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Introducción

Este proyecto tiene como finalidad crear un dispositivo el cual va a realizar la proyección de figuras geometrías o cualquier tipo de imagen, las cuales son realizas por comando en código ASCII escritos en la PC y transmitidos por cable serial, al puerto físico de entrada de la tarjeta F446RE.

Piccolo es un pequeño robot Open Source hecho de material acrílico cortado a láser. Dispone de 3 ejes de movimiento controlados con 3 pequeños servomotores para su control se utilizara la tarjeta STM32 F446RE, donde este también se le puede acoplar un bolígrafo, un pincel o incluso una tiza y en pocos minutos se obtendrá un pequeño robot del tamaño de la palma de una mano capaz de dibujar casi cualquier cosa. No pretende ser el robot CNC más preciso del mundo pero con él podemos adentrarnos en el mundo de la mecánica controlada por ordenador dentro de un sistema de coordenadas.

MBED es una plataforma de IOT (internet of things), la cual tiene una gran comunidad de desarrolladores, un ecosistema de código abierto de IOT, una red de socios de hardware, productos y servicios que sirve al mercado relacionado de las “cosas del internet”, cuando se hablan de los elementos de mbed juntos, se habla acerca de la plataforma de dispositivos ARM, mbed OS, mbed DEVICE CONNECTOR SERVICE, mbed TLS y mbed CLIENT.

Objetivo General

• Realizar el ensamble y programación de un robot PICCOLO, para que tenga la capacidad de tener movimiento en ejes x, y, z,

Objetivos Específicos

• Realizar la programación en mbed de acuerdo a lo conocido para realizar movimientos en los ejes X, Y, Z. • Establecer el método adecuado para realizar movimiento por cuadrantes. • Realizar diversas pruebas que aseguren su funcionamiento.

DISEÑO CONCEPTUAL

Antecedentes

En el mercado existen varios diseños y prototipos de Robot Piccolo fabricados en diversos materiales tales como:

• Concepto 1; Piccolo Assembly; estos están fabricados con material mdf para las partes fijas y en acrílico para las partes móviles (piñones – engranajes).

Figura [1] Piccolo en MDF

• Concepto 2; Piccolo CNC v1; estos también están fabricados en material mdf y acrílico, adicional la programación de estos se realiza con la tarjeta Arduino.

Figura [2] Piccolo CNC – Arduino

• Concepto 3; Piccolo Mbed; estos están fabricados con material mdf y/o acrílico, adicional en este la programación se realiza por medio de la plataforma mbed con su respectiva unidad STM32 NUCLEO F411RE.

Figura [3] Piccolo en Acrílico – STM32

Evaluación conceptos

Tabla 1. Matriz de importancia de conceptos.

Al momento de realizar la evaluación de conceptos la modalidad de Matriz de decisión de importancia, se asignaron unos puntajes del 0 al 10, donde ‘0’ es “Pésimo” y ‘10’ es “Excelente”, a cada uno de los criterios se le dio un peso de importancia. Donde el concepto número 3 obtuve una mayor puntuación de 6,61.

Definición del problema

Debido a los diferentes diseños y programas tales como: material mdf, acrílico y programación en Arduino se requiere diseñar un dispositivo para realizar marcas o dibujos en áreas de 5x5 cm en un tablero de 20x20 cm inaccesible para una persona.

Reconocimiento de las necesidades

Proveer un dispositivo para lograr llegar a espacios inaccesibles para una persona.

Requerimientos mínimos

• Diseñar un dispositivo que permita acceder a espacios disminuidos. • Diseñar un dispositivo mecánico con el cuál se disminuyan los costos. • Fácil de transportar • Que tenga un empaque adecuado • Fácil de operar • Fácil de instalar • Diseño adaptable según la necesidad.

Restricciones

• El precio no debe ser mayor a $100.000 pesos. • Tipo de material debe ser manejable. • Fabricado en materiales resistentes al rozamiento. • Precisión en los movimientos de sus ejes.

Optimización

• Eficiencia – alta • Seguridad – alta • Maniobrabilidad – alta • Comodidad – alta • Costo – medio • Confiabilidad – alta • Precisión - alta

Materiales

• 3 – Servomotores • 2 – Motores Paso a paso • 2 – Lamina de acrílico cortado a medida (diseño del piccolo – corte lasser) • 1 – Tarjeta núcleo STM32F411RE • 5 - LM7805 • 1 - Fuente 110VAc – 12Vdc • Tornillos cabeza estrella 3mm – tuercas - arandelas. • Fuente de alimentación de 12 VDC • 1 – Cables bus de datos (16 Hilos)

DISEÑO MECANICO Corte de las piezas

• Primero se realiza el corte lasser del acrílico de cada una de las piezas a utiliza. • Se realiza el ensamble de acuerdo a planos y sólidos.

Diseño 3D

Figura [4] Diseño 3D

Figura [6] Vista inferior

Ensamble

Figura [7] Alimentación y tarjeta de control

Figura [8] Ensamble de las piezas

Figura [9] Comunicación – Bus de datos

Figura [10] Ensamble - conexión motores y servos

Flujo de información

En el flujo de la información el proceso inicia con la interfaz de comunicación que hay entre el microcontrolador y el PC, el cual está encargado de poder dar una visualización del proceso realizado por la estructura. El microcontrolador recibirá y emitirá señales para el control de los motores paso a paso los cuales controlaran los movimientos hacia adelante y atras y los servo motores que controlaran el desplazamiento en los 3 ejes ‘Z’, ‘X’ y ‘Y’ en la estructura.

Modelamiento Servomotor

En el circuito se tiene lo siguiente: Va(t) = tensión Ia(t) = corriente en el circuito W(t) = velocidad de giro J – F = Inercia de la carga y fricción.

Figura [11] Circuito equivalente de un servomotor

Componente Proceso de Manufactura Descripción Material Soporte Ensamble acrílico Ensamble del soporte por medio de acrílicos ya cortados Lámina Acrilico 3mm Piñoneria Mecanizado Se realizó proceso de corte de 3 piñones según medidas Acrilico Ejes Corte; mecanizo Corte: Se realizó según medidas y planos. Acrilico Tabla 2. Materiales – Fabricación

Diseño Tarjeta PCB

Se realiza en el programa Kicad

Figura [12] Circuito equivalente de conexiones.

Figura [13] Diseño 3D de conexión en tarjeta PCB

Figura [14] Creación de pistas de conexión