Los motores servo, generalmente son usados para controlar: aviones, lanchas y carros de radio control. Este tipo de motores tiene internamente un motor de corriente directa acoplado a un juego de engranes que sirve para disminuir la velocidad, y un potenciómetro que esta conectado a una pequeña tarjeta de control que recibe una señal cuadrada dependiendo de la variación en su ancho de pulso en la señal de entrada será la posición deseada en el eje.
¿Como funciona un servo? El servo tiene 3 cables: tierra, alimentación y el cable de señal, muchos servos pueden rotar 90 grados en aproximadamente medio segundo, para hacer mover un servo tienes que conectarlo a una fuente de 5 volts capaz deentregar hasta un ampere, la señal quese le da es de 5v generalmente y el pulso que se le entrega oscila entre 1 y 2 milisegundos y esta secuencia se repite 50 veces por segundo, el ancho del pulso que se le entrega determinará la posición. En un servo el ángulo puede variar dependiendo del fabricante pero la mayoría de los servos se moverá al centro mandando una señal de 1.5 ms. Los servos son circuitos de lazo cerrado, debido a que siempre están comparando una posición con el ancho de pulso que esta entrando, si el servo es movido con la mano este regresara a la posición equivalente al pulso entrante, sin embargo, si el servo esta apagado se puede mover su eje fácilmente con la mano y no habrá auto corrección.
SERVOS VS MOTORES DE PASOS EN ROBOTS Los servos son mejores porque:
Respuesta dinámica, aceleran mas rápido cuando inician y cuando paran también cuando cambian de dirección. Los servos son fáciles de ajustar, plug & play
Los motores de paso no porque:
Pierden pasos y su aceleración es mucho menor El calentamiento que presenta este motor es excesivo Resonancia por el exceso de bobinas
No se calientan Requieren bajas velocidades para evitar Mas potencia, la curva de torque del servo es perder pasos linear , su máxima potencia puede estar disponible a bajas y altas RPM Demandan muchísima corriente No pierde pasos ni posiciones siempre llega ya que esta retroalimentado por sensor
Mucho ruido eléctrico Son muy grandes y pesados
Sistema de lazo cerrado, sin errores Mejor resolución que los motores de pasos
Requieren mucha electrónica para encenderlos En robots móviles consumen mucha batería
EL CIRCUITO SUMOBOT (SERVO DIDACTICO DE ALTA CAPACIDAD) El circuito sumobot es un convertidor de frecuencia a voltaje y también tiene 3 cables como lo haría un servo donde el cable marcado será la señal, el cable de en medio será el positivo aunque este no se conecta porque el positivo lo toma desde la otra alimentación (la de potencia) y el tercer cable que es tierra, este si lo utiliza, ya que para realizar una conexión entre diferentes tarjetas, las tierras tienen que ser las mismas, para que se cierre el circuito.
El circuito sumobot es un servo en toda la extensión de la palabra que convierte un motor de corriente directa o motoreductor en un servo.
Proyecto ARMADO DEL CIRCUITO SUMOBOT El circuito presentado en esta escrito, convierte pulsos como los que provienen de un receptor de radio control es decir la señal (PWM) en un voltaje que posteriormente puede ser amplificada la señal con un puente H y así entregar al motor la corriente que se necesite, el circuito simplificado puede estar implementado con un PIC aunque el esquema que se presenta aquí es mas tradicional. Si uno gusta de armar proyectos muy seguramente ya se tienen los componentes. Desde un microcontrolador y usando el lenguaje Pic Basic Pro compiler (instrucción: pulsout) o desde picaxe (instrucción: servo 4,100) es muy sencillo emular la señal que mueve un servo desde picaxe lo cual veremos mas adelante.
Acerca del circuito sumobot: Se debe conectar una fuente de 5 volts con una señal de 1 a 2 ms en el cable de señal. Los pulsos de entrada son conmutados por U1A y los capacitores C2 y C3 se cargan mediante R2 , al final de cada pulso los capacitores de muestreo y retención C8 y C9 son refrescados con el voltaje de C2 y C3. El voltaje muestreado es comparado mediante los amplificadores operacionales U2A,U2C en una escala arriba y una escala abajo. El escalamiento de los resistores R9, R10, R11, R12 hace solamente que solo un canal PWM este activo a la vez La señal PWM hace que la señal pase a través de los switches análogos U3B y U3C y son switcheados por U1D y U1E, y sihay falta de pulsos entrantes U1C controlado por C7 y R4 apagaran la salida, esto asegura que si la unidad de control se torna inestable o se resetea se apagara el motor. En la salida se encuentra conectado un puente H (L298E)
El uso de capacitores en tres etapas permite operar con bajo poder lo cual es muy bueno el LM324 una fuga de corriente significativa y esta ocurre si se alimenta al circuito lo menoscausa 10 veces por segundo en un rango de baja repetición si no se cambia el rango esto por producirá que el motor vibre un poco, esto puede pasar en pulsos emulados desde un software en el cual las repeticiones “loop” varían. La frecuencia PWM en este circuito es de aproximadamente 3 Khz, esto es muy eficiente para muchos puentes H pero es un poco ruidoso en la bobina del motor, cambia C5 y C6 para un gran cambio en la frecuencia y R3 para hacer cambios menores en la frecuencia Para cambiar la sensibilidad del ancho de pulso cambia los valores de R5 de hecho como se comporta es: 1 milisegundo causara señal completa en una salida y 3 milisegundos causara señal completa en la otra salida R10 y R11 ajustan el tamaño de la banda muerta (cuando las dos salidas están apagadas) si se quiere ajustar la banda muerta incrementa el valor de R10 y R11 a 33k (tal vez) y coloca un potenciómetro (trimmer) de 100k para los pines U2 (pines 3 y 9) Si requieres mucha potencia en el motor y muy buen control necesitaras disminuir el timeout para esto reduce el valor de R4 donde el valor default es 4.7 Mohm da como resultado 2.5 segundos y R4=470K da 0.25 segundos.
Hoy en día nuevas, aplicaciones en la robótica se han dado lugar con el uso de servos, además de que son excelentes para controlar robots debido a su gran resolución, tienen la propiedad de auto corregir su movimiento en caso de que existiera alguna fuerza excesiva en el eje. Esto se logra mediante la comparación entre la posición del motor y el ancho de pulso de señal entrante.
EJEMPLO DE LA SEÑAL ENTRANTE EN UN SERVO: Continuación te proponemos un programa desde PIC Basic Pro compiler para emular la señal de un servo así podrás mover el circuito sumobot sin ningún problema: For b1=1 to 10 Pulsout portb.1,100 Pause 20 Donde:
Señales entrantes de PWM en el cable blanco de un servomotor de radio control. En el programa anterior la pausa de 20 ms asegura que el programa manda el pulso a un rango de 50 pulsos por segundo. Pulsout será la instrucción que se manda para entregarle una señal cuadrada al servo, el numero 0 es el PIN por el que saldrá la señal, esta deberá estar conectada al cable blanco del servo y el número 150 es la posición de en medio de un servo, esta puede variar dependiendo la marca del servo. La posición extrema izquierda es 100 y la posición extrema derecha es 200.
CONECTANDO EL MOTOR DE DC A LA TARJETA SERVO SUMOBOT Para conectar el motor tendrás que ver la corriente máxima (es decir con carga máxima o el eje del motor detenido por el usuario) para ver si es compatible con las características de voltaje y corriente de la tarjeta, al principio conecta el motor indistintamente en la tarjeta, conoceremos a que sentido debe ir cuando conectemos el potenciómetro al eje.
DISIPACION TERMICA DE LA TARJETA Dependiendo la corriente máxima del motor de DC que vayas a conectar al circuito servo sumobot, tendrás que colocar un disipador de acuerdo a esta corriente, tendrás que conectar uno de 10cm*4cm de largo, pero si ves que con el motor que has seleccionado el disipador que trae se calienta demasiado coloca uno con mas área de aluminio.
ELIGIENDO EL POTENCIOMETRO O SENSORDE RETROALIMENTACION El sensor que retroalimenta la posición hacia la tarjeta electrónica servo sumobot y de cualquier servo analógico es un potenciómetro, este se deberá colocarlo de manera que cuando este conectado al eje mediante engranes y se le dicte una señal de entrada determinada, el eje pare en esta señal, y si se mueve el eje manualmente, este regrese a esa posición debido a que el potenciómetro también se movió y cuando se movió, retroalimentó y regresó el eje hacia la posición determinada, si esto no sucede volteé el potenciómetro respetando el cable de en medio es decir solo intercambie los extremos. Si requiere que el eje del servo tenga mayor rango de movimiento cambie el potenciómetro, pruebe diferentes valores, 50K, 100K etc. También pruebe los llamados potenciómetros de muchas vueltas (helipots) o (trimpots) este será un buen experimento del que aprenderá mucho.
