POSICIONADOR AUTOMÁTICO
DE VIALES
Po
GEORGI KIRILOV TSIROV
G ado en INGENIERÍA DE COMPUTADORES
Facul ad de INFORMÁTICA
Di igido po
JUAN CARLOS FABERO JIMÉNEZ
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER
Mad id, 2021–2022
Posicionado Au omá ico de Viales
Memo ia que se p esen a pa a el T abajo de Fin de G ado
GEORGI KIRILOV TSIROV
Di igido po
JUAN CARLOS FABERO JIMÉNEZ
Depa amen o de A qui ec u a de Compu ado es y Au omá ica
Facul ad de In o má ica
Uni e sidad Complu ense de Mad id
Mad id, 2022
Índice gene al
1. Resumen I
2. Abs ac 1
3. In oducción 2
3.1. Idea del Posicionado Au omá ico de Viales . . . . . . . . . . . . . . . . 2
3.2. Obje i odelp oyec o............................. 3
3.3. Especi icaciones del p o o ipo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.4. Plande abajo................................ 5
3.5. Documen ación................................ 8
4. Es uc u a Gene al y Piezas Imp esión 3d 11
4.1. Es uc u aGene al.............................. 11
4.2. Modi icaciones y Mejo as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
5. Ha dwa e 15
6. So wa e 20
6.1. Es uc u a del So wa e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
6.2. Funciones p incipales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7. Sis ema de Aga e 25
7.1. Sis ema de Re e encia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.2. Modi icaciones y Mejo as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
7.3. DiseñoP opio................................. 27
8. P uebas, Mejo as y Conclusiones 31
9. P og amas y Lib e ías usados 34
9. Bibliog a ía y enlaces de e e encia 37
ii
Capí ulo 1
Resumen
El obje i o es cons ui un posicionado au omá ico de iales. Pa a ello se necesi a
un sis ema capaz de aga a y mo e los iales en los es ejes de coo denadas (X, Y,
Z). En es e p oyec o se c ea á un sis ema de aga e que pueda ejecu a mo imien os
idimensionales pa a desplaza los iales.
El sis ema debe ene unas ca ac e ís icas conc e as pa a pode in eg a lo en un mag-
ne óme o y, de esa o ma, au oma iza el p oceso de medida. Debe se iable, de g an
p ecisión y sensibilidad a la ho a de coge los obje os. A su ez, la es uc u a debe ía
queda se lo más alejada posible de la pa e cen al, se independien e y con a con un
con ol sencillo de mo imien os.
El sis ema con a á con au onomía de au o-calib ación y mé odos de segu idad en caso
de allo. Además end á un ácil acoplamien o an o en la es uc u a ísica del apa a o
exis en e como en su p og ama de con ol.
Palab as Cla e
A duino, A4988, se omo o , sg90, paso a paso, nema17, OpenScad, imp esión-3d,
imp eso a-3d, PLA
i

Capí ulo 2
Abs ac
The objec i e is o build an ully au oma ic ials unsc amble . Fo his, a sys em capable
o g asping and mo ing he ials in he h ee coo dina e axes (X, Y, Z) is needed. In his
p ojec , a g ipping sys em will be c ea ed ha can execu e h ee-dimensional mo emen s
o mo e he ials.
The sys em mus ha e speci ic cha ac e is ics o be able o in eg a e i in o a magne o-
me e and, in his way, au oma e he measu emen p ocess. I mus be eliable, highly
accu a e and sensi i e when picking up objec s. The s uc u e should s ay as a away
om he cen al pa as possible, be independen and ha e easy mo emen con ol.
The sys em will ha e au o-calib a ion au onomy and sa e y me hods in case o ailu e. I
will also ha e an easy coupling bo h in he physical s uc u e o he exis ing de ice and
in i s con ol p og am.
Keywo ds
A duino, A4988, se omo o , sg90, s eppe (s ep by s ep), nema17, OpenScad, 3d
p in ing, 3d p in , PLA
1
Capí ulo 3
In oducción
3.1. Idea del Posicionado Au omá ico de Viales
La c eación de un p o o ipo el cual sea au ónomo pa a desplaza iales de id io de 3mm
de diáme o, su ge de la necesidad de au oma iza una a ea monó ona y epe i i a en la
cual se necesi a a una pe sona que in oduci y ex ae el ial. De esa mane a el usua io
se puede dedica a ealiza o as a eas mien as se ejecu a el p oceso de medida.
Es a se con empla con más posibilidad y ganas de ealiza después de pasa nos a ias
ho as y du an e a ios días p obando y desa ollando los equipos en la emp esa. Cada
ez que nos ocaba p oba , hace el odaje de los equipos y comp oba su uncionamien o,
es a idea se ue haciendo cada ez más una necesidad.
