CubanitoRGR

En este post quiero mostrar un trabajo final que realice para la materia Sistemas de Control 1 del Tercer año de Ingeniería Electrónica UNC. El brazo consta de dos grados de libertad de rotación, cada uno de sus ejes esta accionado por Motores DC a los cuales se les diseño e implemento sus cajas reductoras y sistemas mecánicos de apoyo y sujeción con piezas que se elaboraron y diseñaron una por una en Aluminio reciclado de placas de soporte de nebulizadores viejos, como así los engranajes y motores de maquinas fotocopiadoras. Como se trata de sistemas de control, se mostraran en cada una de las siguientes fotos como empezó el proceso de diseño y mediciones de parámetros de los motores para encontrar la ecuación simplificada del sistema. La detección y realimentación para el control de cada eje se hizo con Resistencias variables por Luz (LDR) puestas como efector final y finalmente como parte electrónica se emplearon amplificadores operacionales de potencia suficientes como para alimentar los motores, aun queda vigente la PCB del control Proporcional pues en su momento no tuve tiempo de realizará pero ya esta diseñada y sera puesta en marcha a nuevo aviso!. A continuación hace una titulación de cada proceso seguido de cada foto correspondiente al mismo y aclaraciones de las mismas: MEDICION DE PARAMETROS DEL MOTOR: Aca se le hizo una bancada para el motor DC, el cual se le acoplo al eje un pequeño motor extraído de Yoistiks de Play 2. Esto es así pues el motorcito DC que tienen es de muy baja inercia lo cual no ofrece carga al motor DC que se quiere medir, y a demás podemos generar una tensión de salida del motorcito DC (Como generador) al variarle la velocidad al Motor DC a emplear. De esta manera colocamos la salida del motorcito al osciloscópio y medimos para varias velocidades del motor (Anotando las tensiones del mismo y las que obtenemos del osciloscópio provenientes del motorcito). Con la medición anterior podemos obtener una curva inicial de arranque del motor desde que se le aplica tensión hasta que alcanza sus revoluciones máximas y estables. La idea es que como casi todo sistema de primer y segundo orden las respuestas que se pueden tener frente a un escalón de tensión para el caso del motor son las siguientes: Con lo que haciendo uso de la comunicación y software del Osciloscopio con la PC podemos registrar dichos tiempos y respuesta al escalón de tensión en el motor. Como se puede ver en el oscilograma anterior se tiene la espuesta desde el tiempo en que se aplica tensión al motor y aun no arranco hasta el tiempo en el que se normalizaron sus revoluciones, pero con mucho ruido (Picos). Una manera de filtrar estos picos para tener una curva mas suave fue midiendo el tiempo entre cada pico, lo cual nos dio aproximadamente 50Hz (Era de esperar por los equipos y lamparas que irradian a la frecuencia de linea 50Hz), y fue solucionado aplicando un filtro de primer orden con un capacitor y resistencia, lo cual nos mejoro la señal: Bien, de estas curvas se sacan los tiempos Tao (T) valor de tiempo en el que se alcanza el 63% de las revoluciones y este pasa a ser el tiempo de crecimiento aproximado de nuestro motor. Ahora retomamos la bancada de medición del motor y pasamos a la medición de la velocidad vs tensión aplicada. La misma se midió a través de un sensor de barrera óptico el cual es atravesado por una pequeña barrera sujeta al eje del motor, de tal manera que por cada revolución nos manda un pulso y midiendo la distancia entre estos pulsos correspondientes a cada tensión desde 0V hasta la máxima tensión que emplearemos 24V podemos trazar una curva prácticamente lineal de Tensión vs RMP o RPS, la cual nos da la constante lineal de la ecuación de primer orden con la cual simularemos el comportamiento del motor (Forma muy simplificada, si tenemos en cuenta los demás parámetros como inercia del eje y constantes mecánicas tendríamos una ecuación de segundo orden, pero para este trabajo solo tomaremos la ecuación eléctrica simplificada). Ya con estos valores podemos obtener nuestra