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Sistemas Mecatrónicos Apellido, N.1, Apellido, N.2 , Apellido, N.3 , Apellido, N.4 Universidad de Ibagué RESUMEN. El propósito del presente laboratorio es aprender a identificar cuáles son las partes que componen un dispositivo tecnológico que se tenga a la mano, lo importante de este es que su funcionamiento se base en la comunicación de la parte mecánica y la electrónica, al conocer cada una las partes de un sistema mecatrónica. se estudiará cada uno de estos por medio de la programación en lenguaje practico donde aprenderemos por medio de instrucciones cómo funcionan estos componentes. Palabras claves: (Arduino, Actuadores, Electrónica, Mecánica, informática). INTRODUCCIÓN. Durante el desarrollo de la asignatura Fundamentos De Mecatrónica, se abarcaron temas de suma importancia para la organización estructural de la materia, su análisis conceptual se enfoca principalmente en el significado de cada tema. A continuación, se conceptualizará los temas: Mecatrónico, tarjeta Arduino, actuadores. Para el desarrollo del laboratorio se analizó la adquisición de conocimiento básico acerca de cada componente a tratar, es por eso que se realizó una actividad conceptual acerca de cada componente visto en lo anterior, por ende, se explicara más adelante como fue el proceso de cada componente, que sistema mecánico se evaluó, como se llevó a cabo la creación de algoritmos en ARDUINO y como se logró hacer funcionar un motor. DESARROLLO. El sistema mecatrónico es una estructura procesadora de información, el cual registra y procesa tal información y luego actúa de tal manera que pueda ejercer o cumplir alguna misión u objetivo. Para el desarrollo de dicho sistema se tiene en cuenta un orden estructural como:

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Estructura: Es el "cuerpo" de nuestro sistema, en el irán todos los demás elementos que lo integran.

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Sensores: Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas y transformarlas en variables eléctricas.

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Actuadores: Los actuadores son, como su nombre lo dice, los que realizan una acción, existen muchos tipos de actuadores, por ejemplo, los motores.

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Controladores: Los controladores son los que regulan todas las funciones asociadas de temporización, cadencia y conteo lógico.

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Interfaces: es el medio por el cual se conectan dos sistemas o dispositivos.

Edgar Alfredo Murillo Chica, ingeniería electrónica, [email protected] Víctor Manuel Amaya Reyes, ingeniería mecánica, [email protected] 3 Juan David Guayara, ingeniería electrónica, [email protected]. 4 Rafael Eduardo Córdoba Useche, ingeniería mecánica, [email protected] 2

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A. Reconocimiento de un sistema mecatrónico comercial Para el desarrollo del laboratorio de sistemas mecatrónicos, se usó una impresora inservible, ya que el objetivo era desarmar el equipo por completo y observar sus partes que la conforman, tales partes son como; dispositivos eléctricos, componentes electrónicos, objetos mecánicos, motores etc. Al destapar el equipo, se observó una variedad de componentes que conforman todo un sistema mecatrónica, se encontró la unidad de control electrónico, el cual estaba compuesta por microcontroladores, drivers de potencia, bancos de memoria, microprocesadores, resistencias, capacitores y hasta una fuente de alimentación en perfecto estado, también se observó detalladamente que la impresora estaba compuesta por un buen sistema de elementos mecánicos, como un interesante mecanismo de poleas, las cuales se encargaban de dar el movimiento adecuado al rodillo que se encargaba de obtener el papel a imprimir de afuera hacia adentro y luego de vuelta hacia afuera, también se encontró un sistema de tensión como resortes que impedían que el cabezal de impresión chocara con la estructura interna del equipo, ya que ejercía un movimiento de forma horizontal, pero para que el cabezal de impresión realizara su tarea de forma efectiva, se le agrego sensores de carrera para que limitara su movimiento horizontal y enviara señales de que su recorrido había finalizado, hasta que volviera a ejercer su tarea que es imprimir en la hoja fila por fila. A aparte de los sensores, se encontró dos motores paso a paso, un motor se encargaba del movimiento del rodillo, y el otro motor se encargaba del movimiento del cabezal de impresión, lo interesante de estos motores, fue el encontrar una resistencia térmica pegada con una cinta especial a cada motor, pues la resistencia se encargaba de enviar señales de elevación de temperatura, ya que cabe resaltar que la impresora que se estaba manipulando era de una tecnología bastante antigua, en esos tiempo los motores se recalentaban mucho y por ello se le agregaba este tipo de resistencia para evitar problemas térmicos. Hoy en día estos equipos llevan consigo un sofisticado panel de control, el cual lo conforma una pequeña pantalla táctil, a esto se le llama menú, pero la impresora que se estaba manipulando no tenía esta tecnología, ya que su sistema de menú era simplemente unos leds y botones por el cual se le daba la orden de imprimir. El laboratorio de sistemas mecatrónicas fue de gran importancia, ya que se observó detalladamente la estructura de un equipo que incorpora todas las derivaciones de la física, el cual la mecatrónica.