La idea cada ez se hacía más p obable y posible de ealiza e implemen a g acias a
las he amien as y disposi i os que enemos a nues a disposición en los úl imos años,
debido a la publicación de in o mación, p oyec os y so wa e lib e en los di e en es si ios
de in e ne .
Pa a ealiza el p oyec o cuen o con expe iencia en el desa ollo de p o o ipos con mi-
c ocon olado es, uso de mo o es, senso es, ac uado es y placas de desa ollo (A duino,
Raspbe y Pi, PICs, e c...). También engo expe iencia en el diseño, imp esión y desa-
ollo de piezas y p o o ipos con la imp esión 3d (po el mé odo de deposición undida o
SLA), an o en el ámbi o académico como po el au odidac a.
El p oyec o se ha desa ollado an o en el ámbi o pe sonal como en la emp esa “NanoTech
Solu ions” ubicada en Villacas ín (Sego ia). Dicha emp esa se dedica a la ab icación de
ins umen os de medida o ien ados al magne ismo y a su ez cuen a en la ac ualidad con
un ca alogo de p oduc os desa ollados y en e olución desde hace 3 años.
Ag adezco la ayuda que se me p opo cionó de odo el equipo de la emp esa, an o en ideas
2
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
y suge encias pa a la mejo a del equipo, como en los ecu sos con los que con aban.
3.2. Obje i o del p oyec o
El obje i o de es e p oyec o es c ea un sis ema con un ni el de au onomía que pueda
mo e se en los es ejes de coo denadas (X, Y, Z) y pueda posiciona de mane a au o-
má ica los iales (Figu a 3.1). Pa a cumpli con el ni el de au onomía p opues o una
ez ha in e enido el se humano pa a inicia lo, es e sea capaz de hace acciones po sí
mismo según las ó denes que le lleguen, pudiendo es a supe isado, pe o sin in e e i
en el uncionamien o a no se que sea es ic amen e necesa io po un allo o e o .
Figu a 3.1: Sis ema de 3 ejes
El sis ema debe ene unas ca ac e ís icas conc e as pa a pode acopla se al ins umen o
de medida y de es a o ma au oma iza el p oceso. Debe se iable, p eciso y sensible a
la ho a del manejo de los obje os. La es uc u a debe queda se lo más alejada posible de
la pa e cen al, que sea independien e y ene un con ol sencillo de mo imien os.
Pa a que el sis ema sea iable y segu o debe ene la au onomía de au o-calib ación y
mé odos de segu idad en caso de allo. En caso de de e io o o allo en alguna de las
piezas o componen es, nos in e esa que sean áciles de encon a y eemplaza , con es o
ambién consegui emos disminui cos es en los ecambios. Con la imp esión 3d en plás ico
y la popula idad que iene en los úl imos años podemos consegui unos ma e iales más
económicos y piezas ácilmen e ep oducibles.
Se ha pensado que una ez se p uebe y se ea que el uncionamien o con un solo ial es
co ec o, se ealiza á un sopo e en el cual deja a ios iales y, de es a o ma, el sis ema
gane más au onomía y pueda cambia de ial eniendo a ias opciones pa a escoge .
3
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
Figu a 3.2: Explicación posiciones sis ema eal
Podemos e los di e en es pun os en los que el sis ema debe mo e se y posiciona se
p incipalmen e que son (Figu a 3.2):
Posición de inicio: es el pun o desde donde pa e al pone en ma cha el p o o ipo,
cogiendo las coo denadas [0,0,0]
Posición de eposo: es el pun o donde se deposi a á el ial pa a coge lo an es de
medi lo y pa a deja lo una ez e minadas las medidas.
Posición de medida: es el pun o donde se in oduci á el ial pa a hace la ope ación
de medida.
3.3. Especi icaciones del p o o ipo
Lo p incipal que enía que cumpli el p o o ipo e a que los componen es y las piezas
debe ían se de ácil acceso y con un cos e lo más bajo posible. El ha dwa e y el so wa e
debe se lib e pa a acili a el uso de es os en cualquie en o no, ya sea pa icula o
p o esional.
El sis ema debe ene una p ecisión de unas décimas de milíme o en los mo imien os
lineales de los ejes (+-0,1 mm), ya que el aguje o donde se in oduce el ial es de 3.7mm
de diáme o y el ial es de 3mm.
La p ecisión del aga e o he amien a que se u iliza á an o pa a coge y sol a , como
pa a subi y baja el ial, debe se lo más p eciso posible. Tiene que ene una g an
sensibilidad en el cie e y ape u a de o ma que no ompa los iales po que al se de
id io son muy ágiles (g oso de pa ed de 0,27mm).
4
Capí ulo 4
Es uc u a Gene al y Piezas
Imp esión 3d
Figu a 4.1: Es uc u a básica
Aquí podemos e una imagen (Figu a 4.1) de la es uc u a ya mon ada y ensamblada y
con algunos de los elemen os ex a que nos han echo al a.