ecuación de primer orden del sistema. MODELIZACIÓN DEL MOTOR CON TREN DE ENGRANAJES: Dado que las respuestas de los motores son bastante rápidas es necesario para manejar posición reducir las revoluciones para tener mejor control y ademas para aportar mayor torque de acción en el eje. Es por ello que aplicaremos un Reductor implementado con engranajes, y pasaremos a continuación con el agradado de este tren de engranajes al modelo anterior para dar por concluido el modelo final en el dominio de Laplace: Matemáticamente tenemos entonces el primer Bloque que es representado por el motor (Primer orden), luego el tren de engranajes reductor (Constante) y por ultimo 1/S que nos permite pasar de RPS (Revoluciones por segundo) a Grados (Degradianes) lo cual nos es útil si queremos controlar posición. SENSOR DE POSICIÓN Y MEDICION DE SUS PARAMETROS: Como todo sistema de control es necesario a la hora de controlar o manipular de forma controlada algún sistema poder darle ojos y testigos al sistema para poder ver que tanto se debe corregir dicha actuación. En nuestro caso el sistema que queremos lograr es un control por luz, que básicamente es que cada servomecanismo pueda en su grao de libertad seguir la posición de la fuente de luz incidente y E(S) es el error en degradianes que se tiene que corregir a cero. Para ello haremos uso de Sensores Variables por Luz (LDR). Las mismas estarán dispuestas en dos unidades para cada grado de libertad como divisor resistivo de la siguiente manera y donde al momento de incidir la luz en el centro del eje del sensor la salida tendra valor cero. Esto es: Con esta ultima ilustración podemos concluir que si la luz esta mas a la derecha del sensor la resistencia del divisor resistivo derecha (Del lado de tensión positivo) sera menor por lo tanto la relación de tensión de salida sera positiva. Si posicionamos la luz del lado izquierdo se tendrá tensión negativa y a medida que nos acerquemos al centro se lograra el equilibrio entre las resistencias del divisor así teniendo una tensión cero a la salida. Aprovechando este sensor realimentado al accionamiento del motor, el mismo girara en el sentido de la posición de la luz hasta llegar a su coincidencia de eje de simetría donde ya el sensor ira disminuyendo la tensión que le envía al motor y por ende alcanzando dicho eje de simetría se detendrá el motor y así sucesivamente mientras cambiemos la posición de la fuente e luz este tendera a seguirlo. Pero necesitamos obtener una relación matemática que nos permita describir al sensor, y esto es según cuantos grados este alejada la luz del eje de simetría del sensor cuanta tensión es la que sale del mismo. Para ello se coloco en una cartulina un radio de 180 grados grabada cada 10 grados y de esta forma el sensor se coloco a los 90 grados. El proceso se realizo con un led de alto brillo blanco para tener todo el espectro lumínico y para cada posición angular del led se fue anotando los valores de tensión de salida del sensor. Una vez obtenidos todos los valores de posicion y tension se desarrollo una grafica en Matlab: Como se puede ver es demasiada alineal a medida que nos alejamos del rango de los 20 graos desde el eje de simetría por lo cual se tomo como rango de trabajo al mismo ya que se podía linealizar y así obtener una constante numérica que por cada angulo de inclinación que se tenga del eje de simetría nos de una tensión proporcional a dicha inclinación. SIMULACIONES DEL SISTEMA A LAZO CERRADO: Bien, ahora es momento de tomar todas las ecuaciones del sistema hasta ahora y en Simulink obtener la respuesta aproximada que tendría cada grado de libertad o articulación del robot. A continuación se muestran los bloques en el Simulink y las respuestas que se tuvieron del sistema sin compensar: Aquí podemos ver que para una entrada escalón de 20 grados se tendría una respuesta demasiado lenta hasta llegar al error cero osea hasta lograr que el brazo se alinee con el centro de simétrica de la fuente de luz. Es por eso que se debe compensar. El proceso de compensación que se empleo fue a