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TESINA
DESARROLLO DE ALGORITMO EN SISTEMAS EMBEBIDOS
PARA EL CONTROL DE SERVOMOTORES INTELIGENTES
QUE PRESENTA
C. MARLET TORRÓNTEGUI LIZÁRRAGA
EN CUMPLIMIENTO PARCIAL DE LA
ESTADÍA PRÁCTICA DE
INGENIERÍA MECATRÓNICA
ASESOR ACADÉMICO
DR. DORA AYDEE RODRÍGUEZ VEGA
NUK ROBOTICS
SISTEMAS MECATRÓNICOS Y ROBÓTICA S. de R.L. de C.V.
M.C. JESÚS ARTURO VELARDE SÁNCHEZ
Mazatlán, Sin. 11 de Diciembre de 2016
iv
DEDICATORIA
A mis padres, Leticia Lizárraga y Martín Torróntegui quienes me dieron vida,
educación y sabios consejos para culminar etapas de mi vida.
A mi novio, Eduardo Zatarain, por su apoyo emocional en mis metas y por su aliento
durante mi estadía práctica.
A mis compañeros de equipo en la universidad y en la estadía práctica, que con su
colaboración he podido culminar proyectos y hacer excelentes amistades.
A mis mejores amigos, Adrián González y Lizbeth Garzón, quienes han sido un
soporte para cumplir mis sueños.
v
AGRADECIMIENTOS
A mis compañeros de clase, quienes han sido un equipo indispensable en mi
formación profesional.
A quienes forjaron mi vocación al brindarme la oportunidad de crecer
profesionalmente, mis profesores y la Universidad Politécnica de Sinaloa.
Al Ing. Héctor Lara, quien me aconsejó durante mis estancias en la empresa Comisión
Federal de Electricidad.
A M.C. Jesús Arturo Velarde Sánchez quien me asesoró durante mi estadía práctica al
igual que su equipo de trabajo:
M.C. Roberto Sosa, M.C. Jaime Trejo, Ing. Elenne Rangel, Ing. Lucía Limones, Ing.
Julio César Gavito, Ing. Carolina Caballero.
vi
RESUMEN
“DESARROLLO DE ALGORITMO EN SISTEMAS EMBEBIDOS PARA EL
CONTROL DE SERVOMOTORES INTELIGENTES”
Marlet Torróntegui Lizárraga.
Unidad Académica de Ingeniería Mecatrónica
Universidad Politécnica de Sinaloa
Mazatlán, Sinaloa, Diciembre 2016
Asesor: Dr. Dora Aydee Rodríguez Vega
La presente tesina muestra la parte de control y electrónica de un plan
innovador que ayuda a cumplir el objetivo principal de la empresa. Cabe mencionar
que el proyecto que se redactará corresponde a uno mayor y confidencial.
El objetivo de este trabajo es la integración del diseño de algoritmo de
programación y tarjetas de desarrollo de sistemas embebidos para el control de
servomotores inteligentes. De esta manera, se cumple el propósito de que el usuario
encuentre un método fácil para manipular los actuadores inalámbricamente.
A través de la elaboración de tarjetas electrónicas se logró controlar el sentido y
la velocidad de los servomotores, la cual mediante comunicación serial, es posible
controlarlos simultáneamente o uno a la vez.
Se realizaron tres prototipos para el control de los motores, el primero para el
control simultáneo de éstos y el resto para el control individual y simultáneo de
manera inalámbrica utilizando diferentes dispositivos.
