cantidad considerable de basura en su interior, solo que

encontramos que no es capaz de recoger basura de tamaño muy reducido como

podría ser el polvo.

El robot logra realizar movimientos hacia el frente, atrás, a lado derecho e izquierdo

al igual que vueltas completas de 360 grados recibiendo señales vía bluetooth por

medio de un Smartphone y una aplicación para controlar el robot.

También encontramos que el robot logra tener un alejamiento de entre 5 y 8 metros

dependiendo de lo que interfiera entre el robot y el celular.

En cuanto a las escobillas encontramos que ambas realizan un movimiento circular

que además también es uniforme debido a que la velocidad de los motores

permanece siempre constante

También conociendo el dato que proporciona el motor de las vueltas que da en un

minuto se puede calcular la frecuencia de cuantas vueltas o revoluciones es que da

en un segundo y la velocidad de la misma.

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Conclusiones Generales Se logró el objetivo planteado, consideramos que es un diseño útil, en la realización

de recoger basura, ya que cambiamos la forma de realizar esta tarea cotidiana de

una forma más tecnológica y cómoda para las personas por ejemplo de la tercera

edad o para personas que no puedan desplazarse libre y de manera

independiente, aunque el diseño podría perfeccionarse más para lograr que recoja

toda la basura sin excepción de su tamaño.

También se logró identificar a diversas fuerzas que actúan en nuestro proyecto

como lo fue la fuerza circular uniforme, fuerza centrípeta, fuerza tangencial, así

como algunos otros conceptos como la velocidad, el periodo, la frecuencia etc.

Para nosotros este proyecto representó un reto, ya que al inicio carecíamos de los

conocimientos necesarios en cuanto a robótica y programación, sin embargo, nos

dimos a la tarea de investigar, aplicar y aprender sobre física e informática, al igual

recurrimos a nuestra creatividad para lograr el objetivo; robótica aplicada a la física.

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Bibliografía • Luis Thayer Ojeda, ¿Qué es arduino?, ¿por qué arduino?, recuperado el 6

del diciembre del 2017 de http://arduino.cl/que-es-arduino/

• Portal Educativo (06 Abril 2012). Circuitos eléctricos, recuperado el 4 de

enero del 2018 de https://www.portaleducativo.net/sexto-

basico/761/circuitos-electricos

• Julián Pérez Porto y Ana Gardey. Publicado: 2011. Actualizado: 2012.

• Julián Pérez Porto y Ana Gardey. Publicado: 2015. Actualizado: 2016.

• Hecht, E. (2007).Física general: Mc Graw Hill.

• Instituto de estadística y geografía (28 de septiembre del 2016).

“ESTADÍSTICAS A PROPÓSITO DEL… DÍA INTERNACIONAL DE LAS

PERSONAS DE EDAD (1 DE OCTUBRE)”. recuperado de

http://www.inegi.org.mx/saladeprensa/aproposito/2016/edad2016_0.pdf