Post on 28-Mar-2018
1-.CARÁTULA DE TRABAJO
MARIONETA MECÁNICA X-Y-Z.
Título del trabajo
SUPERHÉROES DE LA ECOLOGÍA.
Pseudónimo de integrantes
ROBÓTICA
Área
LOCAL
Categoría
DESARROLLO TECNOLÓGICO
Modalidad
8267311
Folio de Inscripción
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Índice
1-.Carátula 1
2-.Título 3
3-.Resumen 3
4-.Introducción 4
4.1-. Marco Teórico. 4
4.2-.Objetivo. 8
4.3-.Problema. 8
4.4-.Hipótesis. 8
5-.Desarrollo. 9
6-.Resultados 13
7-.Análisis e interpretación de resultados. 14
8-.Conclusiones. 15
9-.Fuentes de información. 15
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2-.TÍTULO
Uso de la tecnología para mostrar el cuidado del medio ambiente en el hogar.
3-.RESUMEN
La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas
cartesianas, por los valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un
sistema de referencia. Usando series de puntos, es posible construir el elemento
geométrico que pase por ellos o que se aproxime al máximo.
Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de
medida absoluta de precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y
"actitud" (perpendicularidad, planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de
distintos puntos de su propia superficie.
Una manera más fácil de interpretar esto, es una maquinaria que permite a un
objeto en especial (principalmente una garra) poder trasladarse hacia arriba,
abajo, enfrente, atrás, izquierda y derecha.
Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes
aplicaciones:
Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones
teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos de
dimensiones, forma, posición y actitud.
Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones, forma,
posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas características
teóricas son desconocidas.
Es importante destacar que un MMC es un buen ejemplo de la combinación de
distintos temas de matemáticas y física aplicados a algo físico; es
extremadamente usado en muchas ramas de la ciencia y hay muchas formas de
construir esta maquinaria.
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4-.INTRODUCCIÓN
El presente trabajo es una muestra de la combinación de muchos temas
muy alejados unos de otros pero que juntos pueden hacer algo mejor. El proyecto
abordará una maquinaria MMC controlada desde una computadora donde el
propósito del objeto a mover en las tres dimensiones es que el usuario lo maneje
para realizar diversas actividades ya predeterminadas dentro de un escenario.
Los temas usados, tanto para lo teórico como para lo práctico, son muy
diverso; como: electricidad (circuitos, voltaje, etc.), mecánica básica (leyes de
Newton, fuerza, etc.), geometría analítica (en la tercera dimensión), ecología
(información fiable para las actividades a realizar dentro del escenario), ortografía
y gramática (tanto para escribir bien el trabajo como para palabras técnicas).
La idea general es una marioneta que representa un superhéroe que sea el
icono de la ecología y lo que tendrá que hacer en su escenario será realizar
diversas actividades que muestren como se puede ayudar a la ecología, como lo
es separar la basura en orgánica, inorgánica e higiénica, abrir una ventana en un
lugar cerrado para aprovechar el aire y la luz del exterior y el desconectar aparatos
electrónicos que no se utilicen para no malgastar la electricidad.
Para controlar la marioneta se usa el circuito Arduino y para la
programación se usa tanto el programa Arduino como Processing.
4.1-.MARCO TEÓRICO.
Arduino
Arduino es una plataforma de hardware y software de código abierto,
basada en una sencilla placa con entradas y salidas, analógicas y digitales, en un
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entorno de desarrollo que está basado en el lenguaje de programación
Processing. Es decir, una plataforma de código abierto para prototipos
electrónicos. Al ser open source, tanto su diseño como su distribución, puede
utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin necesidad
de licencia.
Processing
Es un lenguaje libre para personas que desean programar imágenes,
animaciones e interacción. Un programa en Processing se compone de dos
secciones principales: setup y draw. En la sección de setup como su nombre lo
indica, se realiza la inicialización del programa. Esta incluye las dimensiones de la
ventana donde se generará el contenido, el modo de gráficos que se utilizará, así
como propiedades de antialiasing. Por otro lado, en la sección draw se crean las
imágenes. Este bloque de código se ejecuta una y otra vez, por lo tanto, es posible
mediante pequeños cambios en el contenido gráfico que se presenta, dar la ilusión
que se está observando una animación.
