UNIVERSIDAD POLITÉCINA DE VALENCIA
Depa amen o de Ingenie ía de Sis emas y Au omá ica
(DISA)
MÁSTER UNIVERSITARIO EN AUTOMÁTICA E INFORMÁTICA INDUSTRIAL
Diseño, implemen ación y con ol de una pinza se o-con olada
pa a un exoesquele o
TRABAJO DE FIN DE MÁSTER
AUTOR:
Camacho Muñoz, Je e son Fe nando
TUTOR:
Zo o ic, Ranko
VALENCIA - ESPAÑA
2016
Índice gene al
Índice de igu as i
Índice de ablas ii
1. ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN 2
1.1. Obje i os ............................................. 2
1.1.1. Obje i ogene al ..................................... 2
1.1.2. Obje i osespecí icos................................... 2
1.2. Jus i icación............................................ 2
1.3. Me odología............................................ 3
2. ESTADO DEL ARTE 6
2.1. In oducción............................................ 6
2.2. Robó ica.............................................. 7
2.3. Sis ema obó icomul imodal .................................. 9
2.4. Exoesquele os........................................... 13
2.4.1. Clasi icación de los exoesquele os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.1.1. Exoesquele os No po á iles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.4.1.2. Exoesquele os Po á iles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.2. Aplicaciones de los exoesquele os obó icos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4.2.1. Ampli icado es de po encia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4.2.2. Disposi i o pa a ealimen ación háp ica y de ue zas . . . . . . . . . . . . 20
2.4.2.3. Rehabili ación y en enamien o mo o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4.2.4. Es udio e in es igación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.4.3. Powe Asis sui Kawassaki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5. E ec o Final ........................................... 25
2.5.1. He amien a ....................................... 25
2.5.1.1. C i e ios de selección de manipulado es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.5.2. PinzaRobó ica...................................... 27
2.6. Pinza obó icacomop ó esis .................................. 29
i
ÍNDICE GENERAL
3. MATERIALES Y MÉTODOS 32
3.1. Ha dwa e ............................................. 32
3.2. Fundamen os pa a el diseño de la pinza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.1. Pun osdecon ac o.................................... 32
3.2.2. Núme o de dedos a u iliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.3. Fue za de acue do a los pun os de p esión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.4. Desplazamien o pa a el aga e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2.4.1. Á eaaocupa ................................. 37
3.2.4.2. MáximodeApe u a ............................. 37
3.2.4.3. Desgas eMecánico............................... 38
3.2.4.4. Fue zaMáxima ................................ 38
3.2.4.5. Obje osasuje a ............................... 39
3.2.5. Tamañodelosdedos................................... 40
3.3. Diseñodelapinza ........................................ 40
3.3.1. Ca ain e io delapinza................................. 41
3.3.2. Ca asupe io delapinza ................................ 42
3.3.3. Componen e izquie do y de echo compues o po dos dedos cada uno . . . . . . . . 43
3.3.4. Ejesde o ación ..................................... 45
3.4. Senso esdeFue za........................................ 46
3.5. Diseño de ci cui os elec ónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6. So wa e.............................................. 50
3.6.1. A qui ec u a de p og amación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.6.1.1. In e azUSB.................................. 53
3.6.1.2. SDRAM .................................... 53
3.6.2. Iden i icación del sis ema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.6.2.1. Fil o del senso de e oalimen ación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.6.2.2. Ob ene da os ................................. 57
3.6.2.3. Calculo de la unción de ans e encia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.6.2.4. Simulación y alidación de las ecuaciones ob enidas . . . . . . . . . . . . 61
3.6.2.5. Diseño de con olado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.6.3. Con ol .......................................... 66
3.6.3.1. Con ol po Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.6.3.2. Con ol po Posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.6.3.3. Con olpo Fue za .............................. 75
ii
ÍNDICE GENERAL
4. FUNCIONAMIENTO Y PRUEBAS 82
4.1. ConexiónTa je as m32 4xx................................... 82
4.1.1. GPIOau iliza ...................................... 82
4.2. Lib e iasau iliza ........................................ 84
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 88
5.1. Conclusiones ........................................... 88
5.2. Recomendaciones......................................... 90
Bibliog a ía 91
ANEXOS 94
A. Co as de la pinza 95
B. Lib e ías Usadas 99
B.1.USB ................................................ 99
B.2.ADC................................................ 100
B.3.PWM ............................................... 100
B.4.SDRAM.............................................. 100
B.5.TIMER .............................................. 100
B.6.Lib e iasgene ales ........................................ 101
B.7. Lib e ias c eadas pa a el p esen e p oyec o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
C. Esquemas pa a ci cui o de senso es 102
D. Código desa ollado 104
D.1.main.c............................................... 104
D.2.accions.c.............................................. 111
D.3.accions.h.............................................. 117
iii
Índice de igu as
1.1. E apas de elabo ación del p oyec o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1. C ecimien o de la au oma ización obo izada[3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. Diag ama de bloques del sis ema neu omuscula -esquelé ico humano[30] . . . . . . . . . . 10
2.3. Esquema en lazo ce ado del sis ema de con ol[31] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4. Con igu ación del exoesquele o obó ico pa a es udios del mo imien o del miemb o supe-
io . Izq: Esquema del mo imien o; De : Disposi i o adap ado sob e el miemb o supe io [30] 12
2.5. Ta je aRaspbe yPi3...................................... 13
2.6. Encode consenso óp ico.................................... 13
2.7. Ba e ías mon adas en exoesquele o[9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.8. Ma cibionics Exoesquele o mecanismo de mo ilidad[10] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.9. Ma codeexoesquele o...................................... 15
2.10. Clasi icación en base a la po abilidad (a) No po á iles, (b) Po á iles . . . . . . . . . . . 16
2.11.Exoesquele oHULC[14] ..................................... 18
2.12. Sis ema eleope ado mas e -escla o[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.13. In e az Háp ica Cybe g asp[16] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.14. Exoesquele o pa a ehabili ación[17] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.15. Diseño biomecánico de una p ó esis obó ica[20] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.16. B azo accionado de o ma neumá ica Kawassaki[29] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.17. Esquema de aje Kawassaki[29] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.18. Exoesquele o desa ollado po la emp esa Kawassaki . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.19. E ec o es inales u ilizados ecuen emen e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.20. G ados de libe ad en una mano humana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.21.Doblepinzabasculan e[24].................................... 29
2.22.P o esisdemanoscomple as .................................. 29
3.1. Fo mas de obje os posibles[32] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2. Pun os de aplicación de ue za . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3. Desplazamien os Angula y Rec ilíneo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.4. Dimensionesdepiñones[34] ................................... 41
i

ÍNDICE DE FIGURAS
3.5. Ca ain e io delapinza..................................... 42
3.6. Ca asupe io delapinza .................................... 43
3.7. Componen es Izquie do o de echo con sus espec i as pa es . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.8. Unión en e los dedos y los ejes de la ca a in e io . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.9. Unión en e los dedos y los ejes de la ca a supe io . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.10.Senso deFue za ......................................... 46
3.11.Di iso deVol aje[35]...................................... 46
3.12. Conjun o de pesas pa a p uebas de senso de ue za . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.13. Salida - Peso aplicado Resis o 10 kΩ.............................. 48
3.14. Salida - Peso aplicado Resis o 1 kΩ.............................. 48
3.15. Salida - Peso aplicado Resis o 2 kΩ.............................. 49
3.16. Diseño de placa con en adas y salidas de senso es de ue za . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.17.Esquemain e so de ol aje................................... 50
3.18. Esquema de conexión puen e h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.19. A qui ec u a de con ol gene al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.20. Maquina de es ados pa a con ol gene al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.21. Maquina de es ados pa a ob ención de da os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.22.Da osOb enidossin il o .................................... 54
3.23. Da os Ob enidos con il ado median e capaci o elec olí ico . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.24. Fil o p omediado con 30 mues as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.25. Fil o p omediado con 50 mues as . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.26. Sis ema de expe imen ación con ganancia 3 en el p opo cional . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.27. Diseño en simulink pa a el esquema en bucle ce ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.28. Esquema eal y esquema simulado con la unción de ans e encia ob enida . . . . . . . . 62
3.29. Esquema en bucle abie o y en bucle ce ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.30. Compa ación en bucle abie o y en bucle ce ado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.31. Diseño del con olado PD Siso ool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.32. Respues a al impulso median e Siso ool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.33. Respues as an e e e encia con con olado PD y P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.34. Esquema de con ol pa a Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.35. Esquema de con ol po es ados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.36. Esquema de uncionamien o pa a Velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.37. Ruido en el senso del mo o pa a de e mina la elocidad del mismo . . . . . . . . . . . . 68
3.38. Desplazamien o cons an e pa a de e mina la elocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.39. Esquema de con ol pa a Posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.40. Esquema de uncionamien o pa a Posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.41.Esquemadecon olPID[38]................................... 73
3.42.Algo i modecon olPID .................................... 74
ÍNDICE DE FIGURAS
3.43. Ape u a de la pinza den o del ango que a de 115 a 145 g ados . . . . . . . . . . . . . . 75
3.44. Esquema de uncionamien o pa a Fue za . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.45. Esquema de con ol pa a Fue za . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.46. Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 80 %de la capacidad o al de la pinza . . . 78
3.47. Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 90 %de la capacidad o al de la pinza . . . 79
3.48. Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 50 %de la capacidad o al de la pinza . . . 80
4.1. De inicionesenTa ge ...................................... 84
4.2. Algunas de las lib e ías u ilizadas pa a el p oyec o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.3. Pa hDisco e y .......................................... 85
4.4. Pue o a usa po la a je a Disco e y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.5. Posiblesaccionesa ealiza ................................... 85
4.6. Fo ma de ejecu a las di e en es acciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.7. Ing esando mas de un alo pa a de e mina posición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
A.1. Medidas Ca a in e io de la pinza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
A.2. Medidas Ca a supe io de la pinza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
A.3.Medidasambosdedos ...................................... 98
C.1. Placa acondicionada pa a senso es de ue za . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
C.2. Top silk pa a nomb a los di e en es pun os de la placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
i
Índice de ablas
2.1. CAUSAS COMUNES DE DEBILIDAD MUSCULAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2. HERRAMIENTAS TERMINALES PARA ROBOTS [22] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1. Acciones a ealiza , necesidad y posibilidad de ealiza la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2. Velocidad en di e en es ins an es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.1. GPIO Disponibles pa a unciona como ADC’s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
ii
ALCANCE DE LA INVESTIGACIÓN
2.2 Robó ica
T aspo e y au omoción
Medioambien al
Misiones de esca e
Vigilancia y segu idad
Mili a
Ta eas domés icas
En e enimien o y ocio
Ag icul u a y ganade ía
Educación e in o mación
Asis encia y cuidado ancianos
Cons ucción
Qui ú gica
Rehabili ación
Exoesquele os y p ó esis
A e y pa imonio
Subma ina
Exis en aspec os de los mencionados an e io men e en los cuales ya se han desa ollado impo an es
a ances en e e encia a la ecnología que los p ecede como en el campo de la ag icul u a y ganade ía cuyo
p incipio undamen al de uncionamien o se basa en el econocimien o del cul i o median e imágenes que
son p ocesadas y a su ez en ían ó denes p ecisas en cuan o a las a eas a ealiza , con alguna plan a
del cul i o, En la ac ualidad, exis en pequeños obo s que ealizan a eas de búsqueda y ansmisión de
in o mación sob e un de e minado e eno de una o ma o almen e nue a en el sec o ag ícola, aunque
a u u o se p e é el uso de d ones pa a ealiza un eco ido más ex endido y más ápido de un de e mi-
nado en o no[4], es os equipos co espondien es al á ea aé ea y espacial han ido e olucionando en cuan o
a alcance, iempo de uelo, ansmisión de da os y manipulación de los mismos se e ie e.
También exis en impo an es a ances en la cons ucción ya que la aplicación de un sis ema de au-
oma ización en la cons ucción inc emen a la p oduc i idad y la calidad de una de e minada ob a, de
conc e a se los p oyec os en ma cha se p e ende educi el iempo de cons ucción en un 70%, De es a
mane a, se ga an iza un abajo más e icien e, así como un inc emen o de calidad y con p es aciones de
las edi icaciones aco de con las necesidades de la sociedad ac ual, San iago Ma ínez de la Casa de la
8

