MEMORIA FINAL DEL PROYECTO. BRAZO ROBOT.

1. Descripción general.a) Construcción y características más relevantes de los materiales.

El proceso de construcción ha sido muy laborioso, porque la maqueta precisa de una gran estructura mecánica. Comenzamos a construir sobre un tablero de madera. Sobre este tablero construimos la llamada base de nuestro proyecto. Unos listones de madera aglomerada, hacen las veces de guía para una plataforma circular (base) y permitir que se deslice. La plataforma se desliza gracias a una correa dentada, como explicaremos en el funcionamiento. Fue dificultoso crear una estructura lateral para evitar que el peso descompense la maqueta. Sobre la base colocamos otra plataforma de madera de pino, que sustenta el mecanismo del codo (explicado en el funcionamiento). Sobre ella situamos un listón cilíndrico de madera. Éste gira gracias a un eje en contacto con un engranaje, pero están unidos mediante una chapa soldada al eje. Tuvimos que hacer dos estructuras a modo de apoyo y estabilizador por la altura que alcanzó el proyecto. Para construir el codo, utilizamos aluminio, por su bajo peso. El mecanismo (que explicaremos en el funcionamiento), hace girar un eje roscado, y éste consigue que se mueva una segunda pieza de aluminio cilíndrico, que tuvimos que realizar doblando una lámina plana de aluminio. Una segunda estructura de aluminio hace las veces de mano en la maqueta. Sobre ella se sitúa el mecanismo descrito en el funcionamiento. Tuvo especial dificultad la construcción de los dedeos, puesto que fue difícil engranar las coronas dentadas a diferentes alturas y sus ejes soportados por pletinas de aluminio. En los piñones acoplamos chapas, y sobre ellas soldamos alambres doblados de tal manera que simulen la forma de dedos reales.

- Características de los principales materiales utilizados:- Madera de pino: Un tablero macizo tanto de pino como de cualquier otra madera se fabrica

alistonado, es decir, pegando listones a tope entre sí. Esto es necesario para obtener tableros anchos y de mayor estabilidad, así como para conseguir un mejor aprovechamiento del tronco. El tablero alistonado de pino macizo es relativamente ligero y tiene mucha más resistencia en la dirección de sus fibras que en la transversal. Para que tenga buena estabilidad es necesario un correcto proceso de secado.

- Zinc: Las piezas fabricadas en zinc son utilizadas en arquitectura para la construcción de estructuras o fachadas. Este material tiene una duración de más de cincuenta años. El zinc también se utiliza para la fabricación de clavijas, que representan elementos importantes de la estructura. Estas piezas cilíndricas, cuyos extremos están aterrajadas permiten ligar dos elementos de techo entre ello.

- Madera aglomerada sin cubrir: Es un tablero fabricado con pequeñas virutas de madera encoladas a presión y sin ningún acabado posterior. Suele ser de color marrón claro moteado y sus cantos son más bastos que la superficie. Como consecuencia, los cantos no admiten bien el fresado ni el pintado. Sin embargo su superficie se puede pintar sin problema y admite perfectamente ser chapada o plastificada. En construcción se utiliza el aglomerado sin cubrir en división de interiores, como base de cubiertas, enfoscados, montaje de stands, bases para suelos, etc.

- Chapa: Se denomina chapa a una lámina delgada de metal que se utiliza para las construcciones mecánicas como carrocerías de automóviles, cisternas de camiones, etc.La chapa puede ser de cualquier material que sea maleable, es decir que permita fabricarlo en láminas muy delgadas. El aguante y fuerza de esta, para un mismo espesor, variará en función del tipo de laminado que sea, siendo los casos más habituales el laminado en caliente, en frío y en galvanizado.

- Cobre: se caracterizada por ser de los mejores conductores de electricidad. Gracias a su alta conductividad eléctrica, ductilidad y maleabilidad, se ha convertido en el material más utilizado para fabricar cables eléctricos y otros componentes eléctricos y electrónicos.