Figura 1. Diagrama de bloques general de un sistema mecatrónico. A.) Unidad de control y comunicación (Arduino). Preguntas Arduino

Diagrama de bloques a.) Con la resistencia PULL-UP cuando el interruptor está abierto, registra un voltaje de 3.45 V, sin embargo, Fotografía cuando este se

encuentra cerrado se observa que el voltaje será 0V

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b.) Cuando se quita la resistencia de PULL- UP el voltaje en DI cuando el interruptor está abierto dio 3.45 c.) Cuando se retiró la resistencia PULL-UP, pero con el interruptor abierto se registró un voltaje de 0.01V, estando cerrado se obtuvo un voltaje de 3.45V

d.) Si la resistencia Pull-Down es retirada, el voltaje en DI con el interruptor abierto será de 0v, sin embargo, con el interruptor cerrado de 3.45V

e.) Las resistencias denominadas Pull up y Pull Down, muy empleadas en circuitos electrónicos digitales, no son ningún tipo de resistencia o componente electrónico especial por su construcción, se trata de resistencias comunes que reciben este nombre por su cometido dentro del circuito. Estos nombres son una forma de referirse a ellas de manera corta, a lo que tan aficionado es el mundo técnico y especialmente si se habla en inglés. (HERNÁNDEZ, 2017)Las resistencias PULL-DOWN son las encargadas de asegurar que toda variación de voltaje se dirija hacia la resistencia, generando de esta manera un valor lógico en la entrada de 0 (LOW) es importante destacar que eso sucederá cuando el interruptor este abierto, no obstante, si la resistencia fue omitida o pasada por alto al momento de adicionarla no se podrían observar valores de tensión menores a 2.5V en la entrada. Por otro lado, también se tienen las resistencias PULL-UP estas por el contrario de las PULL-DOWN emiten un valor lógico en la entrada de 1 (HIGH). Estas se utilizan para asegurar un nivel lógico final y muy seguro en un pin o entrada digital.

f.) Si bien se sabe, el potenciómetro es un instrumento el cual es utilizado para medir las diferencias de potencial eléctrico, no obstante, este permite variar el voltaje llevándolo desde un máximo y un mínimo. A este lo pueden conformar dos o tres resistencias las cuales están en serie y poseen valores que pueden ser modificados según las necesidades del su operario.

g.) Para convertir voltajes en valores enteros, estos rangos tienen que estar entre 0 a 5V en tensión y de 0 a 1023 en enteros. Es importante resaltar la función digitalRead () la cual hace que este cambio sea posible debido a que lee el valor indicado en el pin analógico el cual se esté utilizando para que de esta manera pueda imprimir por último el valor leído, para esto el código empleado será: h.) La variación del potenciómetro de 0 a 5 V se debe a la división del voltaje el cual pasa por el potenciómetro sobre la resolución de este mismo. Si bien se sabe la resolución estará dada por la ecuación: 𝑅𝑒𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 5𝑉 1024

En donde el 1024 serán unidades de resolución las cuales serán iguales a (10 bits) y los 5V son

pertenecientes a la tensión suministrada.

i.) Este se puede visualizar por medio del código anteriormente nombrado, no obstante, para que esto sea posible es importante agregar un Serial.println().