2.3 Sis ema obó ico mul imodal
Uni e sidad Ca los III de Mad id dice: que el es udio se cen a en la in oducción de obo s indus iales
come ciales en el en o no de la cons ucción, a o eciendo el ensamblaje de múl iples p oduc os y que
pueden se anspo ado de ob a en ob a[5].
Se pod ía ambien habla del campo subma inos cuyos ehículos son aquellos no ipulados sume gi-
bles que pueden se con olados desde la supe icie, pueden se al amen e maniob ables y al menos, lle an
una cáma a de ideo y luces. Se selecciona el ipo de obo a usa dependiendo del en o no u obje i o,
pueden lle a di e en es acceso ios ales como: sona es, b azos manipulado es y senso es de a iados ipos.
Ac ualmen e hay a ias emp esas que se dedican a la in es igación y desa ollo de es e ipo de obo s ya
que muchos cien í icos u emp esas los u ilizan pa a lle a a cabo sus in es igaciones ma í imas[6].
Sin duda exis en a ios a ances en odos las líneas de in es igación mencionadas en el p esen e docu-
men o pudiendo se una de las amas que cuen a con mayo in e sión y a la que se le a ibuyen g andes
a ances y la línea mili a , los obo s mili a es se emon an a la Segunda Gue a Mundial y la Gue a
F ía en la o ma de Alemania minas Golia y la Unión So ié ica ele anks, El MQ-1 P eda o d one ue
cuando agen es de la CIA ie on los bene icios p ác icos po p ime a ez en la an asía de lo que en
ese en onces e a, la u ilización de obo s aé eos pa a ecaba in o mación de in eligencia, no obs an e
exis e quienes c een que el u u o de la gue a mode na se pelea á po los sis emas de a mas au omá i-
cos1, Es po al mo i o que po encias mundiales in ie en g andes ci as en su in es igación y desa ollo[7].
Pa e de es as in es igaciones no solo aba can el desa ollo de a mamen o bélico, ambién se in es iga
la posibilidad de usando es uc u as mecánicas con oladas, se pueda p o ee al se humano de capacida-
des de ue za, p ecisión, e c, que de o a mane a se ia imposible adqui i las, ha es os apa a os mecánicos
se les denomina exo-esquele os, misma denominación que o ma pa e de una de las líneas de in es igación
mencionadas an e io men e.
Conscien es del po encial que pudiesen apo a los exo-esquele os, se ha ex endido su línea de in es-
igación pa a do a a pe sonas que han sido despojadas de mo ilidad en sus ex emidades o po ausencia
de ellas, ha pe noc a en sus capacidades pa a in es iga sob e la o ma en como sus i ui las, pa a que el
indi iduo que las posee se ein eg e a sus ac i idades dia ias de o ma iable y con la segu idad que solo
sus ex emidades na u ales le ue on capaces de da un día.
2.3. Sis ema obó ico mul imodal
El abajo de in es igación denominado "Sis ema Robó ico Mul imodal pa a Análisis y Es udios en
Biomecánica, Mo imien o Humano y Con ol Neu omo o "desa ollado po <And és Felipe Ruíz Ola-
ya>, en la Uni e sidad Ca los III de Mad id2, es o ien ada a: diseña , implemen a y e alua un sis ema,
1h ps://en.wikipedia.o g/wiki/Mili a y_ obo
2h p://www.uc3m.es/Inicio
9
2.3 Sis ema obó ico mul imodal
compues o po un exoesquele o obó ico de miemb o supe io y módulos independien es, que al ac ua
en conjun o dan una solución mul imodal den o del es udio neu omo o humano, desa ollando an o el
exoesquele o como di e sas he amien as, han sido in eg adas en un sis ema común en esquema mul i-
modal, siendo obje o de es udio la a iculación del codo se ha de e minado la iabilidad de es ima la
impedancia mecánica a pa i de la ac i ación de los musculos asociados al mo imien o de dicha a icu-
lación, especí icamen e bíceps y íceps b aquial.
Desde es e pun o de is a y en e e encia al mo imien o humano, exis en di e sos subsis emas que
componen el sis ema p incipal el cual enlaza una señal gene ada en el sis ema ne ioso cen al a un e en o
de mo imien o humano. Teniendo como base que uno de los desa íos que a on an los in es igado es en
neu ociencia, in oluc ados en el análisis del mo imien o humano, es en ende que e en os o secuencia
de los mismo, conec a la ac i idad neu onal a la con acción muscula , p oduc o de lo cual se gene a
el mo imien o humano y la in e elación en e los dis in os subsis emas que componen el sis ema mo o
humano pa a lo cual se plan ea el esquema mos ado en la igu a 2.2, con el in de comp ende su
uncionamien o[30].
Figu a 2.2: Diag ama de bloques del sis ema neu omuscula -esquelé ico humano[30]
10
2.3 Sis ema obó ico mul imodal
De o ma sencilla se puede simpli ica el esquema en una en ada p oduc o de un es ímulo neu ológico
p oduciendo una salida aducida como una ac i ación muscula , desde el pun o de is a écnico al cual se
acogen o os au o es se e ía como el esquema de la igu a 2.3, en el cual TF F co esponde a la es imación
del bloque p edic i o o eed owa d y el y TF B co esponde al componen e de ealimen ación eedback,
esul ando las p opiedades elás icas del músculo[31].
Es e esquema de con ol compues o po una se ie de bloques an icipa i os o p edic i os y di e sos lazos
de ealimen ación o eedback. Desde la pe spec i a de la ingenie ía de con ol, a un sis ema de con ol se
le aplica una pe u bación ex e na y se lo ca aloga al mismo median e la obse ación de los cambios en su
dinámica. De es a o ma, se pod ía deci que pa a las in es igaciones del mo imien o humano y con ol
neu omo o exis en escena ios en los cuales es necesa io adqui i y egis a la ac i idad eléc ica del
suje o, en sinc onía con las mediciones cinemá icas y dinámicas p oducidas po el mo imien o humano
pa a modela di e sos aspec os del sis ema de con ol[31].
Figu a 2.3: Esquema en lazo ce ado del sis ema de con ol[31]
Con base en los pun os an e io es se desa ollo en p ime a ins ancia, un disposi i o obó ico el cual
uese capaz de aplica di e en es pa es de inidos sob e el mo imien o olun a io del suje o, usando sopo -
es pa a el exoesquele o los cuales p opo cionen una ansmisión e ec i a de la ca ga sob e el miemb o
supe io , pa a lo cual se ha usado ma e iales e mo-plás icos como elemen os de sujeción es a e apa con-
cluida se mues a en la igu a 2.4.
Es e disposi i o ha sido diseñado omando en conside ación que se debe man ene un ango de mo-
imien os en un espacio segu o pa a quien lo po a, ajus ando su cinemá ica al miemb o supe io y
es ingiendo el ango de mo imien os, a uno meno que el pe enecien e al mismo miemb o en cada
una de sus a iculaciones, se ha conside ado ambién que el uso del disposi i o no al e e a g an escala
los pa ones isiológicos de la pe sona, ya que los mo imien os del disposi i o dependen del umb al de
p esión de es os, limi ando de es a mane a los pa es máximos a se aplicados po el disposi i o obó ico
en las a iculaciones y sus zonas de aplicación.
11
2.3 Sis ema obó ico mul imodal
Figu a 2.4: Con igu ación del exoesquele o obó ico pa a es udios del mo imien o del miemb o
supe io . Izq: Esquema del mo imien o; De : Disposi i o adap ado sob e el miemb o supe io [30]
El disposi i o obó ico diseñado an e io men e si e como disposi i o de medida y ac uación o os
elemen os como la he amien a de adquisición de EMG1, pe mi en egis a o as a iables de in e és
asociadas a la ac i idad bioeléc ica, ya que cuen a con una a qui ec u a de con ol abie a, pe mi e
ejecu a en iempo eal algo i mos de con ol desa ollados en MATLAB2, siendo posible la alidación
del ha dwa e y adquisición de señales del mismo.
La expe imen ación del disposi i o en un en o no con olado a pe mi ido compa a y alida pa es
gene ados y aplicados po el exoesquele o, siendo posible la con igu ación de una se ie de condiciones de
ope a i idad sob e seguimien o de pe iles de ue za, ep oduciendo a ios en o nos dinámicos y gene an-
do pe u baciones mecánicas.
De es e modo y median e las apo aciones desc i as an e io men e in es igación lle ada a cabo po
Felipe Ruíz, deja cons ancia de es componen es de alladas como lo son: cien í ica, ecnológica y expe i-
men al en suje os eales, cuya componen e ecnológica se mos ó en la igu a 2.4, la componen e cien í ica
implicada en el modelado de la dinámica del codo conjun amen e con es a in o mación y la in o mación
EMG de los musculos asociados a dicha a iculación. desa ollando de es a o ma un sis ema obó ico
pa a ealiza es udios expe imen ales del sis ema neu omo o humano.
Es e p oyec o ha dejado abie as nue as líneas de in es igación ales como: Es udio del mo imien o
humano (al ni el del miemb o supe io ) bajo ca gas ex e nas, ampliando su u ilización a o as a icu-
laciones como la muñeca. Con igu ación de expe imen os que in oluc en no solo con ol pos u al sino
ambién con ol del mo imien o, e c. Es as líneas p opues as en e o as son de las cuales ha pa ido el
p esen e p oyec o.
1h p://www.abou kidsheal h.ca/En/Heal hAZ/Mul ilingual/ES/Pages/elec omyog aphy-emg.aspx
2h p://es.ma hwo ks.com/p oduc s/ma lab/
12
2.4 Exoesquele os
2.4. Exoesquele os
El exoesquele o no es mas que un apa a o mecánico el cual sos iene al cue po desde a ue a, a di e en-
cia del esquele o que lo con o man los huesos, el cual sos iene al cue po desde aden o; son usualmen e
diseñados pa a aumen a las capacidades de las pe sonas como su ue za, mo ilidad, esis encia o pa a
eje ce ac i idades ísicas que sin ellos les uese imposibles.
Los exoesquele os pueden es a compues os de a ios componen es como:
Con olado : Pa e del equipo de la elec ónica del disposi i o, ac ua á como el ce eb o del mismo
omando lec u as p opo cionadas po los senso es y omando como e e encia las mismas decidi
que acciones deben ejecu a los ac uado es, si la lógica y la medición de las mismas es co ec as
pe mi i á al usua io pa a se, camina , le an a obje os u o as ac i idades pa a las cuales halla sido
p og amado, un posible con olado pod ía se la a je a Raspbe y que se mues a en la igu a 2.5
Figu a 2.5: Ta je a Raspbe y Pi 3
Senso es: Ya sean de ue za, isión, dis ancia u o as a iables que se deseen, ob end án la in o -
mación del en o no en que se ejecu a su lec u a, pa a pos e io men e se ansmi ido al con olado ,
uno de es os senso es pod ía se el encode el cual conjun amen e con un senso óp ico, igu a 2.6,
en egan la in o mación co espondien e al núme o de uel as de un mo o eléc ico.
Figu a 2.6: Encode con senso óp ico
13