¿QUE MOTORES PUEDO CONECTAR? Como habíamos mencionado antes, puede conectar cualquier motor que se encuentre dentro de las características de voltaje y corriente y podemos añadir que estos pueden ser motorreductores esto moverá mas carga y podrá hacer proyectos más grandes.
MODIFICACIÓN DE UN SERVO PARA SU ROTACIÓN CONTÍNUA
Un servo normalmente responde a la señal de control y se refleja entregando posiciones en el mando, recordemos que el mando es el disco que se encuentra insertado en el eje del motor. Estas posiciones generalmente están en un rango de 180 grados, si nosotros queremos utilizar el servo en las llantas de un robot móvil tendremos que modificarlo para su rotación continua, así el motor podrá cambiar su velocidad, parar y girar al lado contrario también con diferentes velocidades para esto habrá que modificar el motor. Como nota podemos mencionar que hay muchos tipos de servos y tienen variaciones en su estructura pero la modificación será la misma
PASO 1 Quite los tornillos para desensamblar el servo, hágalo con cuidado para que no salgan las piezas volando y después no sepa como re armarlo.
PASO 2 Abra con mucho cuidado la tapa de arriba del servo, revise bien y verá que son dos partes que se abren la parte de arriba contiene la mecánica y la de abajo la electrónica, una vez que haya abierto la de arriba memoriza como van los engranes, tenga cuidado en no contaminar con partículas como polvo u otros objetos la grasa de los engranes, también tenga mucho cuidado en no dañar los engranes.
PASO 3 Ahora saque este engrane
, es el principal y vera que tiene un tope de
plástico, tendrá que cortarlo.
PASO 4 Cuando sacó el engrane principal habrá notado que hay un potenciómetro abajo, este potenciómetro es el encargado de retroalimentar a la electrónica las posiciones de los engranes. Tendremos que quitar este potenciómetro para esto destape con cuidado la parte de abajo del servo y habrá que hacer palanca con un desarmador entre la tarjeta y el chasis del servo para quitar la tarjeta electrónica, como verá el motor principal esta soldada a esta tarjeta.
Generalmente el potenciómetro sale hacia abajo, tendrá que hundirlo con ayuda de unas pinzas ya que se encuentra metido a presión.
PASO 5 Desolde el potenciómetro y verifique de que valor es, supongamos que este es de
5K tendrá que sustituirlo por 2 resistencias de la mitad del valor es decir tendrá que poner 2 resistencias de 2.5K en lugar del potenciómetro de esta manera:
Cuando ponga las resistencias asegurese que estas queden encima del chip de control y que las patas de las resistencias queden dobladas de tal manera que no hagan contacto en ningún otro lado de la tarjeta electrónica.
PASO 6 Reensamble todo nuevamente y asegurese que el eje rote continuamente , puede hacer esto mandando un pulso PWM al servo notará que en lugar de que llegue a una posición en especial llegará a una cierta velocidad , ahora el servo esta modificado y listo para usarse en aplicaciones móviles. En teoría un servo modificado si recibe una señal cuadrada de 1.5 ms el motor se detendrá y si se le da una señal de 1.7 ms el motor caminará en el sentido de las manecillas del reloj, si se le da una señal menor a 1.5 el motor girará en sentido contrario. Tal vez si ha modificado servos diferentes entre si, le convenga hacer anotaciones para saber como se modifican los distintas marcas de motores servo.
SERVOS DIGITALES
Los servos estándar usados para modelos de radiocontrol usan señales digitales para controlar su posición esto es llamado control digital proporcional, la posición de la salida es proporcional al ancho de pulso entrante pero internamente estos servos son completamente análogos lo que los deja un poco atrás en lo ultimo en tecnología que es el servo digital este utiliza FETS de alta corriente para mejorar el desempeño del motor , también dentro del circuito electrónico se encuentra un microprocesador que esta controlado por los pulsos que se mandan desde la unidad de control, en estos se puede reajustar el centro y la velocidad del servo fácilmente, pero para esto se necesita una unidad de programación. Los servos digitales tienen un costo muy superior a los servos analógicos pero están mucho mejor implementados es decir los engranes son mejores y están construidos con materiales muy duros y procesos de ultima tecnología como lo es el titanio o kevlar cortados con láser. Entre las desventajas encontramos que tienen muy poco rango de movimiento. También se puede notar la enorme corriente que requieren para manejar la carga en el mando (1.6 Amp por servo), son algo ruidosos, este tipo de servos emiten un sonido muy agudo debido a la alta frecuencia que pasa por la bobina y lo emiten cuando mas carga mueve el servo, muchas veces el sensor de posición ya no es un potenciómetro como lo tienen los servos analógicos , en el digital el que se encarga de sensar la posición es un encoder óptico que esta constituido por un disco con ranuras y sensores infrarrojos cuentan las ranuras y procesan esta información para reestablecer la posición en el eje del motor.
CONTROL PID EN UN SERVO
PID es un acrónimo que cada vez es mas usado en los sistemas automáticos donde se realizan procesos y control de movimiento, a continuación se explica que es, como funciona y como se aplica. PID tiene mucho en común en el proceso de control de temperaturas, presiones etc. cualquier proceso que requiera un control optimo, en robótica se usa para desacelerar motores al llegar a su posición con la finalidad de evitar el momento de inercia y por lo tanto, evitar la fatiga y desgaste de los engranes que estén relacionados con el movimiento del segmento, generalmente es aplicado en sistemas de lazo cerrado y es una dinámica que obedece a una respuesta de cambio de frecuencia
PID significa: “proporcional integral y diferencial”, donde el termino integral se aplica en bajas frecuencias y el diferencial en altas frecuencias estas frecuencias son relativas a el ancho de banda de el proceso del servo
Un muy completo diagrama de la compensación PID puede ser:
PID es un mecanismo de filtro usado en control y referido a la salida mediante agregar factores y funciones. PID es una ecuación diferencial que se resuelve en el dominio de frecuencia y para esto habrá que consultar libros de análisis matemático de frecuencias aplicadas al control para un mayor entendimiento en este tema. En una explicación simple de este algoritmo de control podemos definir por separado P, I, D donde la formula más básica es:
el
Salida = Kp*error proporcional - Kd*Error derivativo + Ki * error integral. *El término proporcional es un valor de salida basado en la diferencia del punto de referencia y el actual *El derivativo es un termino basado entre el error proporcional y el primer derivativo o la velocidad de error (es el error disminuyendo o incrementando). *El termino integral es el opuesto al derivativo, es la suma de todos los errores a la vez el termino integral esta incluido para permitir al controlador que avance la salida de tal manera que todos los errores eventualmente se cancelen. Las constantes Kp, Kd y Ki son solo factores o valores de ganancia usados para mezclar varios términos juntos y dar como resultado una ecuación (salida). Estos factores cambian dependiendo la calidad los motores, el peso dely robot y la carga decorrectas las baterías alimentan losdemotores, condesuficiente información especificaciones de que los componentes es posible calcular los valoresexactos para las ganancias y calculo PID pero en términos prácticos la prueba y error son suficientes para obtener buenos valores y resultados En la practica de la implementación del algoritmo PID, si uno esta usa las integrales es para escalar los términos (multiplica por un factor) y luego divide la salida por ese factor, de esta
manera los valores fraccionales pueden ser de utilidad para realizar algún programa dentro del microcontrolador o agregar funciones a la salida.
PID es una técnica relativamente sofisticada de compensación que se implementa en un servo
SERVO TERMINOLOGIA Motor coreless .- Esto se refiere a la armadura del motor donde un servo convencional tiene una armadura de metal en la que están pegados los imanes, n un diseño coreless la armadura usa un alambre delgado que forma una copa que gira alrededor de los magnetos evitando la pesada carcaza de acero este diseño provoca una operación mas suave y un tiempo de respuesta mas rápido
Control indirecto, esto se refiere a el potenciómetro dentro del servo, el control indirecto es cuando el potenciómetro de retroalimentación esta en otro lado de el movimiento y no pegado al eje final (la parte donde se inserta el mando)
Línea SP este es el eje dentado del servo donde los servos HITEC estándar tienen 24 dientes y los FUTABA 25 dientes
Torque es la máxima potencia que el servo puede producir, normalmente esta dado en onzas por pulgada o newton metro Mando.Retroalimentación.-
Tiempo de transito es la cantidad de tiempo que toma a un servo en mover su eje a una determinada posición por ejemplo un servo con tiempo de transito de 0.19 seg. a 60 grados eso significa que tomara 1/3 de segundo en rotar 60 grados.