través del lugar de raíces del sistema hasta encontrar un valor de ganancia que se aplicara después del sensor para que acelere mas antes y con mayor amplitud la tensión del motor y por ende llegar mas rápido a la posición final. Lugar de raíces del sistema: En estas simulaciones también se tuvo en cuenta la máxima saturación de salida del controlador, en este caso 24Volt por lo cual así la ganancia sea de 100 veces y la tensión aplicada al motor tuviera que ser 300 Volt esta se vera comprimida por el saturador (Simularía la saturacion del amplificador operacional que en la realidad se usara) a la maxima tension: y para una entrada en rampa (Osea vamos moviendo la fuente de luz de forma lineal): Entonces podemos ver como mejoro la respuesta !! tanto en entrada escalón, como en entrada Rampa se precia que el error (En rampa) es pequeño y aceptable. Con estas palabras e ilustraciones concluimos con el proceso de control y matemática del sistema, a continuación se procederá a mostrar en fotos todos los procesos de fabricación del robot, cabe aclarar que en la realidad al no haber tenido en cuenta el peso e inercia de cada parte, engranaje, brazo etc la respuesta no sera exactamente la misma que las calculadas. IMPLEMENTACION DEL BRAZO ROBOT: Después de mucho tiempo desarmando y sacando partes importantes de impresoras y fotocopiadoras el paso siguiente fue encontrar el desarrollo de cada caja reductora, osea motor mas el tren de engranajes, cabe aclarar que en los anteriores cálculos se tuvieron en cuenta las relaciones de reducción reales que se tendrán. Entonces a partir de placas de aluminio extraídas de viejos nebulizadores se implementaron cada una de sus piezas, tanto para el eje de rotación (Base) como para el de movimiento angular tipo péndulo invertido del brazo. (Algunas piezas las tuve que realizar en torno paralelo para tener la mejor precisión posible y qeu no haya juego ni apricionamiento entre los dientes de los engranajes) jeje bueno infaltables los caracteristicos poster del taller de unos amigos Luego con uso de tornillos se armo todo y verifico el correcto funcionamiento. Una vez presentado cada uno de los dos servomecanismos se procedió al proceso de pintura, " como soy fanatio de los brazos robóticos industriales no podían ser de otro color a mi gusto que el naranja ^_^ " Y el montaje final de cada una de las articulaciones, y del robot final con el agregado del sensor como efector final !!! Dado que no se dispuso en su momento de una etapa de potencia Push Pull como la siguiente: Para alimentar al motor directamente se empleo un amplificador operacional de 500mA de corriente configurado como Inversor de tal manera que en la entrada se tendría la señal proveniente del sensor de dicho eje a controlar y su salida directa al motor, y así para cada eje, con una relación de ganancia igual a la obtenida por el lugar de raíces del sistema para alcanzar al eje de simetría como se mostró anteriormente. Luego tenemos los Layout de la fuente que se implemento con transformador +/- 12Volt. Como no se consiguieron amplificadores operacionales de mas de 48 volt tuvimos que reducir la tensión de trabajo a +/- 15 Volt aproximadamente. Y así con la placa del controlador, la cual la etapa de potencia fue omitida ya que se uso directamente la salida de los amplificadores operacionales. (Actualmente al robot le saque el sensor pues lo done a la cátedra de sistemas de control 1. Este mismo robot lo use para electrónica digital 2 por lo cual tiene otros añadidos de potenciómetros para detectar la posición etc), acá va la foto anti fraude !!! CONCLUSIONES: Como conclusión final en se vio al principio con las ganancias calculadas un comportamiento oscilante osea que, cada articulación llegaba al eje de simetría pero por no haber tenido en cuenta la inercia y otros parámetros mecánicos se alejaba unos grados y volvía nuevamente tendiendo a oscilar; esto se soluciono reduciendo la ganancia hasta lograr que la repuesta fuera lo mas perfecta posible. Sin duda para esta materia fue una manera de demostrar que es muy