vii
ÍNDICE
I. INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 1
II. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO ..................................................................... 2
2.1. Metodología ............................................................................................................. 2
2.2. Fundamento teórico ............................................................................................... 3
2.2.1. Servomotores Dynamixel ...................................................................................... 3
2.2.2. Control para servomotores Dynamixel ............................................................... 6
2.2.3. Dispositivos inalámbricos ................................................................................... 10
III. DISEÑO DE INTERFACE.................................................................................. 12
3.1. Diseño de prototipo 1 ........................................................................................... 12
3.2. Diseño de prototipo 2 ........................................................................................... 16
3.3. Diseño de prototipo 3 ........................................................................................... 18
IV. PRUEBAS Y RESULTADOS ............................................................................. 20
4.1. Pruebas prototipo 1 .............................................................................................. 20
4.2. Pruebas prototipo 2 .............................................................................................. 21
4.3. Pruebas prototipo 3 .............................................................................................. 22
4.4. Trabajo futuro ........................................................................................................ 23
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 24
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................... 25
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Topología Daisy-chain ......................................................................................... 4
Figura 2.2. Dynamixel MX-106 ............................................................................................... 4
Figura 2.3. Diagrama de control Dynamixel ........................................................................ 6
Figura 2.4. Arduino Mega 2560 .............................................................................................. 7
Figura 2.5. Conexión Arduino Mega 2560 ............................................................................ 8
Figura 2.6. Conexión de Buffer 74LS241 ............................................................................... 8
Figura 2.7. Conexión Dynamixel ............................................................................................ 8
Figura 2.8. Atmega 328P .......................................................................................................... 9
Figura 2.9. Teensy 3.2 ............................................................................................................... 9
Figura 2.10. Módulo XBee PRO S3B..................................................................................... 11
Figura 2.11. Módulo Bluetooth HC-06................................................................................. 11
Figura 3.1. Diseño electrónico prototipo 1 .......................................................................... 13
Figura 3.2. Configuración Regulador 7805 ......................................................................... 14
Figura 3.3. Reset ...................................................................................................................... 14
Figura 3.4. Cristal oscilador ................................................................................................. 14
Figura 3.5. Programación ICSP ............................................................................................. 15
Figura 3.6. Diseño PCB prototipo 1 ...................................................................................... 15
Figura 3.7. Prototipo 1 vista 3D ............................................................................................ 16
Figura 3.8. Diseño PCB prototipo 2 ...................................................................................... 17
Figura 3.9. Prototipo 2 vista 3D ............................................................................................ 18
Figura 3.10. Diseño PCB prototipo 2 .................................................................................... 19
Figura 3.11. Prototipo 3 vista 3D .......................................................................................... 19
Figura 4.1. Tarjeta de desarrollo prototipo 1 ...................................................................... 20
Figura 4.2. Prototipo 1 ............................................................................................................ 20
Figura 4.3. Integración de prototipo 1 y parte mecánica .................................................. 21
Figura 4.4. Tarjeta de desarrollo prototipo 2 ...................................................................... 21
ix
Figura 4.5. Prototipo 2 ............................................................................................................ 22
Figura 4.6. Tarjeta de desarrollo prototipo 3 ...................................................................... 22
Figura 4.7. Integración de prototipo 3 y parte mecánica .................................................. 22
Figura 4.8. Diseño PCB .......................................................................................................... 23
x
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Especificaciones Dynamixel MX-106. …………………………………….……5
1
I. INTRODUCCIÓN
Nuk Robotics es una empresa dedicada a desarrollos tecnológicos enfocados en
la robótica, con el propósito de brindar accesibilidad y confort al usuario para
manipular sistemas Mecatrónicos. De esta manera, la empresa brinda la oportunidad
a ingenieros especializados en áreas de Mecánica, Electrónica, especialmente
Mecatrónica a crecer profesionalmente desarrollando diseños innovadores.
Las actividades de planeación han sido realizadas en el Centro de Ingeniería y
Desarrollo Industrial (CIDESI), ubicado en la ciudad de Santiago de Querétaro,
Querétaro México, en la gerencia de Sistemas Dinámicos y de Transferencia.
El proyecto “Desarrollo de algoritmo y sistemas embebidos para el control de
servomotores inteligentes” ha sido solicitado con la intención de lograr el fácil manejo
de cuatro motores Dynamixel MX-106, consiste en el diseño de una tarjeta electrónica
capaz de controlar los actuadores de forma individual y simultánea. Su objetivo es la
implementación de interfaz y leyes de control en un sistema Mecatrónico para la
construcción de un prototipo de un dispositivo interactivo con funcionalidades
multimedia representando la parte de control y electrónica de un proyecto
confidencial.
Las metas de este trabajo son:
- Diseño y construcción de una tarjeta embebida.
- Implementación de leyes de control.
- Programación de algoritmos de interfaz gráfica.
- Pruebas de interfaz gráfica.
En los capítulos posteriores se redactará la descripción del proyecto explicando
la metodología de su realización y los resultados obtenidos; se comentarán los
trabajos futuros para este plan.