Span es el estrecho donde el servo no responde entre dos limites (respuesta del servo en determinar una posición)
USOS DE LOS SERVOS El servo tiene muchas utilidades y dependiendo la aplicación se deberá determinar el tamaño del servo generalmente esta elección se hace poniendo un torquimetro en el mecanismo con carga máxima para saber la fuerza (torque) que deberá tener el servo. A continuación presentamos algunas utilidades y usos más interesantes de los servos:
Son usados para motorizar plataformas móviles en robots de gran capacidad y Son usados en combinación con que requieren mucho control giroscopios y acelerómetros para ya que son gobernados por mantener de pie a humanoides sistemas de tele presencia
Son usados para controlar los alerones en los aviones ya que la presión que se ejerce debajo del ala para levantar el avión es contrarrestada por el reposicionamiento del servo
Son muy usados en sistemas robóticos de muchas patas ya que se pueden conectar y controlar vía serial desde microcontroladores y
Los servos se usan para dirigir sonares, cámaras y sistemas de medición en general con la finalidad de sensar o medir un
En vehículos de ultima tecnología como el Segway se utilizan en combinación con
microprocesadores
mayor rango
giroscopios para evitar la caída
El servo tiene gran utilidad en plataformas robot de 2 ruedas, de la misma manera que el segway se combina con giroscopios para equilibrar
En sistemas para discotheque los servos tienen gran utilidad y demanda ya que producen efectos en reflejos en espejos que están pegados al eje del servo
La confianza que se les puede tener a estos motores es tal que se implementan en sillas de ruedas para discapacitados e incluso ellos pueden controlar pequeñas palancas que controlan los movimientos de robots no tienen de mucho tiempo de los servos duración batería Son usados para hacer y motorizar robots de entretenimiento de gran capacidad de funcionamiento (muchas funciones) aunque estos
En la industria los brazos robot y los alimentadores son motorizados por servos de alto torque el uso de estos motores es importante porque el robot se maneja por posiciones.
Los propulsores en los robots submarinos están motorizados con servos
El servo tuvo su primera aparición con fines militares (dirigibles) y actualmente son muy usados en esta industria ahora comandando robots espía y exploradores , también son muy usados en aviación militar
En un exoesqueleto el servo amplifica la fuerza del cuerpo humano con la finalidad de hacer trajes grúa y hacer terapia en personas con discapacidad
El servo es un excelente copiador de movimientos que antes fueron procesados
Un robot barman sirve una bebida En robots de limpieza es en donde si los motores fallaran sencillo combinar sensores con el liquido se regaría , los servos servos para determinar la ruta son muy usados en sistemas de del aparato visión artificial y lógica difusa
En los telescopios computarizados comerciales el sistema de posicionamiento esta constituido por servos, aquí la computadora toma como referencia una estrella y los servos mueven el aparato apuntando según un mapa estelar
Incluso en el espacio los servos
Otra utilidad de estos motores son en robots de capacidad
desde un software es así como se realizan sistemas de realidad virtual y aquí la actividad de los servos consiste en ponerlos en los asientos y así reproducir el vuelo de un avión etc.
son los motores más confiables para fabricar exploradores y tomar muestras de tierra.
industrial y domestica como lo son las cortadoras de pasto robot, aquí son fundamentales ya que se necesitara mas potencia en el motor cuando encuentre una piedra en su camino.
MC33030 SERVO DRIVER /CONTROLADOR DE MOTORES El MC33030 de la marca “ON semiconductor”es un controlador servo para motores de DC de 16 pines este chip fue diseñado también para aplicaciones donde un potenciómetro es el sensor de posición , este circuito le da características de sistema de lazo cerrado a este tipo de motores, este chip consiste en un comparador de ventana y una entrada comuna si como un puente H capaz de disipar hasta 1 Amp se puede programar la sobre corriente y apagar el sistema, este chip es ideal para casi todas las aplicaciones servo y de posición en donde se requiere sensar temperatura, presión, luz, flujo magnético o cualquier otra cosa que se necesite convertir a voltaje
CONTROL PARA HACER UN SERVO CONUN MOTO REDUCTOR BASADO EN AMPLIFICADORES OPERACIONALES.
Y quien no recuerda la serie “Cuentos desde la cript a” donde el cadáver presentaba el programa de historias de terror, el cadáver era un mecanismo lleno de servos donde a unos metros de distancia se encontraba un operador con un exoesqueleto y en cada articulación un potenciómetro a continuación presentamos el circuito que hace esto posible.
Es necesario seleccionar el amplificador operacional que trabajará en este proyecto ya que hay unos que son pre amplificadores estos, no funcionarán. El op amp que elijamos tiene que ser de potencia. El potenciómetro puede ser de cualquier tipo, ya sea térmico, por luz etc. El otro potenciómetro (el que no se sujeta al eje del motor) es el control del servo si se le da vuelta 1 mm a este potenciómetro el motor dará 1mm de vuel ta también este es el potenciómetro que se pone en la articulación del exoesquelto y el motor se pone en el cuerpo animatrónico y cuando el operador se mueve el cuerpo animatrónico se moverá con un realismo único.
GIROSCOPIOS
Un giroscopio es un dispositivo electromecánico que puede sensar el movimiento rotacional, hace unos años todos los giroscopios usaban un motor eléctrico que hacia girar un disco pesado donde este tenia un momento angular y al moverlo da un pequeño tiron hacia el lado contrario impidiendo que se salga de su orbita.
El fenómeno giroscópico es demostrado en las clases de física con una rueda de bicicleta girando y el alumno sosteniendo el sistema y el profesor le dice al alumno que se siente en una silla giratoria, entonces el profesor mueve la silla y el alumno siente el efecto en sus manos y de cómo el sistema intenta a su posición El giroscopio tendrá mayor tiron de regresar regreso cuando detectesrcinal. una perturbación mas larga El primer giroscopio electromecánico fue hecho por la compañía Kavan en Alemania en 1978 con la finalidad de volar helicópteros de radio control y con esta tecnología se pudo por primera vez manipular un helicóptero en vuelo invertido
Los siguientes giroscopios producidos en masa para radio control fueron producidos por la compañía KO en Japón alrededor de los años 80
Los giroscopios piezo fueron fabricados hasta 1988 donde modelistas independientes diseñaron usando cristales piezo cerámicos, la compañía Futaba fue de las primeras que ofreció comercialmente el piezo giroscopio Un piezo giroscopio tiene mejores capacidades que un electromecánico ya que no tienen partes móviles y pueden soportar golpes mayores además que son mas sensitivos a pequeñas perturbaciones en términos técnicos se dice que tiene un ancho de banda mayor , un ancho de banda mayor significa que el sensor puede detectar a baja frecuencia pequeñas perturbaciones y a muy alta frecuencia pequeñas y rápidas perturbaciones.
El futuro de esta tecnología son los giroscopios láser de anillo donde se utilizan dos haces de luz viajando en direcciones opuestas dentro de un contenedor triangular, y los haces rebotan en las paredes dando vueltas y vueltas por reflexión cuando hay una perturbación uno de los haces viajara una menor distancia, esta reducción provee la diferencia de información. Un cristal piezo es un cristal especialque genera un pequeño cambio devoltaje por presión. Esta presión se introduce cuando se dobla ligeramente, cuando hay una perturbación de movimiento inerciaque del movimiento doblaes el cristal suficiente generar dispara unala señal posteriormente amplificada y para usada comoel voltaje señal que de retroalimentación, los piezo cristales son usados en micrófonos, cuando uno habla se doblan los cristales y se srcina la señal de sonido, también si uno aplica voltaje al piezo cristal este se doblara. Los piezo cristales dentro de los giroscopios son sensitivos a la temperatura y cuando esta cambia el cristal introduce un pequeño cambio de voltaje, este falso voltaje introduce movimientos indeseables en el servo, la diferencia de un giroscopio caro y uno barato es, que el más costoso tiene circuiteria superior y el circuito compensa cambios de temperatura más eficientemente Finalmente podemos decir que es conveniente implementar un servo rápido para ser implementado con giroscopios
CONSTRUCCION DE UN SEGWAY (VEHICULO AUTOEQUILIBRABLE) A continuación proponemos un proyecto implementado con giroscopios donde se fija una señal de control hacia el giroscopio y después hacia dos tarjetas servo que controlaran dos motoreductores, el proyecto consiste en un autoequilibrable de dos ruedas:
El autoequilibrable seway hace una refresco de 200 veces por segundo, para este caso megaservo CRYA hará 150 veces por segundo y el giroscopio será el encargado de tirar hacia el otro lado en el momento que detecte una pequeñísima inclinación , para esto tendremos que darle una señal fija mediante la tarjeta w-713 de control de servos esta tarjeta nos entregara una señal de servo que dará la referencia , a esta tarjeta se conectaran 2 tarjetas megaservo (clave 106) cada una de estas tarjetas será la encargada de controlar motoreductores de alto torque (clave 220) tendrás que hacer el chasis de aluminio y las llantas si puedes conseguir de bicicleta mejor ya que son ligeras y tienen buen agarre en el piso , también tendrá que poner especial cuidado en poner baleros entre la catarina y el chasis, obviamente tendrás que mandar al torno a hacer algunas piezas pero eso te asegurara la calidad en el movimiento esto es importante porque es un aparato delicado en su construcción debido a la precisión que debe de tener el mecanismo.