j.) La mayoría de la gente no lo sabe, pero una persona promedio utiliza un potenciómetro casi todos los días. Puedes encontrarlos en los automóviles, equipos de música, interruptores de luz y una serie de otros dispositivos. Sin ellos, los consumidores tendrían serias dificultades para operar la mayoría de los aparatos electrónicos. (Thibodeaux, 2017). Los potenciómetros son resistencias por lo general de tres terminales, estas poseen circuitos lineales las cuales dan una salida de voltaje el cual es mucho menor que el de entrada, limitando de esta manera su paso, con este se pueden conseguir a su vez distintas variaciones de tensión. Su símbolo esta expresado en ohmios (Ω). Algunas de las aplicaciones de los potenciómetros pueden ser en la parte de audios los cuales se usan como controladores de volumen, iluminación, brillo o color del TV o transductores. Las funciones de un potenciómetro pueden variar según las necesidades de

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cada individuo, por lo tanto, es correcto afirmar que si uso está presente en la vida cotidiana de las personas como se citó anteriormente.

En la Fig. 2 se muestra circuito de conexiones electrónicas. Montaje Arduino led, montaje botón

A. Diseño y fabricación Asistida por Computador (CAD - CAM). En este laboratorio se realizó la práctica de diseño asistido por computadora (CAD) en el software SOLIDWORK, este consiste en un programa de modelado mecánico en 3D, donde es posible la creación de figuras geométricas, es decir modelar piezas para obtener los planos técnicos que servirán para la reproducción. También es posible realizar ensambles con diferentes piezas creando figuras compuestas por varias piezas donde se tiene la posibilidad de simular movimientos y ambientes que ayudan a que los objetos creados se vean lo más cercano a la vida real. Nosotros nos enfocamos más en el diseño de piezas con el fin de llevar estos planos a una maquina ya sea de cortado a láser o impresión 3D.

Figura 3. Ensamble en Solidwork, diagrama de funcionamiento en Solidwork B. Sistemas de actuación eléctrica (Motorreductor DC). En esta práctica de laboratorio se llevó a cabo el montaje de un motorreductor de corriente continua a la tarjeta Arduino y driver de potencia el cual trabaja con la lectura y procesamiento de señales análogas; a partir de una entrada, la cual es alterada por el PWM, permitiendo la variación de los parámetros de llegada a la salida de la conexión, cuenta con un par de controladores de motor Freescale MC33926, que funcionan de 5 a 28 V y pueden ofrecer un 3 A continuo por canal. Para esta práctica el robot debe realizar un circuito definido el cual consta de cinco rectas y cuatro giros, para que el robot realice dicho recorrido es importante usar la plataforma Arduino para realizar un código el cual debe contener instrucciones básicas de avance, detenerse, retroceder, girar a la derecha y girar a la izquierda. Para esto se hace uso de funciones para tener una programación más estructurada y fácil de entender, dichas funciones tendrán como parámetro de entrada la velocidad de los dos motores, la distancia de avance el cual se va calcular mediante una variable tiempo con unidades en milisegundos, para los giros se parte desde el principio básico de tracción diferencial la cual nos permite darle orden de avanzar a un

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motor y al tiempo ordenarle al otro retroceder, permitiendo un giro al robot en su propio eje. El robot debe estar enviando información y visualizándola utilizando el Monitor Serial de Arduino para ver su estado.

Figura 4.se puede ver la conexión de la tarjeta Arduino con los dos motores del robot móvil C. Sensores. En esta práctica se requería que el robot realizara el recorrido con precisión y además mostrara el estado de su posición. Dado a estos requerimientos se hizo uso de los encoder de cuadratura, este encoder corresponde a un tipo de encoder incremental que utiliza dos sensores ópticos posicionados con un desplazamiento de ¼ de ranura el uno del otro, generando dos señales de pulsos digitales desfasada en 90º o en cuadratura. A estas señales de salida, se les llama comúnmente A y B. Mediante ellas es posible suministrar los datos de posición, velocidad y dirección de rotación del eje. Gracias a los datos que nos proporciona en cuanto a pulsos por revolución del eje del motor, se realiza con ayuda del modelo matemático de odometría para dirigirnos a la programación por medio de la interfaz de Arduino, para convertir la información de pulsos por revolución a la distancia que tiene que recorrer y los grados necesarios para los giros que tienen el recorrido estipulado. Para la conexión del encoder a nuestro circuito es importante saber que función tiene cada salida las cuales se pueden apreciar en la fig. 1, para tener claro esto es necesario mirar la tabla1 y así saber cómo realizar una adecuada instalación.