2.4 Exoesquele os
Ba e ías: Teniendo como unción p incipal el mo imien o del exoesquele o, deben se capaces de
po a la ene gía su icien e pa a su mo imien o y ene giza los componen es eléc icos o elec ó-
nicos que pueda con ene , es as deben eca ga se ápidamen e y no pesa demasiado pa a que el
exoesquele o no sea olup uoso o demasiado pesado como es el caso de la igu a 2.7.
Figu a 2.7: Ba e ías mon adas en exoesquele o[9]
Ac uado es: Son los que se enca ga án de los mo imien os del exoesquele o siendo usualmen e de
ipo eléc ico o hid áulico, es os ejecu an sus mo imien os usando la ene gía en iada po las ba e ías
y la in o mación ansmi ida po el con olado , lle ando el exoesquele o a posiciones p ecisas y sin
demasiado es ue zo pa a la pe sona que los usa es e ipo de disposi i os pod ían luci como el de
Ma cibionics1que se mues a en la igu a 2.8.
Figu a 2.8: Ma cibionics Exoesquele o mecanismo de mo ilidad[10]
Ma co: El ma co debe de se de un ma e ial lige o y esis en e como se mues a en la igu a 2.9, ya
que a a sopo a no solo el peso de los obje os que aya a le an a sino ambién el peso del suje o
que lo u ilice, no debe supone mayo es ue zo y debe se segu o pa a quien lo po e a in de que
no se las ime o su a algún acciden e elacionado con el uso del exoesquele o[8].
1h p://www.sma he apy.o g/c owd unding-ma si-bionics/
14
2.4 Exoesquele os
Figu a 2.9: Ma co de exoesquele o
A di e encia de las es uc u as que comp ende el diseño de un exoesquele o comple o, exis en ambién
exoesquele os diseñados pa a pa es especí icas del cue po ya sea un b azo una pie na o la mano, siendo
es as usadas po quienes ca ecen de la ex emidad o po que han pe dido la mo ilidad del mismo, es os
diseños apa e de las exigencias de po abilidad, ambién es necesa io que sean p ecisos, ya que in e ac ua-
án de mane a di ec a con su po ado y con el en o no que los odea, cumpliendo a eas sencillas pa a
el cue po humano pe o de mayo complejidad pa a una ex emidad obó ica; como es el caso de le an a
un ecipien e que con enga líquido y e e lo en o o, su complejidad es mayo ya que quien lo manipula
se limi a a su necesidad y la ex emidad obó ica median e sus di e en es senso es, debe in e ac ua no
solo con el en o no sino ambién con las decisiones de la pe sona que lo po a, es e ámbi o es el que se
encuen a ac ualmen e en ase de es udio aunque ya se han enido g andes a ances.
2.4.1. Clasi icación de los exoesquele os
Los exoesquele os se pueden clasi ica en uncion de los ac uado es u ilizados(neumá ico, eléc ico o
hid áulico), cadena cinemá ica, ipo de con ol, o aplicación, los diseños ac uales en su mayo ía se basan
en in e aces suje as a una base ex e na, pudiendo se clasi icados como po á iles o no po á iles, es a
ul ima clasi icación se la puede ap ecia en la igu a 2.10.
2.4.1.1. Exoesquele os No po á iles
A di e encia de los po á iles es os se encuen an anclados a una base ija, pudiendo se es a el suelo,
la pa ed o el echo, ya que el peso no ecae en el usua io, es e ipo de exoesquele os suele se mucho mas
pesado y a su ez más complejas, ya que pueden con a con mayo núme o de ac uado es o ins umen os
capaces de gene a un o que mayo debido a la obus ez de su es uc u a, siendo uno de los pun os mas
conside ados la segu idad que puedan o ece los mismos ( éase igu a 2.10 a).
15
2.4 Exoesquele os
Ya que no es án es ingidos en peso o olumen se puede u iliza cualquie disposi i o sob e los
mismos, inclusi e ansmisiones mecánicas como cables o poleas, siendo posible el uso de he amien as
adicionales pa a las di e en es ansmisiones de ue za[11].
2.4.1.2. Exoesquele os Po á iles
Es un disposi i o median e el cual el usua io iene que se quien sopo e el peso del exoesquele o o
un disposi i o mó il como una silla de uedas que se mue a conjun amen e con el suje o, de es a o ma
los pun os de p esión o ue za son eje cidos sob e el usua io en los pun os de sujeción ( éase igu a 2.10 b).
Ya que exis en es icciones de peso, se inhibe el uso de un g an nume o de ac uado es, pe o am-
bién se educe la can idad de g ados de libe ad pa a pode eje ce ue zas de o ma ap opiada sob e los
miemb os del suje o, es po al mo i o que los exoesquele os po á iles equie en especial a ención en el
núme o de g ados de libe ad[11]..
Es e ipo de ca ac e ís icas en pa icula obliga a quien lo diseñe a c ea lo con menos peso y olumen,
e i ando de es a mane a la a iga muscula , po ende sus ac uado es deben co esponde se en po encia
y peso o po encia y olumen pa a que puedan se usados en es e ipo de in e aces, siendo clasi icados
ambién en dos g upos exoesquele os pa a el b azo o pa a la mano.
Figu a 2.10: Clasi icación en base a la po abilidad (a) No po á iles, (b) Po á iles
2.4.2. Aplicaciones de los exoesquele os obó icos
Aunque los exoesquele os han sido u ilizados en di e en es aplicaciones. En o ma de concep o es os
sis emas se pueden u iliza en las siguien es aplicaciones.
Ampli icado es de po encia.
•Asis encia y compensación uncional.
16
2.4 Exoesquele os
Disposi i o pa a e-alimen ación háp ica y de ue zas
•Disposi i os de un sis ema de eleope ación maes o/escla o.
•Disposi i os háp icos.
Rehabili ación y en enamien o mo o .
Es udio e in es igación.
•Biomecánica.
•Neu o isiología y con ol mo o .
•T as o nos de mo imien o.
2.4.2.1. Ampli icado es de po encia
Como su nomb e lo indica, son capaces de ampli ica la capacidad ísica del suje o que lo po a, aun-
que ambién puede se usado po pe sonas que hayan su ido algún ipo de acciden e el cual limi e sus
capacidades ísicas o mo o as[13].
Un es udio lle ado a cabo po la Uni e sidad de Pamplona1ace ca de las Ó esis2ac i as, es ablece
los exoesquele os son de g an ayuda du an e la e apia ya que pe mi en in e ac ua di ec amen e con el
humano emulando sus mo imien os, es o se debe a que lo con o ma un mecanismo cuya es uc u a es a
acoplado ex e namen e y sus jun as y eslabones co esponden a las pa es del cue po humano que simula,
el con ac o en e es os sis emas y el cue po humano pe mi e la ans e encia de po encia mecánica y
señales de in o mación[12].
Cuando uncionan como ampli icado es de po encia, el usua io ansmi e señales al exoesquele o, ya
sea median e es ímulos a senso es de di e en e ipo o po a eas que uesen p e-de inidas eniendo como
in una de e minada a ea, el usua io que u iliza es e sis ema puede desa olla pesadas a eas de índole
ísico con el mínimo es ue zo.
Un ejemplo no able en el desa ollo de es e ipo de exoesquele os es el desa ollado po los EE:UU
pa a sus soldados el denominado HULC.
Exoesquele o HULC: El Human Uni e sal Load Ca ie (HULC) o po ado de ca ga uni e sal
humano es como la emp esa "Lokheed Ma in"denominó al exoesquele o desa ollado pa a las ue zas
mili a es de los EE:UU, en una se ie de p uebas en conjun o con Na ick Soldie Resea ch De elopmen
and Enginee ing Cen e (NSRDEC) el po encial de los exoesquele os pa a ali ia el es ue zo y la a iga de
1h p://www.unipamplona.edu.co/
2h p://o opedia1.com/o esis
17
2.4 Exoesquele os
Figu a 2.16: B azo accionado de o ma neumá ica Kawassaki[29]
En el año de 1994 la misma emp esa desa ollo un aje de po encia compues o po ambos b azos
pie nas y cin u a basados en el mismo p incipio usado an e io men e median e ac uado es de goma, los
b azos, cin u a y las pie nas es aban conec adas en e si y de la misma mane a es aban enlazados al
usua io, dándole el aspec o de aje cuyo esquema se mues a en la igu a 2.17.
Figu a 2.17: Esquema de aje Kawassaki[29]
En los diseños p ima ios el aje había es ado suje o a cables pa a su alimen ación y mangue as pa a
el suminis o de ai e, has a que en el año 2002 ealiza on una disminución conside able del gas o de
ene gía y de los sis emas de suminis o de ai e log ando que es os sean po ables, Los b azos, las pie nas
y la cin u a ienen ac uado es o a i os neumá icos, accionados di ec amen e con bombas de ai e mic o
suminis ados po ba e ías po á iles de níquel, las ue zas muscula es se de ec an con un nue o senso
de du eza del músculo que u iliza una pun a senso a mon ada en un disposi i o de película g uesa de
políme o, el mic oo denado inco po ado calcula el pa necesa io pa a man ene una posición de acue do
con las ecuaciones de i adas de la mecánica del cue po; u ilizando los ángulos de la a iculación y el pa
necesa io, se combina con las señales de salida pa a c ea las ó denes de con ol.
En los años p óximos i ía e olucionando a al pun o que en el año 2005 la emp esa con aba con un
aje mucho mas obus o, de es a o ma, a a anzado con inuamen e log ando en los úl imos años, diseña
un exoesquele o aco de a los obje i os plan eados, quedando al como se obse a en la igu a 2.18.
24

2.5 E ec o Final
Figu a 2.18: Exoesquele o desa ollado po la emp esa Kawassaki
2.5. E ec o Final
En las aplicaciones indus iales pa a comple a el abajo de un obo , se debe u iliza disposi i os
adicionales, los cuales se pod ía denomina como pe i é icos del obo , El e mino pa a denomina al
disposi i o que es a unido a la muñeca den o de obó ica es ac uado inal, es a he amien a es a di-
señada especialmen e pa a hace que el obo de p opósi o gene al cumpla con una a ea en especí ico[22].
Los e ec o es inales pueden di idi se en dos g andes g upos:
He amien a
G ippe (Pinza)
2.5.1. He amien a
Las he amien as u ilizadas como e ec o es inales, es án diseñadas pa a cumpli con una a ea de e -
minada en la cual deba aplica se una ope ación sob e las piezas de abajo algunas de es as he amien as
y su unción se indican en la abla 2.2. En cada uno de es os casos la pieza abaja unida a la muñeca
pa a lle a a cabo el abajo asignado.
He amien a Función que desa olla
Soldadu a po pun o Dos elec odos que se cie an sob e la pieza a solda
Sople e soldadu a de a co Apo an el lujo de elec odo el cual se unde
Cucha ón pa a colada Se u iliza en abajos de undición
A o nillado Suelen inclui la alimen ación de o nillos
F esa-lija Pa a pe ila , elimina ebabas, puli , e c
Pis ola de pin u a Pa a pul e ización de la pin u a
Cañón láse Pa a co e de ma e iales, soldadu a o inspección
Cañón de agua a p esión Pa a co e de ma e iales
Tabla 2.2: HERRAMIENTAS TERMINALES PARA ROBOTS [22]
25
2.5 E ec o Final
Algunos de los manipulado es se pueden ap ecia en las imágenes de la igu a 2.19.
Figu a 2.19: E ec o es inales u ilizados ecuen emen e
2.5.1.1. C i e ios de selección de manipulado es
Exis en a ios c i e ios de selección pa a los manipulado es en e los cuales los más usados son:
T abajo de la pieza al se manejada.- En unción del obo en el cual se u iliza á la pieza se
de inen las ca ac e ís icas de la misma ales como:
•Dimensiones
•Masa
•Po encia
•Geome ía de obo
Ac uado es Los ac uado es pueden se de di e en es ca ac e ís icas dependien es de las piezas con
las que se a a abaja pudiendo se de ipo:
•Mecánico
•Al Vacío
•Magné ico
Ma e iales En unción del en o no y piezas en las cuales se a a abaja se puede de ini el ma e ial
del e ec o inal
26
2.5 E ec o Final
•Fue e, ígido, du able
•Es ue zo con inuo
•Cos o y ac ibilidad en p oducción
•Coe icien e de icción
•En o no de abajo
Posicionamien o En aplicaciones indus iales es impo an e que exis a epe ibilidad en la cadena
de p oducción po lo cual el e ec o inal se elige dependiendo de:
•Longi ud del manipulado
•Longi ud del obo y epe ibilidad
•Tole ancias
De o ma adicional se puede deci según [23] que los c i e ios de selección de una he amien a son:
1. Un Peso bajo pa a pe mi i ene un manejo de ca ga más ú il, aumen o de las acele aciones,
disminución en iempo de ciclo.
2. Dimensiones mínimas dispues as po el amaño de la pieza de abajo.
3. Rango más ancho de las pa es de la pieza usando inse ciones, y mo imien os ajus ables.
4. Rigidez pa a man ene la exac i ud del obo y educi ib aciones.
5. Fue za máxima solici ada, segu idad y p e ención de daño en los p oduc os.
6. La uen e de pode debe es a p on amen e disponible pa a el obo .
7. El man enimien o debe se ácil y ápido.
8. Fo mas de segu idad pa a que el ma e ial no se deje cae cuando al e la uen e de pode .
Median e es os c i e ios de selección en nues os e ec o es inales podemos adap a nues o mecanismo
a las unciones que deseemos, es po al mo i o conside a es os c i e ios en e o os que se puedan
p esen a al momen o de selecciona el e ec o inal con el cual se a a abaja .
2.5.2. Pinza Robó ica
También conocidas como e ec o inal en un b azo obó ico; es un sis ema cuya p incipal unción
es suje a obje os pa a ob ene un de e minado e ec o, es impo an e que las pinzas que se desa ollen
puedan mo e se en es dimensiones a in de que se imi e la mo ilidad de una mano eal.
Conside ando los g ados de libe ad, una pieza obó ica puede ene un máximo de seis g ados de
libe ad, exp esados en es mo imien os lineales en las es dimensiones de los ejes x, y, z y es mo-
imien os gi a o ios α1,α2yα3, sob e los ejes x, y, z. Se puede conside a que exis en máquinas que
27
2.5 E ec o Final
cuen an con más de 6 g ados de libe ad, a las cuales se les conoce como g ados de libe ad mecánica
o de libe ad de mo imien os[24], Según Bejcy1una mano humana puede ejecu a mo imien os con seis
g ados de libe ad al como se mues a en la igu a 2.20.
Figu a 2.20: G ados de libe ad en una mano humana
Los mo imien os de empuje se desc iben como:
1. Ve ical, a iba/abajo
2. F on al, a ance/ e oceso
3. La e al, izquie do/de echo
De o a mane a siguiendo la e minología de a iación según [25] se desc iben como:
1. α1Cabeceo, inclinación
2. α2Balanceo, o sión
3. α3Guiñada, gi o
Es impo an e ene en cuen a que los dedos de la pinza no son conside ados como un g ado de libe -
ad debido a que su mo imien o no in e iene en la ayec o ia de la pinza.
Los sis emas de pinzado pueden se de di e en es o mas dependiendo del elemen o u obje o que se
desee sos ene o con el cual se aya a labo a ; un ejemplo de es o son las di e en es pinzas indus iales que
se elabo an pa a un de e minado uso, al es el caso de la igu a 2.21, en el cual se ha colocado dos pinzas
es ánda sob e un placa basculan e en la cual un cilind o neumá ico es el que se enca ga del mo imien o,
el cambio de pinza se hace de o ma ápida y se amo igua en el inal del eco ido. Es e ipo de soluciones
suele se u ilizada en equipos de e i icación.
1h ps://www- obo ics.jpl.nasa.go /news/newsS o y.c m?NewsID=117
28
2.6 Pinza obó ica como p ó esis
Figu a 2.21: Doble pinza basculan e[24]
2.6. Pinza obó ica como p ó esis
Se ha lle ado a cabo di e en es es udios y diseños de p ó esis mecánicas como [26] [27] pa a sus i ui
dedos o la mano de un se humano, omando en conside ación que en los mismos no se conside a el peso
de la misma ya que se conside a que pa e de la mano o en su de ec o el es o del miemb o supe io (b azo)
se encuen a comple o.
Basados en el p incipio de econs ucción o al de la mano se ha desa ollado p ó esis como las que se
mues an en la igu a 2.22, la igu a (a) ha sido desa ollada po o obock1, la cual puede suje a obje os
de di e en e amaño ya sean ágiles o obus os, es o se debe a que es á combinada con p ó esis de b azo
con con ol mioeléc ico.
Figu a 2.22: P o esis de manos comple as
Su ca ac e ís ica especial eside en que las manos pueden ab i se pa a eacciona ápidamen e en iem-
po eal, de o ma simila a como lo hace una mano na u al. Es o le b inda espon aneidad y la capacidad
1h p://www.o obock.es/
29