Puente H
Es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico DC girar en
ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica y como
convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos
integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos.
Servomotor
Es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este
puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal
codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el
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servomotor mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señal
codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se
usan servomotores para posicionar superficies de control como el movimiento de
palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control,
títeres, y por supuesto, en robots.
Basura orgánica
Es todo desecho de origen biológico, es decir, que alguna vez estuvo vivo o fue
parte de un ser vivo, por ejemplo: hojas, ramas, cáscaras y semillas de frutas,
huesos y sobras de animales, etc.
Basura inorgánica
Es todo desecho de origen no biológico, es decir, de origen industrial o algún otro
proceso no natural, por ejemplo: plástico, telas sintéticas, etc.
Pequeños motores (monofásicos o trifásicos), reductores de engranajes y a
menudo variadores de velocidad (eléctricos o electrónicos). Se usan como
accionadores en las instalaciones demóticas.
LED
(Por sus siglas en inglés, Light Emitting Diode, que en español significa
Diodo Emisor de Luz) también conocido como Diodo Luminoso consiste
básicamente en un material semiconductor que es capaz de emitir una radiación
electromagnética en forma de Luz. Su aplicación está extendida a una gran
cantidad de tecnologías, siendo generalmente utilizados para su función primitiva
de iluminación y siendo un perfecto indicador debido a su baja necesidad de
energía eléctrica y su alta perdurabilidad, introduciéndose inicialmente como un
pequeño punto luminoso de color rojo con una baja intensidad lumínica. Su
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funcionamiento está basado en el efecto de la Electro-Luminiscencia, en la cual
mediante una estimulación directa de polarización permite a este dispositivo liberar
energía en forma de un Fotón, cuyo color está determinado por la banda de
energía que haya sido estimulada.
LED
Mecánica
Es la parte de la Física que describe el movimiento de los cuerpos, y su
evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Se divide en dos partes:
Cinemática, que describe como se mueven los objetos, y Dinámica, que estudia a
la fuerza y a las causas que provocan el movimiento de los objetos.
Electrónica
Es el campo de la física que se refiere al diseño y aplicación de dispositivos,
por lo general circuitos electrónicos, cuyo funcionamiento depende del flujo de
electrones para la generación, transmisión, recepción o almacenamiento de
información.
Circuito eléctrico
Es el camino que siguen las cargas eléctricas y está compuesto
básicamente cuatro elementos 1º elemento activo (fuente de energía) 2º
elementos pasivos (los que consumen la energía, los resistores, los leds, parlante)
3º elemento de control 4º Los conductores (cables o alambres). Circuito serie: El
circuito se caracteriza básicamente porque cuando se desconecta un componente
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del circuito se corta la corriente de electrones y en el caso de los bombillos se
apagan circuito paralelo: Este circuito se caracteriza por tener varias vías por las
cuales puede desplazarse la corriente o flujo de electrones, este circuito tiene
camino independientes para la corriente y aunque apaguemos un bombillo los
otros continuaran prendidos.
Eliminador de Baterías
Es una manera para llamar un alimentador que te da una tensión continua
(DC Direct current) igual a la de las pilas o baterías de un estéreo, una radio , una
computadora . Usando ese alimentador no necesitas poner pilas o baterías, pero
necesita una red a 220 V alterna o a 100 V
Basura Higiénica
Los productos higiénicos desechables (pañales, toallas femeninas) están
siendo preferidos cada vez más por consumidores en todo el mundo. Estos
productos le ofrecen al consumidor muchos beneficios con respecto a la salud,
comodidad y conveniencia. Los productos higiénicos desechables están
constituidos básicamente por pulpa de madera (43 - 67% en peso) y diferentes
tipos de plásticos. Son virtualmente compatibles con todas las alternativas
existentes de disposición de residuos sólidos (rellenos sanitarios, compostaje,
reciclaje e incineración). Los resultados de numerosos proyectos de investigación
han demostrado que los productos higiénicos desechables no causan ningún
riesgo significativo a la salud o al ambiente cuando se incorporan al flujo de
residuos sólidos municipales.
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4.2-.OBJETIVO.