- Aluminio: Es un metal trivalente, de símbolo químico Al, de color blanco azulado, fácil de pulir sumamente sonoro, tenaz, duro maleable y dúctil. Resiste a la corrosión en condiciones ordinarias y es inoxidable al aire libre, por recubrirse de una débil capa de oxido que protege al resto.

- Plástico: Materiales poliméricos orgánicos (los compuestos por moléculas orgánicas gigantes) que son plásticos, es decir, que pueden deformarse hasta conseguir una forma deseada por medio de extrusión, moldeo o hilado. Las moléculas pueden ser de origen natural, por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho (hule) natural, o sintéticas, como el polietileno y el nylon. Los materiales empleados en su fabricación son resinas en forma de bolitas o polvo o en disolución. Con estos materiales se fabrican los plásticos terminados.

b) Funcionamiento.

La principal condición que nos autoimpusimos fue la de que nuestra maqueta de un brazo mecánico debía igualar, en la medida de lo posible, el movimiento original de un auténtico brazo. Así, ya que la forma no podríamos conseguirla muy parecida, decidimos que el movimiento fuera el propio de todas las articulaciones. Primeramente, la base (A) se desplaza horizontalmente, para poder abarcar un mayor radio de actuación. La articulación del hombro (B), da a la maqueta la capacidad de rotación sobre sí misma 360º. La base y el hombro, juntas, pretenden recrear los dos movimientos propios de un hombro real. La articulación del codo (C) (que ya posee el movimiento de rotación, pues el hombro se lo proporciona a todo el brazo), recrea el movimiento de flexión propio de él, mediante uno vertical en sentido ascendente o descendente. Por último, la articulación de la muñeca-dedos (D) consta de tres dedos mecánicos, que tienen la capacidad de abrirse y cerrarse para poder aferrar objetos.

AB

BA

C

CD

D

2. Mecanismos y circuitos.a) Explicación detallada de los movimientos y mecanismos que los

realizan. (Funcionamiento mecánico).

El brazo mecánico consta de 4 articulaciones: la base, hombro, codo y dedos.

La maqueta funciona de la siguiente manera:

Cuando la conectamos a la fuente de alimentación, el movimiento de las articulaciones movidas por los conmutadores manuales es el siguiente:

Base: La base realiza un movimiento horizontal, arrastrando tras de sí a toda la estructura. Al girar hacia la derecha el conmutador, cambia la polaridad del motor y la base se desplaza en dicha dirección, y viceversa. El movimiento es posible gracias a un motor con reductora y un tornillo sin fin, que engrana con una corona dentada de 58 dientes. Cuando el tornillo sin fin da 1 vuelta, la corona avanza un diente. Así, para que la corona de una

vuelta, el tornillo sin fin debe dar 58. Este mecanismo reduce 58 veces la velocidad de salida del motor, e incrementa la fuerza del sistema en el

mismo número. Su relación de transmisión es: i=1d.Donde i= relación de

transmisión y d= nº de dientes de la corona. Esta corona está situada en un eje roscado. En el otro extremo del eje se encuentra otra corona igual, que se mueve a la misma velocidad. Esta segunda corona engrana, a su vez,

con una correa dentada, que está unida a la base. De esta manera se consigue que cuando la corona gire, el movimiento de rotación se transforme en un movimiento lineal horizontal de la correa, que arrastra a la base con ella. Para que la correa gire, es preciso colocar, y así lo hemos hecho, otro engranaje en el otro extremo del recorrido de la maqueta.