2
II. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO
Para facilitar al usuario el uso de los servomotores Dynamixel se ha requerido
el diseño de una tarjeta electrónica que controle el sentido del giro y la velocidad de
los actuadores. A través de constante investigación se ha logrado el perfecto
funcionamiento de diferentes tarjetas electrónicas con el objetivo de hacer dinámico el
manejo de los motores mediante distintos métodos que serán explicados a lo largo de
este capítulo.
2.1. Metodología
La metodología que se ha seguido durante el desarrollo del proyecto es la que
se muestra a continuación:
1. Investigación
- Hojas de datos
- Conceptos de programación
- Sistemas embebidos
2. Programación de algoritmo
- Arduino
- Teensy
3. Recopilación de materiales
- Motores Dynamixel
- Componentes electrónicos
4. Diseño de tarjeta electrónica
- Atmega 328P
- Teensy
5. Pruebas y resultados
3
2.2. Fundamento teórico.
El presente trabajo centra su vista en la creación de tarjetas de desarrollo que
incluyen sistemas embebidos, microcontroladores, programación de algoritmos,
componentes electrónicos y principalmente los servomotores Dynamixel MX-106, por
lo que será necesario plantear algunos parámetros que servirán como base conceptual
para el entendimiento de la lectura.
2.2.1. Servomotores Dynamixel.
Como primer término, es importante hablar sobre los motores Dynamixel
debido a que son lo primordial en esta investigación. Dynamixel son actuadores
inteligentes considerados los más avanzados en robótica, cada servomotor cuenta con
un microcontrolador que les permite controlar su posición angular y velocidad
rotacional, además son capaces de reportar su temperatura, corriente eléctrica y
voltaje. Asimismo se protegen cuando detectan sobrealimentación,
sobrecalentamiento o condiciones de error, y da aviso de esto a través de un led que
se incluye en la carcasa, el cual se enciende si está conectado correctamente a la
alimentación y parpadea cuando descubren un problema en la conexión.
Por medio de la topología Daisy-chain se pueden enlazar varios Dynamixel,
esta topología consiste en enlaces de conexión entre dispositivos, por ejemplo el
dispositivo A se conecta al dispositivo B, el B se conecta al dispositivo C y este al
dispositivo D, así sucesivamente. Para identificar a los servomotores en una red cada
uno cuenta con un ID, que es un número asignado desde fábrica, sin embargo puede
ser modificado por el usuario si así lo desea.
4
Figura 2.1. Topología Daisy-chain.
Existe una variedad de Dynamixel que de acuerdo a sus características se elige
el modelo ideal para la aplicación del proyecto. En este caso, se ha utilizado el
actuador serie-MX que es un nuevo concepto de Dynamixel con funciones avanzadas,
como el control de precisión, el control PID, los 360 grados del control de posición y la
alta rapidez de comunicación.1
Figura 2.2. Dynamixel MX-106.
Las características del servomotor Dynamixel MX-106 son:
Incluye encoder semi-absoluto magnético que ofrece la avanzada
durabilidad, los grados de precisión y la amplia zona de control.
360° Control de posición en modo de actuador.
1 Obtenido de https://roadnarrows.com/products/robotis-dynamixel-mx-106-t-r el día 3 de Diciembre de 2016.
5
Resolución precisa por 0.088°.
Control de velocidad en modo de rueda “endless turn mode”.
El control PID permite tener más fiabilidad y precisión.
Alta velocidad de transmisión hasta 3Mbps.
Comunicación serial asíncrona semidúplex TTL.
Control de torque mediante detección de corriente.
La tabla que se muestra a continuación contiene las especificaciones del
servomotor Dynamixel MX-106.
Tabla 2.1. Especificaciones Dynamixel MX-106.2
Elementos Información Técnica
Nombre del producto MX-106
Peso 153g
Dimensiones 40.2mm x 65.1mm x 46mm
Radio de engrane 225: 1
Voltaje de operación (V) 10 12 14.8
Torque (N.m) 8.0 8.4 10.0
Corriente (A) 4.8 5.2 6.3
Sin carga de velocidad (RPM) 41 45 55
Motor Maxon
Voltaje de funcionamiento 10 ~ 14.8V (Recomendado a 12V)
Temperatura de funcionamiento -5°C ~ 80°C
ID 254 ID (0 ~ 253)
Baud Rate 8000bps ~ 4.5Mbps
Funciones de retroalimentación Posición, Temperatura, Velocidad, Voltaje,
Corriente, etc.