El objetivo general del proyecto es poder realizar un MMC que pueda
cumplir con todas las expectativas (como moverse sin ningún problema por todo el
escenario, que el usuario pueda completar las actividades de ecología en el
escenario, etc.). Además, se espera que los integrantes hayan podido mejor sus
conocimientos sobre los temas y poder aplicarlos a cosas más físicas dándoles
una funcionalidad.
4.3-.PROBLEMA.
En el proyecto existen diversos problemas, como lo sería pensar un MMC
sencillo y llevarlo a la realidad, además de poder hacer un programa que pueda
permitir controlar al MMC desde la computadora por un usuario.
4.4-.HIPÓTESIS.
Lograr construir una maquinaria MMC funcionable con circuitos básicos y
conocimientos básicos aprendidos en diferentes materias del bachillerato.
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5-.DESARROLLO.
ESTRUCTURA
Para el movimiento del títere me inspiré en el tipo de grúa que se utiliza en
las máquinas tragamonedas en donde se sacan peluches o dulces de esta. Al
observar su movimiento pude darme una idea de que hacer para que mi marioneta
pudiera moverse en tres dimensiones: izquierda y derecha, arriba y abajo, y
enfrente y atrás; ya que deseo que mi marioneta pueda moverse con la mayor
libertad posible en el escenario; y como la marioneta representa un superhéroe,
queda perfecto para semejar el vuelo.
Después de plantear la idea de lo que quería que hiciera mi marioneta
comencé la segunda etapa de mi proyecto; que era plantear como iba a ser la
estructura del mecanismo de mi marioneta. He de decir que esta etapa fue la más
laboriosa de todas ya que teníamos diversas ideas de cómo podríamos estructurar
la marioneta pero a su vez se presentaron varios problemas cada idea y debíamos
buscar la manera de corregirlo, claro, si era posible. Al final surgió una idea que
pudimos adaptar a nuestros intereses y fue el hacer una estructura construida `por
cuatro pilares (de 3 cm de largo. 6 cm de ancho y 60 cm de alto) y cada dos de
estos pilares irían unidos por otro pilar (3 cm de largo y ancho y 50 cm de largo)
colocados en la parte superior de cada pilar, en posición horizontal, que al final
formarían algo parecido a un banco de madera, solo que sin la `parte de arriba, o
sea, una estructura en forma de prisma rectangular (solo las aristas) (con
dimensiones finales de 60cm de alto y 50cm de largo y ancho), además esta
estructura llevará travesaños 10 cm arriba del suelo `para evitar que se tambalee.
Para el material de estos pilares decidimos que la mejor alternativa seria usar
madera, ya que es resistente, soporta gran peso y si surge algún problema es fácil
de arreglar (lo se necesita un buen carpintero, a lo cual si encontramos); y con
respecto a las medidas, se decidió que fueran de 50 por 50 por 60 (cm) para que
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tuviera suficiente espacio la marioneta para moverse por el escenario (que es de
50 por 50 cm) y que tuviera una gran altura para que todo el circuito, que se
colocara arriba, no se viera, y pueda usar bastante espacio (la parte de arriba se
tapara con un `pedazo de tela `para no verlo y solo se mostrara a los jueces si
desean verlo).
Los pilares de arriba tendrán un canal a cada uno, en el cual girara un
carrete, que al girar moverá un palo (que se encuentra atravesando el carrete) que
ira de un pilar al otro paralelo a este pilar y en total serian dos palos que
encontrarían perpendicularmente. En el punto en donde se encuentran los palos
se colocara una pequeña caja que será atravesada `por los palos y en un lado de
la caja se encontrara otro carrete. Los palos que se encuentran en los pilares
servirán para que la marioneta pueda moverse de izquierda a derecha y de
enfrente hacia atrás (y viceversa). Cada palo llevara dos carretes en sus extremos
para colocarlo en los canales de los pilares, pero en uno de los extremo de un solo
canal habrá un motor que tendrá 4 carretes que moverá; cada de estos carretes
tendrá hilo enrollado y cada dos tendrán el mismo hilo, se jalara ese hilo al otro
extremo del canal y se fijara con otro carrete fijado en ese extremo (verticalmente)
y eso mismo se hace con los otros 2 carretes del motor para el otro canal paralelo
(tomar en cuenta que al recorrer más distancia se necesitara más hilo para que
estos dos carretes y se necesita poner un palo en el extremo del pilar paralelo al
motor, para que el hilo quede fijo).Al moverse el motor, moverá el carrete, que a su
vez moverá el palo, que moverá la caja donde estará suspendida la marioneta.