Hombro: El Hombro propicia el movimiento circular de la maqueta, lo que es posible gracias a un motor con reductora y un tornillo sin fin, que engrana con dos coronas dentadas y perfectamente acopladas una sobre la otra como una sola. Las coronas tienen las mismas dimensiones que las utilizadas en la base, y por tanto sus características de velocidad y fuerza son las mismas. También su relación de transmisión. Estas coronas están “incrustadas” en el soporte cilíndrico, que hace las veces de mástil y así el movimiento circular del tornillo sin fin, se mantiene en el brazo mecánico. Al igual que en la base, al girar el conmutador hacia la derecha, el brazo gira en esa dirección,

(Mecanismo de giro horizontal de la base)

(Mecanismo de giro circular del hombro)

pero al girar el conmutador hacia la izquierda, la polaridad del motor se invierte y también lo hace su movimiento.

Codo: El codo tiene la función de convertir el movimiento circular del tornillo sin fin (colocado en el eje de salida del motor) en un movimiento lineal vertical. El tronillo sin fin engrana a una corona dentada de 58 dientes, y ésta hace que gire un eje roscado. La relación de transmisión y demás características del sistema es la misma que en los casos anteriores. Sobre el eje se sitúa otra estructura cilíndrica, que es la que realiza un movimiento vertical. Si giramos el conmutador hacia la derecha, el movimiento vertical es hacia arriba. Si la giramos hacia la izquierda, el movimiento es vertical hacia abajo.

Dedos: Los dedos están sustentados sobre una base situada al extremo de de la estructura circular que procede del codo. Consta de un motor con reductora, que engrana con tres piñones de 18 dientes respectivamente, situados a 120º entre sí. De esta manera se reduce 18 veces la velocidad del sistema, y su fuerza aumenta en el mismo número. Con ellos engranan otros tres piñones de 30 dientes cada uno, que son más grandes para reducir aún más la velocidad del sistema y obtener más fuerza. Esta vez sí, sobre cada corona dentada se sitúa un “dedo”. Al girar el conmutador hacia la derecha, el tornillo sin fin gira y hace girar a los piñones, que consiguen cerrar la “mano mecánica”. Si giramos el conmutador hacia la izquierda, la mano se abre.

El funcionamiento de los controles semiautomáticos es el siguiente:

El movimiento de las articulaciones será el mismo, con la diferencia de que ahora es un interruptor el que permite la inversión de giro. Esto se consigue gracias a la conexión de una placa o circuito impreso con el motor, y a la fuente de alimentación. Por otra parte, el interruptor está unido a I1 e I2, que son entradas de corriente positiva o negativa al circuito, cuyo fin es invertir el giro del motor.

b) Esquemas y circuitos eléctricos explicando el funcionamiento de cada uno de ellos. (Conmutadores).

El circuito eléctrico del que consta nuestra maqueta es el propio del control manual de la misma, o conmutadores manuales. Se basa en un listón de madera, que tiene dos chapas incrustadas paralelamente. Este listón puede moverse para poder poner en contacto las chapas con las tres puntas a las que está conectado el motor. Las puntas laterales deben estar unidas por un cable. A una de ellas llega un cable procedente del motor, y el otro está conectado a la punta del medio. Las chapas están conectadas una al positivo y otra al negativo.

(Mecanismo de giro vertical del codo)

(Mecanismo de apertura y cierre de los dedos)

El circuito teórico es el siguiente:

Hay que tener en cuenta que en nuestro proyecto tenemos cuatro conmutadores, correspondientes a los cuatro motores que conforman las articulaciones, pero todos funcionan de la misma manera. El funcionamiento es el siguiente:

Al estar unidos los dos contactos centrales, éstos hacen las veces de uno sólo (consiguiendo así la situación práctica de tres puntas). Los contactos laterales también están unidos. Por la entradas (+vcc y –vcc) se introduce la corriente procedente de una fuente de alimentación. Al moverse los dos conmutadores en el mismo sentido, cuando A toca el contacto superior, B toca el del centro. Así, al superior llega corriente positiva, y al central, corriente negativa. De esta manera, la carga positiva llega a una de las entradas del motor, y la negativa desemboca en la otra.