2.6 Pinza obó ica como p ó esis
de usa su mano p o ésica de o ma casi na u al.
Ca ac e ís icamen e las p ó esis mioeléc icas desa olladas po o obock eaccionan no malmen e a
las espec i as señales muscula es del usua io. Las manos Senso Hand Speed y Va iPlus Speed de la
misma emp esa disponen de has a seis p og amas de con ol que pe mi en adap a la p ó esis de mano a
las necesidades pa icula es del usua io, dependiendo de si el usua io puede con ola una o dos señales
muscula es. Su capacidad de con ol pe mi e ajus a la ue za y la elocidad de aga e [28].
En la Figu a 2.22 (b), se mues a la mano desa ollada po la Uni e sidad Manuela Bel án, el p o o-
ipo cuen a con 5 g ados de libe ad que al igual que la mano de la igu a 2.22 (a), se con ola a a és de
señales mioeléc icas, las cuales se emi en al momen o que el musculo del an eb azo se con ae, log ando
de es a o ma mo imien os sencillos y básicos; pa a log a el con ol y manipulación de la misma se
necesi a de un p oceso de adap ación median e e apias.
El desa ollo de es os p o o ipos es a o ien ado a la exis encia del b azo y an e b azo en la pe sona,
lo cual hace posible la lec u a de señales mioeléc icas pa a el con ol de mo imien os.
30
MATERIALES Y MÉTODOS
3
MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. Ha dwa e
Pa a el diseño e implemen ación de la pinza an o en la pa e mecánica como elec ónica se ha u ilizado
las siguien es he amien as:
Solid Wo ks1
Meshmixe 2
Labcen e Elec onics(P o eus y A es)3
El so wa e Solid Wo ks, se u ilizó pa a c ea un diseño en 3D de la pinza el cual pos e io men e se
lo end ía en ísico median e la imp esión 3D, es e p ocedimien o se lo lle a a cabo con el obje i o de
a ia el diseño he i mejo ando cuan as eces sea necesa io has a ob ene un p o o ipo lo más óp imo
posible, en an o que el so wa e de Labcen e , se u ilizó pa a diseña los ci cui os eléc icos a los cuales
i án conec ados, an o los senso es de ue za como el se omo o .
3.2. Fundamen os pa a el diseño de la pinza
El diseño de la pinza se basó en las o mas y pesos de obje os que se que ía ha llega a suje a con la
misma, ya sea desde suje a una cucha a, bo ella, aso u o o ipo de obje os habi uales.
3.2.1. Pun os de con ac o
Cada obje o iene su o ma pe o el diseño de la pinza no se cen a en un obje o en pa icula a di e encia
de ello se basa á en a ias o mas, pudiendo se : planas, edondas, es é icas, cilínd icas, cúbicas, e c( ease
igu a 3.1 ). Es deci la pinza debe ene una o ma gene al que englobe las di e en es p esen aciones de
los obje os a suje a .
1h p://www.solidwo ks.es
2h p://www.meshmixe .com
3h ps://www.labcen e .com
32
3.2 Fundamen os pa a el diseño de la pinza
Figu a 3.1: Fo mas de obje os posibles[32]
O o de los ac o es a ene en cuen a es la ue za que se a a aplica , can idad de senso es con los
cuales se a a con a y egión donde an a es a ubicados los mismos, eniendo en cuen a las di e en es
o mas que puede habe , en la igu a 3.1, se puede ap ecia los di e en es pun os de con ac o que puede
p opo ciona una pinza eniendo en cuen a su diseño.
A e ec os de pun os de p esión conside ados, se pod ía deci que la mejo o ma de ajus a un obje o
se ía la o ma <E> an o pa a el obje o cubico, cilínd ico y es é ico sin emba go es e ipo de aga e se ía
pe judicial al momen o de medi la ue za que se aplique a un obje o, ya que si se oma de ejemplo un
bolíg a o es e queda ía pe ec amen e ajus ado al con o no de las pun as de la pinza con la o ma <E>de
la igu a 3.1, pe o si se omase un obje o de un diáme o mayo o el á ea de con ac o sea mayo que
el espacio en e los pun os de p esión, se e ía a ec ado el con ac o del obje o con el senso de ue za,
lo cual pod ía p o oca e o en las mediciones del senso o inclusi e la inexis encia de a iación en las
mediciones que se ome del mismo.
Es po al mo i o que la mejo opción que se pod ía oma en o no a la o ma de la pun a de los
dedos y luga es donde uese a exis i senso es de ue za, es la <C>de la igu a 3.1, la en aja de es a
o ma es que al posee una ca a plana puede oma cualquie ipo de obje o aplicando la misma p esión
en cada uno de ellos, sin impo a su á ea de con ac o debido a que es e diseño se implemen a con un
único pun o de con ac o.
3.2.2. Núme o de dedos a u iliza
1. Si se llegase a u iliza un único dedo ( éase igu a 3.2 A), se ía necesa io un obje o inmó il al cual
se uese a asmi i la ue za aplicada, dando como esul ado una limi ación al amaño y la o ma
de los obje os que la pinza pudiese sos ene , a la ue za que se pudiese aplica sob e los mismos y
las dimensiones que el obje o o dedo inmó il debiese ene pa a asegu a la es abilidad del obje o.
33
3.3 Diseño de la pinza
Peso que sopo a ía la pinza
Fue za necesa ia pa a ealiza la ac i idad
No gene ación de singula idades po pa e del b azo
Con ac o di ec o con el cue po u o o se humano
Conside ando que se han analizado odos los pun os has a aho a expues os, en ajas y des en ajas de
cada desplazamien o se ha decidido po u iliza un desplazamien o angula , el cual ija a su mo imien o
u ilizando el se o mo o como eje de o ación, p opo cionando un mo imien o como se mues a en las
igu as 3.3 C y D.
3.2.5. Tamaño de los dedos
El amaño de los dedos es a en unción de los obje os que se p e enda oma con el mismo o de
las ac i idades que aya a ealiza ; en el capí ulo an e io se mos ó las ac i idades que a a ealiza la
pinza lo cual da á una pe spec i a de el ipo de obje os que a a suje a y de la p opo ción y peso de es os.
Ya que en e odos los obje os el más g ande pudiese se una bo ella de 2 Li os, la pinza iene que
se capaz de ab i se lo necesa io pa a oma es e obje o y que al momen o de ce a se enga la su icien e
ue za pa a sos ene el obje o, y pudiese se manipulado.
3.3. Diseño de la pinza
El diseño e imp esión del p o o ipo pe mi i á e alua los plan eamien os an e io men e hechos, dando
la posibilidad de ealiza a ias p uebas o e-diseño en caso de que es e sea he ado en un p incipio.
Pa a el diseño en es dimensiones de la pinza se u ilizó el so wa e Solid wo ks en el cual se han
cons uido las piezas po sepa ado y median e la imp esión 3D se ha unido odo pa a ob ene el p o o ipo.
El diseño es a compues o de las siguien es pa es:
Ca a in e io de la pinza
Ca a supe io de la pinza
Componen e Izquie do y de echo compues os po dos dedos cada uno
Ejes de o ación
40

3.3 Diseño de la pinza
3.3.1. Ca a in e io de la pinza
La ca a in e io de la pinza es donde i án asen ados an o el ci cui o elec ónico pa a los senso es y
los ejes de o ación.
Es e obje o que o ma pa e de la pinza es a dispues o con cinco aguje os, de los cuales; es se án
u ilizados po los pe nos que suje a án la ca a supe io con la in e io , y, los dos cen ales que se i án
como eje de o ación, la dis ancia en e un eje de o ación y el o o es a de e minada po el ipo de
piñones que se a a u iliza y la p o undidad de la pa e den ada de es os piñones.
Ya que uno de los obje i os de hace es e ipo de pinza e a hace la lige a y el á ea ocupada po la
es uc u a pa a su mo imien o uese lo más pequeña posible; se ha u ilizado piñones de 25,6 mm de
diáme o cuyas dimensiones se mues an en la igu a 3.4
Figu a 3.4: Dimensiones de piñones[34]
Las dimensiones y composición del componen e se co esponden de la siguien e mane a:
Núme o de dien es = 30
A = 25,6 mm
B = 24 mm
D = 12 mm
F = 9 mm
G = 4 mm
Ya que la dis ancia de B co esponde al pun o medio de un dien e de un ex emo al medio de su
con apues o, po lo an o ma emá icamen e se ob iene que la dis ancia en e el pun o medio del eje de
un piñón y el o o es igual a 24 mm, quedando unidos de al o ma que no se p oduzca un ozamien o
descon olado al momen o de ejecu a el mo imien o de los dedos o se pueda e a ec ado la es uc u a
41
3.3 Diseño de la pinza
del piñón con el uso co idiano.
Conocidos los si ios donde es a án ubicados los ejes del mo imien o se de e mina las dimensiones de
la ca a in e io sumando las á eas de los piñones más las á eas de los pe nos y una pe o ación la cual
se i á de guía pa a que no des íen su ayec o ia los dedos cuando se es én mo iendo, quedando la pieza
como se mues an en la igu a 3.5
Figu a 3.5: Ca a in e io de la pinza
3.3.2. Ca a supe io de la pinza
Sob e la ca a supe io de la pinza se ha posicionado el se o mo o que se enca ga del mo imien o de
los dedos, ambién es á ubicado uno de los ejes de mo imien o, el segundo eje co esponde al mo o , de la
misma o ma que en la ca a in e io cuen a con pe o aciones pa a los pe nos que asegu an la es abilidad
de la pinza.
Pa a e i a que exis a inc emen o del espeso en la es uc u a de mo imien o de la pinza, se ha e-
sal ado los pun os de aga e del se omo o , y se ha disminuido el espeso en la supe icie del obje o,
quedando el espacio necesa io pa a el se omo o y los aguje os pa a que a a iese el piñón de mo imien o
co espondien e al mismo.
Las dimensiones de la ca a supe io en cuan o a su espeso , ancho y al o son las mismas de la ca a
in e io y los aguje os cen ales son cén icos con la misma, ambién con a á con los aguje os que se i án
de guías pa a el mo imien o de los dedos.
42
3.3 Diseño de la pinza
Ya que a a ealiza se imp esión 3D pa a el modelado ísico del p o o ipo la es uc u a debe ene en
odo momen o sopo es pa a e i a de o maciones , es po es e mo i o que en los si ios donde a a es a
ubicado el se omo o exis en una especie de ami icaciones, es os son sopo es c eados po el p og ama
meshmixe pa a ealiza una co ec a imp esión del p o o ipo, de no u iliza los mismos la imp esión no
se ía posible.
Tomando en cuen a los aspec os mencionados se diseño la ca a supe io ( éase igu a 3.6) de la pinza.
Figu a 3.6: Ca a supe io de la pinza
3.3.3. Componen e izquie do y de echo compues o po dos dedos cada uno
El componen e an o izquie do como de echo se án ela i amen e iguales, la di e encia adica en que
el mo imien o gene ado en el componen e de echo es a de e minado po el mo o , y el mo imien o en el
izquie do es a de e minado po el de echo.
Los piñones que se u ilizo pa a el cálculo del á ea de las ca as in e io y supe io , se án ubicados en
cada uno de los dedos ambos piñones es án suje os median e pe nos a la es uc u a de cada componen e.
En la es uc u a del componen e se ha hecho dos aguje os po los cuales pasa á an o los ejes de
o ación como los componen es que se i án de guía pa a los cuales se dejo los aguje os en la ca a in e io
y supe io .
En es os disposi i os al igual que en la ca a supe io se p ecisaba de sopo es po las ele aciones que
se p esen an en ambos ex emos de los componen es y los si ios donde an a i ubicados los senso es.
43
3.3 Diseño de la pinza
Se ha diseñado una es uc u a pa a cada dedo en o ma de apezoide, con el in de p opo ciona un
mejo aga e a componen es edondos o de dimensiones g andes, mejo a la ue za que la pinza pueda
aplica sob e los obje os a sos ene , y aplica mayo es pun os de p esión en de e minados obje os a ando
de que es o no in luya en el con ol de la pinza.
Exis en aguje os hechos ambién, pa a ubica los senso es de ue za, la dimensión de es os co esponde
a las medidas de los senso es a u iliza , es con enien e deja un o se de 1 mm po lado a las dimensiones
del senso , es o se ealiza debido a que en el momen o de la imp esión el ma e ial se expande y p o oca
que disminuya el ancho eal in e no y ex e no de la pieza.
Una de las ca ac e ís icas que posee la mano humana es que la piel iene un coe icien e de ozamien-
o óp imo pa a cualquie ma e ial lo que disminuye la ue za que se deba aplica sob e el mismo pa a
sos ene lo, en es e mismo con ex o se ha buscado un ma e ial que sea económico y p es e las mejo es
ca ac e ís icas con id io, papel o plás ico, siendo el caucho uno de los mejo es ma e iales pa a es e a-
bajo, po lo an o se deja án las ondulaciones necesa ias en la mano pa a coloca es e ma e ial.
Con los aspec os analizados se ha diseñado los componen es izquie do y de echo con sus espec i os
dedos, ondulaciones pa a el ma e ial an i- co osi o y los senso es de ue za ( éase igu a 3.7)
Figu a 3.7: Componen es Izquie do o de echo con sus espec i as pa es
44
3.3 Diseño de la pinza
3.3.4. Ejes de o ación
Los ejes de o ación diseñados pa a el p esen e p oyec o ienen es diáme os di e en es el p ime o
pa a ajus a se al aguje o que se dejo en el componen e de los dedos, el segundo pa a se i de ope
mecánico en e la ca a in e io y el eje que co esponde al e ce diáme o.
En la pa e supe io del eje que se mencionó en el pá a o an e io se ha ealizado un aguje o en
el cen o del obje o con el p opósi o de que en el componen e izquie do se in oduzca una unión cuya
unción sea llega al pun o de o ación en la ca a supe io , y en el componen e de echo si a únicamen e
pa a o alece la unión en e el piñón y el componen e de echo.
Las dimensiones de cada es uc u a pueden se de e minadas de acue do a los eque imien os del
usua io o po ac ibilidad en su mon aje, en es e caso se ha u ilizado las dimensiones que se mues an
en el Anexo A, el p esen e p oyec o ha u ilizado un piñón de 6 mm de diáme o in e no po lo an o el
diáme o de la unión dos se á de 5 mm (1 mm se espe a en expansión del ma e ial de imp esión ).
Po lo an o el esul ado del diseño de las uniones se á el que se mues a en las igu as 3.8 y 3.9
Figu a 3.8: Unión en e los dedos y los ejes de la ca a in e io
Figu a 3.9: Unión en e los dedos y los ejes de la ca a supe io
45