4.1. Es uc u a Gene al
Pa a el mon aje de la es uc u a básica que end ía el p o o ipo, lo p incipal e a ob ene
los ma e iales y las piezas imp esas con la imp eso a 3d. La mayo ía de los ma e iales
había que comp a los en una ienda o e e e ía, como se ha comen ado an e io men e y
no son muy di íciles de ob ene . Po o o lado, eniendo la lis a de ma e iales del enlace
o página web del c eado del diseño de e e encia, se nos simpli ica la a ea. Lo único
que enemos que sabe , es la longi ud de las a illas lisas de M8, las a illas de husillo y
11

FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
la abla (con achapado de 5mm), que usa íamos de base pa a da más es abilidad a la
es uc u a.
El siguien e paso impo an e pa a el mon aje de es a es uc u a son las piezas de plás ico
imp esas con la imp eso a 3d. Tenemos que ene cuidado y ene en cuen a que en la
página web del diseño hay a ias e siones de las piezas pa a di e en e diáme o de a illa
o odamien os. Con la in o mación que enía y según mi c i e io empecé a imp imi las
piezas en ABS, empezando po las más pequeñas y iendo como se ía el p oceso y el
esul ado inal de las piezas. Pa ecía que las piezas salían con buena calidad y sin de o -
ma se, pe o en cuan o se empezó con las piezas más g andes el p oceso de imp esión y el
acabado de es as ue a peo . Es e allo en la imp esión pod ía eni dado po la compleji-
dad y empe a u a que necesi a es e ma e ial o po un allo en uno de los disposi i os de
la imp eso a (base calien e). Po an o se cambió al PLA y de es a mane a e i amos los
p oblemas en el p oceso de imp esión, ya que el acabado co ec o de las piezas in luye en
el uncionamien o y desplazamien o de las piezas mó iles. En es e p oceso se a dó ap o-
ximadamen e 2 meses has a que se ob u ie on odas las piezas con el acabado co ec o. Se
a dó más de lo no mal po que u e algunos p oblemas con los ma e iales y luego algún
allo de la imp eso a po el de e io o ,uso y desgas e de algunas piezas de la imp eso a.
Una ez se soluciona on los p oblemas, en 2 o 3 semanas las eníamos odas.
Figu a 4.2: Pieza eje Z Figu a 4.3: Pieza eje X
Figu a 4.4: Pieza eje Y mo o Figu a 4.5: Pieza eje Y odamien o
12
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
Es as son algunas de las piezas más ele an es y más g andes en dimensión del diseño
o iginal sin modi icación (Ve desde Figu a 4.2 has a Figu a 4.5).
Pa a el mon aje de la es uc u a en la página de desca ga de los a chi os podemos en-
con a ídeos de como mon a las piezas de plás ico, con las demás piezas y o nillos
de sujeción. A la ho a del ensamblaje en algunas de las piezas ocó lima y lija un poco
pa a que encajasen y queda an bien odos los elemen os. Mi consejo es i con paciencia y
sin p isa, po que si encajan bien las piezas luego el desplazamien o de los odamien os y
a illas es mucho mejo .
4.2. Modi icaciones y Mejo as
Se u ie on que hace a ias modi icaciones y mejo as. Algunas pa a pode e mina de
mon a y ajus a bien la es uc u a y o as pa a las necesidades que u imos después de
hace a ias p uebas.
Figu a 4.6: Tope a illa eje Z
Figu a 4.7: Final de ca e a modi icado
Figu a 4.8: Eje Z modi icaciones
En algunas de las piezas, como po ejemplo en la pieza que se e del ejeZ (Figu a 4.2),
du an e la imp esión se descuad a on los aguje os en los que an las a illas lisas. Con lo
cual el o nillo pa a suje a las ya no hacía bien p esión y es as se mo ían. Po lo an o
u imos que diseña o a pieza pa a pone como ope y de es a mane a a egla el de ec o
(Figu a 4.6).
O as de las piezas se u ie on que modi ica o c ea nue as con unas medidas di e en es
13
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
pa a adap a las según las unciones y las necesidades del p oyec o. Una de las que se
u ie on que modi ica ue el ca o del ejeZ (Figu a 4.9), que es la pieza que se desplaza po
las a illas y donde se suje a la he amien a de aga e. El eco ido que enga es a pieza
nos de ine los lími es de mo imien o en al u a ( eco ido ejeZ). Según las dimensiones
de la pieza, enía una al u a de 48mm y con es o eníamos un ma gen de mo imien o
en al u a de 40mm. El nue o diseño se hizo con una al u a de 28.5mm pa a que en ase
el odamien o y de es a mane a aumen amos el mo imien o en al u a has a los 60mm.
También diseñamos una pieza pa a suje a el inal de ca e a en una posición conc e a
(Figu a 4.7) pa a gana unos milíme os más.