Por el contrario, cuando el conmutador A toca el contacto central, el B toca el contacto inferior. De esta manera, llega la corriente positiva al contacto central, y a través de él, a la entrada del motor a la que antes llegaba la corriente negativa. Al contacto inferior llega la carga negativa, y al estar unido al contacto superior, en este caso llega corriente negativa al contacto del motor donde antes llegaba positiva. Gracias a esto, se invierte la polaridad del motor, y por consiguiente, el sentido de su giro.

A

B

(Vista real de dos conmutadores).

c) Circuitos electrónicos. Funcionamiento detallado dibujando los distintos esquemas. (Inversor de giro transistorizado).

El circuito electrónico del que consta nuestro brazo robot es un inversor de giro transistorizado. Su circuito teórico es:

Primero, identificaremos sus componentes:

R1, R2, R7 y R8 son resistencias de 1kΩ.

R3, R4, R5 y R6 son resistencias de 220Ω.

D1, D2, D3 y D4 son diodos.

Q1 y Q2 son transistores 2N2222 del tipo NPN.

Q3 y Q4 son transistores TIP 31 del tipo NPN.

Q5 y Q6 son transistores TIP 32 del tipo PNP.

I1 e I2 son

A y B son los puntos donde conectar el motor.

El circuito pretende invertir el giro del motor. Esto se consigue aplicando unos y ceros lógicos a las entradas I1 e I2. Pueden plantearse dos situaciones distintas, cada una de la cual hará girar en un sentido distinto el motor. Las dos situaciones posibles son:

Cuando aplicamos un “1” a I1 y un “0” a I2: la parte del circuito que permite el giro del motor en este caso, es la siguiente:

“1” serán 6v, y “0”, 0v. Cuando aplicamos un “1” a I1, tras pasar por R1, la corriente llega a Q1. Gracias a la resistencia, habrá 0.7 voltios entre la base y el emisor del transistor, que, al ser del tipo NPN, conduce, y en su salida se encuentra ahora un “0” (que entra al transistor por el emisor). Ese “0” llega a la base de Q5 pasando antes por R5. Cuando llega a la base, al ser el transistor del tipo PNP, deja pasar la corriente que le entra desde su emisor, que es un “1”. Este “1” llega a A, uno de los contactos del motor. El motor girará si hay un “0” en B. Para ello, desde I1, antes de pasar por R1, la corriente se desvía y llega a la base de Q4 pasando primero por R4. Así se consiguen 0.7v entre la base y el emisor del transistor, que al ser del tipo NPN, conduce, y deja pasar un “0” que le entra por su emisor. Este “0” llega a B, permitiendo así el giro del motor en un sentido. Como hemos aplicado un “0” a I2, Q2, que es NPN, no conduce, y por ello no conducen Q3 ni Q6 y no se produce un cortocircuito.

La función de R7 es limitar la tensión que que llega a Q1 para que sea menor en su colector que en la base, gracias a lo cual, el transistor (NPN) puede conducir.

Cuando aplicamos un “0” a I1 y un “1” a I2: la parte del circuito que permite el giro del motor en este caso, es la siguiente:

Cuando aplicamos un “1” a I2, tras pasar por R2, la corriente llega a Q2. Gracias a la resistencia, habrá 0.7 voltios entre la base y el emisor del transistor, que, al ser del tipo NPN, conduce, y en su salida se encuentra ahora un “0” (que entra al transistor por el emisor). Ese “0” llega a la base de Q6 pasando antes por R6. Cuando llega a la base, al ser el transistor del tipo PNP, deja pasar la corriente que le entra desde su emisor, que es un “1”. Este “1” llega a B, uno de los contactos del motor. El motor girará si hay un “0” en A. Para ello, desde I2, antes de pasar por R2, la corriente se desvía y llega a la base de Q3 pasando primero por R3. Así se consiguen 0.7v entre la base y el emisor del transistor, que al ser del tipo NPN, conduce, y deja pasar un “0” que le entra por su emisor. Este “0” llega a A, permitiendo así el giro del motor en el otro sentido. Como hemos aplicado un “0” a I1, Q1, que es NPN, no conduce, y por ello no conducen Q4 ni Q5 y no se produce un cortocircuito. El giro del motor, realmente lo produce la inversión de la polaridad del motor que se produce cuando en el primer caso a A llega un “1” y B un “0”, y en el segundo caso a A llega un “0” y a B un “1”.