Material Carcasa: Plástico
Engranaje: Metal
Condición base ID # 1 – 57600bps
2 Obtenido de https://store.robodacta.mx/servomotores/dynamixel/servos/mx-106t-servomotor-dynamixel./ el día
3 de Diciembre de 2016.
6
2.2.2. Control para servomotores Dynamixel.
Para comprender los servomotores Dynamixel es necesario elaborar un
diagrama de control que contiene fuente de alimentación, controlador, driver del
motor y el servomotor Dynamixel tal como se muestra en la figura 2.3.
Figura 2.3. Diagrama de control Dynamixel.
En esta ocasión, se ha hecho uso de Arduino como controlador para realizar
pruebas en los servomotores Dynamixel, sin embargo existen otros medios para
controlarlos tales como la Raspberry Pi, librerías en Python, RoboPlus, Teensy, entre
otras.
Esta plataforma brinda el fácil uso de hardware y software, consiste en una
tarjeta electrónica de hardware libre y código abierto. Estos sistemas embebidos son
capaces de leer entradas como el pulso de un botón, luz en un sensor y convierten
esta lectura en una salida como encender un led, activar un motor. Deben su
inteligencia a un microcontrolador, al cual se envía un conjunto de instrucciones en
lenguaje de programación través del Software de Arduino (IDE) basado en el
procesamiento, es compatible con todas las versiones, además hace que sea fácil
escribir el código y subirlo a la placa.
7
Se encuentran diversos productos de Arduino que se acondicionan a los
requisitos del usuario, en este trabajo se utilizó el Arduino Mega 2560 diseñado para
proyectos más complejos. Esta tarjeta electrónica está basada en el microcontrolador
Mega 2560 que cuenta con 54 pines de entradas y salidas digitales, de los cuales 15
pueden ser utilizados como salidas PWM y 16 entradas analógicas, 4 puertos series de
hardware, oscilador de cristal de 16 MHz, conexión USB, conector de alimentación,
programación ICSP y un botón de reset. 3
Figura 2.4. Arduino Mega 2560.
Dynamixel contiene un microcontrolador que se comunica a través de Half-
Duplex UART-TTL; es posible realizar la comunicación con Arduino gracias a que se
han desarrollado librerías especiales para el software de código abierto Arduino (IDE)
que por medio de algoritmo de programación se facilita el manejo de estos actuadores
en diferentes puertos serie de la tarjeta electrónica denominados como Rx y Tx que
significan transmisiones serie de señales TTL. El microcontrolador Mega 2560 cuenta
con cuatro puertos serie que en cualquiera de estos el servomotor se puede comunicar
con Arduino tomando en cuenta que la librería debe corresponder a la configuración
solicitada.
Sin embargo, si se desea que la comunicación sea exitosa se requiere un circuito
extra con el driver del motor, se necesita un buffer tri-estado el cual, cuenta con una
entrada que se conecta pin de control del microcontrolador y con este activar la
3 Obtenido de: https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560 el día 3 de diciembre de 2016.
8
lectura y escritura según sea necesario. En la elaboración de este proyecto se ha
utilizado el circuito integrado 74LS241 que es un buffer bidireccional triestado de 8
entradas y 8 salidas.
Las siguientes figuras (figura 2.5, figura 2.6 y figura 2.7) explican la correcta
configuración entre el controlador, el driver y el servomotor Dynamixel mostrando
cómo ejecutar un diagrama de control preciso.
Figura 2.5. Conexión Arduino Mega 2560.
Figura 2.6. Conexión de Buffer 74LS241.
Figura 2.7. Conexión Dynamixel.
9
Durante el desarrollo de las tarjetas electrónicas no sólo se utilizó el Arduino
Mega 2560 como controlador, también se utilizaron controladores como el Atmega
328P y el Teensy.
Atmega 328P es un microcontrolador que pertenece a la familia Atmel con un
cristal de cuarzo de 16 MHz, cuenta con 32 KB de memoria de programa y RAM de 2
KB. Este microcontrolador es muy conocido debido a que aparece en la placa Arduino
UNO, que se encuentra en las versiones básicas de Arduino. Dispone de 14 pines que
pueden ser configurados como entrada o salida digital y es capaz de transmitir y
recibir señales digitales entre 0 y 5 Volts desde otros dispositivos. Incluso dispone de
entradas analógicas mediante las cuales se obtienen datos de sensores en forma de
variaciones continuas de un voltaje.
