sábado, septiembre 30, 2006

Paso 6: La estructura. Primeras definiciones

Qué es lo que se busca al momento de diseñar algo? Fundamentalmente que el resultado final sea el esperado, pero qué se espera? Qué es lo que uno está dispuesto a resignar para llegar a concretar un proyecto? Todas estas preguntas nos hicimos nosotros en la facultad tras horas de deliberar cómo es que íbamos a encarar la construcción. Como una suerte de torbellino de ideas, empezamos a listar aquellas cosas que priorizábamos sobre otras.

Fundamental, que la estructura sea rígida: pequeños movimientos causados por el propio desplazamiento de la plataforma ocasionarían entradas de perturbación que influirían no solo en la parte de compensación de oscilaciones sino también en un cambio en las coordenadas visuales de la cámara. Explicado de otra manera, quizás más simple, al moverse la estructura de repente, el sistema, por el lado de la cámara, interpreta ésta como que el objetivo ha "pegado un salto". En ese momento los datos cambian y se ordena a los motores que busquen esa nueva posición. Un segundo más tarde todo vuelve a su estado de reposo inicial y la cámara reordena a los motores la nueva coordenada. Pero, el objeto había cambiando bruscamente su posición? Para la cámara sí. Por otra parte está el sistema de compensación, el objetivo del mismo es el de mantener la carga sin oscilar durante todo el recorrido; se imaginan que pasaría si, paralelamente que se efectúa el movimiento planar del sistema, la estructura cede? No solo se compensarían las oscilaciones propias del traslado, sino también las de la propia estructura que a su vez afecta la del traslado. Es tan confuso supongo entender lo que pasaría si no se hacen las cosas como deben, como para nosotros tratar de explicarlo.


Retomando, rigidez. Otro factor importante es el tiempo de armado. El equipo se planteó hacerse primeramente de la planta para, sobre ella, empezar los estudios de identificación. Con planta me refiero al sistema físico, la estructura. De nada nos serviría emplear el tiempo armando maquetas que poco tendrían que ver con la estructura final. Por lo tanto, y apurados por comenzar las tareas de programación en C++ para el reconocimiento de patrones, decidimos dedicarnos ambos en buscar diseños y los materiales a utilizar, en lugar de que uno solo de nosotros lo haga. Este mismo concepto de minimizar los tiempos sirve también para el lapso de armado y la versatilidad de los materiales a emplear. Debemos buscar cierta forma de construir la estructura que nos permita efectuar modificaciones sin que tengamos que desechar, ni el material ni el tiempo que nos llevó construir esa parte. Por consiguiente, nuestro criterio es el de emplear la menor parte de piezas especiales, y hacernos si,

de piezas estándar de fabricación sencilla. Puede pensarse esto como una suerte de Lego (o será que los dos tuvimos ese juego...).















Y por último, pero no menos importante entre nuestros criterios de fabricación, esta la estética y por supuesto, el monto a costear. El equipo, de común acuerdo desde el inicio de este reto, se planteo casi como fundamental cuidar la estética del trabajo presentado (eso no quita que no podamos cumplir con eso, pero apuntamos a que no ocurra). Y por último, como bueno y barato no son conceptos que vayan de la mano, se intentará alcanzar un aceptable en lo que refiere al factor costo-material empleado.

(*)









(*) Datos obtenidos de Industrias JQ

Nuestras metas eran claras, solo había que encontrar un diseño y materiales que se adapten a las mismas. Una de las mejores opciones que hallamos fue la de utilizar perfilería de aluminio para confeccionar el "esqueleto" de la plataforma. Este tipo de material cumple con casi todas las expectativas propuestas, con excepción de, como era de imaginarse, el precio. Son muy pocos los fabricantes en el país de perfilería especial, mayoritariamente todo lo que se encuentra en plaza es importado, y sus costos, elevados. Es por eso que en veinte días aproximadamente el equipo viajará a Rosario para visitar una de las únicas empresas nacionales que trabajan la extrusión para conformar este tipo de material, y poder hacernos de la cantidad de metros lineales que utilizaremos.