Figu a 4.9: Ca os eje Z
Podemos obse a el aspec o inal del eje Z mon ado y con las modi icaciones aplicadas
(Figu a 4.8), sin la he amien a de aga e.
14
Capí ulo 5
Ha dwa e
Pa a las p uebas con los componen es de ha dwa e con los que eníamos pensado ealiza
el p o o ipo, la p ime a opción e a la de usa un mic ocon olado PIC16 y un d i e de
po encia. Como no sabíamos que mo o es usa (de qué co ien e se necesi a po bobinado),
la idea p incipal que había e a usa unos que u ie an ue za/pa de o ma que pudie an
mo e los elemen os del p o o ipo.
Unos que encajaban con es as ca ac e ís i-
cas son los nema17 (Figu a 5.1) de 1,7A po
bobinado, 45 kg/m de ue za y 200 pasos
po uel a, es deci 1.8º po paso. Es os mo-
o es nos pe mi en una mejo p ecisión si se
usa una educ o a o haciendo un mejo con-
ol ac i ando y desac i ando en un o den
cada ex emo de los bobinados. Se puede
u iliza una educ o a desde 1/2 has a 1/16
o incluso algunos pe mi en has a 1/32. Se-
gún la educ o a que usemos es o nos cam-
bia el núme o de pasos po uel a o un me-
no g ado po paso (num Pasos = pasos po
uel a o iginal / Reduc o a). Como no e-
nía muchos conocimien os sob e la ue za o
pa que enían que ene los mo o es, pensé
que e a mejo unos que engan más ue za
y ene un consumo algo más ele ado, pa a
no encon a nos con el p oblema de que los
mo o es no u ie an su icien e ue za pa a
mo e las es uc u as.
Figu a 5.1: Mo o nema 17
Una ez eniendo los mo o es elegidos y sabiendo su consumo en ampe ios, ya podemos
elegi un d i e que sopo e esa co ien e pa a pode alimen a al mo o , ya que el mic o-
con olado p opo ciona una co ien e baja en sus pines (al ededo de 0,025A o 25mA).
Debido a lo an e io , necesi amos un elemen o de po encia en e el mic ocon olado y el
15
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
mo o pa a que p opo cione la co ien e necesa ia. Un d i e que había usado y aguan a-
ba bien esa po encia e a el L298N, pe o el incon enien e es que ocupa una g an supe icie
y además enemos que pone más elemen os adicionales pa a su co ec o uncionamien o,
su segu idad y pa a no daña los mo o es (Figu a 5.2). Realicé un p o o ipo de placa
PCB (6x5,5 cm) con es e d i e , diodos, condensado es y conec o es pa a acili a las
p uebas.
Figu a 5.2: D i e L298N
Pa a p oba es a combinación de con ol, po encia y mo o , se ealizó un p og ama sencillo
con un bucle en #C. Lo que hacía e a da 200 pasos y hace que el mo o die a una uel a
comple a. Es o uncionaba sin p oblemas, pe o iendo el diseño y sabiendo que enemos
al menos 4 mo o es paso a paso, imos que la placa de con ol y po encia queda ía con
un amaño g ande y a ene en cuen a.
Se usó un PIC16F886 mon ado en una placa de p uebas (p o oboa ) y luego ealizando
las conexiones en e placas y uen es de alimen ación. Desde el PIC necesi amos 4 salidas
pa a con ola cada uno de los ex emos de los 2 bobinados.
Viendo que es e d i e es más complejo de maneja se compa ó con el d i e comen ado
en la in oducción. Muchos de los sis emas de con ol numé ico, o que usan mo o es
paso a paso, usan el d i e A4988 (Figu a 5.3) o DRV8825 (Figu a 5.4). Pe o además
como necesi ábamos una co ien e de 1,7A po bobina, debe íamos usa el DRV8825, que
aguan a has a 2A con un sis ema de e ige ación. Lo impo an e que enemos que ene
en cuen a de es os d i e s es que ienen un sis ema de ajus e, el cual debemos ajus a
a la co ien e que necesi a el mo o po bobina pa a no daña las. Es a in o mación la
ob u e de páginas web y blogs que encon é, uno de los p incipales que usé pa a pone
en ma cha es e elemen o ue la siguien e blog. Pa a el ajus e de los d i e s podemos
deci que lo más di ícil es saca odos los da os y pa áme os pa a la con e sión de
la co ien e a la ensión de e e encia que enemos que ajus a en el d i e . Hay eces
16

FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
que según el ab ican e o según el d i e algunos pa áme os y elemen os pueden a ia ,
como las esis encias de sensibilidad que ienen. El alo de es a esis encia ue uno de
los pa áme os que me cos ó encon a . Es a in o mación que hemos sacado del blog y
cualquie o a in o mación elacionada con las ca ac e ís icas del d i e , iene de allada
en el da ashee del componen e.
