Este diseño está inspirado en un modelo ya comercializado que utiliza un mecanismo de tornillo-tuerca para cascar las nueces.
En el modelo comercializado, el mecanismo es de madera. El que aquí se expone es más susceptible de ser construido en los talleres de los institutos, por las herramientas que son necesarias para construcción.
El elemento principal el un tornillo, de métrica 10 concretamente. En los primeros diseños utilizaba el tornillo y la tuerca, que era neceario incrustar en madera. Pero finalmente he sustituido la tuerca por una pletina de hierro en la que se talla la rosca.
La combinación de dos materiales, madera y hierro, ha permido diseñar un modelo que resulta más sencillo que el que se consigue solo con madera.
Las fotos describen el detalladamente el objeto.
DOS VISTAS DEL CONJUNTO
DESPIECE
PARTES PRINCIPALES
MACHOS PARA TALLAR LA ROSCA Y BROCAS DE CORONA NECESARIAS
En esta entrada voy a tratar de sistematizar una forma de hacer los
programas de Arduino basada en la teoría de autómatas finitos. Lo
haré aplicándolo a la puerta de garaje y en concreto para la
siguiente secuencia:
La puerta está
cerrada, tocamos el pulsador y se va abriendo cuando toca el final de
carrera de puerta abierta, la puerta se detiene.
Con la puerta
abierta, tocamos el pulsador y se va cerrando, cuando toca el final
de carrera de puerta cerrada, la puerta se detiene.
Para esa secuencia
tenemos las siguientes entradas, salidas y estados:
Entradas: Pulsador,
final de carrera de puerta cerrada (FCC) y final de carrera de puerta
abierta(FCA).
Salidas: Motor
parado, motor abriendo, motor cerrando.
Los estados los represento con círculos y junto a las flechas de las
transiciones he dibujado un rectángulo dividido en dos celdas. En
la superior he escrito la entrada que produce ese cambio de estado y
en la inferior la salida correspondiente
PROGRAMA DE ARDUINO.
A partir del
diagrama de transición se pasa al programa de Arduino con el
selector SWITCH. Los CASE son los estados. Las transiciones se
hacen con el selector IF en el que la condición es la entrada y en
el bloque se incluye la salida y el cambio de estado/CASE.
Con la sentencia
ENUM, se pone nombre a los estados. Para las salidas he usado funciones.
Hay algún ligero cambio entre los cableados de la foto y del plano.
MÁS DIAGRAMAS DE ESTADOS QUE CORRESPONDEN A OTRAS FUNCIONALIDADES DE LA PUERTA.
OBSERVACIONES
El motor que aparece en la foto y el video es distinto al de la entrada anterior. Lo he tenido que sustituir porque con el otro se producía un fenómeno denominado ruido eléctrico que afectaba al Arduino evitando que funcionara correctamente.
La puerta de garaje es la base de muchos proyectos. En esta entrada describo un mecanismo que he diseñado con la principal objetivo de hacerlo sencillo. Es un desarrollo de este otro , aplicado a una puerta de garaje.
Para transformar el movimiento circular de un motor en el lineal de la puerta se emplea una varilla roscada y tuercas, en este caso de métrica 6. Para reducir el rozamiento en los soportes de la varilla se utilizan arandelas, también se cubre de cita adhesiva o con tubo de plástico, la parte de la varilla que está en contacto con las arandelas.
Las tuercas se pegan a la puerta con cola termofusible. Es preciso introducirlas previamente en la varilla y sujetarlo todo con cinta adhesiva como se muestra en las fotos.
La polea se puede unir a la varilla como se explica en la entrada que se indica arriba y que se puede ver en el mosaico de fotos. también se puede hacer arrollando tiras de papel.
Se le ha añadido un palito a la puerta para conseguir que la posición de uno de los finales de carrera limitara lo mínimo posible el recorrido de la puerta.
MÁS FOTOS
Los topes laterales se unen a la base con un tornillo, he utilizado tornillos de 4 x 40 mm. Se emplean una púas para evitar el movimiento horizontal de la varilla. Para sujetar los finales de carrera y para mantener la puerta vertical se emplean palillos de dientes redondos, se introducen en taladros de 2 mm de diámetro.
PLANOS
Las dimensiones del mecanismo que aparece en las fotos y los videos difieren ligeramente de las indicadas en los planos.
El diseño de este taburete se basa en el cuadrado. Está compuesto de tres piezas principales: una central y dos laterales, que son cuadrados. Una cuarta pieza, el travesaño, sirve para darle rigidez.
La unión de las piezas es mediante tornillos. Se ha intentado utilizar el mínimo. Se necesitan siete tornillos.
Otra de las características de este diseño es que se pueden acoplar por parejas ocupando poco espacio. Para facilitar este acoplamiento hay que modificar ligeramente el diseño alargando unos milímetros en una dimensión los cuadrados. 3 mm pueden ser suficientes.
En los almacenes de construcción venden unas tablas de 20 cm de ancho y 2,5 cm de espesor que pueden ser la ideales para este proyecto. También se puede usar madera de palé, aunque no es fácil encontrar tablas de 20 cm de ancho. En este caso el espesor de la tabla es más próximo a los 2 cm.
