Tutorial para hacer una draga hidráulica automatizada, tamaño escala
Instituto
Tecnológico de Costa Rica.
Escuela
de computación.
Titulo:
Tutorial
para la construcción de una draga hidrahublica automatizada, tamaño escala.
Autores:
Angelo
Castro Gamboa.
Nahum
Blanco Rojas
Anderson
Arguello Leitón.
23 de noviembre.
2017.
Contenido
Introducción
Desde el nacimiento de la
computación la sociedad mundial ha tenido un cambio muy considerable en su
estilo de vida y en la forma de realizar sus labores diarias, desde las amas de
casa con la aparición de dispositivos que cada vez les facilitan sus labores
como en la actualidad lo son las lavadoras inteligentes, hasta los grandes empresarios
con dispositivos que automatizan gran parte de las labores de sus compañías. En
general la automatización de dispositivos es el presente y el futuro de nuestra
era, es por esto por lo que se decidió buscar un área de importancia para el desarrollo
de los seres humanos donde no se haya incursionado mucho con respecto a este
tema, encontrándose la construcción, para lo cual se ha planteado realizar una
draga hidráulica la cual funciona de manera automática, esto gracias a que es
controlada por medio de un raspberry pi, el cual es un pequeño artefacto que
cumple con las condiciones de una computadora y permite realizar la
programación de una secuencias de movimientos que replica la máquina.
Descripción.
Se presenta una descripción detallada de cada uno de los pasos a
seguir para desarrollar un modelo a escala de una draga hidráulica, de la cual
los movimientos de sus partes responderán a impulsos eléctricos, los cuales son
controlados por una minicomputadora llamada como raspberry pi mediante sus
GPIO, los cuales son puntos de conexión de entrada / salida de propósito
general a los que nos permitirán realizar en futuro modificaciones a los
movimientos, con respecto a las necesidades de cada usuario. Se le añade además
un conjunto de movimientos en secuencias programados en el lenguaje Python.
Lista de materiales.
Nombre
|
Cantidad
|
Descripción
|
Micro Gearmotor
|
3
|
Motores Dc de 270 RPM (6-12V)
|
Lamina de plywood
|
1
|
Lamina completa
|
Manguera natural
|
2 mtr
|
Tamaño de 4.5mm
|
Gaza metálica
|
6
|
Medianas
|
Brocas
|
5
|
Correspondientes al tamaño de los tormillos.
|
Protobort
|
3
|
Miniprotobort
|
Raspberry
|
1
|
Minicomputadora
|
Cableado Male to Famle
|
40
|
Paquete de 40
|
Jeringas
|
10
|
Tamaño 5 y 10 cc, 6 de 5cc y 4 de 10cc
|
Lija
|
4
|
#100
|
Tornillos
y tuercas
|
15
|
8
de un tamaño y 7 de otro con sus tuercas
|
Poxilina
|
1
|
Masilla
para unir las tuercas con las jeringas.
|
Poxipol
|
1
|
Sustancias
semilíquidas conocidas como soldadura en frio, las cuales utilizamos para dar
un mejor agarre entre las tuercas y las jeringas.
|
Agua
|
Necesaria
para llenar todas las jeringas.
|
Puede
utilizar colorante para darle mayor vistosidad.
|
Servo
motor
|
1
|
Motor
utilizado para mover la plataforma, se caracteriza por dar giros de solo 180
grados. (torque de 5 a 6 kg)
|
Cola
blanca
|
1
|
Utilizada
para pegar piezas de madera.
|
Pasta
dash
|
90kg
|
Utilizada
para rellenar orificios que quedan como consecuencia de algún mal cálculo.
|
Canicas.
|
8
|
Estas
forman parte del roll casero que se construyo para darle mayor fluidez al
movimiento de la plata forma.
|
Cargador
de teléfono celular o batería.
|
1
|
Utilizados
para darle movilidad a los motores, voltaje que emiten debe rondar los 6 y
12v.
|
Elaboración.
A continuación, se presentan uno a
uno los pasos a seguir para la construcción de este dispositivo.