Figu a 5.3: D i e A4988 Figu a 5.4: D i e DRV8825
Figu a 5.5: Placa con PIC y d i e DRV8825
Una ez p obado y is o el uncionamien o de los d i e s a4988 y d 8825, me di cuen a
que aunque es ábamos p obando con el PIC (Figu a 5.5), se ía mucho más sencillo y más
ácil de emplazo y un aho o de abajo po mi pa e al u iliza cosas más come ciales y
especi icas pa a es a pa e. Pod ía u iliza la placa de po encia/escudo o shield RAMPS1.4
(Figu a 5.6) u o as e siones más ac uales y pa a la pa e de con ol u iliza el A duino
Mega 2560 (Figu a 5.6). De es a o ma sabemos que ya odo el conjun o de con ol,
po encia y mo o es es á es ado, p obado y unciona. Las conexiones y ensamblaje en e
17
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
los di e en es componen es del ha dwa e encajan al milíme o (Figu a 5.7) sin ene la
necesidad de hace cambios o adap aciones.
Figu a 5.6: A duino Mega 2560 y Ramps 1.5
Figu a 5.7: A duino Mega 2560 y Ramps 1.5
mon ados
Pa a los elemen os de con ol, segu idad y
au ocalib ación al pone en ma cha el p o-
o ipo se usan unos simples pulsado es, al
igual que los d i e s, amps y a duino ie-
nen p epa ados con su placa y su conec o
pa a conec a los di ec amen e a la RAMPS.
Es os los podemos encon a buscando “mó-
dulo inal de ca e a” (Figu a 5.8) o aña-
diendo además imp eso a 3d o CNC en los
buscado es de in e ne . Es os in e up o es
nos indican cuando el sis ema ha llegado a
la posición de inicio, que es la misma que
las coo denadas [0,0,0], an o cuando se po-
ne en ma cha el p o o ipo, como cuando se
hace la au ocalib ación. Po o o lado los in-
e up o es si en como mecanismos de se-
gu idad que de ienen los mo o es en caso de
llega a cualquie a de los ex emos si no se
han pa ado.
Figu a 5.8: Final de ca e a
Po úl imo una ez eníamos odo mon ado se ealiza on p uebas con la es uc u a. Al
e que odo se mo ía co ec amen e y uncionaba sin p oblemas jun ando la es uc u a
y los elemen os de con ol, nos dimos cuen a que los mo o es no enían que se de esa
po encia y consumo (1,7A po bobina), po lo an o se quiso p oba con un mo o que
disminuía mucho en consumo (a 0,33A), al igual que los que iene la imp eso a 3d u ili-
zada pa a imp imi las piezas. Po lo an o se cambia on los mo o es, y p obando no se
no ó ninguna di e encia signi ica i a. En onces decidimos queda nos con los mo o es de
18
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
0,33A , 2,3kg/cm y 200 pasos po uel a. De es a o ma el consumo es meno y los d i e
usados inalmen e son los A4988, con un meno p ecio espec o al DRV8825.
La uen e de alimen ación que necesi amos iene que se mínimo de 4*0,33A + 0,5A del
se o pa a la pinza y un consumo mínimo de los demás elemen os. Po lo an o necesi a-
mos una uen e de alimen ación de 12V DC y 2A mínimo, pe o siemp e es ecomendable
deja algo de ma gen (unos 0,5A o simila ) po que los picos y los mo o es consumen más
cuando p opo cionan más ue za.
19
Capí ulo 6
So wa e
La idea p incipal es que el p og ama o so wa e que desa ollemos eciba unos comandos o
ins ucciones a a és del pue o se ie, y ealice las acciones necesa ias y una ez e minada
es a, de uel a un comando po el pue o se ie indicando si se ha ealizado co ec amen e
o si ha habido algún e o .
Como se comen ó en la in oducción, se usa on di e en es en o nos de desa ollo y p o-
g amación según la ecnología que se ue p obando.
Pa a el p og ama del mic ocon olado PIC se u ilizó el compilado CCS Compiles y
su en o no, además se u ilizó pa a alguna p ueba sencilla el compilado de #C. Pa a la
p og amación y depu ación del componen e ísico se u ilizó el p og amado Picki 4 y el
en o no de MplabX Ide ( e sión de 5.50). Si que emos hace algún ipo de comunicación
se ie en e el PIC y el o denado po el pue o se ie, necesi amos un adap ado o in e az
de UART a USB. En mi caso use una placa de e olución que ealizaba exac amen e es a
con e sión y nos acili aba la a ea de comunicaciones.