Como la madera empleada no es de mucha calidad, las dimensiones no suelen ser muy precisas. En las medidas del taburete se debe primar que las piezas sean cuadrados a que se ajusten a las dimensiones de los planos. Es decir, si nuestra tabla mide 19,6 cm las dimensiones de los cuadrados tendrán ese lado, o 19,6 x 19,9, en el caso que queramos que los taburetes se puedan acoplar por parejas sin dificultad.
Los tornillos pueden ser de 40 x 4 mm o un poco más largos, dependiendo del espesor de la tabla. Para preparar el taladro donde se introduce el tonillo usaremos una broca de 3,5 mm.
Una vez terminado he utilizado aceite de linaza para proteger la madera.
EJECUCIÓN
Además de alargar en una dirección, el cuadrado 3 mm para facilitar el acoplamiento de los taburetes por parejas, conviene, con ayuda de un sargento montar el taburete antes de hacer los taladros longitudinales en las maderas. Así podremos hacer las correcciones que sean necesarias para que el taburete asiente bien en el suelo y no 'cojee'.
Esta entrada está relacionada con esta otra. La novedad es que incluye un semáforo que indica cuando se puede pasar. El control del semáforo se resuelve sin añadir un final de carrera adicional.
El semáforo actúa así:
Verde: La puerta está totalmente abierta.
Rojo: En las demás situaciones, es decir, puerta cerrada, cerrándose o abriéndose.
MATERIAL ELÉCTRICO NECESARIO
Motor.
2 finales de carrera.
Conmutador doble.
2 LEDs, rojo y verde.
Resistencia de 180 ohmios o aproximada.
Fuente de alimentación de 5 V o pila de 4,5 V
La fuente de alimentación se puede obtener de un cargador de teléfono móvil que ya no se utilice.
Conmutador doble
MECÁNICA
Para este tipo de proyectos es básico que el mecanismo funcione bien, por lo que antes de pasar al circuito eléctrico debemos asegurarnos del correcto funcionamiento del mecanismo.
Para facilitar esta parte del proyecto es útil aprovechar, como he hecho en esta ocasión, dispositivos que podríamos llamar de desguace. Para este proyecto he utilizado un lector de CD. Para adaptarlo al proyecto solo es necesario estudiar donde colocar los finales de carrera y añadir lo que necesite la puerta para activarlos.
Los tornillos que he utilizado
2,5 x 16 para los finales de carrera.
4 x 30 para los soportes.
3,5 x 16 para sujetar la puerta a la base de madera.
En el esquema eléctrico he detallado las cuatro fases en las que puede estar. En cada una cambia el conmutador doble o alguno de los finales de carrera.
FOTOS Y VIDEO
Vídeo por la parte posterior en el que se aprecia como interactúan los finales de carrera con la puerta.
Polux es un robot estático, que cuenta con algunos componentes básicos para practicar con arduino. Estos componentes son
Un motor de corriente continua, con su reductora.
Un sensor de posición. Final de carrera.
Un dispositivo de entrada. Pulsador.
Un LED.
Es una variedad de los componentes que se pueden usar con ardiuno, pero solo uno de cada, para que el montaje del robot sea sencillo.
Se utiliza un motor con reductora lo que ahorra el tener que construirla. El eje de salida del modelo utilizado es muy corto. Se consigue alargarlo utilizando un rotulador usado que se ajusta al eje de salida del reductor con un trozo de bolsa de plástico para que entre a presión.
Para controlar el motor será necesario el puente en H utilizado en otra entradas de este blog, el L9110S.
La polea se ha hecho con una rodaja de tubo de cartón. El eje sobre el que gira es un cuadradillo de madera de 6 mm. También se pueden utilizar brochetas u otros cilindros de madera o metal.
La dimensiones de los elementos de madera pueden variar respecto de las que se representan en los planos. La base sobre la que se ha montado mide 270 x 130 mm². Se adjuntan planos a escala natural.
VIDEO
En el video se ve una de aplicación avanzada que se puede hacer con Polux. Pero se debe empezar por cosas más sencillas para ir cogiendo confianza.
Una de las ventajas de Polux es que funciona alimentado por el USB del ordenador, no necesita baterías adicionales. Esto permite probar los programas nada más transferirlos del ordenador a arduino y en función de los resultados hacer las correcciones que pudiesen ser necesarias.
PROGRAMAS
Los programas se pueden ser de dificultad creciente.
PROGRAMAS SOLO CON SALIDAS
Intermitencias con el LED
Control del sentido de giro del motor. Gira un tiempo en un sentido, en otro sentido, se detiene.
PROGRAMAS CON ENTRADAS Y SALIDAS
El LED responde a toques del pulsador: Se enciende mientras está pulsado. Se queda encendido al pulsarlo y se apaga cuando se vuelve a pulsar.
El motor responde a toques del pulsador: Gira en un sentido y en otro, se detiene.