3.4 Senso es de Fue za
3.4. Senso es de Fue za
Pa a la calib ación y adecuación de los senso es de ue za, se ha u ilizado di e en es masas las cuales
ep esen an las a iaciones de ue za que se pudiesen aplica al senso ; el peso de las masas a ía en e
10 g has a 1000 g, se ajus a a el esul ado de las mismas con el in de ob ene a la salida una a iación
en e 0 y 3.3 Vol ios, el mismo que pe mi i á la lec u a de da os po pa e de la a je a de p og amación.
Los senso es de Fue za a u iliza son esis i os ( éase igu a 3.10), ienen una sensibilidad de has a 1
kilog amo y su esis encia a ía de en e 0 has a 10 KΩ.
Figu a 3.10: Senso de Fue za
Ya que su esis encia a ía de en e 0 a 10 KΩse puede u iliza un di iso de ol aje, de es a mane a
se de e mina ía la esis encia eniendo como salida el ol aje máximo sopo ado po el Pin de en ada
de la a je a de adquisición de da os, ambién con el obje i o de que haya la meno pe dida de da os
posibles se ha añadido un ampli icado ope acional que se i á como acople de impedancias, pa a ene
la mayo anspa encia posible en la ansmisión de da os.
Figu a 3.11: Di iso de Vol aje [35]
46
3.4 Senso es de Fue za
Pa a de e mina la esis encia Rmdel ci cui o que se mues a en la igu a 3.11, se u iliza como
e e encia el esquema emi ido po el ab ican e, cuyos alo es de esis encia ienen de e minados po la
ecuación 3.8.
Vou =R2
1 + RF SR
Rm
(3.8)
En la ase de expe imen ación se pudo co obo a el mejo compo amien o del FRSR, siendo el mismo
con una esis encia con un alo igual a 2 KΩ, es e alo p opo ciona una salida de has a 2.8 V con ca ga
máxima.
También se omo en conside ación los di e en es pun os donde se ha ía p esión dando como esul ado
que: si se gene a p esión en las esquinas el ol aje es di e en e al que se gene a en el cen o del componen e
con una elación de 50 po cien o, es deci que la sensibilidad del mismo es mayo a medida que el pun o
de p esión se ap oxime al cen o del senso , en la igu a 3.12 se puede ap ecia an o las di e en es masas
que se uso pa a la calib ación del senso así como ambién el pun o de p esión que se u ilizo de e e encia
pa a odas las medidas.
Figu a 3.12: Conjun o de pesas pa a p uebas de senso de ue za
De igual mane a se ha analizado el compo amien o del componen e en di e en es iempos de habe
sido colocada la ca ga es o es ela i amen e impo an e al momen o de ealiza el es udio de los da os
que emi e es e componen e, es e ipo de expe imen o no p esen o a iaciones en la salida de ol aje del
ampli icado ope acional.
47
3.4 Senso es de Fue za
Figu a 3.13: Salida - Peso aplicado Resis o 10 kΩ
Como se puede ap ecia en la igu a 3.13 el ol aje máximo de salida nos da un alo de 2 V ya que
la en ada de el ADC a u iliza , pe mi e una en ada de has a 3.3 V se es a ía pe diendo esolución po
lo an o es e alo no es adecuado.
Figu a 3.14: Salida - Peso aplicado Resis o 1 kΩ
Como se puede ap ecia en las di e en es igu as el mas es able es el esis o de 2 KΩ, con el esis o
de 1 KΩse deses abilizaba el sis ema ecuen emen e y su salida es menos cons an e en e e encia al
esis o de 2 KΩ, se ha u ilizado o os alo es de esis encia como 3 KΩ, 4.7 KΩ, e c, que son alo es
come ciales pe o la esolución de la salida en de e minados casos sob epasaba los 3.3 V y en o os casos
48
3.5 Diseño de ci cui os elec ónicos
Figu a 3.15: Salida - Peso aplicado Resis o 2 kΩ
enía el mismo compo amien o que con el esis o de 1 KΩ, po lo an o se abaja á con un Rmde 2 KΩ.
El ampli icado que se u ilizó pa a la ob ención de es os da os es el LM358P especi icado po el
ab ican e [35] como uno de los más indicados pa a abaja con las FRSR.
3.5. Diseño de ci cui os elec ónicos
Una ez desa olladas las p uebas con di e en es senso es de ue za se p ocedió al diseño de las di e-
en es placas; la placa pa a los senso es de ue za se diseñó con el obje i o de que sea lo más compac a
posible, pa a que pueda se con enida den o de la pinza, en la igu a 3.16 se puede ap ecia el diseño
inal.
Figu a 3.16: Diseño de placa con en adas y salidas de senso es de ue za
49
3.6 So wa e
3. Se almacena un nue o da o de en ada
mues as[i] = ADC()
4. Se almacena en el o al la nue a mues a sumada la mues a an e io
To al = To al + mues as [i]
5. Se inc emen a el núme o de mues as ob enidas en uno i++
6. Se epi e el bucle
Es e p oceso se lo ealiza la can idad de eces que han sido de inidas pa a la mues a y pos e io men e
se p omedia el To al, la e iciencia de es e il o depende del núme o de mues as que se adquie an del
senso .
En es e caso se han de inido dos alo es máximos pa a el nume o de mues as siendo el p ime o 30 y
en el segundo caso 50.
Pa a el p ime caso se ha ob enido la igu a 3.24
Figu a 3.24: Fil o p omediado con 30 mues as
En es a igu a podemos obse a que a pesa de que el il ado a esul ado se e icien e aún siguen
exis iendo a ios picos de uido que pueden ocasiona a iaciones en la e apa de con ol po lo an o se
p ocede a aumen a el núme o de mues as al il o p omediado a 50.
Se debe ene en cuen a que se puede aumen a el nume o de mues as an o como el p ocesado que
se es e usando lo pe mi a y dependiendo del iempo de mues eo que se le de al sis ema.
56

3.6 So wa e
En es e caso en pa icula el iempo de mues eo es de 1 ms, pe o cada da o se á analizado en ns ya
que esa elocidad de adquisición nos pe mi e la a je a Disco e y.
Figu a 3.25: Fil o p omediado con 50 mues as
Aumen ando el núme o de mues as se puede e idencia que se ha disminuido en g an p opo ción el
uido, no se ha aumen ando el núme o de mues as po que no hay cambios ep esen a i os en la salida y
se ca ga innecesa iamen e el p ocesado de la a je a Disco e y, po lo an o pa a deduci el uido en el
modelo de expe imen ación se abaja á con un il o p omediado con 50 mues as.
3.6.2.2. Ob ene da os
Pa a ob ene los da os en p ime luga se ha de inido un con olado P al que haga subamo iguado
el sis ema pe o sin que la acción de con ol sa u e el mismo o el sis ema se uel a ines able, luego de
hace a ios expe imen os se ha de e minado que el alo de 3 pa a la ganancia en el p opo cional cumple
es as especi icaciones.
En es e pun o el sis ema se uel e subamo iguado en el égimen ansi o io y se es abiliza en ap o-
ximadamen e de 1 a 2 segundos pa a el égimen pe manen e( éase 3.26).
Los di e en es escalones simbolizan la posición del mo o la cual a de 0 a 180 g ados, como se cuen a
con un po encióme o pa a de ini la ubicación el mismo alimen ado con 3 V da á una a iación de 0 a 10
kΩ, ya que se abaja con 12 Bi s en el ADC se ob end á 4096 alo es así que la de inición de posición
co esponde á al ango de 0 a 4096 sin emba go median e la p ac ica se cons a a que los alo es an de
57
3.6 So wa e
100 a 4096.
Ya que exis e epe ibilidad en es a medida se ha ag egado un o se el cual a egle es e des ase quedando
como esul ado la igu a 3.26 donde se mues a los alo es ob enidos y la e e encia ing esada.
Figu a 3.26: Sis ema de expe imen ación con ganancia 3 en el p opo cional
Las posiciones que se han ing esado co esponden a 45, 90 y 135 g ados espec i amen e.
Aunque en p incipio pa ece ía alcanza el sis ema la e e encia sin p oblemas es o no es eal pe o la
a iación es demasiado pequeña como pa a se no ada en la escala en la cual se p esen a la igu a.
3.6.2.3. Calculo de la unción de ans e encia
Una ez Ob enidos los da os se p ocede á ha ob ene la unción de ans e encia del sis ema median e
la ecuación 3.9.
GΘbc (s) = k∗w2
n
s2+ 2 ∗ξ∗wn∗s+w2
n
(3.9)
Donde:
kEs la ganancia
wnEs la ecuencia na u al
ξEs el coe icien e de amo iguamien o
58
3.6 So wa e
En p ime luga se de e mina á ξmedian e la ecuación 3.10
ξ=−lnδ
p(lnδ)2+π2(3.10)
El alo de sob e-oscilación δes a de e minado po 3.11
δ=Mp−Θbc(∞)
Θbc(∞)(3.11)
La ecuencia na u al es a de e minada po 3.12
wn=wp
p1−ξ2(3.12)
Donde wpes la ecuencia p opia de e minada po el iempo de pico p3.13
p=π
wp
(3.13)
P ime escalón
Θbc(∞) = AK
Θbc(∞) = 1083
A= 1084
K= 0,99
Mpco esponde al alo pico y Θbc(∞)co esponde al alo alcanzado po el sis ema, sus i uyendo
en 3.11
δ=1209 −1083
1083
δ= 0,1163
Sus i uyendo en 3.10
ξ=−ln(0,1163)
p(ln(0,1163))2+π2
ξ= 0,5649
Despejando y sus i uyendo en 3.13
wp=π
p
wp=3,14
0,767
wp= 4,08
59
3.6 So wa e
Sus i uyendo en 3.12
wn=4,08
p1−(0,5649)2
wn= 4,945
Segundo escalón
Θbc(∞) = AK
Θbc(∞) = 1058
A= 1084
K= 0,976
Sus i uyendo en 3.11
δ=1188 −1058
1058
δ= 0,1228
Sus i uyendo en 3.10
ξ=−ln(0,1228)
p(ln(0,1228))2+π2
ξ= 0,555
Despejando y sus i uyendo en 3.13
wp=π
p
wp=3,14
0,75
wp= 4,1888
Sus i uyendo en 3.12
wn=4,1888
p1−(0,555)2
wn= 5,0352
Te ce escalón
Θbc(∞) = AK
Θbc(∞) = 1096
60
3.6 So wa e
A= 1084
K= 1,01
Sus i uyendo en 3.11
δ=1204 −1096
1096
δ= 0,0985
Sus i uyendo en 3.10
ξ=−ln(0,0985)
p(ln(0,0985))2+π2
ξ= 0,5936
Despejando y sus i uyendo en 3.13
wp=π
p
wp=3,14
0,77
wp= 4,08
Sus i uyendo en 3.12
wn=4,08
p1−(0,5936)2
wn= 5,07
Median e el p omedio de los di e en es alo es ob enidos, se iene que:
k= 0,992
wn= 5,0167
ξ= 0,5711
Sus i uyendo en 3.9
GΘbc (s) = 24,8987
s2+ 5,7281s+ 25,15
3.6.2.4. Simulación y alidación de las ecuaciones ob enidas
Pa a e i ica que es a ecuación ha sido de e minada co ec amen e se ha u ilizado el so wa e ma lab
y median e simulink se ha ing esado la ecuación de ans e encia con los di e en es escalones que se
61