La altura del poste principal es de 1m y el manubrio es corto (30-40cm) lo largo de la base es de 60cm incluyendo las llantas. En realidad puedes hacerlo del tamaño que sea pero lo importante es que este bien balanceado esto quiere decir que los dispositivos como batería y motores tendrán que ir en medio y hasta abajo para que no le cueste mucho trabajo a los motores equilibrar. También se tendrá que equilibrar batería y motores es decir si ya has construido todo el vehículo y notas que se va para adelante estando el vehículo apagado, tendrá que hacer para atrás la batería a manera de intentar que mecánicamente el vehículo entero tenga torque cero es decir que no se vaya ni para adelante ni para atrás.
Las catarinas que van entre la llanta y el eje son de 40 dientes paso 35 y las catarinas que van sujetas al eje del motor son de 10 dientes paso 35 y la cadena es de paso 35, así que escoge tus llantas solo un poco mas grandes que la catarina de 40 dientes, las llantas con rayos de una bicicleta para niños estarán bien. Sujete los motores al chasis con soportes de aluminio (tendrás que hacerlos o en un taller de torno) y el chasis tendrá que ser de aluminio de ese que se usa en cancelaría, tal vez se tenga que usar un tipo mas delgado de aluminio para el poste y el manubrio y el giroscopio y las tarjetas electrónicas puedes sujetarlas mediante esa cinta que pega por los dos lados (cinta scotch). Los potenciómetros que van en el manubrio van sujetos con soportes de aluminio que también tendrás que hacer, estos provienen de la tarjeta megaservo(vienen incluidos) y su propósito es el de dar vuelta a la izquierda o a la derecha. Cuando hayas terminado la construcción del vehículo te darás cuenta que necesita un ajuste, este lo podrás hacer desde la tarjeta que fija la señal del servo (clave w-713) pero este ajuste es muy sencillo.
Para hacer una plataforma robótica sin manipulación humana puedes sustituir esta tarjeta de fijación de señal por una tarjet a de microcontrolador picaxe (también disponible en CRYA* ) y añadir sensores de diversos tipos como sensores infrarrojos para seguir línea o tal vez sensores de proximidad etc.
FUENTE DE ALIMENTACION PARA SERVOS Un servo de radio control analógico consume alrededor de 1 Amp y uno digital 1.6 Amp, ciertamente es mucha demanda para un motor aunque vale la pena debido a las funciones que realizan estos dispositivos. Usar una fuente conmutada de computadora nos dará problemas ya que estas switchean alta frecuencia y eso hace que el servo tenga una respuesta indeseada.
Es muy conveniente tener una fuente de alimentación adecuada e incluso sobrada la fuente que proponemos no tiene nada de especial y es recomendada para encender 5 servos estos pueden encenderse al mismo tiempo o separados:
FORMAS DE CONTROL DE SERVOS RADIO CONTROL Un servo puede entregársele una señal de control de varias formas, entre ellas esta el radio control, en esta forma existe un radio y un receptor que ya esta provisto con entradas especiales para manejar cierto numero de servos, estos radios son muy comunes para manejar aeromodelismo y el numero de canales determinará cuantos servos pueden ser movidos por el control, estos radios tienen un cristal abatible del mismo valor en el control y en el receptor como opción para cam biar la frecuencia, normalmente tienen un alcance de 1Km y una duración de batería de 40 minutos aproximadamente.
TARJETA ELECTRONICA AUTONOMA
Tarjeta PICAXE 18X, esta cuenta con una alimentación para 9v, led indicado de encendido, puerto DB9 para la comunicación con la PC y tres hileras de pines para conectar directamente un máximo de 8 servos a diferencia de la otra tarjeta picaxe, esta cuenta con un doble regulador de voltaje, significa que con esta puedes manejar hasta 4 servos al mismo tiempo. (Esta tarjeta incluye el PIC16F88 Picaxe 18x)
EMULADOR MANUAL DE SEÑAL DE SERVOIMPLEMENTADA CON LM555
SERVO IMPLEMENTADO CON UN PIC 16F84A-4P UTILIZANDO PBP (BASIC) En este proyecto implementamos un servo con un microcontrolador PIC16F84A-4p y mediante este se logra un seguidor solar: Muchas veces necesitamos de un sistema basado en microcontroladores que realice las acciones de un servo es decir podemos comandar un motor con un puente H conectado a un pic con la intención de realizar ajustes pero desde un programa, aquí mostramos un ejemplo de un programa que tiene dos fotorresistencias de 2Mohms conectadas, una en el pin6 y la otra en el pin 7 y en el pin 0 y 1 tenemos conectado un puente H. El proyecto es de un seguidor solar para un colector de agua el cual siempre requiere tener la incidencia de luz en el foco de una parábola, en el foco hay un tubo de cobre y toda la luz se concentra y el agua que pasa por el tubo se calienta, este proyecto es solo un ejemplo aunque podemos mencionar muchos mas. Include “ bs1defs.bas” Trisb=%1100000 Inicio: Pot 6,255,b0
Pot 7,255,b1 If b0>b1 then uno If b0=b1 then dos If b0
CONTROLES Y PROGRAMAS PARA SERVOS Controlar servos utilizando BASIC es sencillo, la instrucción pulsout genera un pulso en 10 microsegundos (us), la pause de 20 ms asegura que el programa mande un pulso estándar de 50 pulsos por segundo. El programa que a continuación se muestra es incluso un programa de diagnostico para servos donde un servo conectado en el pin 0 del puerto B y alimentado con 5v manda una señal de 1ms (izquierda) después de 1.5ms (centro) y finalmente de 2.0 ms (derecha) y esto se repite indefinidamente. Inicio: For b0=1 to 100 Pulsout 0,100 Pause 20 Next b0 For b0=1 to 100 Pulsout 0,150 Pause 20 Next b0
For b0=1 to 100 Pulsout 0,200 Pause 20 Next b0
MECANICA DE SERVOS ENGRANES DE METAL Y ENGRANES DE PLASTICO Los engranes de metal son mucho mas resistentes que los de plástico aunque pueden causar alguna perturbación en los receptores de radio control yen tarjetas controladoras de servos pero esto sucede rara vez, el costo de un tren de engranes de metal es alto solo se usa hacer estos cambios cuando se requiere mucha fuerza. En los dos casos es muy importante lubricar con grasa blanca y nunca permitir que caiga alguna basura o viruta en esta zona ya que es muy delicada.
USO DE BALERO y BUJE El eje de un servo pasa a través de la carcaza, en este caso puede tener buje o balero, siempre el balero es mejor ya que el funcionamiento es más suave y tiene mayor duración, esto determinara la calidad del servo y también disminuirá la corriente que demanda el motor a la tarjeta electrónica
COMO COLOCAR LOS MANDOS EN UN SERVO El mando en un servo es un disco o aditamento que esta sujeto al eje, esto s, tienen una contraparte dentada para evitar que se barra el disco, los mandos pueden encontrarse en una variedad amplia de formas y tamaños
Usa varilla de latón esta la podrás encontrar en lugares donde venden electrodos para soldar los mofles de los automóviles, INFRA es una buena opción estos electrodos miden 1 m aprox. y son ideales porque tienen buena resistencia y no se oxidan además son de 1/8” esto
los hace del tamaño ideal para entrar en los casquillos de latón que contiene un servo para montaje a continuación te mostramos la manera de sujetar las varillas de transmisión de movimiento al mando.