El motor responde a toques del pulsador y al final de carrera. Lo que permite controlar que se detenga frente a determinados números de la polea.
Se trata de poleas para utilizar en transmisiones de polea correa. Los apoyos del eje de la polea en el soporte son de plástico, para reducir el rozamiento y por su flexibilidad para facilitar la colocación y el cambio de las correas.
La polea se hace con una rodaja de tubo de cartón y con tapas también de cartón. el eje es un palillo de dientes o una brocheta. En el caso de un tren de poleas, si la polea es de las más alejadas del motor es necesario regruesar el eje con una tira de papel, para evitar que la correa resbale.
El eje de de la polea debe entrar con holgura en el soporte para que pueda girar bien. El tamaño de las gomas que hacen de correa es crucial ya que si son muy pequeñas ejercerán mucha tensión y dificultarán el movimiento.
El soporte de la polea se fija con un solo tornillo para facilitar su alineación.
Los taladros para el eje de la polea se pueden hacer con una troqueladora de las que se usan para encuadernar con gusanillo de alambre.
Las dimensiones pueden variar, dependiendo principalmente del diámetro de la rodaja de cartón.
Los trocitos de madera que sujetan el plástico, pueden ser más altos, para limitar el movimiento lateral del plástico.
Los tornillos de 2,5 mm de diámetro resultan muy prácticos, ya que al ser tan finos no hacen necesario que se taladre previamente los listones para que no se agrieten.
Como se ve en la foto de arriba, con varias poleas se puede hacer un tren de engranaje. La construcción de poleas sueltas facilita la división del trabajo en trabajos en equipo, y la alineación de cada polea en el montaje.
Para reducir el tamaño del conjunto se pude hacer un tren de poleas o reductor de velocidad como en que se muestra. Los materiales utilizados son los mismos que en la polea. La dimensiones como siempre, vendrán determinadas por el tamaño de las rodajas del tubo de cartón que utilicemos.
En esta entrada se obtiene la ecuación del hiperboloide que se presenta en esta otra entrada del blog.
Obtenemos la ecuación más sencilla, que corresponde al hiperboloide que hay del aro de hierro más grande hacia arriba. Como eje Z se elige el eje del hiperboloide y como origen de coordenadas el que está a la altura de la parte más estrecha del hiperboloide.
La ecuación del hiperboloide en este caso viene dada por:
Como las secciones horizontales son circunferencias, en este caso a=b.
El valor de a viene dado por la mínima distancia entre la recta eje del hiperboloide y cualquiera de las generatrices del mismo. En el siguiente dibujo están acotadas todas las distancias necesarias para realizar los cálculos y el resultado de los mismos.
El valor de a es 1180. Esta hoja de cálculo ha servido para hacer las operaciones. La altura a la que está esa mínima distancia sería a la que se encuentra el origen de coordenadas, que desde la circunferencia, de referencia, la más grande, es de 4454 mm. De este modo quedan hasta la parte superior 2196 mm.
Con estos datos el siguiente punto pertenece al hiperboloide:
x= 2400;y= 0;z=2196
Introduciéndolo en la ecuación del hiperboloide, en la que ya conocemos a=b=1180 se obtiene c que es 1240.
Y la ecuación del hiperboloide queda:
CÁLCULOS MÁS DETALLADOS
Figura 1
En la figura 1 se representan la circunferencia superior, la más grande y el eje del hiperboloide en azul.
El triángulo naranja son los datos de que disponemos: Los lados más pequeños son los radios de las circunferencias, que además sabemos que forman un ángulo de 135º. El lado mayor sería la proyección horizontal de la generatriz del hiperboloide. En el siguiente dibujo se utilizan letras mayúsculas para los vértices del triángulo y las minúsculas correspondiente para el lado opuesto a cada vértice
Con los datos del dibujo de la izquierda, se pueden obtener g y a. Analíticamente con los teoremas del coseno y del seno y con trigonometría o gráficamente con un programa de dibujo.
En el triángulo amarillo el cateto horizontal sería d y el vertical la distancia entre las circunferencias, es decir 6650. Mediante semejanza de triángulos, una vez que hemos calculado g, obtenemos la altura a la que se encuentra el origen de coordenadas.
La altura a la que se encuentra el origen de coordenadas queda definida por el rectángulo verde de la figura 1, es su lado mayor. El lado menor es la distancia entre las recta eje y generatriz del hiperboloide, es decir a.
Valores calculados:
a=1180; d=6329; g=4239; Altura de origen de coordenadas =4454.
Todas las longitudes en mm
OBSERVACIONES
La hipotenusa del triángulo amarillo en la figura 1 define la inclinación de las asíntotas de la hipérbola que genera al hiperboloide por rotación al rededor de su eje. Para que esta hipérbola sea equilátera la inclinación de las asíntotas tiene que ser de 45º.
Cuando se diseñó el hiperboloide no se tenían estos conocimientos, pero casi se obtuvo una hipérbola equilátera, ya que el ángulo es de 46º.
Un hiperboloide similar al construido pero equilátero sería por ejemplo éste.