3.6 So wa e
de e mina on en un p incipio y en un iempo de mues eo igual al u ilizado pa a oma los da os, el
esquema de simulink se mues a en la igu a 3.27
Figu a 3.27: Diseño en simulink pa a el esquema en bucle ce ado
Los da os de es a simulación han sido compa ados con el sis ema eal, dando como esul ado la igu a
3.28
Figu a 3.28: Esquema eal y esquema simulado con la unción de ans e encia ob enida
En es a igu a podemos obse a que an o la señal ob enida como la simulada son muy pa ecidas po
lo cual se puede de ini que es a co ec amen e implemen ada la unción de ans e encia.
Es a ecuación se ha deducido en bucle ce ado, pa a de e mina la ecuación en bucle abie o se u iliza á
3.14
GΘ=GΘbc (s)
Kp(1 −GΘbc (s)) (3.14)
Dando como esul ado
GΘ=8,3
s2+ 5,728s+ 0,2513
62
3.6 So wa e
Se p ocede a ing esa los esul ados en el simulado y se compa a á con la señal en bucle ce ado
eniendo que se exac amen e iguales las dos dando a la señal en bucle abie o un kp de 3 que es alo que
se ha dado a la ganancia del p opo cional pa a deduci el sis ema, quedando el esquema de simulación
como se mues a en la igu a 3.29
Figu a 3.29: Esquema en bucle abie o y en bucle ce ado
Es e sis ema implemen ado nos da como esul ado
Figu a 3.30: Compa ación en bucle abie o y en bucle ce ado
Como se puede obse a en la igu a 3.29 ambos sis emas se co esponden po lo an o la deducción
de bucle abie o es á bien desa ollada.
3.6.2.5. Diseño de con olado
Con el obje i o de elimina el amo iguamien o y mejo a el iempo de es ablecimien o que exis e en
el sis ema se ha u ilizado la he amien a siso ool de ma lab, median e la cual se ha implemen ado un ce o
pa a mejo a la espues a en el ansi o io y su ganancia pa a elimina el amo iguamien o que exis e en
63
3.6 So wa e
el sis ema.
La con igu ación que se ha ealizado en siso ool se mues a en la igu a 3.31
Figu a 3.31: Diseño del con olado PD Siso ool
En es a igu a ambién se puede ap ecia que el ce o es á ubicado den o de especi icaciones así como
ambién los polos.
La espues a al impulso que da es a con igu ación se mues a en la igu a 3.32, es a misma espues a
se ha u ilizado pa a adap a el sis ema a iando la ubicación de los polos, los ce os y la ganancia.
Figu a 3.32: Respues a al impulso median e Siso ool
Una ez diseñado es e sis ema se ha ealizado los cálculos pe inen es pa a el sis ema, u ilizando la
ecuación 3.15
64
3.6 So wa e
GRPID(s) = kc(Tds2+s+1
Ti)
s(3.15)
Donde po deducción y pa a un PD se de e mina que
Td= 1/b (3.16)
kc=kp(b)(3.17)
El alo de kpco esponde a la ganancia que en es e caso es de 53.312 y el alo de b es el ce o que
se ha ag egado que en es e caso co esponde a 24.2.
Po lo an o median e 3.16 se ob iene el iempo pa a el de i a i o el cual es igual a:
Td= 0,04132
Y el alo de la ganancia median e 3.17 pa a el de i a i o se á igual a:
kc= 1290,15
Se ha implemen ado es os alo es en el en o no de simulación simulink ob eniendo los esul ados que
se mues an en la igu a 3.33
Figu a 3.33: Respues as an e e e encia con con olado PD y P
Como se puede ap ecia el sis ema deja de es a sob eamo iguado, mejo a su iempo de es abilización
y alcanza la e e encia en el égimen ansi o io y en el pe manen e.
65
3.6 So wa e
Figu a 3.40: Esquema de uncionamien o pa a Posición
Se lee á la posición ac ual del se o median e la línea de código.
eadPos();.
La unción de es e comando es lee el PIN análogo del GPIO co espondien e al po encióme o (PE6),
el alo gene ado po es a unción se á almacenado en una a iable global de modo que se pueda ocupa
en o as unciones.
Es e alo conjun amen e con el de e e encia al cual se desea llega se án asmi idos pa a que p o-
po cionen la acción de con ol median e el comando.
PIDCon ol( alPos, alSenso );
Con olado .- El so wa e que se ha implemen ado pa a el con ol del mo o es un PD en pa alelo
cuyos cálculos se ealiza on en la sección de iden i icación.
Se ha desa ollado a modo de p ueba ambién un con olado PID sin emba go exis ía acumulación
del e o en el in eg al, lo cual ol ía ines able el sis ema, gene ando sob eoscilaciones al momen o de
llega a la e e encia, pa a al e ec o se siguió el esquema indicado en la igu a 3.41, pa a el PD se elimina
72

3.6 So wa e
la pa e in eg al del con olado en pa alelo la ganancia y el ce o ag egado pa a cumpli especi icaciones
se han analizado en la e apa de iden i icación.
Figu a 3.41: Esquema de con ol PID[38]
En la ac ualidad muchos disposi i os de ca ác e indus ial u ilizan con olado es PID o de i ados de
los mismos, pudiendo se es os de ipo mecánico, neumá ico, elec ónico, e c, median e el uso de mic o-
p ocesado es se puede implemen a es e ipo de con olado es de o ma digi al, ya que en un con olado
PID in e ienen es pa áme os di e en es como lo son; de ipo p opo cional, in eg al y de i a i o, es-
pondiendo a la ecuación 3.21.
u( ) = kp∗e( ) + kp
Ti
∗Z
0
e( )∂( ) + kp∗Td∗∂(e( ))
∂( )(3.21)
Pa a la lec u a de senso es se ha es ablecido un iempo de mues eo de 1 ms, es e iempo de mues eo
se ha de e minado median e un ime el cual ac i a á cada mili-segundo una in e upción la cual llama á
a la unción que ealiza á la lec u a de los da os analógicos pudiendo se es os da os po pa e de los
senso es de p esión o po pa e del po enció me o.
Median e la siguien e línea de código se c ea el ime en el cual se es ablece el iempo de ac i ación
de la in e upción denominada Cus omTime 1_Task.
Cus omTime 1 = TM_DELAY_Time C ea e ( 1, 1, 1, Cus omTIMER1_Task, NULL);
En cada ins an e que se oman las mues as se án almacenadas en una a iable global pa a se usadas
en la e apa de con ol.
73
3.6 So wa e
Pa a aplica el con olado se en ia á dos pa áme os an o la e e encia como la lec u a del senso ,
los mismos se en ia án a la siguien e unción.
PIDCon ol( alRe , alSenso );
Den o de es a unción se ha implemen ado el con olado PD si el caso se diese de que se necesi a e
un con olado PID su algo i mo de con ol es el siguien e:
Figu a 3.42: Algo i mo de con ol PID
Ya que es un con olado en pa alelo ipo PD únicamen e se elimina la pa e in eg al del mismo.
Es e algo i mo nos da á como esul ado la acción de con ol que modi ica á el du y del PWM pa a
de es a o ma llega a la posición indicada.
Pa a el ajus e de las cons an es del con olado se han desa ollado a ias p uebas p esen ando en las
que no se han ajus ado al sis ema sob e-oscilaciones ya sea en el pun o de mayo ape u a de la pinza u
en o os pun os de posición, ines abilidad, sob e es ue zos, mo imien os b uscos, e c, son algunos de los
p oblemas que du an e el ajus e de las cons an es del PD se pudie on ap ecia , has a llega a los alo es
que no p oducían ninguno de es os e ec os.
El posicionamien o o ape u a de la pinza se lo ealiza a en g ados pudiendo se la ape u a máxima
de 115 y su cie e máximo de 145 g ados.
74
3.6 So wa e
Basando las p uebas del con olado implemen ado se han ealizado di e en es p uebas en es e ango
dando como esul ado el desplazamien o espe ado al como se mues a en la igu a 3.43
Figu a 3.43: Ape u a de la pinza den o del ango que a de 115 a 145 g ados
Se puede ap ecia como el sis ema llega a la posición espe ada sin sob e-oscilaciones en el égimen
ansi o io y además cumple con la e e encia, el análisis se baso en es escalones de 123, 130 y 135
g ados co espondien es a cada escalón, quedando e i icado la e iciencia del con olado PD diseñado.
3.6.3.3. Con ol po Fue za
Pa a el con ol po ue za se ha seguido el mismo p ocedimien o que el implemen ado pa a con ol
po posición la di e encia en e es os dos p ocesos se án los da os que se án u ilizados pa a ealiza la
acción de con ol.
En es e caso los da os p o ienen de la lec u a de los senso es de p esión ubicados an o en las pun as
de los dedos como en los bo des in e nos de cada uno de ellos.
Es impo an e ene en conside ación que pa a desplaza se el mo o necesi a al menos el 40 %de su
capacidad o al po lo an o en amos pequeños la acción de con ol que se pueda gene a necesi a la
ganancia su icien e pa a log a es e mo imien o.
Es po es e mo i o que a pa i de una dis ancia de e minada se a ia án las cons an es del con ola-
do con el in de log a desplaza se en amos pequeños pa a que el mo o pueda p oduci mayo ue za
al momen o de p esiona .
75
3.6 So wa e
Se han a iado las cons an e del con olado de modo que se pueda p oduci es e e ec o, sin emba go
los da os no se han podido mos a debido a que el uso de la SDRAM ocupa GPIO’s es imados pa a la
lec u a del ADC.
Pa a la aplicación del esquema de ue za se analiza á la es uc u a de uncionamien o a ejecu a ( éase
igu a 3.44)
Figu a 3.44: Esquema de uncionamien o pa a Fue za
Cada uno de es os senso es ansmi i án in o mación la cual puede se analizada en conjun o o inde-
pendien emen e dependiendo de la acción que se desea ealiza .
Tal es el caso de que si se desea oma una bo ella dependiendo del amaño se pudiesen u iliza los
senso es ubicados en las pun as o los in e nos, pe o si el caso uese oma un bolíg a o u obje os más
pequeños se pod ía u iliza únicamen e los senso es de las pun as.
El análisis de es os senso es se pod ía hace de a ias o mas y dependiendo de las conclusiones u
acciones a las cuales que amos llega , pa a el p esen e p oyec o se ha op ado po ealiza la cap u a de
76
3.6 So wa e
da os de odos los senso es y saca el p omedio de odos ellos de es a mane a se es ima a la ue za que
se es a aplicando, y compa andola con la e e encia median e el con olado se de e mina á la acción de
con ol.
El esquema de con ol pa a Fue za se mues a en la igu a 3.45
Figu a 3.45: Esquema de con ol pa a Fue za
El selec o que se mues a en el esquema ealiza á la selección de cuan os y cuales dedos se a a
u iliza pa a el análisis de ue za aplicada, po lo an o la llamada a la in e upción se ha á de la misma
o ma que en el caso de posición con la di e encia que con end á el pa áme o ingue s que de e mina que
dedos se a a u iliza , de la siguien e mane a.
Cus omTime 1 = TM_DELAY_Time C ea e ( 1, 1, 1, Cus omTIMER1_Task, ingue s);
Aplicando es a línea de código se log a a ealiza la lec u a de los ADC necesa ios.
El esul ado de la lec u a de los senso es y la ue za de e e encia se án ansmi idos al con olado ,
donde ambién han sido ajus ados los pa áme os de las cons an es pa a no p oduci sob e-oscilaciones,
mo imien os b uscos, o golpes a los obje os que se puedan p oduci po la ine cia con la que se mue e el
mo o .
Pa a ene cons ancia de la ue za que es a aplicando la pinza sob e el obje o se han ealizado di e en es
expe imen os median e los cuales; con poca ue za no pueda le an a o suje a de e minados obje os, y
con el inc emen o de la misma se los pueda suje a y manipula sin p oblemas( ease igu as 3.46, 3.47,
3.48)
77