PASO 1
PASO 2
PASO 2
Tendrás que hacerle un orificio al mando de la medida del exterior del casquillo de latón
Inserta el casquillo de preferencia que entre a presión
Dobla la varilla en un extremo e insértala en el casquillo
Aquí se muestra (figura abajo) como se pueden montar también las varillas solo doblando en forma de “S” e insertando en el orificio pero esto llega a desgastarse y romperse
Se pueden hacer varias combinaciones con la misma estructura de los servos para formar codos y cambios de movimiento a continuación se muestra como los chasis van pegados con algún pegamento basado en cianoacrilato (kolaloca) y este pega muy bien debido a que el plástico con el que están hechos las carcasas de los servos es plástico “medio impacto” el cual también tiene como otras características el ser muy resistente y de fácil manejo para trabajarlo
Presentamos a continuación algunos montajes que se nos han hecho interesantes con el objetivo de ver las diferentes formas de montaje. Para este fin si te fijas todos los montajes fueron hechos con bracke ts de aluminio donde son piezas prefabricadas donde ya están diseñados a la medida, estos herrajes los venden en tiendas especializadas pero es muy sencillo fabricarlos ya que son en aluminio y así armar las estructuras que se muestran en las figuras:
Soporte de montaje Brackets de montaje para servos
Ejemplo de montaje tipo codo implementado Ejemplo de montaje conformando una pinza con brackets de montaje de 3 dedos con diferentes tipos de brackets y soportes, nótese el tubular en el centro de la mano
Ejemplo de montaje con brackets para conformar una pata mediante 3 servos
Ejemplo de brackets hechizos también conformando un codo
COMO ACOPLAR UN POTENCIÓMETRO A UN SEGMENTO FUERA DEL SERVO PARA LOGRAR DISTINTOS EFECTOS DE MOVIMIENTO.
Aquí presentamos una solución para algunos mecanismos de sujeción entre servoy potenciómetro para colocarlo fuera del segmento así como la solución de movimiento para una mano robótica implementada con servo.
PROYECTOS DE APLICACIÓN.-
SENSORES
Sensor Acelerómetro
Un acelerómetro es un dispositivo que mide el cambio en la aceleración o velocidad los acelerómetro son usados en vehículos, en los elevadores de los cohetes y en general aplicaciones en armamento militar. Muchos tipos de acelerómetros son sensibles al constante empuje hacia la tierra (fuerza de gravedad) y este tipo de acelerómetro puede se usado para medir el equilibrio de un robot, la salida del acelerómetro es un voltaje o puede ser una señal digital que indica la aceleración relativa en un momento dado.
Aplicaciones de los acelerómetros Son usados en laptops para detector cuando la computadora se mueve repentinamente y bloquean el disco duro para impedir su daño, también se usan en cámaras para estabilizar imágenes, se usan en automóviles para controlar el disparo de la bolsa de aire y hay un sinnúmero de aplicaciones para este dispositivo Posibles usos de los acelerómetros en robótica: o Robots que se auto balancean o Piloto automático para aeromodelismo o Sistemas de alarma o Detección de colisión o Monitoreo de movimiento humano o Sensores de nivel e inclinómetros o Detectores de inclinación o Detectores de fuerza G
Fuerza G y los acelerómetros. Cuando compras un acelerómetro veras que vienen especificaciones como 2 G o 3G esto quiere decir cuanta fuerza G puede soportar tu sensor antes de dispararse, recordemos que la fuerza de la gravedad es de 1G= 9.81 m/s^2.
Requerimientos de conexión Cualquier acelerómetro tiene una línea de alimentación y una de tierra y salidas análogas para cada eje de aceleración, se tendrá que leer la hoja de especificaciones para saber exactamente su funcionamiento y conexión. Como consejo adicional para el uso de acelerómetros podemos recomendar usar capacitores en las salidas análogas de los ejes para suavizar la señal de salida, tendrás que experimentar el uso de estos capacitores ya que si no los pones el dispositivo es muy sensible y se puede disparar con facilidad.
SENSOR DE CORTE A continuación presentamos el sensor #de parte S0041 OS 1990-2335 disponible en CRYA* con su forma de conexión y su aplicación para su referencia.
Otro tipo de sensores son los que tienen disposición de corte, podemos usarlos para contar las vueltas de una llanta por ejemplo y de esta manera saber si la llanta dió mas vueltas que la otra y así sabrá el robot si va derecho o no , si no el programa podrá hacer una corrección dando mas velocidad hasta igualar las vueltas de la otra llanta, esto se logra poniendo un disco con muescas pegado a la llanta y las muescas dejarán pasar el rayo del emisor hacia el receptor, si alguna ves ha destapado un mouse de bolita sabrá que es lo mismo que sucede ahí.
Una de las ventajas de usar encoders acoplados a los ejes es que se puede sensar la posición del eje sin fricción esto permitirá que el eje del motor pueda imprimir toda su fuerza en el mecanismo además con este sensor no habrá desgaste mecánico como el que presentaría un potenciómetro en un brazo manipulador.
Sensor infrarrojo de Siemens SFH5110-36
Otro dispositivo para la detección de obstáculos es el modulo de recepción infrarroja SFH5110-36 de Siemens, este es muy sencillo de usar, económico y sensitivo tiene tres terminales (alimentación tierra y salida) el SFH5110 distingue la luz artificial entre cualquier luz ambiental. La modulación del rayo se puede hace r con un 555 y este reloj pue de ser usado para encender mas de un led infrarrojo, se tendrá que calibrar el pulsador hecho con el 555 para obtener una frecuencia de aproximadamente 36 Khz aunque el SFH5110 acepta otras frecuencias. Puede hacer uso de una cámara con visión nocturna, ahora ya casi todas las cámaras de video traen esta función, el objetivo de usar la cámara es para poder ver la luz infrarroja que emite el led IR ya que esta longitud de onda es invisible a simple vista con la cámara nos ayudaremos a calibrar los sensores del robot.
SENSOR DE EFECTO HALL El efecto Hall consiste la aparición de un campo eléctrico enllama un cconductor cuando es atravesado por un campoen magnético. A este campo eléctrico se le ampo Hall . Este efecto fue descubierto en 1879 por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall.
Los sensores basados en efecto Hall constan de un elemento conductor o semiconductor y un imán. Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferromagnético.
Aplicaciones de sensores de efecto Hall Una de las aplicaciones de los sensores por efecto Hall que más se ha instalado en la industria, en especial en la automotriz, es como reemplazo del sensor inductivo (basado en un imán permanente y una bobina). Dado que en este caso el sensor, por estar implementado por un semiconductor, tiene la capacidad de poseer electrónica integrada, la señal que sale de los sensores por efecto Hall para uso como detectores de proximidad por lo general ya está amplificada y condicionada, de modo que su utilización es mucho más directa, fácil y económica. Se utilizan también chips por efecto Hall como interruptores accionados por el campo magnético de un imán. Un caso concreto es en los sensores de los sistemas de alarma (aquellos que se colocan en puertas y ventanas, para detectar su apertura). Estos interruptores tienen la ventaja de no sufrir fricción al ser accionados, ya que el único elemento que toma contacto es el campo magnético. Son utilizados en teclados de alta eficiencia, y estos mismos interruptores se pueden usar como sensores de choque (contacto físico), posición de un mecanismo, cuentavueltas, límite de carrera y otras detecciones mecánicas dentro y en el exterior de un robot. En robótica las aplicaciones también son vastas por ejemplo para contar las vueltas de una llanta se pone el imán en la llanta y el sensor en la carcaza y cada vez que pase el imán contara una vuelta esta señal de conteo podemos meterla a un microcontrolador y este comparar el conteo de las dos llantas y hacer un refresco para verificar que las vueltas que ha dado una llanta y otra sean iguales, así podemos asegurar que un robot vaya derecho y no verse afectado por alguna piedra que haya atorado una llanta y desviado a nuestro robot móvil. Transistor: Dispositivo electrónico de material semiconductor (germanio, silicio) capaz de controlar una corriente eléctrica, amplificándola y/o conmutándola. Posee tres conexiones: Colector, Emisor y Base.
Transistor de efecto Hall: Dispositivo electrónico de material semiconductor (germanio, silicio) capaz de controlar una corriente eléctrica, amplificándola y/o conmutándola donde la base se dispara por la presencia de un campo magnético. Posee tres conexiones: Colector, Emisor y Base.
Sensores ultrasónicos (SONAR PARA ROBOT) A continuación te presentamos la utilidad de los sensores ultrasónicos y la explicación de su funcionamiento así como sus alcances y algunas características: Para medir la distancia una ráfaga de ondas ultrasónicas usualmente 40 khz se disparan por una bocina, el sonido rebota en un objeto y el eco es recibido por un micrófono especialmente diseñado ,entonces un circuito electrónico toma el tiempo entre el disparo y el tiempo que tomo llegar al eco y es así como toma la distancia entre el sensor y el objeto, el rango de
medición de estos sensores es de unos 6 metros, y la mínima distancia es de 15 cm aproximadamente , funcionan exactamente con las mismas señales que lo haría un sensor infrarrojo solo que tiene diferentes aplicaciones por ejemplo un robot usaría el ultrasonido para detectar objetos entre el humo donde la luz infrarroja no puede pasar.