Figura 2.8. Atmega 328P.
Por otro lado, Teensy es un sistema embebido capaz de implementar distintos
tipos de tareas. Se programa únicamente por el puerto USB en un lenguaje de
programación C, incluso es posible programar al microcontrolador utilizando el
entorno del Software de Arduino (IDE) puesto que es compatible con las librerías de
Arduino para ello, es necesario instalar el complemento teensyduino con la finalidad
de subir el programa a la placa. Al igual que Arduino existen diversas versiones de
productos y en esta implementación se utilizó el Teensy 3.2.
Figura 2.9. Teensy 3.2.
10
Algunas de las características técnicas del Teensy 3.2 son las siguientes:
CPU de 32 bits ARM Cortex-M4 72 MHz.
256K Memoria Flash, 64K RAM.
21 entradas analógicas de alta resolución.
34 puertos de entrada/salida digitales.
12 salidas PWM.
1 salida DAC de 12 bits.
Temporizadores para intervalos/retrasos, separados de PWM.
USB con transferencia de memoria DMA dedicadas. 4
Nivel de voltaje de alimentación 5V.
2.2.3. Dispositivos inalámbricos.
Como se comentó anteriormente, el objetivo de esta tesina es el desarrollo de
sistemas embebidos para diseñar tarjetas electrónicas con el fin de manipular los
servomotores Dynamixel inalámbricamente por medio dos instrumentos diferentes
tales como: módulo XBee y módulo Bluetooth, cuentan con puertos Rx y Tx que
posibilitan la conexión a los controladores mencionados en la sección anterior.
Los módulos XBee son fabricados por Digi, permiten la comunicación entre
dispositivos de manera inalámbrica. Estos módulos utilizan el protocolo de red
llamado IEEE 802.15.4 para crear redes FAST POINT-TO-MULTIPOINT (punto a
multipunto); o para redes PEER-TO-PEER (punto a punto). 5
De la misma manera que el resto de los dispositivos, hay diferentes modelos en
los cuales se seleccionó el módulo XBee PRO S3B con las siguientes características:
Procesador ADF7023 28MHz.
4 Obtenido de: https://www.sparkfun.com/products/13736 el día 4 de Diciembre de 2016. 5 Obtenido de http://xbee.cl/que-es-xbee/ el día 4 de Diciembre de 2016.
11
Banda de frecuencia 902 a 928 MHz.
Opciones de antena: Cable, U.FL y RPSMA. 6
Nivel de voltaje de alimentación y comunicación 3.3V.
Figura 2.10. Módulo XBee PRO S3B.
Los módulos Bluetooth son instrumentos de comunicación inalámbrica que
proporcionan conexiones punto a punto en formato esclavo-maestro. El esclavo
espera conexión en modo socket y el maestro funciona como servidor.
Para esta tesina se empleó el módulo HC-06 que trabaja como esclavo el cual
recibe información a través de una aplicación Android.
Figura 2.11. Módulo Bluetooth HC-06.
Entre sus características necesarias para el prototipo son las siguientes:
Nivel de voltaje de alimentación 3.6 a 6 V.
Nivel de voltaje de comunicación 3.3 V.
6 Obtenido de: http://www.coldfire-electronica.com/esp/item/178/57/modulo-xbee-pro-s3b-250mw-920mhz-wire-
antenna-xbp9b-dmwt-002 el día 4 de Diciembre de 2016.
12
III. DISEÑO DE INTERFACE
En este capítulo se describirá el diseño electrónico para cada prototipo, se
explicará lógica de algoritmos de programación, diagramas electrónicos y materiales.
3.1. Diseño de prototipo 1.
Para el primer prototipo, se solicitó el control de giro y velocidad de un solo
servomotor Dynamixel mediante el uso de push-button para cada función.
Primeramente se simuló el correcto funcionamiento del diseño electrónico en el
software Proteus ISIS 7.9. La simulación consistió en el uso de algoritmo de
programación cargado al microcontrolador Atmega 328P usando librerías de Arduino
para la manipulación de los servomotores Dynamixel. Por medio de botones se
realizaron las funciones de giro a la izquierda, derecha, stop y se añadieron dos
botones más para el aumento y decremento de velocidad.