3.6 So wa e
Figu a 3.46: Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 80 %de la capacidad o al de la pinza
78
3.6 So wa e
Figu a 3.47: Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 90 %de la capacidad o al de la pinza
79
3.6 So wa e
Figu a 3.48: Obje o suje ado con una ue za equi alen e al 50 %de la capacidad o al de la pinza
80
FUNCIONAMIENTO Y PRUEBAS
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Cumplidos inalmen e los obje i os p opues os y inalizada la in es igación y ejecución del p esen e
TFM, se exponen las siguien es conclusiones y ecomendaciones.
5.1. Conclusiones
1. Queda demos ado median e la p ác ica y expe imen ación, que es posible la implemen ación y
con ol de un pinza con un único se o-mo o de bajas capacidades.
2. Se ha diseñado una pinza la cual cuen a con cua o dedos uncionales los cuales median e la p ac ica
han de e minado su uncionamien o, mejo ando el aga e, pa a de e minados obje os.
3. La calib ación de los senso es de ue za es básica ya que de es a depende el con ol que pos e io -
men e end á la pinza en el sen ido de la ue za con la que ejecu e las acciones de aga e.
4. El po encióme o con el cual cuen a el se o mo o gene a demasiado uido a la salida del mismo,
median e la expe imen ación y con un núme o de e minado en 50 mues as se ha podido disminui
e icien emen e la can idad de uido que es e gene a.
5. La iden i icación de la unción de ans e encia que se ha ealizado pa a el p esen e p oyec o a
pe mi ido desa olla con olado es que uncionen de mane a op ima an o pa a posición como
pa a ue za
6. La comunicación USB median e la expe imen ación se ha de inido que no es lo su icien emen e
obus a como pa a asmi i da os cada mili segundo p oduciéndose: pe dida de da os, colapso en
el sis ema, lec u a de da os e ónea po pa e de la a je a al se sob eca gado el p ocesado de la
misma.
7. El ango máximo de mo ilidad de la pinza es a de e minado a 30 g ados, dependiendo del diseño
es e se pudiese amplia o educi .
8. El uso de la SDRAM es necesa io pa a pode almacena los da os que pos e io men e se án p e-
sen ados po el canal USB, pa a lo cual se ha de inido una di ección de memo ia de 16 bi s po
88

5.1 Conclusiones
mues a, se ha llegado a almacena en el p esen e p oyec o has a 50000 mues as en la ase de
expe imen ación e iden i icación sin p esen a e o alguno
9. Si los da os p esen ados po la SDRAM son o almen e incohe en es al análisis que se es a ealizan-
do, es p obable que no se hayan almacenado los da os o no es e leyendo co ec amen e la di ección
donde se ha almacenado los mismos.
10. El mo o pa a inicia su mo imien o necesi a al menos del 40 %de su capacidad o al, es o se debe
al ozamien o que exis e en e los ejes a los cuales se encuen a suje o el mo o y los di e en es
componen es que acompañan al mo imien o, como los dedos, senso es, piñones, e c.
11. El con olado que se ha desa ollado pa a el con ol de posición cumple especi icaciones, e i ando
el sob e-amo iguamien o del sis ema en el égimen ansi o io y la es abilidad del mismo en el
égimen pe manen e, ambién alcanza sin p oblemas la e e encia.
12. Se ha p obado el mo o pa a di e en es posiciones y no ha dado p oblemas pa a alcanza las mismas
sal o en aquellos casos que se quie a aslada de un g ado a su inmedia o supe io en la escala de
uno debido al ozamien o, ya que es e pa áme o ha sido ajus ado median e la p ac ica el sis ema
ejecu a el mo imien o pa a la mayo ía de los casos.
13. La cons an e que se ha de e minado pa a medi la elocidad se lo ha hecho lle ando el mo o desde
su posición mas baja a la mas al a y e aluando la pendien e que es e ipo de mo imien os ha
p oducido, cons a ando de que el alo gene ado es cons an e y uni o me, las pequeñas a iaciones
que en el mismo se p esen an se deben al uido del po enciome o.
14. Se ha p obado la es imación de ue za con di e en es obje os siendo necesa io aplica mayo ue za
a los que ienen mayo peso pa a pode sos ene los, a los mismos si se les aplica meno ue za la
pinza no es capaz de sos ene los, alidando el uncionamien o de es e ipo de con ol.
15. No ha sido posible cons a a isualmen e los da os p opo cionados po cada uno de los senso es
de ue za ya que al momen o de u iliza los mismos, no se puede abaja con la sd am, lo cual
e i a que se gua den los da os gene ados po los senso es e imposibili a la lec u a de los mismos
a a és de la pan alla, sin emba go pa a de e mina que los senso es es án llegando a eje ce la
ue za indicada, se ha hecho uso de un condicional el cual de ol e ía un de e minado es ado cuando
la ue za aplicada sea igual a la e e encia, ob eniendo esul ados posi i os.
89
5.2 Recomendaciones
5.2. Recomendaciones
1. Es ecomendable abaja con un mo o de mejo es p es aciones que el usado en el p esen e p oyec o
de es a mane a se pod ía aplica mayo p esión a los obje os.
2. Tene un buen diseño de la pinza es un pun o indispensable en la pa ida del p oyec o, en el cual
se deben conside a las acciones que se a a ealiza , el peso que iene que sopo a , la ue za que
a a eje ce , e c.
3. No sob e-es o za el modelo de p ueba si el mismo es a desa ollado en ABS, es e ma e ial es
demasiado ágil pa a aplica can idades al as de o que en el mo o pudiendo p oduci isu as o la
in-habili ación del modelo expe imen al.
4. Se debe ene especial conside ación en el manejo y p og amación de la in e az USB ya que es a
puede se i de g an ayuda en la ob ención de da os e in e acciones epe i i as con el disposi i o
pudiendo a ia los da os epe idamen e a modo de expe imen ación.
5. Es necesa io ene una idea cla a sob e lo que se a ha hace y que disposi i os se a a usa si los
disposi i os que se an a usa son los mencionados en el p esen e p oyec o es ecomendable empeza
po mon a el USB, SDRAM, ADC, PWM, GPIO, en ese o den espec i amen e, es o e i a á que
se enga que modi ica código cada ez que se adhie e un nue o disposi i o.
6. Es impo an e oma a ias mues as pa a pode de ini un modelado e icien e pa a la pinza dise-
ñada, sob e odo es ecomendable expe imen a en le ango que se a a abaja y con odos los
disposi i os mon ados, así no se end á que modi ica en lo pos e io cons an es como las ganancias
del con olado o la cons an e de ozamien o.
7. Al momen o de compila el p og ama es p e e ible ene deshabili ada la opción de busqueda den o
del Ta ge es o aumen a á la elocidad con la cuál el so wa e compila.
90
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[29] Kawassaki depa amen o de meca ónica obó ica 22 Ene o. (2016),[en línea],disponible en:h p:
//www. m.kanagawa-i .ac.jp/ i ,i , 23, 24
[30] And és Felipe Ruíz Olaya Sis ema Robó ico Mul imodal pa a Análisis y Es udios en Biomecánica,
Mo imien o Humano y Con ol Neu omo o , pp. 12-256 ,(2008) i ,i , 10, 12, 19
[31] K.P. Tee, E. Bu de , C.M. Chew, and T.E. Milne A model o o ce and impedance in human
a m mo emen s, pp. 368-375 ,(2004) i , 11
[32] G. J. Monkman, S. Hesse, R. S einmann, H. Schunk Robo G ippe s, pp. 19-72 ,(2007) i ,
33, 35
[33] UN ESPACIO PARA LA FÍSICA!!! Conociendo la ísica 04 Ab il. (2016),[en línea],disponible
en:h ps://conociendola isica. iles.wo dp ess.com/2010/04/8mcu.pd 37
[34] RS RS Componen s 07 Ab il. (2016),[en línea],disponible en:h p://docs-eu ope.
elec ocomponen s.com/webdocs/09ad/0900766b809ad3e .pd i , 41
92
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[36] Texas Ins umen s TL7660CMOS VOLTAJE CONVERTER, pp. 1-23 ,(2006) 50
[37] Texas Ins umen s L293x Quad uple Hal -H D i e s, pp. 1-21 ,(2015) 50
[38] Ilbe Adonay Ruge Ruge METODO BASICO PARA IMPLEMENTAR UN CONTROLADOR
DIGITAL PID EN UN MICROCONTROLADOR PIC PARA DESARROLLO DE APLICACIONES
A BAJO COSTO, pp. 1-10 ,(2014) , 73
[39] Tilen Maje le s m32 4 Disco e y Mayo-julio. (2016),[en línea],disponible en:h p://
s m32 4-disco e y.ne 53, 82
93

ANEXOS
94
ANEXO A
Co as de la pinza
95
3
5
5
3
3
R20,50
R25,50
R20,50
R25,50
70
35 35
5
49
37,33
base_eng anaje_25.6mm
PESO:
A4
HOJA 1 DE 2
ESCALA:1:1
N.º DE DIBUJO
TÍTULO:
REVISIÓN
NO CAMBIE LA ESCALA
MATERIAL:
FECHA
FIRMA
NOMBRE
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
ACABADO:
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM
ACABADO SUPERFICIAL:
TOLERANCIAS:
LINEAL:
ANGULAR:
CALID.
FABR.
APROB.
VERIF.
DIBUJ.
Figu a A.1: Medidas Ca a in e io de la pinza
96
70
56
14
10
5
4
4
4
4
37,33
R25,50
R27
R25,50
R20,50
10,50 20
5
7
40
7
5
70
49
37,33
15,90
15,90
20
7
7
10
10
5
Supe io _eng anaje_25.6mm
PESO:
A4
HOJA 1 DE 1
ESCALA:1:1
N.º DE DIBUJO
TÍTULO:
REVISIÓN
NO CAMBIE LA ESCALA
MATERIAL:
FECHA
FIRMA
NOMBRE
REBARBAR Y
ROMPER ARISTAS
VIVAS
ACABADO:
SI NO SE INDICA LO CONTRARIO:
LAS COTAS SE EXPRESAN EN MM
ACABADO SUPERFICIAL:
TOLERANCIAS:
LINEAL:
ANGULAR:
CALID.
FABR.
APROB.
VERIF.
DIBUJ.
Figu a A.2: Medidas Ca a supe io de la pinza
97
ANEXO D
Código desa ollado
D.1. main.c
/**
* Keil p ojec o g ippe
*
*
* @au ho Je e son Camacho
* @email [email p o ec ed]
* @websi e ---------------
* @ide Keil uVision 5
* @packs STM32F4xx Keil packs e sion 2.2.0 o g ea e equi ed
* @s dpe iph STM32F4xx S anda d pe iphe al d i e s e sion 1.4.0 o g ea e equi ed
*/
#include "s m32 4xx.h"
#include "de ines.h"
#include " m_s m32 4_pwm.h"
#include " m_s m32 4_disco.h"
#include " m_s m32 4_delay.h"
#include " m_s m32 4_adc.h"
#include <s dio.h>
#include "accions.h"
#include " m_s m32 4_usb_ cp.h"
#include "de ines.h"
#include <s ing.h>
#include <s dlib.h>
#include " m_s m32 4_sd am.h"
#de ine LED GPIO_PIN_2
cha x [10], y [21];
in s a e=1;
uin 8_ c,i;
oid se Bu e ( oid)
{
in o al = s len( x );
o (in x=0; x <= o al; x++)
{
x [x]= ’ 0’;
}
104