Paso
1: Analizar las dimensiones finales con las que se quiere que cuente la draga,
las presentadas para obtener un tamaño que ronda los 30 cm de altura por 60cm
de largo son:
·
Un rectángulo 26cm x 18cm.
·
Un cuadrado de 20cm x 20cm
·
Dos rectángulos de 10cm x 6cm.
·
Dos rectángulos de 18cm x 6cm.
·
Dos rectángulos de 32cm x 12cm.
·
Un rectángulo de 3,5cm x 4cm y 2cm de
grosor.
·
Un cuadrado de 3,5cm x 3,5cm y de 2cm de
grosor.
·
Un rectángulo de 3,5cm x 1,5cm y de 1cm de
grosor.
·
Un rectángulo de 5,5cm x 1,5cm y de 1cm de
grosor.
Paso
2: En la lámina de playwood se dibujan las figuras antes mencionados y se
recortan, con un serrucho, segueta o cualquier herramienta que se considere
óptima.
Paso
3: Se realiza dentro de cada uno de los rectángulos el dibujo de las partes
correspondientes de la draga, para esto se podrían apoyarse de los siguientes
moldes. Ver en figura 1, 2, 3, 4.
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| figura 2 |
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| figura 4 |
Paso
4: Se recortan y pulen cada una de las piezas, para eliminar impurezas.
Paso
5: Con una broca se le realizan los huecos correspondientes a cada parte en los
puntos marcados en las figuras anteriores e incrustar las tuercas.
Paso 6: Con la soldadura en frió se procede a
pegar las tuercas que realizaran la conexión de las jeringas con la estructura
de madera, para esto se debe realizar un pequeño corte en la jeringa (véase en
figura 5), cuatro de las jeringas deben tener dos tuercas pegadas y las otras 3
solo una (observar en figura 6 y 7).
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| figura 5 |
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| figura 6 |
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| figura 7 |
Paso 7: Construcción de la pala, se toman las dos caras antes recortadas y pulidas de la misma, con una hoja de cartón se busca simular la parte curva de una pala de estos vehículos, se pega con la sustancia considerada más idónea a las caras de esta, se deja secar, una vez secas se continua pegando el rectángulo de 3,5cm x 1,5cm y el rectángulo de 5,5cm x 1,5cm (véase en la figura 8 y 9).
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| figura 8 |
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| figura 9 |
Paso 8: Llenar con agua las jeringas,
para darle un poco más de vistosidad al prototipo se rellanan estas de agua con
colorante (color a su gusto). Para esto se toma un cabo de manguera que sea lo
suficientemente largo para llegar desde la plataforma hasta el lugar donde esta
se colocara, se introducen las puntas de las jeringas en las mangueras
respectivas y se absorbe el agua de manera en que no quede aire dentro de ella.
(véase figura 10)
Paso
9: Ensamblaje de las partes, se paga a uno de los extremos de la plataforma
(antes menciona como rectángulo de 26cm x 18cm) el cuadrado de 3,5cm x 3,5cm y
detrás de este el rectángulo de 3,5cm x 4cm, estos serán los que le den
movimientos al brazo completo de la draga, seguidamente se procede a colocar el
brazo junto con sus respectivas jeringas atornillado a los cuadros antes
mencionados, luego se coloca el antebrazo de la draga de igual forma con sus
respectivas jeringas, y la pala antes construida con su respectiva jeringa, se
colocan 2 piezas de aluminio que funcionan como soporte entre la pala y el
antebrazo, (véase resultado final en las figuras 11 y 12).
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| figura 11 |
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| figura 12 |
Paso 10: Montaje de los motores, para
esto se le debe cortar la cabeza a tres tornillos (uno para cada motor) y
pegarlos a los motores con un pequeño trozo de plástico el cual puede tomarse
de la cubierta de las agujas de las jeringas, la forma recomendada por la
experiencia es rellenar el tubo plástico con soldadura en frio e insertar tanto
el fin del motor como el tornillo en este y esperar a que seque. (véase en
figura 13 y 14).