Los materiales que se necesitaron para el diagrama electrónico fueron los que
se enlistan a continuación:
Fuente de alimentación de 12V.
Regulador 7805.
Microcontrolador Atmega 328P.
Buffer triestado 74LS241.
Cristal 16 MHz.
2 capacitores cerámicos de 100nF.
2 capacitores cerámicos de 22pF.
2 diodos 1N4005.
7 resistencias 10 KΩ.
2 resistencias de 470 Ω.
13
Resistencia de 220 Ω.
Actuador Dynamixel MX-106.
Es importante mencionar que los diseños del resto de las tarjetas electrónicas se
basan en el funcionamiento de este primer prototipo. La siguiente figura presenta el
diseño de diagrama electrónico para la primera tarjeta de desarrollo.
Figura 3.1. Diseño electrónico prototipo 1.
Se ha empleado un regulador de voltaje debido a que los actuadores
Dynamixel necesitan un voltaje recomendado de 12V y el resto del circuito 5V. La
configuración para el regulador 7805 es el que se muestra en la siguiente figura.
14
Figura 3.2. Configuración Regulador 7805.
El circuito mínimo para el microcontrolador Atmega 328P, es un reset que
incluye: un diodo de protección, una resistencia de 10 KΩ, un push-button para
activarlo, la estructura para el cristal de 16 MHz que son dos capacitores de 22pF y la
forma de conexión para la programación ICSP del microcontrolador. Las figuras 3.14,
3.15 y 3.16 exponen el esquema para cada elemento del circuito mínimo.
Figura 3.3. Reset.
Figura 3.4. Cristal.
15
Figura 3.5. Programación ICSP.
Una vez comprobado el correcto funcionamiento del circuito electrónico, se
procedió a diseñar el PCB del prototipo en el software Proteus ARES 7.9. Las
imágenes que se muestran a continuación representan el prototipo en vistas Layout y
3D en Proteus ARES.
Figura 3.6. Diseño PCB prototipo 1.
16
Figura 3.7. Prototipo 1 vista 3D.
3.2. Diseño de prototipo 2.
El segundo prototipo conserva el mismo principio de funcionamiento pero fue
diseñado para distintos dispositivos que permiten realizar comunicación inalámbrica
para la manipulación de los actuadores Dynamixel.
En este prototipo fueron reemplazados el microcontrolador y los botones,
ahora se usó el Teensy 3.2, el módulo XBee PRO S3B. Por medio de teclas
programadas en el teclado de computadora los motores cambian de giro, de
velocidad, se detienen y se selecciona la ID, para ello es necesario instalar el software
XCTU por parte de Digi para hacer la comunicación entre dispositivos XBee, además
se agregaron 3 servomotores Dynamixel al sistema.
17
Los materiales para el prototipo 2 son los siguientes:
Fuente de alimentación de 12V.
Regulador 7805.
Teensy 3.2.
Buffer triestado 74LS241.
Módulo X-Bee PRO S3B.
2 capacitores cerámicos de 100nF.
2 diodos 1N4005.
Resistencias 10 KΩ.
4 Actuadores Dynamixel MX-106.
Las figuras posteriores exponen el diseño del prototipo en vistas Layout y 3D
en Proteus ARES.
Figura 3.8. Diseño PCB prototipo 2.
18
Figura 3.9. Prototipo 2 vista 3D.
3.3. Diseño de prototipo 3.
Este prototipo realiza la misma función que el prototipo 2, solo se sustituyó el
módulo XBee por el Bluetooth HC-06. Ejecuta el movimiento a los actuadores a través
de una aplicación de Android diseñada por la empresa.
Los materiales para el prototipo 3 fueron los que se enlistan posteriormente:
Fuente de alimentación de 12V.
Regulador 7805.
Teensy 3.2.
Buffer triestado 74LS241.
Módulo Bluetooth HC-06.
2 capacitores cerámicos de 100nF.
19
2 diodos 1N4005.
Resistencias 10 KΩ.
4 Actuadores Dynamixel MX-106.
Las siguientes imágenes exponen el diseño del prototipo 3 en vistas Layout y
3D en Proteus ARES.
Figura 3.10. Diseño PCB prototipo 2.