Además el carrete que está al lado de la caja llevara otro motor que permitirá a la
marioneta moverse de arriba abajo. Para armar y desarmar la estructura, la
madera fue diseñada para que los travesaños pudieran meterse y sacarse a
presión; y los canales fueron adheridos a los pilares con velcro, por lo que es mas
fácil desarmarla; he de aclarar aquí que dos de los cuatro canales (paralelos entre
ellos), fueron elevados un poco para evitar que los palos se entrecrucen
directamente y se estorbasen. También la marioneta tendrá un servomotor para
poder cambiar su orientación.
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ESCENARIO
El escenario está diseñado de tal forma que parezca un cuarto, de un lado
estará una ventana de la cual el superhéroe tendrá que abrir, del otro lado abra
dos aparatos (figuras 3D de cartón en forma de los aparatos) conectados a un
enchufe a lo cual la marioneta tendrá que desconectar y por último en el fondo del
escenario habrá tres botes de basura y por todo el suelo habrá figuras de unicel
con basura a lo cual la marioneta tendrá que recoger y colocarlo en el bote
correspondiente.
CIRCUITOS
Para el circuito decidí usar Arduino, ya que teníamos cierta experiencia con
estos circuitos. Los motores fueron seleccionados especialmente para este diseño
que son motorreductores para que no giren tan rápido los carretes, puedan
soportar más peso y giren más de 360 grados. Además voy a utilizar puentes H
por cada motorreductor utilizado para poder hacerlos girar de un lado a otro y
viceversa, para que se pueda hacer el movimiento de arriba a abajo, de izquierda
a derecha y de enfrente hacia atrás (y viceversa). Para poder colocar los
motorreductores alejados del Arduino, estoy utilizando cables internos de un cable
de red, que son muy largo y flexibles que, con tan solo unirlo con cinta de aislar a
los cables del motor y del otro lado al Arduino, puedo controlarlos a una gran
distancia sin ningún problema. El servomotor usado para la orientación solo gira
180 grados y el programa solo hace que mire en 5 direcciones diferentes (este,
noreste, norte, noroeste y oeste).
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Programa
Para la programación utilice dos: uno es Arduino ya que con los circuitos de
Arduino es más eficiente trabajar con su propio programa; y para el segundo utilice
Processing, ya que Arduino como tal no reconoce de una forma general el teclado
de la computadora a sí que eso lo va a hacer Processing. Hablando generalmente,
el programa funciona de la siguiente manera: primero se hace un programa en
Processing que reconozca el teclado de la computadora y mande los datos a
Arduino, para mandar los datos a Arduino se hizo una comunicación serial entre
los dos programas, después se hace un programa en Arduino para especificar
formalmente que quieres que ocurra, que teclas ha de reconocer y como debe
reaccionar cuando las teclas sean presionadas o no; y finalmente cargas el
programa de Arduino al Arduino por el cable USB y arrancas el programa en
Processing; en este punto ya se podrán controlar los motores desde el teclado de
la computadora.