Supongamos que su robot tiene un sonar , el sonar manda un sonido (imperceptible para el oído humano), entonces este sonido viaja por el aire hasta llegar al objeto y este rebota emitiendo un eco, supongamos que el tiempo que ha pasado en que el sonido fue y regreso fue de .03 segundos ¿Cuántos metros hay del objeto al robot?
Calculando:
Velocidad del sonido * tiempo que ha pasado / 2 = distancia del objeto 343 m/s * .03 s / 2 = 5.145 m
Rango máximo y mínimo El pulso sonoro (ping) se esparce radialmente, la potencia de la señal esta en función de 1/distancia^2 esto significa que la medición máxima que podemos obtener al medir con ultrasonido es de 6-25 pies, esto dependerá de la electrónica de amplificación que se encuentre conectada a nuestro emisor y receptor de ultrasonido y de el ajuste que hagamos de orientación de nuestros sensores. También hay un rango mínimo de medición esto quiere decir que si el objeto esta muy cerca no lo medirá, esto es debido a que el sonido es muy rápido y la electrónica no alcanzara a detectar el regreso de la señal al receptor.
Reflejo del sonido /absorbencia y propiedades de los materiales Desafortunadamente los ecos no son un producto de la distancia y hay muchos otros factores que pueden alterar una lectura, el sonido reflejado de una almohada y un objeto sólido no son el mismo y si el objeto es irregular habrá ecos perdidos que confundan y den falsas lecturas.
Emulador de frecuencias de la naturaleza El C.I. 555 fue el primer timer y aún el más popular de este tipo de chips, este puede ser operado como un timer de un solo disparo, o como un multivibrador de tipo astable. En el caso del piano es un multivibrador, esto quiere decir que tan solo ajustando un resistor y un capacitor el chip 555 vibrara constantemente a cierta frecuencia en su pata de salida. El diagrama electrónico de la conexión del emulador de frecuencias se muestra en esta imagen.
Los sonidos musicales son producidos por algunos procesos físicos, una cuerda vibrando, el aire en el interior de un instrumento de viento, etc. La característica más fundamental de esos sonidos es su "altura" o cantidad de veces que vibra por segundo, lo que se llama frecuencia. Cuantas más oscilaciones por segundo tenga la frecuencia, más aguda o "alta" será la nota musical.
La magnitud de la frecuencia se mide en Hertz (Hz), que es simplemente el número de oscilaciones o ciclos por segundo. En la música es muy importante la relación que existe entre la frecuencia de los distintos sonidos, a esta relación se le llama intervalo. Recordaremos que aunque el oído humano puede llegar a captar frecuencias entre los 20hz hasta 20.000hz, la frecuencia de las notas musicales llega solamente a los 4.500hz. Teniendo en cuenta que el oído humano puede diferenciar sonidos con 1hz de diferencia
El piezoBuzzer es un componente electrónico que mediante la excitación de un material piezo eléctrico produce un sonido al paso de la corriente eléctrica. Un material piezoeléctrico entre otros muchos es el PZT ó “zirconato titanato de plomo” que es un material cerámico ferro eléctrico policristalino, ya que en los cristales naturales existentes el efecto es mucho menor. La tensión generada por un cristal piezo varía con el tamaño, diámetro, espesor, características del material, humedad ambiente, temperatura y presión aplicada.
Donde: R1: Esta resistencia es la encargada de fijar el rango de frecuencias. B1: Buzzer Piezoeléctrico S1 a S5: Estos son los interruptores que se utilizan para mete un pulso eléctrico al CI C1 a C5: Determinan la frecuencia para el CI
A estos dispositivos podemos considerarlos convertidores de Energía mecánica en energía eléctrica y de energía eléctrica en energía mecánica.
Diagrama de armado del emulado de frecuencias: Coloca y suelda los componentes como se muestra en la siguiente imagen:
Sugerencias de armado: 1) Comience por soldar los capacitores cerámicos respetando sus valores, recuerde que estos no tiene polaridad por lo tanto puedes ponerlos de cualquier lado.
2) Ahora coloque el capacitor C6 este es electrolítico y por lo tanto deberá de respetar su polaridad, la línea negra del capacitor es el lado negativo, este debe de corresponder de acuerdo al dibujo anterior.
3) A continuación coloque el buzzer el cual tiene polaridad, respete el lado positivo, este está marcado en el encapsulado del mismo.
4) Coloque y suelde las resistencias, estas, no tienen polaridad por lo tanto, puedes colocarlas en cualquier posición.
5) Ahora coloque el CI 555 este tiene una mueca en el encapsulado del integrado, coloque el CI respetando la muesca que se muestra en el dibujo suéldelo.
6) A continuación coloque todos los micro interruptores como se muestra en el diagrama electrónico, recuerde que el interruptor deberá de estar abierto de tierra hacia el capacitor, para verificar la configuración de estos y saber que lado es el abierto y cual el cerrado utilice un multimetro.
7) Finalmente coloque el clip de baterías respetando el Cable rojo como positivo y el cable negro como negativo. El oído en el hombre y en los mamíferos superiores tiene un rango muy amplio de operación que abarca de tres a cuatro órdenes de magnitud en el conjunto de frecuencias que son audibles (desde alrededor de 20 a 20,000 Hz en el hombre). Las ondas acústicas de menos de 20 Hz se denominan infrasonidos, y los de más de 20000 Hz se llaman ultrasonidos. Por lo general, ni unos ni otros son audibles por el ser humano. C1=Capacitor de Cerámico C2=Capacitor de Cerámico C3=Capacitor de Cerámico C4=Capacitor de Cerámico C5=Capacitor de Cerámico C6=Capacitor de 4.7uf Electrolítico S1 a S5= Micro interruptores R1= Resistencia de 27K (Rojo, Morado, Naranja) R2= Resistencia de 10K (Café, Negro, Rojo) B1=Buzer Piezo eléctrico 555=CI 555 El murciélago es un caso notable, ya que escucha sonidos de más de 100000 Hz, que le permite orientarse por medio de señales acústicas según el principio del sonar. (semejante al conocido radar). Para atraer al delfín entre 2 y 100 KHz Para atraer abejas rangos comprendidos entre 225 y 285 HZ En la sabana africana los sonidos más infrasónicos (unos 14 Hertzios) suelen corresponder a los elefantes machos que se hallan en un estado especial de secreción, en el que poseen un alto contenido en la hormona testosterona y sienten ansias de cópula y lucha. Las hembras en celo también parecen emitir unas llamadas o canción infrasónica durante unos 45 minutos, que atraen a los elefantes desde cualquier dirección. La potencia del emisor depende mucho también para el éxito de nuestro experimento con insectos y animales recuerda que aunque no puedas oír el ultrasonido a este también se le puede subir el volumen así que en nuestro caso pensando a futuro haya que construir un amplificador pero por ahora este dispositivo (emulador de frecuencias) sirve para nuestros propósitos.
EI ultrasonido necesario para erradicar las plagas no es igual para todos los animales y la potencia del sonido (volumen) no necesariamente tiene que ser alta. Por ejemplo para ahuyentar mosquitos hematófagos hembras, se ha detectado que el aleteo del mosquito macho genera ondas sónicas y ultrasónicas de baja potencia (aproximadamente 60 decibeles) que ahuyentan al mosquito hembra, actualmente se imita el nivel ultrasónico del aleteo y el resultado es de alta eficiencia como repelente ecológico. En otros casos se genera ultrasonido que ataca el sistema auditivo y nervioso del animal. Esto impulsará a las plagas fuera del área y evitará su reproducción. En el caso de los roedores se debe emitir ultrasonido de alta potencia debido a que se imitan los gritos amenazadores de otro roedor; estos animales no soportan el stress producido y huyen del lugar.
Al final puede intercambiar capacitores para lograr distintas frecuencias e incluso mezclarlas y lograr nuevas apretando dos botones a la vez. Sabia que a ciertas frecuencias no audibles para el ser humano pueden atraer insectos o servir como carnada electrónica? Y obviamente con este proyecto puedes hacer esos experimentos como pequeño secreto mencionamos que con una frecuencia alrededor de 3.5 khz se atraen peces y puedes atraer distintas especies si emula diferentes frecuencias en este rango pero no meta el buzzer al agua solo envuelva en una bolsa el proyecto y póngalo en la superficie.