Figura 3.11. Prototipo 3 vista 3D.
20
IV. PRUEBAS Y RESULTADOS
En este capítulo se darán a conocer mediante ilustraciones los resultados de
cada prototipo integrado con la parte mecánica del proyecto.
4.1 . Pruebas prototipo 1.
Para esta primera prueba se integró la parte electrónica y mecánica,
corroborando la buena ejecución de cada sistema propuesto para el primer prototipo:
la tarjeta electrónica y el mecanismo.
Figura 4.1. Tarjeta de desarrollo prototipo 1.
Figura 4.2. Prototipo 1.
21
Figura 4.3. Integración de prototipo 1 y parte mecánica.
4.2 . Pruebas prototipo 2.
En este segundo prototipo únicamente se hicieron pruebas del funcionamiento
inalámbrico para los 4 servomotores Dynamixel.
Figura 4.4. Tarjeta de desarrollo prototipo 2.
22
Figura 4.5. Prototipo 2.
4.3 . Pruebas prototipo 3.
Como últimas pruebas se incorporaron los sistemas mecánico y electrónico
para el prototipo 3, corroborando la marcha precisa de ambos.
Figura 4.6. Tarjeta de desarrollo prototipo 3.
Figura 4.7. Integración de prototipo 3 y parte mecánica.
23
4.4 . Trabajo futuro.
El proyecto de esta tesina fue enfocado a nivel prototipo y como trabajo futuro se
desarrollarán otras tarjetas electrónicas para el control de 4 motores de CD las cuales
incluirán otro microprocesador, otro software de programación y los motores
requerirán del control PID. Durante la estadía además del desarrollo de sistemas
embebidos, se realizó una investigación a fondo sobre leyes de control y la
implementación de control PID a sistemas embebidos como Arduino y Teensy.
También se terminó el diseño de una tarjeta electrónica con el mismo principio
de funcionamiento de las explicadas anteriormente, a diferencia del resto este nuevo
sistema incluye: Teensy, buffer, 4 motores Dynamixel, Unidad de Medición Inercial
(IMU) que dará reporte al microcontrolador de la posición en la que se encuentra,
módulo de Bluetooth y sistema de alimentación. Sin embargo, su construcción se
encuentra postergada debido a que no se ha determinado el diseño de algoritmo de
programación por falta de pruebas en la parte mecánica del proyecto que no
corresponden al objeto de estudio de esta tesina. La siguiente figura expone el diseño
de la tarjeta que se probará en los posteriores meses.
Figura 4.8. Diseño PCB.
24
CONCLUSIONES
ROBOTIS brinda al usuario la comodidad de involucrarse con sistemas
robóticos, permitiendo que los servomotores Dynamixel puedan ser controlados
mediante distintos métodos. En esta tesina se descubrieron nuevas maneras para
hacerlo, estos actuadores aparentan ser muy complicados para su manipulación pero
se adaptan a diversos entornos como el lenguaje de programación y microcontrolador
siempre y cuando se respete el diagrama de control.
Al concluir con el proyecto se cumplió el objetivo principal de la empresa,
facilitar al usuario la operación de sistemas Mecatrónicos, ya que en esta ocasión se
convierte fácil mover los servomotores, ya sea con un botón, desde el teclado de la
computadora hasta con la comodidad de hacerlo con una aplicación de celular.
25
BIBLIOGRAFÍAS
Boylestad, R. L. (2004). Introducción al análisis de circuitos. Naucalpan de Juárez, Edo. de
México: Pearson.
Brookshear, J. G. (2012). Computer Science An Overview. Massachusetts, Boston: Pearson.
Herrador, R. E. (2009). Guía de usuario de Arduino. 49.
Mensink, A. (2008). Characterization and modeling of a Dynamixel servo. The Netherlands:
University of Twente.
Ogata, K. (1998). Ingeniería de control moderna. Naucalpan de Juárez, Edo. de México:
Pearson.
ROBOTIS. (2010). support.robotis.com. Obtenido de
http://support.robotis.com/beta/en/product/dynamixel/mx_series/mx-106.htm
Savage, J. A. (22 de Enero de 2011). Savage Electronics, electronics for everyone. Obtenido
de http://savageelectronics.blogspot.mx/2011/01/arduino-y-dynamixel-ax-12.html