Pa a el desa ollo y p og amación del so wa e de la placa de A duino se u ilizó su p opio
en o no de desa ollo “A duino IDE”. La p og amación de la placa se ealiza po pue o
se ie (USB), ya que la p opia placa lo acili a de es e modo y no enemos que ene ningún
p og amado adicional como en el caso de los mic ocon olado es PIC. Es e p og ama en
un inicio e a muy sencillo pa a ealiza alguna p ueba con un mo o de paso a paso, pa a
con ola un se o mo o , o pa a ealiza una comunicación po el pue o COM.
El p og ama pa a el con ol de los mo o es, se omo o y los in e up o es de inal de
ca e a no es muy complejo. Se puede complica y añadi odas aquellas unciones que
necesi emos y nos hagan al a pa a cumpli nues os obje i os.
Una de las cosas en la que más di icul ad encon a ue la elación en e los pines de
la placa de A duino Mega 2560 y la RAMPS1.4, además de cuales son los pines que se
co esponden con el con ol y manejo de los d i e s. Pa e de es a in o mación la encon é
20
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
que la o ma de la pinza no nos alía po que no podía coge obje os an pequeños como
el ial de 3mm de diáme o.
7.2. Modi icaciones y Mejo as
Como el diseño an e io que eníamos de e e encia no nos se ía y además no podíamos
modi ica las piezas, po el ipo de los iche os, sino que como mucho se podían escala .
Pe o escalando las piezas algunas no nos ald ían, como la base donde a suje ado el
se omo o y las o as no sabíamos si encaja ían pa a pone los o nillos de sujeción.
En onces lo único que nos quedaba e a in en a hace nues o p opio diseño, pa iendo
como e e encia de es e, ijándonos en las medidas y o ma de las piezas. Po o o lado
como ya imos que el diseño del aga e que enía no nos ald ía pa a obje os pequeños,
eníamos que hace un diseño de esa pa e comple amen e nue o y pa iendo de ce o.
7.3. Diseño P opio
Pa a el diseño nue o lo que hemos hecho es oma como e e encia el diseño p incipal que
encon amos. Lo que se ha hecho es i omando las medidas con calib e de las piezas que
eníamos imp esas e i diseñando noso os con el p og ama de diseño 3d las mismas piezas,
pe o aplicando un ac o de escala en las que se podía y las o as se han echo según amaño
del se omo o o lo que co espondía. Como el p og ama de diseño nos pe mi e hace es os
diseños po módulos y las medidas in oduci las median e a iables, nos acili a mucho
la a ea, en el sen ido que una ez engamos un diseño inicial p opio (Figu as desde 7.9
has a 7.14). Una ez engamos el diseño p opio en el p og ama de diseño, lo que podemos
hace es cambiando el alo de es as a iables nos escala o modi ica el diseño según las
dimensiones que necesi emos.
La pa e más compleja de es e diseño e a el de diseña las pa es den adas o las pa es que
se unen median e eng anajes pa a hace el uncionamien o p incipal de la pinza (Figu a
7.9). Pa a es a pa e nos hemos apoyado en una lib e ía que exis e pa a hace es e ipo
de diseños y que se puede u iliza pa a el p og ama de diseño que usábamos.
Figu a 7.9: Eng anajes
Figu a 7.10: Dedo pinza 1 Figu a 7.11: Dedo pinza 2
27

FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
Figu a 7.12: Base se omo-
o Figu a 7.13: Conjun o is a
A
Figu a 7.14: Conjun o is a
B
Aquí podemos e uno de los p ime os diseños que sacamos y con el que empezamos a
hace p uebas ya más eales del sis ema de aga e (Figu as desde 7.15 has a 7.20). El
p ime p o o ipo se pensó pa a maneja obje os más g andes que los iales de unos 8 o
9mm de diáme o (po ejemplo como un lapice o).
Figu a 7.15: Diseño A
Figu a 7.16: Diseño B
Figu a 7.17: Diseño A
Figu a 7.18: Diseño B
Figu a 7.19: Diseño A
Figu a 7.20: Diseño B
28
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
Después de diseña , imp imi y mon a a ios diseños de pinzas uimos mejo ando y
modi icando las pa es necesa ias pa a in en a ob ene un diseño uncional que sea con
las ca ac e ís icas y las dimensiones pa a maneja un o nillo, cla o o ial de 3mm de
diáme o.
Algunas de las mejo as son más isuales: la go de la pa e inal del aga e de la pinza,
al u a y g oso de la pa e ase a con la cual se suje a a el sis emas de la pinza al es o
de la es uc u a, el g oso de es a pa e de sujeción.
O as que no son an isibles, como el ángulo que iene la pa e inal de la pinza, an o
donde se suje a con el o nillo, como la pa e donde se empieza a ab i en el ex emo.
El diáme o de la pa e de eng anajes pa a pode e i a que el o nillo llegue a oca en
el mic o-se o y de es a mane a el cie e de la pinza es más es able. Se ha modi icado
el g oso de la pieza de eng anajes secunda ia la que no se engancha al se omo o , de
mane a que encaja an mejo los sis emas de eng anajes. La o ma edonda donde cie a
la pinza se ha modi icado el diáme o en el diseño inal con un diáme o de 3mm o 3,2mm
dando un ma gen, pa a co egi los posibles allos en el p oceso de imp esión.