ENERGIA SOLAR El efecto invernadero es la combinación de diferentes factores, como el grosor de la atmósfera (oxígeno y nitrógeno), que capta parte de los rayos del sol o la concentración de gases. Las industrias han conseguido que la concentración de estos gases haya aumentado un 30% desde finales del siglo pasado, donde sin la ayuda del ser humano, la naturaleza se encargaba de equilibrar las emisiones pero ya esta demostrado que este equilibrio ya no se da mas y ahora el cambio climático se esta auto alimentando. Los países industrializados, que conforman el 20% de la población mundial, emiten el 60% del CO2 (dióxido de carbono) donde este gas es el principal contaminante, por otra parte el metano y el óxido nitroso, son también producidos por los combustibles basados en el petróleo, son muy perjudiciales para la naturaleza, es importante la participación e interés de
ingenieros mexicanos en todas las ramas tener el compromiso que tenemos con nuestro país y el planeta , el no solo ahorrar energía, sino diseñar sistemas que aporten a la utilización de energías alternativas , incluso seria muy bueno fabricar celdas solares ya que actualmente no se hace en nuestro país y solo podemos importarlas pero si podemos diseñar sistemas de bajo consumo y sistemas mecánicos que en combinación con celdas solares ayuden a ahorrar energía.
DE QUE ESTAN HECHAS Y COMO FUNCIONAN LAS CELDAS SOLARES? Muchas de las celdas solares están hechas de silicón, este es purificado a muy alto grado , una buena parte del alto costo de la celda solar es la limpieza y purificación del material para producir un silicón puro y de alta calidad para hacer una celda se utiliza una oblea de silicón y se le añade boro el boro le da estructura de características únicas a los cristales de silicón donde cargas positivas referidas como “P”forman la base de la celda, después a la oblea se le añade una fina capa de fósforo, este provee cargas negativas referidas como “N”, las dos partes de la celda , una “P” y otra “N” se cancelan una a la otra para formar una celda neutral, cuando la luz del sol penetra a la juntura “N” y “P” la celda crea un flujo de electrones a través de la estructura de los cristales donde la estructura del silicón contiene áreas vacías que aceptan electrones entonces estos electrones se mueven para llenar un área vacía y crea a su vez otro hueco y este flujo produce electricidad. La luz solar contiene muchos colores del espectro electromagnético donde los colores violeta, verde, azul, amarillo son los que mas inciden sobre la celda solar debido a su longitud de onda aunque en realidad una celda solar genera energía desde el espectro ultravioleta pasando por la luz visible hasta el infrarrojo. En muchas circunstancias las celdas solares no están expuestas a niveles máximos de luz solar, esto es debido a que el comportamiento del paso del sol en diferentes regiones no es el mismo y varía en cada estación.
CUIDADO Y MANTENIMIENTO QUE SE DEBE TENER PARA UNA CELDA SOLAR Aunque sea difícil de creer una celda solar no requiere de mantenimiento solo hay que limpiarlas de vez en cuando y solo en áreas donde hay presencia de polvo para limpiarlas solo hay que pasar un trapo húmedo y listo.
EFICIENCIA DE UNA CELDA SOLAR La investigación en este campo ha incrementado debido a la aparición y cada vez mas famosas energías alternativas esto es causado por la muy conocida falta de petróleo en el futuro, es por esto que cada vez las celdas solares son mas baratas y menos costosas y en muchos casos las baterías son eliminadas y solamente se usan las celdas para cumplir con el abastecimiento de energía en satélites y otros usos en la industria y el hogar.
De cualquier manera la eficiencia de una celda solar dependerá directamente del área que esta ocupe, mientras mas área cubra una celda más corriente se producirá y por lo tanto mas potencia generará el sistema
CUANTA ENERGIA PUEDO OBTENER DE UNA CELDA SOLAR? En realidad no hay límite para obtener energía de una celda solar mientras mas celdas se coloquen mas electricidad se genera solo recuerda que en serie se incrementa el voltaje y en paralelo se incrementa la corriente. La incidencia directamente a la celda es muy importante para la máxima eficiencia y así tener siempre el mayor voltaje entre las terminales de la celda para esto se utilizan sistemas seguidores para apuntar directamente al sol durante todo el día y así recibir siempre la máxima incidencia en la celda.
COMO SE APROVECHA LA ENERGIA SOLAR? En realidad el voltaje que proviene de una celda solar rara vez se aprovecha directamente, una celda solar se utiliza para cargar baterías y para esto existen circuitos que en el día cargan bancos de baterías y en la noche rutean la energía de las baterías para encender leds (diodos emisores de luz) pero de muy alto brillo y es así como funcionan como lámparas par iluminar pasillos o jardines. Hay circuitos que cargan baterías y hacen destellar leds esto con el fin de hacer bollas marinas para indicar arrecifes o para indicar carreteras o zonas de riesgo.
CALCULANDO CUANTAS CELDAS DEBO UTILIZAR. Ejemplo: Supongamos que tengo un motor de 1.5V y este consume 450mW y quiero calcular la corriente para saber que arreglo de celdas necesito: P= potencia eléctrica en watts V= Voltaje (V) I= corriente (A) I=P/V I=450mW/1.5V I=0.450W/1.5V I=0.3 A I=300mA Ahora sabemos que para alimentar este motor necesitamos una celda solar o un arreglo de ellas que nos den 1.5 V a 300 mA.
QUE NOS ESPERA EN EL FUTURO ? En el futuro cercano habrá pequeñas estaciones de energía solar que enciendan edificios enteros y estos mismos sistemas operaran en casas habitación, celdas solares flexibles podrán ponerse en estructuras irregulares y autos y una mayor cultura de ahorro de energía se vera
reflejada en la sociedad como consecuencia de el incremento de costos debido a la utilización de estos sistemas.
COMPILACION DE CIRCUITOS PRACTICOS PARA ROBOTICA
Un contacto “touch screen” es un dispositivo electrónico sensitivo al toque humano, y que puede producir una señal de disparo ya sea hacia un transistor o algún otro elemento que se desee activar, estos son muy usados donde es difícil mover elementos mecánicos, incluso donde no hay espacio para un apagador.
La placa sensitiva en un switch “touch screen” contiene una pequeña placa en donde se almacenan cargas eléctricas y cuando el panel es tocado una pequeña parte de esta carga es drenada al punto de contacto, y el circuito integrado detecta este faltante de carga este es el caso del LM555.
Los interruptores “touch screen” no son afectados por elementos como polvo o agua y tienen una durabilidad mucho mayor que los electromecánicos, esta tecnología nos permite también adaptarlos a una gran variedad de proyectos. Este dispositivo es muy utilizado en alarmas, por ejemplo en los museos, este sensor se encuentra en la base de metal donde se pone una pieza metálica, cuando alguien toca la pieza el sensor se activa, también son los mismos sensores que están conectados a las chapas en las puertas y cuando alguien toca la chapa el sensor se activa, en este proyecto puedes ver esa señal de activación mediante un led.
Aplicaciones: Alarmas Otros bloques de construcción basados en el LM555
LM555 El LM555 es un dispositivo estable para generar oscilaciones o retardos las terminales adicionales son para disparar o reiniciar si se desea, en el modo de retardo de tiempo es controlado de forma muy precisa por un arreglo de un capacitor y un resistor en las patitas del circuito integrado se puede manejar una corriente de hasta 200 mA o manejar circuitos TTL Algunas de las especificaciones del LM555 Temporizador de precisión Generación de pulsos Secuenciador de tiempo Generación de retardos Modulación por ancho de pulso Modulación de posición por pulsos Para mayor información le recomendamos buscar la hoja de especificaciones de este circuito integrado donde aprenderás sus características y te ayudara a un mejor entendimiento de este
circuito y también aprenderá a buscar las hojas de especificaciones, comotip podemos decir que para buscar las hojas de especificaciones vaya al buscador “yahoo” y escriba “LM555 datasheet
PUENTE H IMPLEMENTADO CON MOSFETS PARA ALTA CORRIENTE Muchas veces en proyectos de robótica se requiere mover motores de gran tamaño y con gran demanda de corriente, para esto es necesario construir arreglos de potencia, el mosfet tiene la característica de manejar grandes corrientes y a continuación presentamos un arreglo con estos dispositivos. Los MOSFET deberán seleccionarse dependiendo la corriente que demande el motor. Y un buen ejemplo de la aplicación de este circuito es para controlar el motor de un carro eléctrico o una silla de ruedas eléctrica para esto se utiliza el mosfet IRFZ44.