Figura 5. Partes del Encoder CONCLUSIONES     

Reconocer cuales son las principales partes de una impresora. Se aprendió cuáles son sus partes internas y externas que conforman una impresora. Se conoció sus principales funciones para un manejo óptimo. Tener conocimiento de cuáles son las principales ventajas y desventajas en la utilización de una impresora. Hay diferentes tipos de impresoras cada una cuenta un sistema mecatrónica similar.

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Una señal analógica puede servirme como variable para controlar el ancho de pulso de una señal PWM Se determina que para el montaje de un circuito es preciso conocer de antemano las conexiones de los elementos a utilizar, la corriente y voltaje que soportan, para no crear daños en el circuito La resistencia PULL-DOWN son de suma importancia, debido a que con estas las variaciones de voltaje se dirigen hacia la resistencia generando de esta manera una entrada lógica de 0 La resistencia PULL-UP emiten un valor lógico de entrada que corresponderá al número 1, al igual que las PULL-DOWN son de suma importancia debido a que aseguran una entrada o pin seguro juntos con un nivel lógico final

REFERENCIAS: REFERENCIAS: http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html https://www.arduino.cc/en/Reference/AnalogRead http://forum.arduino.cc/index.php?topic=11924.0 http://www.ehowenespanol.com/utiliza-potenciometro-sobre_75786/ http://booleanbite.com/web/adquisicion-de-datos-con-arduino-i-tiempo-de-muestreo-y-resolucion/ http://rduinostar.com/documentacion/general/resistencias-pull-up-y-pull-down/ http://panamahitek.com/que-es-y-como-funciona-un-potenciometro/ https://maprosensor.com/pubimg/files/Definiciones%20tecnicas%20en%20potenciometros.pdf

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ANEXOS imágenes de las partes de la impresora ANEXO A. Se colocara un voltaje de funcionamiento de 3.45v y una corriente 10ma para el Led por leyes de voltajes de Kirchhoff hallaremos la resistencia de nuestro led Voltaje alimentación Arduino (5v)=R1*corriente led (10ma)+voltaje del led (2v) 𝑅1 =

5𝑣 − 3.45 = 155Ω 10𝑚𝑎

ANEXO B. Código fuente en arduino ANEXO C. COLOR ROJO NEGRO VERDE AZUL AMARILLO BLANCO

FUNCION Motor Power (connects one motor terminal) Motor Power (connects to the motor terminal Encoder GND Encoder Vcc (3.5 – 20) V Encoder A output Encoder B output

ANEXO E. Fotografías o vídeos, que evidencien la práctica realizada (Si la imagen no es legible no la ponga. Por favor señale las cosas relevantes que presenta en las imágenes). (OBLIGATORIO) ANEXO F. Hojas de datos de los dispositivos utilizados

NOTA: Se adjunta un resumen de la norma APA para que por favor referencien la bibliografía consultada. Es importante no utilizar fuentes de dudosa procedencia, por favor utilicen libros, artículos, bases de datos. Recuerden que la universidad tiene bases de datos electrónicas que pueden consultar. NOTA: El informe debe ser máximo 6 páginas (3 hojas) y mínimo 4 páginas (2 hojas). Sin contar los anexos. NOTA: Se debe de entregar impreso por ambas caras de las hojas. Solo se entrega el informe. Además, se debe de enviar por correo electrónico el informe en formato Word, junto con todos los anexos. Por favor, comprima todos los documentos y envíelos en un solo archivo. NOTA: El informe que se compruebe que hizo PLAGIO o COPIA, tendrá como no CERO y será reportado a su respectivo programa para proceder con las sanciones académicas pertinentes.