Paso
11: Realizar en el centro de la plata forma un pequeño orificio donde se insertará
el servo, y hacer el ajuste de los motores con las jeringas en la plataforma,
para esto se realizan pruebas de movilidad, una vez que se tienen los rangos de
movimientos deseados se procede con gasas de metal (preferiblemente) a sujetar
de manera firme los motores y las jeringas a la base. (véase en figura 15 y 16)
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| figura 15 |
Paso
12: Realizar las instalaciones eléctricas, para esto se hará uso de las
protoborts y los circuitos integrados mencionados en la tabla de materiales, se
deben colocar cada uno de los circuitos en cada una de las protobort luego de
esto se debe hacer pruebas con los circuitos
para observar que funcionen de manera correcta, la forma en la que estos
quedarían armados se puede observar en la figura 17, 18 y 19 en casos de que se
quiera entrar mas a fondo en este tema, puede investigarse sobre circuitos
MOSFET.
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| figura 19 |
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| figura 17 |
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| figura 18 |
Paso
13: Conseguir la inversión automática de los motores, esto se obtiene gracias a
los circuitos, los cuales básicamente deben funcionar como las imágenes antes
mostradas, para esto por los cables que se indican como señales de control (los
cuales deben estar conectados a una señal de control del raspberry) se debe
enviar una señal positiva por uno y por el otro una negativa, y para realizar
la inversión las señales de control invierten el la salida es decir, por donde
antes se envió una positiva ahora se enviara una negativa y viceversa.
Paso
14: investigar sobre el funcionamiento de los GPIO del raspberry pi, la
estructura que estos tienen y la forma en la que trabajan ya que estos se
dividen en señales positivas, negativas y señales de control. Ver en figura 20.
Paso15:
Realizar la programación del servo por medio del raspberry pi. Para esto se
debe investigar sobre el funcionamiento de un servo motor.
Paso
16: Una vez que se logra saber como funciona el servo motor se debe tomar el
cuadrado de 20cm x 20cm y pegar el servo en sobre el centro de este. Además,
para darle soporte a la draga y facilitarle el movimiento al servo se construye
un tipo de rolles caseros con canicas. Estos están formados por 2 rectángulos
de playwood de 3,5cm de alto por 13cm de ancho con una base de cartón en el
centro la cual se coloca a los 2,7 cm de estos cuadros, esta va a tener la
función de unir ambos rectángulos para formar una especie de caja, y además de
permitir que una parte de las canicas se mantenga salida del cajón esto para
que la rotación de las mismas permita darle mayor fluidez al movimiento de la plataforma, dichos roles se
pegan en la lámina donde se pegó el servo. Dentro de cada roll debe haber entre
5 y 7 canicas. observar en figura 21y 22.
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| figura 22 |
Paso
16: Realizar la programación de los envíos de señal a los distintos motores, y
las secuencias de movimiento deseadas. El programa puede realizar en el
lenguaje de su preferencia.
Paso
17: Decorar con pintura o marcadores la draga y está lista para andar.
Recomendaciones.
- Hacer una investigación bastante completa sobre cualquier proyecto que se desee realizar, esto permitirá no con incurrir en muchos errores y además tener conocimiento de posibles problemas que se puedan presentar en el proceso de fabricación.
2. 2. Realizar
la cotización de los materiales y un estudio previo de los mismos para no
comprar material de mas o material menos que nos haga falta durante la
construcción.
3. 3.Utilizar
las herramientas que se tengan a disposición que más faciliten la elaboración
del proyecto.
4. 4. Pensar
de manera abierta, dejar salir ese ingeniero que todos tenemos dentro, es decir
no encajonarse a que todo se debe hacer una sola forma y más bien buscar la
solución a problemas que se nos presenten.
5. 5.No
apresurar los procesos, ni saltarse pasos ya que todos son de vital importancia
para una buena conclusión del proyecto, si se intenta acelerar alguno de los
puntos antes mencionados podría perderse mas tiempo del que se pensó ganar, por
ejemplo, si no se dejan secar completamente las jeringas cuando se les pega las
tuercas, esto hará que se destruyan y se deban pegar de nuevo.
6. 6.Darle
tiempo y dedicación, ya que se debe mantener la calma en todo momento, cuando
algo no funciono o se dañe se debe tener paciencia y continuar, que pronto se
lograra solucionar el problema.





















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