La función de R8 es limitar la tensión que que llega a Q2 para que sea menor en su colector que en la base, gracias a lo cual, el transistor (NPN) puede conducir.

ANEXO: ACTAS DIARIAS DE TRABAJO.

ACTAS:

9, 10, 14-12-2010

Hoy hemos tomado las medidas y cortado las maderas para hacer el soporte que se le colocara en el antebrazo.

15, 16-12-2010

Tomamos las medidas para hacer las 2 bases y las cortamos, una circular y otra cuadrada

17, 21-12-2010

Construcción del soporte para el antebrazo

11, 12, 13-01-2011

Construcción de la articulación para el hombro.

14, 18, 19-01-2011

Construcción del movimiento de la base

4, 8, 9, 15 -02-2011

Se termina la construcción de la base, se toman las medidas para la articulación del codo con aluminio y se cortan para formar el tubo.

16, 18, 22, 23-02-2011

Se construye la articulación del codo.

24, 25-02-2011

Se cortan unas tablas para colocar en la base más grande para evitar que la segunda base se pueda mover.

1, 2, 3, 4-03-2011

Se acopla la articulación del codo a la del hombro, y se empieza a montar la articulación de los dedos.

9, 10, 11, 15-03-2011

Se siguen montando los dedos, mientras se dan retoques al movimiento de la base y la articulación del hombro.

22, 23, 24, 25-03-2011

Se montan los dedos encima de la articulación del codo y se van conectando los cables a los distintos motores de las articulaciones.

1, 5, 6, 7 -04-2011

Se monta el motor de la base, y se comprueban que todas las articulaciones funciones correctamente, se hacen los retoques necesarios en la articulación del codo porque no funcionaba bien.

8, 12, 13, 14, 15 -04-2011

Se acopla toda a la base y se comprueba que no se pueda caer por el movimiento de la base, se siguen retocando pequeñas cosas

27, 28, 29-04-2011

Se empiezan los circuitos eléctricos, dos de esos circuitos.

3, 4, 5, 10-05-2011

Se hacen otros 2 circuitos más y después se le ponen los transistores, diodos, etc…

11, 12, 17, 18, 19 -05-2011

Se construye el mando, mientras se van soldando los circuitos, una vez colocado el mando se pinta todo el brazo.

20, 24, 25, 26-05-2011

Se conectan los cables de todos los motores de las articulaciones al mando y se terminan todos los circuitos que se acoplan a la base.

27, 31-05-2011

Se conectan los cables de los inversores de giro al mando.

1, 2, 3-06-2011

Se siguen conectando los cables de un lado a otro, y se retocan las últimas cosas.

ÍNDICE 1.Descripción general…………………………………………………..páginas 1 y 2

a. Construcción………………………………………………………páginas 1 y 2b. Funcionamiento………………………………………………..………página 2

2.Mecanismos y circuitos…………………………….…páginas 3, 4, 5, 6, 7 y 8a. Funcionamiento mecánico…………………………………páginas 3 y 4b. Circuitos eléctricos…………………………………………….páginas 4 y 5c. Circuitos electrónicos………………………………..……páginas 6, 7 y 8

ANEXO………………………………………………………………………..páginas 9 y 10

BIBLIOGRAFÍA Libro de texto de Tecnología Industrial I de 1º de bachillerato. Editorial Mc

Graw Hill. Francisco Silva Rodríguez. Libreta de trabajo y apuntes. Trabajo propio realizado en 4º ESO. Planos del proyecto.