Programa de Arduino
#include <Servo.h>
Servo myservo;
int pos = 0;
int val;
const int motor1Pin = 13;
const int motor2Pin = 12;
const int motor3Pin = 10;
const int motor4Pin = 9;
const int motor5Pin = 8;
const int motor6Pin = 7;
const int enable1Pin = 11;
int status1 = HIGH, status2 = HIGH, status3 = HIGH, status4 = HIGH, status5 = HIGH, status6 =
HIGH;
void setup() {
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myservo.attach(3
Serial.begin(9600);
pinMode(motor1Pin,OUTPUT);
pinMode(motor2Pin,OUTPUT);
pinMode(motor3Pin,OUTPUT);
pinMode(motor4Pin,OUTPUT);
pinMode(motor5Pin,OUTPUT);
pinMode(motor6Pin,OUTPUT);
pinMode(enable1Pin,OUTPUT);
digitalWrite(enable1Pin,HIGH);
}
void loop() {
val=Serial.read();
if(val!=-1){
switch(val){
case 'R': status1 = !status1; break;
case 'L': status2 = !status2; break;
case 'U': status3 = !status3; break;
case 'D': status4 = !status4; break;
case 'F': status5 = !status5; break;
case 'B': status6 = !status6; break;
case 'A': pos = pos + 45; break;
case 'C': pos = pos - 45; break;
case '0': {status1 = HIGH; status2 = HIGH; status3 = HIGH; status4 = HIGH; status5 = HIGH;
status6 = HIGH; }
}
}
myservo.write(pos);
digitalWrite(motor1Pin, status1);
digitalWrite(motor2Pin, status2);
digitalWrite(motor3Pin, status3);
digitalWrite(motor4Pin, status4);
digitalWrite(motor5Pin, status5);
digitalWrite(motor6Pin, status6);
}
Processing
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import processing.serial.*;
Serial port;
void setup() {
size(255, 255);
port = new Serial(this, Serial.list()[0], 9600); //Recordad que es 0 y no 1
}
void draw()
{
background(0);
}
void keyPressed() { //Manda al puerto la tecla pulsada
port.write(key);
}
void keyReleased() { //Manda al puerto de alto
port.write('0');
}
6-.RESULTADOS.
Tras varios intentos se logró perfeccionar un modelo casero MMC funcional
en forma de juego didáctico; además que, de todas las opciones posibles, el costo
de todo el material fue razonable a comparación de nuestras expectativas.
Fotos:
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Circuito del mecanismo. Servo.
Estructura de madera con los palos.
7-.ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS.
Pudimos probar nuestra hipótesis de poder construir un MMC sin utilizar
conocimientos avanzados de los temas usados; además de que aprendimos a
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aplicar nuestros conocimientos en cosas físicas y pudimos mejorar nuestros
conocimientos con la experiencia del proyecto.
8-.CONCLUSIONES.
Al desarrollar este proyecto pude aplicar mis conocimientos de Arduino en
construir algo complejo y funcional; además de afinar o poner en practica otros
conocimientos. Aprendimos a manejar de una forma básica el programa
Processing; logramos aplicar nuestras mentes en la resolución de problemas
físicos y poder moldearlos. Además pudimos aprender nuevas cosas y aplicarlas
en un solo proyecto, como lo sería desde la comunicación serial de un programa a
otro, hasta cosas más generales como algunas cosas sencillas que podemos
hacer para ayudar a la ecología. Igualmente, esperamos que la marioneta logre
inspirar a la gente que lo maneje unas ideas de lo que pueden hacer para ayudar
así medio ambiente sin salir de casa.
9-.FUENTES DE INFORMACIÓN.
Vasconcelos S. Jorge, Introducción a la computación (2011), Tercera
edición, Grupo Editorial Patria, México.
Página oficial de Arduino: http://www.arduino.cc/
Página oficial de Processing: http://www.processing.org/
Ejercicios prácticos Arduino + Processing, José Manuel Ruiz Gutiérrez,
http://fit.um.edu.mx/CI3/publicaciones/TechnicalReportCOMP-032-2010.pdf
http://utsmecatronica.blogspot.mx/2011/11/puente-h.html
http://www.info-
ab.uclm.es/labelec/solar/electronica/elementos/servomotor.htm
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http://www.sitenordeste.com/DiccionarioES/definicion/diccionario_electricida
d/M/Diccionario_el_saber_spanish vocabulary (M1).html
http://www.sitenordeste.com/DiccionarioES/definicion/diccionario_electricida
d/M/Diccionario_el_saber_spanish vocabulary (M1).html
http://educacionjegg.blogspot.mx/2010/05/definicion-de-mecanica.html
http://profesordetecnologia-dfgr41.blogspot.mx/2011/07/conceptos-basicos-
de-circuitos.html
http://profesordetecnologia-dfgr41.blogspot.mx/2011/07/conceptos-basicos-
de-circuitos.html
http://www.comflyer.com/strg/docs/j19ho55dcnq.pdf
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