importante ante cualquier sistema de control tener bien definido y lo mas perfectamente posible el modelo de la planta o sistema a controlar para evitar posibles errores y tener que compensar a ojo que en la practica siempre se termina haciendo así pero con menos grado de variabilidad que si no se hubiera hecho estudio alguno de la planta, a demás muchas veces puede tornarse peligroso no tener en cuenta las respuestas que se pueden llegar a tener. Bueno espero que les haya gustado mi aporte, este fue un plus de la materia Sistemas de Control 1 de la carrera Ing Electrónica, en dicha materia solo se pide un trabajo teórico pero con este aporte se quiso ir mas allá y ver como es y responde un sistema en la realidad. Desde ya muchas gracia por haber recorrido cada palabra e imagen de mi post se les agradecerá mucho sus puntos y suscripciones, este no es el único proyecto que subiré pues tengo mas para próximos post. Finalmente les dejo un vídeo corto del día de la presentación donde esta uno de los mas grosos profes que tuve en la facultad, un excelente profesional y persona Gracias Ing Mathe !! y gracias a mis padres por siempre apoyarme en estas cosas. link: https://www.youtube.com/watch?v=M-B0LpN2UkY

En este post mostrare de forma breve todo el proceso de fabricación que por cuestiones de otras obligaciones (Facultad) me termino llevando casi 5 años teniendo en cuenta modificaciones y versiones mejoradas de la misma y de sus pedales como tal. Este post contiene en sí mismo dos desarrollos, el primero es la construcción de cada uno de los Pedales de Efecto para guitarra y/o cualquier otro instrumento eléctrico, y el segundo la Pedalboard o mesa de pedales la cual contiene los pedales y provee de un sistema de fuente de alimentación para cada pedal, como así también el cableado de señales de audio del instrumento y afinador. Antes que todo paso el link de mi pagina de Faceebook para conocer mas trabajos: https://www.facebook.com/pages/RGR-Guitar-Bass-Handmade-Effects-Pedales-Artesanales/1374591456139551 Pedales: 1) Implementacion del Circuito Electronico: Esta etapa a su vez esta subdividida en varios procesos en los cuales se debe conseguir el circuito esquemático del pedal que se desea realizar y diseñar el circuito impreso PCB para implementarlo, o también puede directamente emplearse algún proyecto de los cuales existen muchos en Internet que ya proveen de toda la explicación para la implementacion de un circuito electrónico y a demás nos proporcionan el Layout que nos servirá para la ubicación de los componentes y el PCB transfer con el que directamente podremos llevar a cabo la placa. En la siguiente imagen ya tengo la placa de cobre (Pertinax) virgen y el negativo o transfer del circuito impreso que en este caso es un Flanger Ibanez F301. primeramente debemos pulirla con una virulana muy fina al lado de cobre para liberarlo de impurezas para lograr una trasferencia del circuito a la placa exitosa. Se debe tener en cuenta que para una mejor transferencia es conveniente que imprimamos el negativo o transfer en papel ilustración de gramaje no superior a 150 gramos, y en lo posible Impresora láser blanco y negro. Hechas estas aclaraciones se presenta el proceso de transferencia con la plancha y el atacado con Cloruro Ferrico. Luego de que notemos que ya esta totalmente transferido, osea se vean las pistas negras a través del papel. lo sumergimos en un recipiente con agua cálida y con a penas unas gotas de detergente para facilitar luego su removimiento de la placa. Para remover el papel de la placa yo recomiendo con las yemas de los dedos ir frotando hasta dejarlo sin presencia de papel como se muestra en la siguiente foto donde también se muestra ya en una bandeja plástica donde se sumergira en Cloruro Ferrico para el atacado del cobre. Este atacado al cobre se acelerara si colocamos la bandeja ya con el Cloruro en otra bandeja mas grande y con agua caliente de esta forma se calentaría a baño maría el Cloruro acelerando su acción sobre el cobre, que también aumenta si la bandeja se agita suavemente