Figu a 7.21: Diseño pa a 3mm
Se pod ía deci que es e es el sis ema inal que enemos en es e momen os (Figu a 7.21),
que ya iene unas dimensiones y pa es con las que hemos ealizado p uebas más eales
y según los obje i os p incipales. Como la pinza es de plás ico y pa a mejo a la icción
con el obje o de p uebas ( o nillos) o con el p opio ial de c is al hemos añadido una
esponja pa a ello, y además de es o la esponja nos ayuda a mejo a la sensibilidad. Es a
misma esponja lo que nos ayuda es a man ene el obje o en una linea más e ical, ya
que el g oso de la pa e del aga e no es mucho (Figu a 7.22).
Finalmen e el sis ema de aga e nos ale an o pa a aga a el ial median e p esión
y le an a lo, ambién nos ald ía pa a pone le una unda o apón en la pa e al a y
le an a lo sin p esiona . Aunque pod íamos deci que es una mezcla de las dos o es
29
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
ideas que eníamos, aunque de momen o pueden su gi o as ideas o cambia de alles de
la que enemos ac ualmen e.
Figu a 7.22: Diseño inal mon ado y aga ando ial de id io
30
Capí ulo 8
P uebas, Mejo as y Conclusiones
En el pe iodo de p uebas una ez mon ado odas las pa es del p o o ipo (Figu a 8.1)
y eniendo un p og ama pa a el con ol de los di e en es sis emas y pudiendo manda le
ó denes pa a ealiza acciones el uncionamien o se ap oxima a los obje i os y unciones
p incipales.
Las unciones p incipales del sis ema se án: que el usua io lo ponga en la pinza o que la
p opia pinza coja un ial del pun o de eposo e in oduci lo en el sis ema de medición
(pun o de medida), y ealiza a ios mo imien os epe i i os de saca y deposi a el ial
en el pun o de medida. Una ez e minado el p oceso debe á ol e a deposi a es e en el
pun o de eposo o espe a que el usua io lo e i e. Has a que no se p uebe el sis ema ya
in eg ado con el sis ema de medición no end emos bien de inidos los p ocesos que debe á
hace el posicionado .
Los p incipales comandos se án: i a posición inicial, ce a o ab i la pinza, in oduci
o saca la mues a en el pun o de medida, coge o deja mues a en la posición de e-
poso y se pod án o ma secuencias más complejas combinando a ias de es as acciones
consecu i amen e.
Vimos que pa a ealiza una simulación más ealis a oda ía hab ía que simula el sis ema
o el pun o donde in oduci ía los iales pa a medi los (Figu as 8.2 y 8.3). Ya que en
el sis ema eal es a pa e es muy sensible, delicada y no se podían hace las p ime as
p uebas con el sis ema eal de medición. Además ealizamos un sopo e pa a a ios iales
pa a complica lo un poco más y de es a o ma, comp oba y con i ma que el sis ema es
iable al ealiza a ios mo imien os en e unos pun os y o os seguidamen e sin coge el
o igen.
Pa a la in oducción del ial en el pun o de medida o en uno de los pun os de ese a
había eces que se des iaba según la posición e ical en la que se había quedado el ial
al coge lo. No pa ece se un p oblema g a e, aunque hab á que soluciona lo e in en a
31
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
que el sis ema sea lo más iable posible en odos los aspec os.
Según las p uebas ealizadas has a el momen o el p o o ipo pod ía se i nos pa a empeza
a adap a lo y combina lo con el apa a o de medición pa a el que se ha pensado. Aunque
en pa alelo a es e p oceso de jun a ambos equipos se puede segui p obando y mejo ando
algunos aspec os del p o o ipo.
Algunas de las mejo as ya se han comen ado y se puede i abajando en ellas. Pe o
segu o que mien as se es e p obando y pos e io men e usando el p o o ipo ya sea indi-
idualmen e o en conjun o con el apa a o de medición i án su giendo y iéndose mejo as
que podamos hace .
Algunas de las mejo as se án que el sis ema pueda abaja con a ios iales y pa a ello
debemos añadi un si io de eposo pa a a ios iales. Tene un sis ema de comp obación
o de con i mación de que el ial es a bien posicionado y asegu a que la posición de la
pinza espec o al pun os de medi o al pun o de eposo es co ec o.
O o cambio que se ha is o una ez mon ado el p o o ipo pod ía se disminui su amaño
u op imiza los mo imien os, es o se pod ía consegui educiendo el amaño de las piezas
del p o o ipo, in en a coloca los pun os en los que debe hace alguna acción o educi
los mo imien os que debe hace y de es a o ma elimina alguno de los ejes. Al educi el
amaño gene al o sup imi alguno de los ejes, las pa e queda an más ce ca del pun o de
medida, po lo an o se debe ía comp oba que la p oximidad de los di e en es elemen os
no a ec e al p oceso de medida del apa a o.