El sistema de tracción comentado en días anteriores ya está practicamente definido, solo debemos ultimar detalles y llevar a cabo pruebas de velocidad y torque en nuestros motores. El tipo de material no ferroso para las poleas según criterios de diseño tenidos en cuenta fue el nylon. Este cumple con los niveles de dureza esperados observando ventajas significativas por sobre el delrin, teflón, poliuretano y polipropileno. Con respecto a las guias utilizaremos unas barras rigidas de aluminio en las cuales se le mecanizarán las ranuras de acople por fricción de las poleas y el alesado de las espinas de centrado.













































Falta definir la estructura móvil, sobre todo las transmisiones internas, pero para ello faltan hacer ensayos. Esperamos tenerlos para esta semana.

Gracias por el apoyo que recibimos y por las manos tendidas, esperemos alcanzar las metas propuestas.

Un gran abrazo a todos!

jueves, septiembre 07, 2006

Paso 5: Primer ensayo de visión andando!

Paso 4: Primeras aproximaciones al sistema mecánico: La Tracción

Uno de los detalles más importantes a tener en cuenta es la mecánica del sistema. Los estudiantes de ingeniería, con orientación electrónica y/o de programación, tenemos por costumbre desdeñar los aspectos mecánicos, y mucho más los químicos, de cualquier problema. Sin embargo, si las cosas tienen que salir bien, es un aspecto que no debemos descuidar. Más adelante, cuando seamos dueños de nuestras propias empresas, nos daremos el gusto de contratar a alguien que lo haga por nosotros, pero mientras tanto no queda otra salida.

Sabíamos por otros proyectos finales que hemos visto, que la traslación del carro podía ser un inconveniente grave a sortear durante el desarrollo del trabajo. Entre las dificultades que encontramos con el uso de engranajes y correas, podemos citar:

  • Juego o zonas muertas.
  • Resbalamientos.
  • Alto roce.
  • Paso discreto.
  • Vibraciones.


Como se había comentado anteriormente, Raúl hizo algunas sugerencias respecto de la tracción de los carros en la plataforma. Una de ellas es el empleo de una cremallera con perfil de W (o multi V), posiblemente de fundición. Sobre la misma irán apoyadas las ruedas del carro, que serán maquinadas para que el contacto sea puntual y trabajadas con un material como la Poliamida o similar.

El sistema completo se conoce como rueda de fricción y entre las ventajas que encontramos tenemos:

  • Eliminación del juego.
  • Deslizamiento suave.
  • Mejor aprovechamiento de la potencia disponible.
  • Cero resbalamiento.

Ahora esperamos que con todas estas ventajas la cosa salga bien. Los detalles y especificaciones vendrán más adelante, por el momento no es más que una introducción.


Poliamida:

http://es.wikipedia.org/wiki/Poliamida

http://www.jq.com.ar/Imagenes/Productos/Poliamida6/poliamida6.htm

Rueda de fricción:

http://fai.unne.edu.ar/contenido/6TRANSMISION%20DEL%20MOVIMIENTO.htm

Paso 3: Esquema general del sistema

Como podrá verse más adelante, el sistema que hemos pensado puede tomarse como un conjunto de bloques relacionados entre sí, en el que cada uno cumple con una función específica.

Núcleo: Corresponde al microcontrolador y aún no se ha determinado si uno solo concentrará todas las funciones a realizar, o serán más para distribuirse las tareas. En una primera etapa creemos que los uC de ATMEL, en especial Atmega8 o Atmega16, podrían ser de mucha utilidad. Las razones se deben a la familiaridad que poseemos con la marca y a la existencia de un programador casero para cargar los programas al micro.

Sensores: Serán los encargados de medir la posición de la plataforma en el plano y el ángulo del péndulo para que el control de las oscilaciones tenga efecto. En el primer caso, se emplearán encoders y, en el segundo, se necesitarán dos potenciómetros o sensores de efecto Hall, uno por cada grado de libertad o eje.