permitiendo de este modo que los restos de cobre corroído no se sedimenten en la superficie de la placa obstruyendo el paso de Cloruro por la misma. Finalmente el siguiente paso es la perforación de la placa, ubicación y soldadura de componentes y cables correspondientes basándonos en el Layout del circuito. No tenia una foto del circuito terminado del Flanger pero subi otra del Phaser Electro Harmonix que también hice. Y así después de un par de pruebas y seteos podemos concluir con la parte electrónica de un Pedal. Es ahora cunado necesitamos el gabinete para contenerlo, por Internet se pueden encontrar gabinetes muy simples y otros mas complicados en aluminio metal, en mi caso yo me propuse hacerlo yo mismo siguiendo mas o menos la linea y medidas de un pedal Boss, ya que en mi set tengo uno y mi idea fue mantener en la pedalboard todos los pedales de un mismo tamaño en lo posible. A continuación haré solamente una muestra de como fui creando estos gabinetes, desde el diseño en croquis, el cortado de la chapa para cada una de sus partes, el plegado, la soldadura y el maquillaje final para dejarlos mas presentables. Luego del enbellesimiento lijado y pulido de la masilla plástica para corregir las imperfecciones sigue la etapa final de pintura y luego el armado para concluir con un pedal como el siguiente Hasta aquí he descrito como realice la electrónica y los gabinetes para cada pedal. Resta empezar con los procesos llevados a cabo para realizar la mesa de pedales o Pedalboard final. 2) Construccion de Pedalboard: Como siempre se parte de una inicial presentación y ubicación de los pedales. Luego de un buen diseño prolijo y teniendo en cuenta bien cada dimensión del material empleado comenzamos Luego el armado encolado, clavado y atornillado Luego de la etapa de pintura continué con instalaciones eléctricas y electrónicas de la fuente de alimentación, también diseñada e implementada con la técnica de transferencia térmica en PCB e instalaciones de señal. Finalmente después de concluir cada instalación eléctrica y electrónica, .. .. el producto terminado Lista para usar ^_^ Bien, dado que se trato de un proyecto de gran envergadura, de mucho tiempo y dinero y trabajo humano, pensé en que debía cuidarlo bien y protegerlo si lo necesitaba trasladar, por lo tanto no pensé mucho y me puse a construir un anvil para la misma y con ruedas para su cómodo transporte . Posteriormente mostrare solo fotos del proceso de fabricación del anvil: 3) Anvil para Pedalboard: Finalmente el Anvil con las ruedas ...... Bueno gente taringuera y que les gusta el tema de los pedales, sonido para guitarras bajos etc y todo lo que es la electrónica para audio, este post es el primero que hago, realmente me mantuve mucho tiempo buscando mucha información de Internet, de foros y de mucha gente que compartía solidariamente sus conocimientos. Este post es un muy muy muy resumido resumen de lo que me llevo muchos años poder concluir, es por eso que quería de alguna manera (aunque sea simple como esta) devolverle a a los foreros parte de lo que ellos me han dado con sus ayudas y a demás contribuir como base para la fabricación casera y artesanal de sistemas de sonido como los que muchos guitarristas y bajistas buscan. La verdad no tengo mucha idea de como elaborar un post, así que bueno sepan disculpar que algunas cosas no se entiendan bien, cabe aclarar que no explique profundamente cada detalle debido a que eso haría tedioso el post. Bueno finalmente esta de mas decirles que pongan me gusta, o compartan con quienes crean que les pueda ser útil. Suerte !!! Bueno acá subo una foto donde muestro el Anvil y algunos de los pedales del proyecto, cunado viaje a mi ciudad sacare otra foto con la pedalboard y el mismo cartelito para que vean que esto no es falso. En la siguiente foto a demás se va ver parte del proyecto N°2 de pedalboard que estoy en estos momentos desarrollando dado que actualmente hice mas pedales y tengo otros nuevos. Saludos y gracias por sus consejos, sirven mucho para mejorar mi post puesto que es el primero que hago.