Figu a 8.1: Posicionado au omá ico de iales
32

FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
Figu a 8.2: Magne óme o
Figu a 8.3: Magne óme o y posicionado in eg ados
33
Capí ulo 9
P og amas y Lib e ías usados
En é minos gene ales odos los p og amas y lib e ías que se han usado son p og amas
lib es o g a ui os. Al igual que odos los p oyec os de e e encia son lib es y g a ui os
( ienen licencia lib e).
Pa a la es uc u a gene al y el sis ema de aga e (pinza) se han usado p oyec os que
ienen una licencia de C ea i e Commons Non-Come cial license. Pa a el diseño de las
nue as piezas y la c eación de o as eniendo como e e encia las ya exis en es se ha usado
el p og ama OpenSCAD que es g a ui o y lib e. En conjun o con el p og ama de diseño se
han usado a ias lib e ías como la “PolyGea ”, pa a el diseño de las piezas de eng anajes
del sis ema de aga e y o as lib e ías y unciones del p opio p og ama. El p og ama
cuen a con muchos manuales, ejemplos y documen ación lo que nos acili a la u ilización
del mismo. Es un p og ama que la mayo ía de diseño se hace po código, aunque ambién
iene o as unciones.
Pa a el desa ollo y la p ueba del so wa e se han usado p og amas que son g a ui os o que
son lib es, es os es án desc i os y comen ados en el pun o 4 So wa e según el p og ama
y pa a que pa e del p oceso. La mayo ía de los p og amas pa a placas de desa ollo o
mic ocon olado es nos las p opo cionan los p opios ab ican es, lo cual acili a mucho
las cosas. Pa a el manejo del se o se ha usado la lib e ía “Se o.h” como ya se comen o
en pun os an e io es (Capi ulo 6: So wa e).
Las piezas se han imp eso con una imp eso a 3d del ipo ”po deposición de ma e ial
undido”, modelo: P usa i3 con un ma e ial del ipo PLA, no es más que biopolíme os
de i ados del ácido lác ico (la mayo pa e p o iene de plan as ege ales), po lo que es
un ma e ial biodeg adable en si ios de compos aje indus ial (es algo más espe uoso que
o os plás icos p o enien es de combus ibles ósiles). El diseño y so wa e ”Ma lin”de la
imp eso a iene licencia GPL.
34
Índice de igu as
3.1. Sis emade3ejes ............................... 3
3.2. Explicación posiciones sis ema eal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.1. Es uc u abásica............................... 11
4.2. PiezaejeZ .................................. 12
4.3. PiezaejeX .................................. 12
4.4. PiezaejeYmo o ............................... 12
4.5. Pieza eje Y odamien o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4.6. Tope a illaejeZ............................... 13
4.7. Final de ca e a modi icado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.8. EjeZmodi icaciones ............................. 13
4.9. Ca osejeZ.................................. 14
5.1. Mo o nema17 ................................ 15
5.2. D i e L298N................................. 16
5.3. D i e A4988 ................................. 17
5.4. D i e DRV8825 ............................... 17
5.5. Placa con PIC y d i e DRV8825 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
5.6. A duino Mega 2560 y Ramps 1.5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.7. A duino Mega 2560 y Ramps 1.5 mon ados . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5.8. Finaldeca e a................................ 18
6.1. Diag ama del so wa e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7.1. Eng anajeA.................................. 26
7.2. Eng anajeB.................................. 26
7.3. Basepinza................................... 26
7.4. Ba asujeción................................. 26
7.5. DedoApinza................................. 26
7.6. DedoBpinza................................. 26
7.7. Pinza e e enciaA .............................. 26
7.8. Pinza e e enciaB .............................. 26
35
FULL AUTOMATIC VIALS UNSCRAMBLER UCM
7.9. Eng anajes .................................. 27
7.10.Dedopinza1 ................................. 27
7.11.Dedopinza2 ................................. 27
7.12.Basese omo o ............................... 28
7.13.Conjun o is aA............................... 28
7.14.Conjun o is aB............................... 28
7.15.DiseñoA ................................... 28
7.16.DiseñoB.................................... 28
7.17.DiseñoA ................................... 28
7.18.DiseñoB.................................... 28
7.19.DiseñoA ................................... 28
7.20.DiseñoB.................................... 28
7.21.Diseñopa a3mm............................... 29
7.22. Diseño inal mon ado y aga ando ial de id io . . . . . . . . . . . . . . 30
8.1. Posicionado au omá ico de iales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
8.2. Magne óme o................................. 33
8.3. Magne óme o y posicionado in eg ados . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
36