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Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes
Autor: Raúl Martín Delgado.
Tutor: Carlos Pérez Martínez.
1
Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial
UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de MadridDepartamento de Ingeniería en Sistemas y Automática.
Director: Santiago Martínez de la Casa Díaz.
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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Índice1. Introducción.
2. Estado del arte.
3. Descripción de la solución.
4. Pruebas.
5. Conclusión.
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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Introducción.
Objetivos:
Medir fuerzas de contacto con el suelo.Obtener la distribución de estas fuerzas.
Entorno RH:Sensor Fuerza‐Par JR3Aplicable a otros proyectos.
Aplicable a otros proyectos que requieran medida de fuerzaso desplazamientos en 3 dimensiones.
1. Introducción.
2. Estado del arte.
3. Descripción de la solución.
4. Pruebas.
5. Conclusión.
Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Índice
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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Estado del arteSensor Fuerza‐Par Array táctil Celda de carga
Sensor Fuerza‐Par
Fuerza y par en ejes x y z
Cálculo del ZMPEstabilidad según criterio de Vukobratovic
Proporciona información muy limitada del contacto.
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Array táctil NormalMatriz de sensores.
Imagen del contacto.
Tipos:Capacitivos
Resistivos
Únicamente puede medir fuerzas normales
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Array táctil celdas de carga.Matriz de sensores
Fuerzas en 3 direcciones x y z.
Aplicación: Pieles artificiales.
Fuerza máxima aplicable: Decenas de Newton
1. Introducción.
2. Estado del arte.
3. Descripción de la solución.
4. Pruebas.
5. Conclusión.
Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Índice
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Descripción de la solución.
Sensores Hall MultiplexaciónAmplificaciónFiltrado
Microcontrolador PIC32
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Autor: Raúl Martín Delgado.
ImánFerrita Neodimio Samario
B Débil B Fuerte B Fuerte
T max 80º T max 350º
Tendencia a la corrosión
Elevada resistencia mecánica
eje
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Sensor Hall
12
3
1. Vcc.2. GND.3. Vout.
A‐1322‐LUASIPG=3.125mV/G
B[Gauss]
VHALL[V]
2.5
0-800 800
5
INMUNE AL ESTRÉS MECÁNICO
Dis
tanc
ia a
l pla
node
l im
án
Distancia al ejeDel imán
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Distribución de los sensores
x
y
P2P1
P3 P1=(0,0)
P2=(4.54,0)
P3=(2.27,4.57)
4.57
2.27 2.27
Triángulo isósceles. Eje del imán sobre el circuncentro.
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Estrategia de medida
H1
H2
H3
¿ ?Precalculadoen una tabla
B1
B2
B3
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Estrategia de medida
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Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Autor: Raúl Martín Delgado.
Estrategia de medida•Planos bidimensionales.
1. Precalculados mediante Matlab, teniendo en cuenta:Dimensiones del imán.Posición del plano.
2. Guardados en una matriz en memoria del microcontrolador.
3. Aumentan el rendimiento.
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Electrónica, acondicionamiento
74HC4051N8 entradas 1 salida.
Total: 24 Entradas.3 Salidas.3 Líneas deselección
74HC4051N LM324Eliminar offset
B[Gauss]
VHALL[V]
2.5
0-800 800
5
2.966
149 B[Gauss]
VHALL[V]
0 800
5
0.466
149
LM324 LM324Aprovechar el fondo de escala del conversor.
B[Gauss]
VHALL[V]
0 800
5
0.466
149 B[Gauss]
VHALL
acondicionada[V]
3.1
0 240
5
149
LM324 RCRuidoAnti Alising
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Microcontrolador
80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz
Lectura analógica
Inicio
Cálculo
Envio de información
•Conversor A/D•10 bits 8 bits
calculo
fila=1
Busca B en fila
Calcula posicion y error
¿error<
Error_min?No
SíError_min=error
Posicion_ok=posicion
¿fila=
fila_max?No
Sí
fila ++
fin
¿ ?
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Microcontrolador
80 Mhz1.5 DMIPS/Mhz
Lectura analógica
Inicio
Cálculo
Envio de información
calculo
fila=1
Busca B en fila
Calcula posicion y error
¿error<
Error_min?No
SíError_min=error
Posicion_ok=posicion
¿fila=
fila_max?No
Sí
fila ++
fin
¿ ?
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Microcontrolador
µc
Tensión [V]
Mensaje
*Programa en Matlab
1.Gráfica con varias trazas.
2.Imán moviéndose por el espacio.
VIDEO
1. Introducción.
2. Estado del arte.
3. Descripción de la solución.
4. Pruebas.
5. Conclusión.
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Índice
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Pruebas temporales
Tiempo
Lectura 47.7 µs
estabilización del filtro paso bajo
20 ms
Búsqueda 70.4 µs
Lectura + Búsqueda = 118 µs 8Khz
Lectura + Filtro + Búsqueda = 20 ms 50Hz
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Pruebas de funcionamientox
zy
x
y
z
0 50 100 150-5
0
5
10
15
20
[s]1 2 3
0 50 100 150-5
0
5
10
15
20
[s]1 2 30 50 100 150
-5
0
5
10
15
20
Dis
tanc
ia a
l orig
en d
e co
orde
nada
s. [m
m]
[s]1 2 3
0 50 100 150-5
0
5
10
15
20
[s]1 2 3
Dis
tanc
ia a
l orig
en d
e co
orde
nada
s. [m
m]
Dis
tanc
ia a
l orig
en d
e co
orde
nada
s. [m
m]
Dis
tanc
ia a
l orig
en d
e co
orde
nada
s. [m
m]
A) DESPLAZAMIENTO EN X B) DESPLAZAMIENTO EN Y
C) DESPLAZAMIENTO EN Z D) DESPLAZAMIENTO CONJUNTO EN XY
1. Introducción.
2. Estado del arte.
3. Descripción de la solución.
4. Pruebas.
5. Conclusión.
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Índice
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Autor: Raúl Martín Delgado.
Conclusión y trabajos futurosMejoras.
Diseño de sensor Hall.
Imán. Vs Bobinas.
Filtro.
Alimentación robusta.
Sensor para la medida de fuerzas en tres dimensiones.
•Pruebas.
•Comprobación.
•Funcionamiento correcto.
Ingeniería en Sistemas y Automática.UniversidadUniversidad Carlos III de MadridCarlos III de Madrid
Desarrollo de un prototipo de sensor táctil de tres ejes
Proyecto Fin de Carrera I.T.I. Electrónica Industrial
Gracias
Autor: Raúl Martín Delgado.Tutor: Carlos Pérez Martínez.Director: Santiago Martínez de la Casa Díaz.