Actuación: Se trata del elemento final de control, en nuestro caso son dos motores de imán permanente de corriente continua, para cubrir los movimientos en el plano x-y. Además, se deberán construir drivers que serán los encargados de suministrar la potencia necesaria para que éstos funcionen correctamente.

Comunicación: El uC estará comunicado permanentemente con una PC para informarle de la posición de la plataforma y los ángulos del péndulo. A esto se le agrega el sistema de visión residente en la PC, que determinará la referencia en posición y velocidad para el seguimiento de objetos, por lo que deberá transmitir al micro tanto posición como velocidad respecto del carro principal de la plataforma.

Visión: Uno de los atractivos del proyecto será el uso de una cámara web que se empleará para observar los eventos que sucedan bajo el manipulador. En éste caso, nuestra intención será usar paquetes o herramientas ya desarrolladas que faciliten los cálculos del procesamiento de las imágenes digitales.

Entradas Discretas: Existirán en un principio dos tipos diferentes de sensores discretos. Por un lado, habrá microinterruptores para realizar la calibración del manipulador y, por el otro, barreras ópticas para determinar el sentido de paso de los vehículos bajo la plataforma.


Atmel: www.atmel.com

Atmega8: www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=2004

Atmega16: www.atmel.com/dyn/products/product_card.asp?part_id=2010

Grado de libertad:

www.dliengineering.com/vibman-spanish/gradodelibertad1.htm

http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_de_libertad

http://club.telepolis.com/ohcop/gradlibe.html

http://pespmc1.vub.ac.be/ASC/DEGREE_FREED.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Degrees_of_freedom_(engineering)

www.zyvex.com/nanotech/6dof.html

Efecto Hall: http://robots-argentina.com.ar/Sensores_magnetismo.htm

Drivers:

http://robots-argentina.com.ar/MotorCC_PuenteH.htm

http://www.x-robotics.com/motorizacion.htm

http://www.eis.uva.es/amuva/cybertaller/electronica/electronica.htm

http://robotroom.com/HBridge.html

lunes, septiembre 04, 2006

Paso 2: Entrega del Pre-Proyecto y primeros bocetos

El Lic. Germán Osella acordó participar como director de nuestro proyecto, causando una gran satisfacción. Esto es mucho más que un paso fundamental ya que su buena predisposición y conocimientos fueron determinantes a la hora de su elección.

A continuación detallamos el Pre-Proyecto entregado. Si bien es la primera aproximación concreta al problema que nos hemos planteado, nos servirá para desarrollar nuestro trabajo futuro

Descripción:

La motivación impulsora del presente trabajo, es el desarrollo de un sistema de control que elimine las oscilaciones de una carga con movimiento pendular. Para ello, se construirá un manipulador del tipo plataforma de 2 grados de libertad.

A modo de generar el movimiento planar del manipulador, se empleará un sistema de Visión Artificial con el fin de localizar y seguir patrones visuales dentro del campo de acción de la plataforma.

Sistemas de este tipo podrían aportar soluciones donde la carga o descarga de materiales deben efectuarse sobre vehículos en movimiento, en los cuales el tiempo y costo son factores determinantes.

Objetivos Propuestos:

  1. Lograr compensar el movimiento pendular de una carga en un grado de libertad.
  2. Incorporarle al proyecto un sistema de reconocimiento de objetivos móviles empleando visión artificial, con el fin de generar un seguimiento de los mismos en dicho grado de libertad
  3. Adicionar un grado de libertad para los dos ítems anteriores de manera tal que el control y el seguimiento se lleven a cabo en el plano x-y.
  4. Lograr la manipulación de una carga sobre objetivos móviles y/o estáticos.
  5. En función de las pautas anteriormente mencionadas, implementar distintas estrategias de control a modo de comparación del desempeño del sistema.