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.


i 



figura 2
 figura 1
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).

figura 5
figura 6
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).


figura 8
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)
 
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).





figura 11

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).

 
figura 13

figura 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)


figura 15


 
figura 16









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.


figura 19
figura  17

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.

 
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.


 
fugura 21

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.

  1.  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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