CONSIDERACIONES PARA SELECCIONAR, MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA.
MODIFICAR
Y
OPERAR
El uso de Baleros de bajo costo es una fuente potencial de ruido, en aplicaciones muy finas los baleros de los motores de DC deben escogerse especialmente para la aplicación y estar alineados, esto quiere decir que las balas no deben moverse axialmente ya que esto causa un
movimiento intermitente, mientras mas pequeñas sean las balas es mas fácil que se dañen ya que pueden deformarse si se sobrecarga el eje del rotor, un balero dañado también causara que la vida del motor sea mas corta. La vibración en el balero incrementa con la velocidad, un pequeño desbalanceo en el rotor puede causar enormes vibraciones a 20,000 RPM
PONIENDO CARGA EN EL EJE DEL ROTOR El peso (carga) causa vibración en un motor y contribuye a que los carbones también vibren causando el arco eléctrico que cuando corre a alta velocidad se produce una electro erosión y por consecuencia el sistema vibrará mas causando que los baleros se dañen disminuyendo la vida útil del motor , actualmente hay una serie de catálogos con distintas calidades en acero ,con esta diversidad en las tiendas de rodamientos, se pueden sustituir los baleros de un motor común y convertirlo en un motor de gran duración, excelente capacidad de carga y sobre todo silencioso. En referencia a los carbones del motor los carbones cobre grafito son mucho mas ruidosos que los construidos con metales preciosos, los carbones cobre grafito on s capaces de manejar altas corrientes pero muchas vecesse cambian en ciertas aplicaciones muy especificas donde el ruido audible es importante. Es recomendable operar un motor con carbones hechos a base de metales preciososa no más de 1/3 de su torque promedio y los de carbón grafito a no más de 1/3 de su torque promedio, estas condiciones en rotación contínua.
INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA Los motores de DC así como son fuente de ruido audible también emiten ruido eléctrico o interferencia electromagnética y esta es radiada por las terminales del motor y pueden causar problemas a componentes conectados a ellas, por ejemplo si se tiene conectado un encoder este puede dar falsas lecturas debido a este fenómeno electromagnético, hay muchos métodos que pueden ser usados para minimizar el ruido eléctrico entre ellos podemos mencionar el pasar los cables de las terminales por núcleos de ferrita y montar capacitores entre las terminales.
CONMUTACION DEL MOTOR COMO CAUSA DE LA INTERFERENCIA ELECTROMAGNETICA
La fuente mas común del ruido eléctrico es la conmutación de los motores en cada punto del conmutador donde los carbones tocan se srcina un diminuto arco entre el carbón y el conmutador. Los motores coreless son menos ruidosos eléctricamente que los normales porque tienen menos inductancia en la armadura lo que reduce el nivel de la energía del arco eléctrico Este arco puede ser suprimido poniendo un anillo de capacitores donde este sirve para disipar la energía a través de un capacitor y resistor de regreso al embobinado del motor Esto se corrige con un capacitor conectado en el conmutador , el anillo provee un efecto equivalente a conectar en paralelo pequeños capacitores y resistores entonces el campo magnético se colapsa durante la conmutación y la energía almacenada sirve para cargar nuevamente el capacitor y parte de esta energía se regresa a la siguiente fase de conmutación esto evita que se regrese a las terminales evitando así la corriente parásita que aparece y que daña los componentes electrónicos que están conectados al motor Esta técnica incrementa la constante eléctrica de tiempo y por lo tanto incrementa dramáticamente la vida del motor
Las condiciones de operación como torque y velocidad también afectan la vida útil del motor, las aplicaciones pueden requerir que el motor avance ,se detenga y de reversa ,este movimiento en periodos de alta corriente dañan el motor, un efecto similar se puede notar cuando se maneja un motor por (PWM), si el PWM tiene una frecuencia muy baja y el motor constantemente acelera y desacelera el motor también se dañara, por eso es recomendable como regla general manejar una frecuencia de PWM arriba de los 20 Khz. Los cables del motor deben estar dispuestos lo mas cerca que se pueda entre ellos, esto ayudara que la radiación electromagnética (ruido eléctrico) se elimine, si el ruido eléctrico sigue siendo problema para las señales del encoder considere usar un encoder diferencial, también pruebe usar cable blindado y separar físicamente las líneas de alimentación del motor y los cables de datos del encoder. Las condiciones ambientales también afectan el funcionamiento de los motores y podemos recomendar que un motor de DC se mantenga a temperatura ambiente ya que la temperatura caliente es acumulativa en la temperatura del motor y esto causa y empezara a trabajar mas
lento por dilatación de metales, por otro lado el frío puede hacer mas viscoso los lubricantes que traen de fabrica las cajas de engranes (si hubieran) y la grasa del conmutador haciendo que este se frene y consuma mayor corriente, para esto hay que cambiar el lubricante de rodamiento a uno con mayor rango de temperaturas, la grasa blanca muchas veces resuelve este posible problema.
ENCODERS PARA MOTORES
Hay dos tipos fundamentales de encoders, absolutos e incrementales, Un encoder absoluto mide la posición del eje para rotación simple, el mismo ángulo del eje producirá la misma lectura, la salida es normalmente código binario o código Grey. El encoder absoluto tiene dos anillos, el anillo exterior tiene el digito mas significativo del encoder y el anillo interior tiene el digito menos significativo. Para añadir precisión al encoder absoluto se le deben añadir más anillos y más emisores y detectores al encoder. Cuando se usan encoders absolutos la posición durante una rotación simple es medida directamente si el encoder rota múltiples vueltas entonces el numero total de rotaciones son contadas separadamente.
Un encoder incremental o relativo dará como salida dos pulsos que son usados para determinar desplazamiento donde circuitos lógicos o software son usados para determinar la dirección de rotación y aquí se cuentan los pulsos para determinar el desplazamiento, la velocidad puede ser determinada midiendo el tiempo entre pulsos.
Los encoders relativos tienen dos líneas de divisiones, para agregar precisión al encoder relativo se tendrán que anexar divisiones (ventanas). Cuando se usa un encoder relativo la distancia de rotación es determinada por el conteo de pulsos de uno de los anillos, el encoder solo rota en una dirección donde un simple conteo de pulsos de uno de los anillos va a determinar la distancia total, si el encoder puede rotar en las dos direcciones el segundo anillo se usa para determinar los pulsos que se restan al conteo.
Normalmente los encoders absolutos y relativos requieren una fase de calibración cuando el controlador es encendido esto normalmente significa mover el eje hasta el sensado de un sensor lógico que marque el fin o el principio del rango, muchas maquina que usan encoders indican que se mueva el segmento móvil a un extreme de la posición antes de encenderla.
Encoders magneticos Los encoders magnéticos casi están reservados para aplicaciones industriales de calidad, por costo y calidad reyes derazones los encoders lo queelnopolvo pasa y con ópticos además debido apierden que presentan fallasson porlos diversas entre ellas la los suciedad, ventanas (pulsos) y cualquier golpe puede desajustarlos fácilmente ¿Porque los encoders magnéticos son superiores a los encoders ópticos? Los encoders ópticos son vulnerables a tres tipos de daños *sello protector del disco lo cual permite la entrada de contaminantes (aceite, suciedad, agua etc.) *el disco puede descalibrarse por impactos o vibración *fallas en baleros de precisión
El diseño del encoder magnético elimina las dos primeras causas de daño y ofrece que los baleros y bujes de los motores duren mucho más.
Encoder magnético rotativo en circuito integrado La firma “Austria micro systems” vende el AS5040 un encoder rotacional de 10 bits, basado en el efecto hall este encoder puede detector 1024 posiciones absolutas en una vuelta
completa lo que corresponde a 0.35 grados, debido a su funcionamiento sin contacto físico puede trabajar en condiciones de polvo humedad, vibración y campos magnéticos no deseados donde adicional a estos beneficios este encoder incluye na u función para programar a posición cero y detección del imán.
Interfaz para acoplar cualquier encoder a microcontrolador o microprocesador mediante la utilización de amplificador operacional funcionando como comparador
TACOMETROS Los tacómetros miden la velocidad de un eje de rotación, una técnica común es montar un imán en el eje donde elunimán para un embobinado la corriente es inducida donde de en cada vuelta se produce pulso, el por tiempo entre pulsosypuede ser medido y el periodo rotación puede ser calculado así como la frecuencia.
Otra técnica para implementar tacómetros es el con un generador (un motor de DC) donde un pequeño motor de DC se sujeta al eje para usarlo como generador y así la rotación de el eje producirá un voltaje proporcional a la velocidad angular, esta técnica se usa donde la eficiencia no es muy importante.