D.1 main.c
o al = s len( y );
o (in x=0; x <= o al; x++)
{
y [x]= ’ 0’;
}
i=0;
}
oid op ions( oid)
{
Delayms(100);
TM_USB_VCP_Pu s("CHOOSE ACTION TO PERFORM n");
TM_USB_VCP_Pu s("# 1 OPEN GRIPPER n");
TM_USB_VCP_Pu s("# 2 CLOSE GRIPPER n");
TM_USB_VCP_Pu s("# 3 CONTROL GRIPPER POSITION n");
TM_USB_VCP_Pu s("# 4 CONTROL GRIPPER FORCE n");
TM_USB_VCP_Pu s("# 5 CONTROL GRIPPER VELOCITY n n");
}
oid acciones(in a)
{
in b;
swi ch(a)
{
case 1:
TM_USB_VCP_Pu s("# 1 OPEN GRIPPER n");
s a e = 1;
while(s a e == 1)
{
s a e = g ippe PosCon ol(120);
}
se Bu e ();
b eak;
case 2:
TM_USB_VCP_Pu s("# 2 CLOSE GRIPPER n");
s a e = 1;
while(s a e == 1)
{
s a e = g ippe PosCon ol(143);
}
se Bu e ();
b eak;
case 3:
se Bu e ();
s a e = 5;
TM_USB_VCP_Pu s("ENTER POSITION n");
while(s a e == 5)
{
i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
{
TM_USB_VCP_Pu c(c);
i (c == 13)
{
a = a oi( x );
i (a <= 109 || a >= 146)
{
TM_USB_VCP_Pu s("THE POSITION IS NOT POSSIBLE RANGE 115 TO 143 n");
TM_USB_VCP_Pu s("ENTER ANOTHER VALUE n");
105
D.1 main.c
se Bu e ();
}
else
{
s a e = 1;
sp in ( y ,"Mo imien o a: %d n",a);
TM_USB_VCP_Pu s( y );
while(s a e == 1)
{
s a e = g ippe PosCon ol(a);
}
se Bu e ();
}
}
else
{
x [i] = (cha ) c;
i++;
}
}
}
b eak;
case 4:
se Bu e ();
s a e = 5;
TM_USB_VCP_Pu s("ENTER FORCE n");
while(s a e == 5)
{
i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
{
TM_USB_VCP_Pu c(c);
i (c == 13)
{
a = a oi( x );
i (a <= 1200 || a >= 4000)
{
TM_USB_VCP_Pu s("THE FORCE IS NOT POSSIBLE RANGE 1500 TO 3500 n");
TM_USB_VCP_Pu s("ENTER ANOTHER VALUE n");
se Bu e ();
}
else
{
se Bu e ();
TM_USB_VCP_Pu s("SELECT FINGERS TO USE FROM 0 TO 3 n");
while (s a e == 5)
{
i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
{
TM_USB_VCP_Pu c(c);
i (c == 13)
{
b = a;
a = a oi( x );
i (a < 0 || a > 3)
{
TM_USB_VCP_Pu s("THE OPTION IS NOT POSSIBLE RANGE 0 TO 3 n");
TM_USB_VCP_Pu s("ENTER ANOTHER VALUE n");
se Bu e ();
}
106
D.1 main.c
else
{
s a e = 1;
while(s a e == 1)
{
s a e = g ippe Fo ceCon ol(b,a);
}
se Bu e ();
}
// s a e = g ippe Fo ceCon ol(2000,0);
// // i (s a e == 2)
// // TM_USB_VCP_Pu s("Sha p Objec n"), s a e = 1;
// // i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
// // {
// // TM_USB_VCP_Pu c(c);
// // i (c == 13)
// // {
// // TM_USB_VCP_Pu s("Loose Objec n"), s a e = 2;
// // s a e = g ippe PosCon ol(130);
// // }
// // }
// }
// se Bu e ();
// }
}
else
{
x [i] = (cha ) c;
i++;
}
}
}
}
}
else
{
x [i] = (cha ) c;
i++;
}
}
}
b eak;
case 5:
b eak;
}
Delayms(100);
}
in main( oid) {
//in 16_ ead;
in a;
//
// /* Ini ialize sys em */
Sys emIni ();
//
// /* Ini ialize delay unc ions */
TM_DELAY_Ini ();
s a PWM();
107
D.1 main.c
s a ADC();
TM_USB_VCP_Ini ();
// TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_9);
// TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_11);
/* Ini ialize onboa d leds */
TM_DISCO_LedIni ();
//s a OpenCloseCon ol();
// /* Se PWM o 1KHz equency on ime TIM2 */
// /* 50Hz = 20ms = 20000us */
// TM_PWM_Ini Time (TIM1, &TIM1_Da a, 1000);
// TM_PWM_Ini Time (TIM2, &TIM2_Da a, 1000);
//
// /* Ini ialize PWM on TIM2, Channel 1 and PinsPack 2 = PA5 Conec ado al Pin 2 del Puen e H*/
// /* Ini ialize PWM on TIM1, Channel 2 and PinsPack 1 = PA7 Conec ado al Pin 7 del Puen e H*/
/* BOTONES de in de ca e a conec ados a PD2 y PD3 e i icaciÛn en es ado al o*/
/* Valo es ADC Pa a con ol del Mo o Conec ados al PIN PF6*/
//
// /* Se channel 1 alue, 1500us = se o a cen e posi ion */
// //TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM2_Da a, TM_PWM_Channel_1, 00);
//
/*Pue os de ConexiÛn ADC
ADC_Channe0 0 PA0
ADC_Channe3 0 PA3
ADC_Channe7 0 PA7
ADC_Channe8 0 PB0
ADC_Channe9 0 PB1
ADC_Channel0 0 PC0
ADC_Channel1 0 PC1
ADC_Channel2 0 PC2*/
//
TM_GPIO_Ini (GPIOD, LED, TM_GPIO_Mode_OUT, TM_GPIO_OType_PP, TM_GPIO_PuPd_NOPULL, TM_GPIO_Speed_High);
i (TM_SDRAM_Ini ()) {
TM_DISCO_LedOn(LED_GREEN);
} else {
TM_DISCO_LedOn(LED_RED);
}
while (1) {
i (TM_USB_VCP_Ge S a us() == TM_USB_VCP_CONNECTED)
{
TM_DISCO_LedOn(LED_RED);
/* I some hing a i ed a VCP */
i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
{
TM_USB_VCP_Pu c(c); //Acciones(c);
i (c == 65 || c == 97) //i c = a o A
{
op ions();
se Bu e ();
}
else i (c == 13) //key Ca e
{
a = a oi( x ); //Take all da a o x
108
D.1 main.c
i (a <= 0 || a >= 6)
{
TM_USB_VCP_Pu s("OPTION NOT AVAILABLE n n");
se Bu e (); //Clean Bu e
}
else
{
acciones(a); //Make he ac ion o a
TM_USB_VCP_Pu s("Command execu ed n n");
se Bu e ();
}
}
else
{
x [i] = (cha ) c; //Con e cha
i++;
}
}
}
////%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION POSICION%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
//i (TM_USB_VCP_Ge S a us() == TM_USB_VCP_CONNECTED)
// {
// /* Tu n on GREEN led */
// TM_DISCO_LedOn(LED_RED);
// /* I some hing a i ed a VCP */
// i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
// {
// /* Re u n da a back */
// TM_USB_VCP_Pu c(c);
// i (c == 13)
// {
// s a e = 1;
// while (s a e == 1)
// {
// TM_GPIO_Se PinValue(GPIOD, LED, 1);
// s a e = g ippe PosCon ol(125); // aplica mÌnimo 1500
// o (in i = 0; i < 5000; i++)
// {
// ead = TM_SDRAM_Read16(x);
// Delayms(25);
// sp in ( y ,"%d n", ead);
// TM_USB_VCP_Pu s( y );
// x = x+16;
// }
// x = 0;
// s a e = g ippe PosCon ol(135); // aplica mÌnimo 1500
// o (in i = 0; i < 5000; i++)
// {
// ead = TM_SDRAM_Read16(x);
// Delayms(25);
// sp in ( y ,"%d n", ead);
// TM_USB_VCP_Pu s( y );
// x = x+16;
// }
// x = 0;
// s a e = g ippe PosCon ol(143); // aplica mÌnimo 1500
// o (in i = 0; i < 5000; i++)
// {
109

D.1 main.c
// ead = TM_SDRAM_Read16(x);
// Delayms(50);
// sp in ( y ,"%d n", ead);
// TM_USB_VCP_Pu s( y );
// x = x+16;
// }
// x = 0;
// }
// }
// }
// }
////%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION POSICION%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
//%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION VELOCIDAD%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
//i (TM_USB_VCP_Ge S a us() == TM_USB_VCP_CONNECTED)
// {
// /* Tu n on GREEN led */
// TM_DISCO_LedOn(LED_RED);
// /* I some hing a i ed a VCP */
// i (TM_USB_VCP_Ge c(&c) == TM_USB_VCP_DATA_OK)
// {
// /* Re u n da a back */
// TM_USB_VCP_Pu c(c);
// i (c == 13)
// {
// s a e = 1;
// while (s a e == 1)
// {
// TM_GPIO_Se PinValue(GPIOD, LED, 1);
// s a e = openG ippe (500,143); // aplica mÌnimo 1500
// o (in i = 0; i < 5000; i++)
// {
// ead = TM_SDRAM_Read16(x);
// Delayms(25);
// sp in ( y ,"%d n", ead);
// TM_USB_VCP_Pu s( y );
// x = x+16;
// }
// x = 0;
// }
// }
// }
// }
//%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION VELOCIDAD%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
//%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION ADC’s%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
// in esul ;
// in esul 1;
// g ippe Fo ceCon ol(2000,0);
// esul = TM_ADC_Read(ADC1, TM_ADC_Channel_9);
// esul 1 = TM_ADC_Read(ADC1, TM_ADC_Channel_11);
// // esul = eadADC(0);
// i ( esul > 1500 || esul 1 > 1500)
// {
// TM_GPIO_Se PinValue(GPIOD, LED, 1);
// }
// else
// {
// TM_GPIO_Se PinValue(GPIOD, LED, 0);
// }
110
D.2 accions.c
//%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%EVALUACION ADC’s%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
}
}
D.2. accions.c
/**
* @au ho Je e son Camacho
* @email [email p o ec ed]
* @ e sion 1.0
* @ide Keil uVision
* @license GNU GPL 5
* @b ie Accions G ippe lib a y o STM32F4xx
*
@ e ba im
----------------------------------------------------------------------
Copy igh (C) Je e son Camacho, 2016
This p og am is ee so wa e: you can edis ibu e i and/o modi y
i unde he e ms o he GNU Gene al Public License as published by
he F ee So wa e Founda ion, ei he e sion 3 o he License, o
any la e e sion.
This p og am is dis ibu ed in he hope ha i will be use ul,
bu WITHOUT ANY WARRANTY; wi hou e en he implied wa an y o
MERCHANTABILITY o FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See he
GNU Gene al Public License o mo e de ails.
You should ha e ecei ed a copy o he GNU Gene al Public License
along wi h his p og am. I no , see <h p://www.gnu.o g/licenses/>.
----------------------------------------------------------------------
@end e ba im
*/
#include "s m32 4xx.h"
#include "de ines.h"
#include " m_s m32 4_pwm.h"
#include " m_s m32 4_disco.h"
#include " m_s m32 4_delay.h"
#include " m_s m32 4_adc.h"
#include <s dio.h>
#include "accions.h"
#include < ime.h>//incluida pa a empo iza la unciÛn PD_ ayec o ia
#include <s ing.h>
#include <s din .h>//clock
//#include " m_s m32 4_ a s.h"
#include " m_s m32 4_sd am.h"
#include " m_s m32 4_usb_ cp.h"
#de ine Bu onA GPIO_PIN_2
#de ine Bu onB GPIO_PIN_3
TM_PWM_TIM_ TIM2_Da a;
TM_PWM_TIM_ TIM1_Da a;
111
D.2 accions.c
in 8_ S a e;
in 16_ alSenso Pos;
in 16_ alSenso Fo ce;
in imeCon =0;
oid Cus omTIMER1_Task( oid* Use Pa ame e s);
in PIDCon ol(uin 16_ alRe , uin 16_ alSenso , in 8_ c l);
TM_DELAY_Time _ * Cus omTime 1;
//in 8_ coun ;
in con ;
cha y 1[21];
oid se Bu e 1( oid)
{
in o al = s len( y 1);
o (in x=0; x <= o al; x++)
{
y 1[x]= ’ 0’;
}
}
oid s a OpenCloseCon ol( oid)
{
TM_GPIO_Ini (GPIOD, Bu onA, TM_GPIO_Mode_IN, TM_GPIO_OType_PP, TM_GPIO_PuPd_DOWN, TM_GPIO_Speed_Low);
TM_GPIO_Ini (GPIOD, Bu onB, TM_GPIO_Mode_IN, TM_GPIO_OType_PP, TM_GPIO_PuPd_DOWN, TM_GPIO_Speed_Low);
TM_ADC_Ini (ADC3, ADC_Channel_4);
}
oid s a PWM( oid)
{
//PWM ig h Tu n
TM_PWM_Ini Time (TIM2, &TIM2_Da a, 1000);
TM_PWM_Ini Channel(&TIM2_Da a, TM_PWM_Channel_1, TM_PWM_PinsPack_2);
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM2_Da a, TM_PWM_Channel_1, 1000);
//PWM le Tu n
TM_PWM_Ini Time (TIM3, &TIM1_Da a, 1000);
TM_PWM_Ini Channel(&TIM1_Da a, TM_PWM_Channel_2, TM_PWM_PinsPack_1);
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM1_Da a, TM_PWM_Channel_2, 1000);
}
//s a ic in bu onCa ee ( oid)
//{
// in 8_ al = 0;
// i (TM_GPIO_Ge Inpu PinValue(GPIOD, Bu onA) == 1 || TM_GPIO_Ge Inpu PinValue(GPIOD, Bu onB) == 1)
// al = 1;
// else
112
D.2 accions.c
// al = 0;
//
// e u n al;
//}
in openCloseG ippe (uin 16_ alVel, uin 16_ alRe )
{
loa uk, alPos;
alPos = (4096* alRe )/170;
S a e = 1;
Cus omTime 1 = TM_DELAY_Time C ea e(1, 1, 1, Cus omTIMER1_Task, NULL);
while (S a e == 1)
{
uk = PIDCon ol( alPos, alSenso Pos, 0);
i (uk > 0)
{
i (uk > alVel){
uk = alVel;}
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM2_Da a, TM_PWM_Channel_1, (1000-uk));
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM1_Da a, TM_PWM_Channel_2, 1000);
}
else
{
i (uk < - alVel){
uk = - alVel;}
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM1_Da a, TM_PWM_Channel_2, (1000+uk));
TM_PWM_Se ChannelMic os(&TIM2_Da a, TM_PWM_Channel_1, 1000);
}
}
e u n 2;
}
/* Pa a que se mue a a la elocidad deseada se iene que es a la accion a 1000 es deci (1000 - u)*/
oid s a ADC( oid)
{
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_0);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_3);//Finge Senso
//TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_7);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_8);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_9);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_10);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_11);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC1, ADC_Channel_12);//Finge Senso
TM_ADC_Ini (ADC3, ADC_Channel_4);//Posi ion Senso
}
oid eadADC(in 8_ al)
{
loa esul 1 = 0;
loa esul 2 = 0;
loa esul 3 = 0;
loa esul 4 = 0;
loa esul = 0;
swi ch( al)
{
case 0: //Two in e nal inge s
esul 1 = TM_ADC_Read(ADC1, TM_ADC_Channel_9);
113